Подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;

1.  подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;

2.  сжигание серы: S + O₂ = SO₂ (1) .Процесс ведут с избытком воздуха;

3.  контактное окисление SO₂ в SO₃: SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ (2).Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420-550*С;

4.  абсорбция SO₃ : SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (3). Абсорбционная колонна орошается 98,3% H₂SO₄. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~93% H₂SO₄ в соответствии с требованиями ГОСТа.

Исходные данные для расчета

 

Показатель	Значения
Степень превращения  серы в SO2, %	92.0
Степень превращения  SO2 в SO3, %	99.0
Степень абсорбции SO3, %	99.8
Содержание SO2 в газе, поступающем в контактный аппарат, % (по объему)	8.0
Содержание H2SO4 в целевом продукте, % по массе	92.5
Базис расчета, кг H2SO4	2000

Выполнение расчета. 1.Составляем блок-схему производства.

 

 

		сера		воздух

 

 

 

 

 

03

011

12 23  302

012

301

011 - Сера жидкая

012 - Воздух

12   - SO₂ содерж. газ

23 - SO₃ содерж. газ

03   - Вода

301   - Выхлопные газы

302   – Серная кислота

2. Составление уравнений по каждому узлу.

 

1.Составляем уравнения по первому узлу:

 

0.92*N₀₁₁=N₁₂^SO2

N₁₂^SO2=N₁₂*0.08 N₀₁₁=X₁

0.92*N₀₁₁=N₁₂*0.08 N₁₂=X₃

0.92*X₁=X₃*0.08 (1)

 

2. Составляем уравнения по второму узлу:

 

а) 0,99*N₁₂^SO2=N₂₃^SO3

0.99*N₁₂*0.08=N₂₃^SO3 N₂₃^SO3=X₄

0.99*X₃*0.08=X₄ (2)

 

б) N₁₂*(0.21-0.08)=2N₂₃^SO3

X*(0.21-0.08)=2X₄ (3)

 

3.Составляем уравнение по третьему узлу:

 

а) G₃₀₂*0.925=2000 базисное уравнение G₃₀₂=X₇

X₇*0.925=2000 (4)

 

б) 0.998*N₂₃^SO3=2000/Mr(H₂SO₄)

0.998*X₄=2000/98 (5)

 

в) N₃₀₁=N₃₀₁^SO2 + N₃₀₁^N2 + N₃₀₁^SO3 + N₃₀₁^O2

N₃₀₁^SO2=N₁₂^SO2*(1-0.99)=N₁₂^SO2*0.01=N₁₂*0.08*0.01

N₃₀₁^N2= 0.79*N₀₁₂

N₃₀₁^SO3=N₂₃^SO3*(1-0.998)=0.002*N₂₃^SO3

N₃₀₁^O2=N₁₂*(0.21-0.08)-1/2*N₁₂*(0.21-0.08)=N₁₂*0.13*(1-

1/2)=0.13/2*N₁₂

N₃₀₁=N₁₂*0.08*0.01+0.79*N₀₁₂+0.002*N₂₃^SO3+0.065*N₁₂

N₃₀₁=0.0658*N₁₂+0.79*N₀₁₂+0.002*N₂₃^SO3

X₆=0.0658*X₃+0.79*X₂+0.002*X₁ (6)

N₀₁₂=X₂

N₃₀₁=X₆

Но надо учесть , что N₁₂=N₀₁₂ ,т.е. X₂=X₃ (7)

 

6 неизвестных и 7 уравнений. Выбрасываем уравнение (3) и получаем систему уравнений:

0,92*X₁=0.08*X₃

0.99*0.08*X₃=X₄

0.925*X₇=2000

0.998*X₄=20.41

X₆=0.0658*X₃+0.79*X₂+0.002*X₄

X₃=X₂

0.92*X₁-0.08*X₃=0

0.0792*X₃-X₄=0

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*X₃+0.002*X₄- X₆=0

0.92*X₁-0.08*X₃=0

0.0792*X₃-20.45=0

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*X₃+0.002*20.45-X₆=0

0.92*X₁-0.08*X₃=0

X₃=257.23

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*X₃+0.041-X₆=0

0.92*X₁=0.08*257.23

X₃=257.23

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*257.23+0.041-X₆=0

X₁=22.37=N₀₁₁

X₃=257.23=X₂=N₁₂=N₀₁₂

X₇=2162.2=G₃₀₁

X₄=20.45=N₂₃^SO3

X₆=220.18=N₃₀₁

1.Количество целевого продукта:

X₇=G₃₀₁=2162.2 кг 92.5% серной кислоты

2. Расход серы:

X₁=N₀₁₁=22.37 кмоль

m_s=N_s*M_S=22.37*32=715.84 кг

G_Sнач=715,84/0,92=778,1 кг было введено в систему

3. Расход воздуха:

X₂=X₃=N₀₁₂=257.23 кмоль

G_возд=N_возд*M_возд=257,23*29=7459,67 кг

4.Определение расхода кислорода и азота

G_O2=7459,67*0,21=1566,7 кг

G_N2=7459,67*0,79=5893,1 кг

5.  Определяем количество SO₂, содержащегося в газе:

X₃=N₁₂=257.23 кмоль

N₁₂^SO2=257.23*0.08=20.58 кмоль

G_SO2=N_SO2*M_SO2=20.58*64=1317 кг

6.  Определение SO₃, содержащегося в газе:

 X₄=N₂₃^SO3=20.45 кмоль

G_SO3=N_SO3*M_SO3=20.45*80=1636 кг

7.  Расход воды на абсорбцию:

G₀₃=G₃₀₁*M_H2O/M_H2SO4=2162.2*18/98=397 кг

8.  Выхлопные газы:

X₆=N₃₀₁=220.18 кмоль

G₃₀₁=G₃₀₁^SO2+G₃₀₁^N2+G₃₀₁^SO3+G₃₀₁^O2=1317*0.01+5893.1+

0.002*1636+0.065*7459.67=13.17+5893.1+3.27+484.88=

6394.42 кг

3.Материальный баланс.

Введено			Получено
Реагенты	кг	% масс	Продукты	кг	%масс
Сера	778,1	9	Серная кислота:	2162,2	25
Вода	397	4,6	H2SO4	2000	23,2
Воздух:	7459,67	86,4	H2O	162,2	1,8
21% О2	1566,7	18,1	Выхлопные газы:	6394,42	74,1
79%N2	5893,1	69,3	SO2	13,17	0,15
			N2	5893,1	68,25
			SO3	3,27	0,06
			O2	484,88	5,64
			Невязка	78,15	0,9
Всего	8634,77	100	Всего	8634,77	100

Список литературы.

1.  Г.Н. Кононова, В.В. Сафонов, Н.Г. Чабан. Разработка алгоритма и расчет материального баланса химико-технологической системы. Москва. 1995.

2.  Учебник для химико-технологических специальностей ВУЗов под редакцией проф. И.П. Мухленова. Общая химическая технология. Часть 2 « Важнейшие химические производства». Москва «Высшая школа»1984.

3.  А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. Общая химическая технология. Издание второе исправленное и дополненное. Москва «Высшая школа» 1990.

4.  Конспект лекций (лектор: Г.Н. Кононова)