Материальный и тепловой балансы в производстве серной кислоты

Q1,3=Cpгаза∙T∙V/Vm

Q2,4=Cpк-ты∙T∙G

При расчете теплового баланса определим избыток тепла, который отводится во встроенных холодильниках.

Таблица 23 Тепловой баланс сушильной колонны Статьи прихода Статьи расхода Q, кДж/час Q, кДж/час Q1 25 124 321,6 Q3 24 428 345,1 Q2 210 078 189,3 Q4 199 205 039,6 Qотвод. 11 569 126,3 Итого: 235 202 510,9 235 202 510,9

Заключение

к разделу 1

По итогам расчетов составим суммарный материальный баланс промывного отделения получения серной кислоты, результат представлен в таблице.

Таблица 24 Суммарный материальный баланс блока промывного отделения производства серной кислоты Статьи прихода Статьи расхода Компонент кг/час Компонент кг/час SO2 12 983,9 SO2 12 983,9 SO3 419,9 O2 6639,5 O2 6639,5 N2 58 235,8 N2 58 235,8 H2O 16,8 H2O 2703,8 H2SO4 обр. 514,4 H2SO4 40% 138 281,2 H2SO4 40% 138 281,2 H2SO4 15% 31 376,7 H2SO4 15% 31 376,7 H2SO4 10% 43 802,3 H2SO4 10% 43 802,3 H2SO4 94% 55 861,1 H2SO4 93,2% 58 453,6 Итого: 350 304,3 Итого: 350 304,3

2 Материальный и тепловой балансы контактного аппарата производства серной кислоты После осушки газ поступает в пятислойный контактный аппарат.

Таблица 25 Состав газа, направляемого в контактный аппарат Компонент кг/час SO2 12 983,9 O2 6639,5 N2 58 235,8 H2O 16,79 017

Итого: 77 876,0 Степень превращения в контактном аппарате при оптимальных условиях составляет 98%, по уравнению реакции рассчитаем количества расходуемых и образующихся веществ и составим материальный баланс.

SO2 + ½O2 → SO3 М кг/кмоль 64,1 16,0 80,1 G кг/час 12 724,2 3178,0 15 902,2 Таблица 26 Материальный баланс контактного аппарата Статьи прихода Статьи расхода Компонент кг/час Компонент кг/час SO2 12 983,9 SO2 259,7 O2 8548,7 O2 3461,5 N2 62 418,3 N2 58 235,8 H2O 16,8 H2O 16,8 SO3 15 902,24 Итого: 77 876,0 Итого: 77 876,0 В контактном аппарате идет реакция окисления SO2 до SO3. Реакция является экзотермической, она идет с выделением тепла. Для достижения наиболее высокой степени конверсии необходимо поддерживать оптимальные условия. Поэтому для поддержания заданной температуры в аппарате постоянно отводится тепло.

Для определения количества отводимого тепла составим тепловой баланс контактного аппарата, для этого определим теплоемкости входящего и выходящего газов.

Теплоемкость рассчитываем по уравнению:

Cp=a+b∙T+C/T2

Коэффициенты a, b, с берем из справочника физико-химических величин для каждого компонента (3, c.10).

Таблица 27 Теплоемкость газа, входящего в контактный аппарат Состав м3/час xi, об. доля, а b*103 c*10−5 Cp,

Дж/моль К Сi*xi SO2 4540,2 0,0814 42,55 12,55 -5,65 50,39 4,10 O2 4647,8 0,0833 31,46 3,39 -3,77 33,14 2,76 N2 46 588,6 0,8350 27,87 4,27 30,91 25,81 H2O 20,9 0,0004 30 10,71 0,33 37,70 0,01 Итого 55 797,5 1 32,69 Таблица 28 Теплоемкость газа, выходящего из контактного аппарата Состав м3/час xi, об. доля, а b*103 c*10−5 Cp,

Дж/моль К Сi*xi SO2 90,8 0,0017 42,55 12,55 -5,65 50,39 0,09 O2 2423,1 0,0452 31,46 3,39 -3,77 33,14 1,50 N2 46 588,6 0,8696 27,87 4,27 30,91 26,88 H2O 20,9 0,0004 30 10,71 0,33 37,70 0,01 SO3 4449,4 0,0831 57,32 26,86 -13,05 73,90 6,14 Итого 53 572,8 1,0000 34,62 Тепловой эффект реакции возьмем из справочника сернокислотчика (6, с.80). Зная количество образующегося SO3, рассчитаем Qр.

Количество теплоты, приходящее с газом и расходуемое с выходящим газом определим по формуле

Q1,3=Cpгаза∙T∙V/Vm

Таблица 29 Тепловой баланс контактного аппарата Статьи прихода Статьи расхода Q, кДж/час Q, кДж/час Q1 58 053 019,3 Q2 59 037 268,5 Qр 19 111 698,5 Qотвод. 18 127 449,2 Итого: 77 164 717,8 Итого: 77 164 717,8 Количество отводимого тепла рассчитывается по разности между приходом и расходом.

3 Материальный и тепловой балансы моногидратного абсорбера Из контактного аппарата газ охлаждается и поступает в моногидратный абсорбер. Орошение проводят 98% серной кислотой, которая за цикл укрепляется на 0,5%. В моногидратном абсорбере идет 100% поглощение SO3. По уравнению реакции рассчитаем количество образующейся кислоты.

