Цех получения «сернистого газа» из «флотохвостов» обогатительных фабрик

К статьям прихода относятся следующие:

В начале переведем производительность колчедана 220 т/сут в производительность в единицах измерения кг/ч. Рассчитаем по следующей формуле

220×1000/24 = 9167 кг станд. колч. /ч, где 1000 кг — перевод единиц измерения тонн колчедана в килограммы;

24 ч — перевод единиц измерения суток в часы.

Содержание серы в стандартном колчедане:

S в станд. колч. = 9167×0,45 = 4125,15 кг S/ч

4125,15 — 0,436

q — 1,00

Количество реального колчедана в флохвосте:

q фл/х = 4125×1 / 0,436 = 9461,353 кг флохвост / ч

Тогда количество сухого колчедана, поступающего на обжиг будет равно

9461,353×0,959 = 9073,44 кг/ч, где 0,9595 кг — количество колчедана, не учитывающее 4,1%-масс. Н2О Так как колчедан влажный рассчитаем количество влаги поступающей с колчеданом по следующей формуле

9461,353×0,041 = 387,92 кг/ч, где 0,041 кг — перевод заданной 4,1%-масс. влаги на кг.

Рассчитаем объем воздуха, необходимый для горения колчедана. Для того чтобы его рассчитать, определим прежде содержание серы в сухом колчедане, которое необходимо для расчета выхода огарка (β).

Содержание серы в сухом колчедане СSфакт рассчитывается по формуле СSфакт = 43,6/0,959 = 45,5%,

где 43,6% -масс. — заданное количество серы в колчедане.

Тогда выход огарка (β) на 1 т сухого колчедана рассчитаем по формуле

где СSфакт — фактическое содержание серы в сухом сырье, %;

СSогсодержание серы в огарке, %

Подставим данные в формулу и получим следующие значение выхода огарка

β = (160−43,6)/(160−0,45) = 0,73

Поскольку количество сухого колчедана 3316 кг/ч, то выход огарка β буде равен

0,73×9461,353 = 6906,79 кг/ч Рассчитаем количество серы, которое выгорело при обжиге колчедана СSог по следующей формуле СSвыг = СSфакт — β х СSог СSвыг = 45,5 — 0,73×0,45 = 45,2% (от массы сухого колчедана) Рассчитаем расход воздуха на 1 т сухого колчедана Vвозд по формуле

[4] (3.

6.5)

где CSO2- заданная концентрация диоксида серы в обжиговом газе, % (об.);

CSO3- заданная концентрация триоксида серы в обжиговом газе, % (об.);

m — стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу молекул диоксида серы (по уравнению реакции) Подставим данные в формулу и определим расход воздуха на 1 тонну сухого колчедана

Vвозд = (700/(13,9 + 0,15) + 2,625) х 45,2 = 2371 м³

Поскольку количество сухого колчедана 8791 кг/ч, то Vвозд определим следующим образом

Vвозд = 2371×8791/ 1000 = 20 843 м³

Поскольку колчедан влажный, то рассчитаем расход воздуха на 1 т влажного колчедана Vвозд

Vвозд = 20 843×0,959 = 19 988 м³

Поскольку количество влажного колчедана 9461,353 кг/ч, то определим следующим образом

2371×9167/ 1000 = 21 735 м³

Определим количество кислорода и азота, которые поступают с воздухом по следующим выражениям

VO2 = 21 735×21 / 100 = 4564 м³ ,

где 21% - содержание кислорода в воздухе Переведем единицы измерения VO2 в килограммы по следующему соотношению

VO2 = 4564×32 / 22,4 = 6520 кг, где 32 г/моль — молярная масса кислорода;

22,4 л — молярный объем

VN2 = 21 735×79 /100 = 17 171 м³,

где 79% - содержание азота в воздухе Переведем единицы измерения в килограммы по следующему соотношению

VN2 = 17 171×28 / 22,4 = 21 464 кг, где 28 г/моль — молярная масса азота Рассчитаем количество влаги, приносимой воздухом. Для этого принимаем, что воздух поступает с температурой 20 и степень насыщения его влагой равна 0,5.

Тогда содержание водяного пара в воздухе при 20 0С равно 17,29 г/м3.

