Производство серной кислоты из серы
цесса необходимо
получить олеум, можно совместить абсорбцию олеумом (1-й абсорбер) и
абсорбцию 98,3%-ной кислотой (2-й абсорбер).
В принципе при высоких температурах над 98,3%-ной кислотой может быть
значительным парциальное давление паров самой кислоты, что также будет
снижать степень абсорбции SO3. Ниже 100*С равновесное давление паров
H2SO4 очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная
степень абсорбции.
Таким образом, для обеспечения высокой степени поглощения следует
поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а
температуру ниже 100*С. Однако в процессе абсорбции SO3 происходит
закрепление кислоты (повышение ее концентрации) и в силу экзотермичности
реакции увеличивается температура. Для уменьшения тормозящего влияния
этих явлений абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H2SO4 при
однократном прохождении абсорбера повышалась только на 1-1,5%,
закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до концентрации 98,3%,
охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию,
обеспечивая высокую кратность циркуляции.
Задание для расчета
Вариант №3
Стадии производства серной кислоты:
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 |92.0 |
|серы в SO2, % | |
|Степень превращения |99.0 |
|SO2 в SO3, % | |
|Степень абсорбции SO3, % |99.8 |
|Содержание SO2 в газе, поступающем в |8.0 |
|контактный аппарат, % (по объему) | |
|Содержание H2SO4 в целевом продукте, %|92.5 |
|по массе | |
|Базис расчета, кг H2SO4 |2000 |
Выполнение расчета.
1.Составляем блок-схему производства.
03
011
12
23 302
012
301
011 - Сера жидкая
012 - Воздух
12. - SO2 содерж. газ
23 - SO3 содерж. газ
3. - Вода
301. - Выхлопные газы
302. – Серная кислота
2. Составление уравнений по каждому узлу.
1.Составляем уравнения по первому узлу:
0.92*N011=N12SO2
N12SO2=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*N12SO2=N23SO3
0.99*N12*0.08=N23SO3 N23SO3=X4
0.99*X3*0.08=X4 (2)
б) N12*(0.21-0.08)=2N23SO3
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*N23SO3=2000/Mr(H2SO4)
0.998*X4=2000/98 (5)
в) N301=N301SO2 + N301N2 + N301SO3 + N301O2
N301SO2=N12SO2*(1-0.99)=N12SO2*0.01=N12*0.08*0.01
N301N2= 0.79*N012
N301SO3=N23SO3*(1-0.998)=0.002*N23SO3
N301O2=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*N23SO3+0.065*N12
N301=0.0658*N12+0.79*N012+0.002*N23SO3
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=N23SO3
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
ms=Ns*MS=22.37*32=715.84 кг
GSнач=715,84/0,92=778,1 кг было введено в систему
3. Расход воздуха:
X2=X3=N012=257.23 кмоль
Gвозд=Nвозд*Mвозд=257,23*29=7459,67 кг
4.Определение расхода кислорода и азота
GO2=7459,67*0,21=1566,7 кг
GN2=7459,67*0,79=5893,1 кг
5. Определяем количество SO2, содержащегося в газе:
X3=N12=257.23 кмоль
N12SO2=257.23*0.08=20.58 кмоль
GSO2=NSO2*MSO2=20.58*64=1317 кг
6. Определение SO3, содержащегося в газе:
X4=N23SO3=20.45 кмоль
GSO3=NSO3*MSO3=20.45*80=1636 кг
7. Расход воды на абсорбцию:
G03=G301*MH2O/MH2SO4=2162.2*18/98=397 кг
8. Выхлопные газы:
X6=N301=220.18 кмоль
G301=G301SO2+G301N2+G301SO3+G301O2=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 |2162,2 |25 |
| | | |кислота: | | |
|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 |6394,42 |74,1 |
| | | |газы: | | |
|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)
-----------------------
Колчедан
Na2SO3
Сульфитная целлюлоза
Нитрозный способ
H2SO4
Производство сульфатов Na, K, Fe, Cu, Zn, Al и др.
Производство K2Cr2O7 и Na2Cr2O7
Взрывчатые вещества
Получение спиртов, эфиров и др. органических веществ
Органические красители
Производство патоки и глюкозы
Химические волокна, текстильная промышленность
Очистка нефтепродуктов и минеральных масел
Минеральные пигменты
Минеральные кислоты HF, H3PO4, H3BO3
Металлургия: Al, Mg, Cu, Hg, Co, Ni, Au и др.
Сульфат аммония (NH4)2SO4
Травление металлов
Минеральные удобрения
Процессы сульфирования
SO3
Контактный
способ
гипс
SO2
Фтор - и хлорсульфоновые к-ты
Хлористый сульфурил
NaHSO3
Ca(HSO3)2
Отработанные кислоты
сероводород
Газы агломерационных фабрик
Газы цветной металлургии
Сера
Сжигание серы
Контактное окисление SO2 в SO3
Абсорбция SO3
сера
воздух
Вода
Серная кислота
Выхлопные газы
| |  скачать работу |
Производство серной кислоты из серы |