SO3 + H2O = H2SO4 М кг/кмоль 80,1 18,0153 98,1 G кг/час 15 902,2384 3578,442 19 480,68 Составим материальный баланс абсорбера и определим количество орошающей кислоты.

Таблица 30 Материальный баланс абсорбера Статьи прихода Статьи расхода Компонент кг/час Компонент кг/час SO2 259,7 SO2 259,7 O2 3461,5 O2 3461,5 N2 58 236 N2 58 235,8 H2O 16,8 H2SO4обр. 19 497,5 SO3 15 902 H2SO4ор. 701 374,2 H2SO4ор. 704 952,7 Итого: 782 828,7 Итого: 782 828,7 В абсорбере идет реакция образования серной кислоты. Реакция является экзотермической, она идет с выделением тепла. Для полного поглощения SO3 необходимо поддерживать оптимальные условия. Поэтому для поддержания оптимальной температуры излишнее тепло отводится в холодильниках.

Для определения количества отводимого тепла составим тепловой баланс контактного аппарата, для этого определим теплоемкости входящего и выходящего газов.

Теплоемкость рассчитываем по уравнению:

Cp=a+b∙T+C/T2

Коэффициенты a, b, с берем из справочника физико-химических величин для каждого компонента (3, c.10).

Таблица 31 Теплоемкость газа, входящего в абсорбер Состав м3/час xi, об. доля, а b*103 c*10−5 Cp,

Дж/моль К Сi*xi SO2 90,8 0,0017 42,55 12,55 -5,65 41,63 396 0,70 574 O2 2423,1 0,0452 31,46 3,39 -3,77 29,18 907 1,320 241 N2 46 588,8 0,8696 27,87 4,27 29,29 191 25,4732 H2O 20,9 0,0004 30 10,71 0,33 33,86 402 0,13 204 SO3 4449,3 0,0831 57,32 26,86 -13,05 54,49 585 4,525 971

Итого 53 573,0 1 31,40 319

Таблица 32 Теплоемкость газа, выходящего из абсорбера Состав м3/час xi, об. доля, а b*103 c*10−5 Cp,

Дж/моль К Сi*xi SO2 90,81 157 0,1 849 42,55 12,55 -5,65 40,71 102 0,75 292 O2 2423,141 0,49 349 31,46 3,39 -3,77 28,67 291 1,414 966 N2 46 588,64 0,948 802 27,87 4,27 29,20 651 27,7112

Итого 49 102,59 1 29,20 145

Тепловой эффект реакции возьмем из справочника сернокислотчика (6, с.86). Зная количество образующейся кислоты, рассчитаем Qр.

Теплоемкости серной кислоты возьмем из справочника (6, c.113).

Используя полученные значения теплоемкостей, рассчитаем тепловой баланс моногидратого абсорбера.

Количество теплоты с входящим газом и выходящим газом определим по формуле

Q1,2=Cpгаза∙T∙V/Vm

Количество теплоты, вносимое с потоком кислоты и выносимое ею, определим по формуле

Q3,4=Cpк-ты∙T∙G

При расчете теплового баланса определим избыток тепла, который отводится в холодильниках.

Таблица 33 Тепловой баланс абсорбера Статьи прихода Статьи расхода Q, кДж/час Q, кДж/час Q1 25 010 114,7 Q2 20 035 732,5 Q3 331 978 050,9 Q4 352 475 014,3 Qр 17 599 381,5 Qотвод. 2 076 800,2 Итого: 374 587 547,1 Итого: 374 587 547,1 Продукция выпускается в виде серной кислоты концентрацией 93,5%.

Заключение

В данном курсовом проекте произведен технологический расчет производства серной кислоты. Оно включает промывное отделение, содержащее в себе 2 линии промывных башен и сушильную колонну для смеси газов, контактный аппарат и моногидратный абсорбер.

Таблица 34 Суммарный материальный баланс производства серной кислоты Статьи прихода Статьи расхода Компонент кг/час Компонент кг/час SO2 12 983,9 SO2 259,7 SO3 419,9 O2 3461,5 O2 6639,5 N2 58 235,8 N2 58 235,8 H2SO4 обр. 20 011,9 H2O 2703,8 H2SO4 40% 138 281,2 H2SO4 40% 138 281,2 H2SO4 15% 31 376,7 H2SO4 15% 31 376,7 H2SO4 10% 43 802,3 H2SO4 10% 43 802,3 H2SO4 93,2% 58 453,6 H2SO4 94% 55 861,1 H2SO4ор. 701 374,2 H2SO4ор. 704 952,7 Итого: 1 055 256,9 Итого: 1 055 256,9 На основании проделанной работы получены следующие результаты: рассчитаны материальный и тепловой балансы каждого аппарата, производительность установки составит 20 т/час серной кислоты. Степень превращения SO2 составит 98%.

Список использованной литературы Амелин А. Г., Яшке Е. В., Производство серной кислоты. — М. Высш. школа. 1980

Бесков В. С., Сафронов В. С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. — М.: Химия, 1999

Краткий справочник физико-химических величин // под ред. К. П. Мищенко, А. А. Равделя. — Л.: Химия, 1965

Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. М. Высш. школа. 1990

Общая химическая технология и основы промышленной экологии.// под ред. В. И. Ксензенко. — М.: «Колос

С", 2003

Справочник сернокислотчика // под ред. проф. К. М. Малина. — М.: Химия, 1971