21 735×17,29×0,5 / (760 — 17,29×0,5) = 250 кг Определим содержание флотационного колчедана 1 т колчедана содержит по заданным данным 4,1% - масс. Н2О

959 кг сухого колчедана

Основным элементом флотационного колчедана является дисульфид железа FeS2. Определим его содержание в колчедане по следующему выражению

FeS2

где 120 г/моль — молярная масса FeS2;

64 г/моль — молярная масса S2

Тогда одна тонна колчедана содержит

712,50 кг FeS2

41,00 кг H2O

246,50 кг примеси Поскольку количество влажного колчедана 9461,353 кг/ч, то данное количество колчедана будет содержать

FeS2 = 9461,353×712,5 / 1000 = 7718,25 кг Н2О = 9461,353×41 / 1000 = 387,92 кг Примеси 9461,353×246,5 / 1000 = 1355,18 кг

Рассчитанные статьи прихода по обжигу флотационного колчедана занесем в сводную таблицу материального баланса.

К статьям расхода относятся ниже перечисленные расчеты.

В начале рассчитаем количество полученного огарка по следующему выражению

7718,25 ∙ 0,959 = 6418 кг (на 220 т/сут колчедана),

где 7718,25 кг — выход огарка β.

Огарок содержит в своем составе образовавшийся, не прореагировавший, примеси. Для определения их содержания определим степень выгорания серы из колчедана χ по выражению

где СSм — содержание серы в колчедане, %

Подставим данные в формулу и определим степень выгорания серы из колчедана χ

χ = 100 х (1 — 0,45×0,73 / 43,6) = 99%

Определим количество FeS2, которое невыгорело

7718,25 ∙ 0,011 = 79,18 кг, где 0,01 кг — количество невыгоревшей серы из колчедана.

Тогда состав и вес огарка будет следующим

79,18 кг FeS2

1355,18 кг примеси

7522,15 кг Fe2О3

В огарок переходят также сопровождающие колчедан примеси (, пыль и др.). Для простоты расчета не учитываем их в расчете материального баланса.

Определим количество образовавшегося сухого обжигового газа по формуле

Подставим данные в формулу и получим

Vг = 700×45,2 / (13,9 + 0,15) = 2252 м³

В обжиговом газе содержится кислород, азот, диоксид серы, триоксид серы. Определим их содержание следующим образом.

Количество кислорода рассчитываем по формуле

Подставим данные в формулу и получим СО2 = 21 — 1,296×13,9 — 1,692×0,15 = 2,7% (об) Количество азота определим по разности

CN2 = 100 — 13,9 — 2,7 = 83,4% (об)

Переведем количество кислорода и азота в килограммы следующим образом О2 = 2252×2,7 / 100 = 60,8 м³,

где 2252 м3 — количество образовавшегося сухого обжигового газа Тогда О2 = 60,8×32 / 22,4 = 86,9 кг,

N2 = 2252×83,4 / 100 = 1878 м³

Тогда

N2 = 1878×28 / 22,4 = 2347,5 кг Суммарное количество 86,9 + 2347 = 2433,9 кг Количество влажного воздуха = 2433,9 х (1 + 0,65) = 4016 кг

SO2 = 2252×13,9 / 100 = 1442,54 м³

Тогда

SO2 = 1442,54×64 / 22,4 = 4121,55 кг

SO3 = 2252×0,15 /100 = 15,20 м³

Тогда

SO3 = 15,20×80 / 22,4 = 54,3 кг Определим количество влаги поступающей из колчедана и воздуха следующим образом

387,92 + 0,65×2963,14 = 2313,96 кг, где 65 кг — количество влаги, приносимой воздухом.

Сводная таблица материального баланса

Приход Расход Статьи прихода Количество, кг Статьи расхода Количество, кг Поток Компонент Поток Компонент Флохвост

FeS2

Н2О Примеси 7718,25

387,92

1355,18 Сернистый газ SO2 4121,55 Огарок FeS2

Fe2О3

Примеси 79,18

7522,15

1355,18 Воздух О2

N2 7705,25

25 366,15

Обжиговый газ SO3

Н2О

N2 54,30

2313,96

25 366,15 Итого: 42 532,75 42 472,43

Невязка баланса = 42 532,75 — 424 702,43 / 42 532,75×100% = 0,14%

Невязка баланса по приходной и расходной частям не должна превышать точности использованных измерений. В данном случае наименьшую точность имеет анализ составов газов (обычно 1 — 2%), следовательно, и невязка баланса допустима в тех же пределах.

3.

