Структурная блок-схема

O₂+N₂ H₂O

011 03

S SO₂+O₂+N₂ SO₃+ SO₂+O₂+N₂ H₂SO₄+H₂O

1 2 3

012 12 23 301

10 302

S SO₃+ SO₂+O₂+N₂

1 - (серная печь) сжигание серы

S + O2 = SO2

2 – (контактный аппарат) контактное окисление

2SO2+ O2 = 2SO3

3 – (абсорбер) абсорбция SO3

SO3 + H2O = H2SO4

Составление системы уравнений материального баланса.

1.По 1-му блоку: по сере

2.По 2-му блоку

3.

4.

5.По 3-му блоку

6.

7.

Исходные данные для расчета

Показатель	Условные обозначения	Единица измерения	Значение
Степень превращения серы в SO2.	КS	%	95,0
Степень превращения SO2 в SO3.	КSO2	%	99,7
Степень абсорбции SO3	КSO3	%	99,9
Содержание SO2 в газе, поступающем в контактный аппарат.		% (по объему)	9,0
Содержание H2SO4 в целевом продукте		% (по массе)	92,8
Базис расчета, количество H2SO4 в продукте		кг

Перепишу систему уравнений с учетом данных и обозначив неизвестные за Хi:

Х1 ∙ 0,95 / 32 = Х2 ∙ 0,09

Х3 = Х2 ∙ 0,09 ∙ 0,997

Х4 = Х2 ∙ (1-0,997) ∙ 0,09

Х5 = Х2 ∙ (0,21 – 0,09) – 0,5 ∙ Х2 ∙ 0,09 ∙ 0,997

98 ∙ 0,999 ∙ Х3 = 5000 ∙ 0,928

Х6 = Х3 ∙ 0,999 ∙ 18 + 5000 ∙ (1 – 0,928)

Х7 = Х3 ∙ 80 ∙ (1 – 0,999) + Х4 ∙ 64 + Х5 ∙ 32 + 0,79 ∙ Х2 ∙ 28

Решение системы уравнений:

Х3 = 5000 ∙ 0,928 / 98 ∙ 0,999 = 47,4

Х2 = 47,4 / 0,09 ∙ 0,997 = 528,3

Х1 = 528,3 ∙ 0,09 ∙ 32 / 0,95 = 1601,6

Х4 = 528,3 ∙ (1-0,997) ∙ 0,09 = 0,14

Х5 = 528,3 ∙ (0,21 – 0,09) – 0,5 ∙ 528,3 ∙ 0,09 ∙ 0,997 = 39,7

Х6 = 47,4 ∙ 0,999 ∙ 18 + 5000 ∙ (1 – 0,928) = 1212,3

Х7 = 47,4 ∙ 80 ∙ (1 – 0,999) + 0,14 ∙ 64 + 39,7 ∙ 32 + 0,79 ∙ 528,3 ∙ 28 = 12969,1

Соответствие переменных потока

Наименование компонентов	Условное обозначение	Хi	Размерность	Значение по расчету
Сера	G011	Х1	кг	1601,6
Газы, после окисления серы	N12	Х2	кмоль	528,3
Количество SO3 после контактирования		Х3	кмоль	47,4
Количество SO2 после контактирования		Х4	кмоль	0,14
Количество О2 в газе после контактирования		Х5	кмоль	39,7
Вода		Х6	кг	1212,3
Выходящие газы		Х7	кг	12969,1

_O2

G₀₁₁ = N₁₂ ∙ 0,21 ∙ 32 = 528,3 ∙ 0,21 ∙ 32 = 3552,2 кг

_N2

G₀₁₁ = N₁₂ ∙ 0,79 ∙ 28 = 528,3 ∙ 0,79 ∙ 28 = 11686 кг

_{S S}

G₁₀ = G₀₁₁ ∙ (1- K^S) = 1601,6 ∙ (1 – 0,95) = 80,1 кг

_H2SO4

G^H2SO4 = G₃₀₁ ∙ 0,928 = 5000 ∙ 0,928 = 4640 кг

_H2SO4

G^H2O = G₃₀₁ ∙ 0,072 = 5000 ∙ 0,072 = 360 кг

_{O2 O2}

G₃₀₂ = N₂₃ ∙ 32 = 39,7 ∙ 32 = 1270,4 кг

_{SO2 SO2}

G₃₀₂ = N₂₃ ∙ 64 = 0,14 ∙ 64 = 8,96 кг

_{SO3 SO3}

G₃₀₂ = N₂₃ ∙ (1- K^SO3) ∙ 80 = 47,4 ∙ (1 – 0,999) ∙ 80 = 3,792 кг

Материальный баланс ХТС

Поточная диаграмма

Вода

Воздух

Сера Выхлоп. газы

Расчет основных технологических показателей процесса

1. Расходные коэффициенты по сырью

а) теоретический

М_S 32

γ_стех = ——— = ——— = 0,33

М_Н2SO4 98

б) практический

G_S 1601,6

γ = ——— = ——— = 0,35

G_Н2SO4 4640

Теоретический расходный коэффициент характеризует минимальный расход сырья на единицу массы продукта. Практический расходный коэффициент больше теоретического из-за неполноты использования сырья, так как выхлопные газы содержат некоторое количество SO₂ и SO₃.

2. Конверсия

N_Н2SO4 47,35

X = ——— = ——— = 0,95

N _S 50,05

3. Селективность процесса

N_Н2SO4 47,35

φ = ———— = —————— = 0,996

N ⁰_S - N _S (50,05 – 2,50)

4. Выход

η = X ∙ φ = 0,95 ∙ 0,996 = 0,95

Заключение

Важнейшие тенденции развития производства серной кислоты:

1. Увеличение мощности аппаратуры при одновременной комплексной автоматизации производства.

2. Интенсификация процессов путем применения реактора кипящего слоя (печи и контактные аппараты КС) и активных катализаторов, также производства и переработки концентрированного диоксида с использованием кислорода.

3. Разработка энерготехнологических систем с максимальным использованием теплоты экзотермических реакций, в том числе циклических и систем под давлением.

4. Увеличение степеней превращения на всех стадиях производства для снижения расходных коэффициентов по сырью и уменьшению вредных выбросов.

5. Использование сернистых соединений (S, SO₂, SO₃, H₂O) из технологических и отходящих газов, а также жидких отходов других производств.

6. Обезвреживание отходящих газов и сточных вод.

- существующие в настоящее время технологические установки для производства серной кислоты загрязняют биосферу диоксидом и триоксидом серы; промывные воды очистного отделения содержат такие токсичные вещества, как соединения мышьяка.

Список используемой литературы

1. «Общая химическая технология». Учеб. для техн. Вузов / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. – 2-е изд.., испр. и доп. – М.: высш. шк.., 1990. – 520 с.

2. «Основы химической технологии»: учеб. для студентов хим. - технол. спец. вузов/ И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина, под ред. И.П. Мухленова. – 4-е изд.., перераб. и доп. – М.: высш. шк.., 1991. – 463 с.

3. «Технология серной кислоты». А.Г. Амелин – 2-е изд.., перераб., М: Химия, 1983

4. «Расчёт материального баланса химико-технологических систем

интегральным методом». Г.Н. Кононова, В.В. Сафонов, Е.В. Егорова. Москва, 1999 год

[Д1]

Поиск по сайту: