Скачиваний:
112
Добавлен:
04.10.2013
Размер:
611.84 Кб
Скачать

15

РХТУ им. Д.И. Менделеева

Кафедра Общей Химической Технологии

Курсовая работа по теме:

Производство серной кислоты

вариант №11

выполнил: Кокорин Н.А.

гр. О-41

проверила: Сучкова Е.В.

Москва, декабрь 2005 г.

Задание:

- производительность по 100%-ной серной кислоте, GH2SO4, т/сут: 1000

- состав колчедана (концентрации, массовые %):

- серы CS: 47

- влаги Cвл: 2.5

- состав огарка: (концентрации, массовые %):

- серы CS(ог): 0.83

- состав обжигового газа (концентрации, объемные %):

- СSO2: 12,5

- СSO3: 0,12

- степень использования серы в колчедане, β (%): 88,7

- относительная влажность воздуха (%): 65,0

- температура кипящего слоя (К): 873

- температура воды (К): 293

- концентрация СSO2 в газе перед контактным аппаратом (объемные %): 8,5

- конструкция контактного аппарата:

контактный аппарат с промежуточным вводом холодного воздуха.

Расчетная часть:

  1. Расчет материального баланса печи кипящего слоя в процессе обжига колчедана.

    1. 1.1. Рассчитываем общее содержание серы в колчедане:

GS = кг/ч;

    1. 1.2. Количество сухого колчедана:

кг/ч;

    1. 1.3. Количество влаги в колчедане:

кг/ч;

    1. 1.4. Количество огарка:

кг/ч;

    1. 1.5. Количество серы в огарке:

кг/ч;

    1. 1.6. Потери серы с огарком:

%;

    1. 1.7. Количество выгоревшей серы:

кг/ч;

    1. 1.8. Общее количество SO2 и SO3 :

м3/ч;

    1. 1.9. Объем SO2 :

м3/ч;

    1. 1.10. Объем SO3 :

м3/ч;

    1. 1.11. Концентрация кислорода в обжиговом газе определяется по формуле:

, где n – содержание кислорода в воздухе, n=21%; m – стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу молекул SO2, по балансовому уравнению:

4 FeS2 + 11 O2 = 8 SO2 + 2 Fe2O3, ;

%;

    1. 1.12. Объем сухого обжигового газа:

м3/ч;

    1. 1.13. Объем кислорода в обжиговом газе:

м3/ч;

    1. 1.14. Объем азота в обжиговом газе:

м3/ч;

    1. 1.15. Объем сухого воздуха, поступающего на обжиг колчедана (воздух содержит 79% азота):

м3/ч;

1.16. Объем паров воды в воздухе (при 20ºС и относительной влажности воздуха φ=65% давление паров воды в нем равно 12 мм.рт.ст.= 1.6*103 Па ):

м3/ч;

Общий объем паров воды в обжиговом газе:

м3/ч;

    1. Расчет плотностей газов:

; кг/м3; кг/м3; кг/м3; кг/м3; кг/м3; кг/м3;

    1. Материальный баланс:

Приход

Количество

Расход

Количество

кг/ч

м3

кг/ч

м3

Колчедан

32670

-

Огарок

23194

-

Обжиговый газ, в т. ч.:

-

83944(без воды)

Влага колчедана

838

-

SO2

29979

10493

Сухой воздух

113704

87938

SO3

361

101

Влага с воздухом

1150

1430

О2

5539

3879

N2

86839

69471

H2O

1988

2473

Всего

148362

-

Всего

147900

-

2. Расчет теплового баланса печи обжига колчедана.

    1. Тепло сухого колчедана:

кДж/ч;

р(колч)=0,5447 кДж/кг*град – [1]);

    1. Тепло влаги колчедана:

р(воды)=4,19 кДж/кг*град – [1]); кДж/ч;

    1. Тепло сухого воздуха:

р(возд)=1,3012 кДж/кг*град – [1]); кДж/ч;

    1. Тепло влаги воздуха:

р(вод.пара)=1,4934 кДж/кг*град – [1], при 20ºС); кДж/ч;

    1. Тепло горения колчедана:

4FeS2 + 11 O2 = 8 SO2 + 2 Fe2O3 + 3415.7 кДж/моль;

Теплота сгорания химически чистого FeS2:

кДж/ч;

Количество тепла, выделяющегося при горении колчедана, зависит от степени выгорания серы (содержание серы в FeS2 равно 53,5%):

кДж/ч;

Выход огарка:

;

Степень выгорания серы:

%;

кДж/ч;

    1. Приход тепла (кДж/ч):

2.7. Тепло огарка: (Ср(ог)=0,7961 кДж/кг*град – [1]);

кДж/ч;

    1. Тепло обжигового газа:

р(об.г.)=1,4246 кДж/м3*град – [1]);

кДж/ч;

    1. Теплоотдача печи в окружающую среду:

кДж/ч;

    1. Расход тепла:

кДж/ч;

    1. Тепло, затраченное на испарение воды и получение пара:

кДж/ч;

    1. Тепловой баланс печи:

Приход

Количество

Расход

Количество

кДж/ч

%

кДж/ч

%

Тепло сухого колчедана

355907

0,173

Тепло огарка

11078846

5,394

Тепло влаги колчедана

70224

0,034

Тепло сухого воздуха

2959033

1,441

Тепло обжигового газа

71751973

34,936

Тепло влаги воздуха

34348

0,017

Тепло горения колчедана

201959798

98,335

Тепловые потери

2053793

1,000

Тепло испарения воды

120494698

58,669

Всего

205379310

100

Всего

205379310

100

  1. Расчет концентраций в обжиговом газе перед контактным аппаратом.