7.2. Расчет теплового баланса

С = 29,15 кДж/кмоль х град теплоемкость воздуха;

С = 1,38 кДж/кмоль х Ктеплоемкость газа;

Теплота реакции q = 94 275кДж/кмоль;

Теплоемкость пирита 73,3 кДж/кмоль х град;

Теплоемкость огарка 0,9799 кДж/кмоль х град

— Приход теплоты:

1) За счет входящего газа Q1=VCTвх

Q1=29,15×33 071,4×6 = 5 784 188 кДж/ч

2) За счет тепла колчедана

Q2= 9461,353×73,3×12 = 8 322 206 кДж/ч

3) За счет окисления SО2

Qр= 94 275×0,139×9461,353×0,83/22,4 = 4 594 039 кДж/ч

— Расход теплоты:

1) За счет уноса газа из слоя (изменением обьема газа пренебрегаем)

Q2= 33 071,4 · 1,38·tвых= 33 071,4 · 1,38· (830+273) = 5 748 026 кДж/ч

2) Тепло с вынесенным в пыли огарка

Q= 8956,51×0,9799×835 = 7 328 364 кДж/ч

3) За счет теплопотерь (теплопотери составляют 2% от теплоты реакции)

Qпот=Qр· 0,02=4 594 039·0,02= 91 880 кДж/ч

4) Теплота, отводимая из слоя с помощью водяных холодильников

Qx=(Q1+Qp)-(Q2+Qпот)=(5 784 188+4594039)-(5 148 026+91880)=5 138 321 кДж/ч

Суммарный тепловой баланс Приход Расход Статья кДж/ч % отн. Статья кДж/ч % отн. Тепло воздуха Тепло колчедана Горение пирита 5 784 188

4 594 039 31,0

44,5

24,5

Тепло газа Тепло огарка Теплопотери Холодильники 5 748 026

31,0

40,0

0,5

28,5

Итого: 18 700 433 100 Итого: 18 306 591 100

Невязка баланса =18 700 433 — 18 306 591 / 18 700 433×100% = 1,9%

3.

7.3 Расчет теоретических и практических расходных коэффициентов на основе расчета материального и теплового балансов Теоретические расходные коэффициенты рассчитываются по уравнению реакций. Теоретический расходный коэффициент должен быть меньше практического.

Молекулярная масса пирита = 119,85

Молекулярная масса сернистого газа = 64 г/моль К = 4×119,85 / (8×64) = 0,93

Практический расходный коэффициент учитывает производственные потери и примеси, т. е. он равен отношению фактической массы сырья, затраченной на производство с учетом потерь, к массе полученного продукта.

9461,353 / 4121,55 = 2,295

Заключение

В ходе курсовой работы был рассмотрен процесс получения сернистого газа кислоты из флотационного колчедана контактным способом. Помимо контактного способа существует нитрозный способ получения серной кислоты, который находит меньшее применение.

Данная работа показала, что химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), сложность которой определяется как наличием большого количества связей, элементов и подсистем, так и разнообразием решаемых задач. Основной целью химического производства является получение химического (целевого) продукта заданного качества при минимальных затратах и возможно меньшим количестве отходов. Для анализа ХТС и возможности их оптимизации необходима модель процесса, отражающая, в первую очередь, связи между элементами и их взаимное влияние друг на друга. Основой такой модели служит баланс масс в системе.

Из данных материальных балансов определяют: расход сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности; тепловой баланс и, соответственно, расход энергии и теплообменную аппаратуру; экономический баланс производства, себестоимость продукции и, следовательно, рентабельность производства. Материальный баланс позволяет оценить степень совершенства производства (комплексность использования сырья, номенклатуру и количество отходов), а также проанализировать причины потерь. При расчете баланса задаются величиной механических потерь, которая, как правило, не должна превышать 5%. Эти потери определяются не столько несовершенством технологии или дефектами оборудования, сколько культурой производства в целом.

Хомченко И. Г. Общая химия. М.: ООО «Изд-во Новая волна», 1997. — 464 с.

Справочник сернокислотчика. / Под ред. К. М. Мамена, М.: Химия, 1967. — 715 с.

Расчеты по ТНВ. / Под ред. П. В. Дыбиной, М.: Высшая школа, 1967. — 524 с.

Амелин А. Г. Технология серной кислоты. М.: Химия, 1983. — 360 с.

Расчеты по ПНВ. / Под ред. М. Е. Позина, Л.: Химия, 1977. — 494. с.

Хомченко И. Г. Общая химия. М.: ООО «Изд-во Новая волна», 1997. — 464 с.

Справочник сернокислотчика. / Под ред. К. М. Мамена, М.: Химия, 1967. — 715 с.