3.1. Состав обжигового газа после обжига серосодержащего сырья в атмосфере воздуха (расчет по данным из таблицы материального баланса):

Состав

% об.

% об. перед конт. апп.

SO2

12.500

8.5

SO3

0.120

0

H2O

2.946

0

O2

4.621

?

N2

82.759

?

Перед подачей в реактор газ подвергается осушке и очистке от SO3, и дополнительно разбавляется воздухом (до содержания SO2 = 8,5% объемных)

3.2. Состав реакционной массы перед контактным аппаратом (объемные %):

Общий объем газа:

;

    1. Объем добавленного воздуха:

;

    1. Содержание азота и кислорода в газе:

;

;

    1. Концентрации азота и кислорода в газе:

;

;

;

  1. Расчет величины адиабатического перегрева.

, где ; Qp – тепловой эффект реакции;

a – концентрация SO2, a=0,085;

Ср – средняя теплоемкость смеси;

Qp = - ΔН;

Согласно [1], изменение энтальпии в ходе реакции задается эмпирическим уравнением:

;

Средняя объемная теплоемкость смеси:

;

  1. Расчет контактного аппарата на ЭВМ

5.1. Выбор катализатора.

Выбираем катализатор ИК-4.

Параметры: Tz = 758 K; K(Tz) = 1.45; T1 = 693 K; T2 = 793 K; E1 = 30.2 ;

E2 = 13.3; E3 = 0;

5.2. Расчет равновесных степеней превращения SO2.

Исходные данные:

- концентрация SO2 – 0,085

- концентрация O2 – 0,099

- давление - 1 атм.

- интервал температур – от 700 до 900 К

- шаг 40.

Результат расчета:

Т

Хравн

Кр

700

0,983

229,95

740

0,960

96,13

780

0,917

43,95

820

0,847

21,69

860

0,751

11,43

900

0,634

6,48

5.3. Расчет скорости реакции при заданной степени конверсии.

Исходные данные:

- концентрация SO2 – 0,085

- концентрация O2 – 0,099

- давление - 1 атм.

- интервал температур – от 650 до 900 К

- шаг 10

Результат расчета:

T,K

X=0.6

X=0.65

X=0.7

X=0.75

X=0.8

X=0.85

X=0.9

X=0.92

X=0.94

X=0.96

X=0.98

650

0,06

0,052

0,043

0,036

0,028

0,021

0,013

0,011

0,008

0,005

0,002

660

0,085

0,073

0,062

0,051

0,04

0,029

0,019

0,015

0,011

0,007

0,003

670

0,12

0,104

0,087

0,072

0,056

0,041

0,027

0,021

0,016

0,01

0,004

680

0,168

0,145

0,122

0,1

0,078

0,058

0,037

0,029

0,022

0,014

0,005

690

0,232

0,2

0,168

0,138

0,108

0,079

0,051

0,04

0,029

0,018

0,005

700

0,281

0,242

0,204

0,167

0,131

0,096

0,062

0,048

0,034

0,02

0,003

710

0,322

0,277

0,233

0,191

0,149

0,109

0,07

0,054

0,038

0,02

-0,003

720

0,366

0,315

0,266

0,217

0,17

0,123

0,078

0,059

0,04

0,018

730

0,416

0,358

0,301

0,246

0,191

0,138

0,085

0,063

0,04

-0,01

740

0,47

0,404

0,34

0,277

0,215

0,154

0,091

0,065

0,036

750

0,53

0,455

0,382

0,31

0,239

0,168

0,095

0,062

0,025

760

0,594

0,51

0,427

0,345

0,264

0,181

0,093

0,052

0,003

770

0,664

0,568

0,474

0,381

0,287

0,19

0,082

0,029

-0,037

780

0,739

0,63

0,523

0,416

0,307

0,192

0,057

-0,013

790

0,818

0,695

0,573

0,449

0,321

0,182

0,008

800

0,836

0,707

0,576

0,442

0,258

0,141

-0,072

810

0,825

0,691

0,555

0,413

0,2

0,076

820

0,809

0,67

0,525

0,372

0,119

-0,014

830

0,787

0,64

0,485

0,316

0,01

840

0,758

0,601

0,431

0,241

-0,136

850

0,719

0,547

0,358

0,139

860

0,666

0,476

0,261

0,003

870

0,597

0,382

0,132

-0,177

880

0,505

0,258

-0,038

890

0,385

0,095

900

0,23

-0,016