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 25124321,6 Q3 24428345,1 Q2 210078189,3 Q4 199205039,6 Qотвод. 11569126,3 Итого: 235202510,9 235202510,9
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 12983,9 SO2 12983,9 SO3 419,9 O2 6639,5 O2 6639,5 N2 58235,8 N2 58235,8 H2O 16,8 H2O 2703,8 H2SO4 обр. 514,4 H2SO4 40% 138281,2 H2SO4 40% 138281,2 H2SO4 15% 31376,7 H2SO4 15% 31376,7 H2SO4 10% 43802,3 H2SO4 10% 43802,3 H2SO4 94% 55861,1 H2SO4 93,2% 58453,6 Итого: 350304,3 Итого: 350304,3
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 12983,9 O2 6639,5 N2 58235,8 H2O 16,79017 Итого: 77876,0 Степень превращения в контактном аппарате при оптимальных условиях составляет 98%, по уравнению реакции рассчитаем количества расходуемых и образующихся веществ и составим материальный баланс.
SO2 + 1/2O2 → SO3 М кг/кмоль 64,1 16,0 80,1 G кг/час 12724,2 3178,0 15902,2 Таблица 26 Материальный баланс контактного аппарата
Статьи прихода Статьи расхода Компонент кг/час Компонент кг/час SO2 12983,9 SO2 259,7 O2 8548,7 O2 3461,5 N2 62418,3 N2 58235,8 H2O 16,8 H2O 16,8 SO3 15902,24 Итого: 77876,0 Итого: 77876,0 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 46588,6 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 55797,5 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 46588,6 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 53572,8 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 58053019,3 Q2 59037268,5 Qр 19111698,5 Qотвод. 18127449,2 Итого: 77164717,8 Итого: 77164717,8 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 15902,2384 3578,442 19480,68 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 58236 N2 58235,8 H2O 16,8 H2SO4обр. 19497,5 SO3 15902 H2SO4ор. 701374,2 H2SO4ор. 704952,7 Итого: 782828,7 Итого: 782828,7 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 41,63396 0,070574 O2 2423,1 0,0452 31,46 3,39 -3,77 29,18907 1,320241 N2 46588,8 0,8696 27,87 4,27 29,29191 25,4732 H2O 20,9 0,0004 30 10,71 0,33 33,86402 0,013204 SO3 4449,3 0,0831 57,32 26,86 -13,05 54,49585 4,525971 Итого 53573,0 1 31,40319 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 90,81157 0,001849 42,55 12,55 -5,65 40,71102 0,075292 O2 2423,141 0,049349 31,46 3,39 -3,77 28,67291 1,414966 N2 46588,64 0,948802 27,87 4,27 29,20651 27,7112 Итого 49102,59 1 29,20145 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 25010114,7 Q2 20035732,5 Q3 331978050,9 Q4 352475014,3 Qр 17599381,5 Qотвод. 2076800,2 Итого: 374587547,1 Итого: 374587547,1 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 12983,9 SO2 259,7 SO3 419,9 O2 3461,5 O2 6639,5 N2 58235,8 N2 58235,8 H2SO4 обр. 20011,9 H2O 2703,8 H2SO4 40% 138281,2 H2SO4 40% 138281,2 H2SO4 15% 31376,7 H2SO4 15% 31376,7 H2SO4 10% 43802,3 H2SO4 10% 43802,3 H2SO4 93,2% 58453,6 H2SO4 94% 55861,1 H2SO4ор. 701374,2 H2SO4ор. 704952,7 Итого: 1055256,9 Итого: 1055256,9 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.: «КолосС», 2003
Справочник сернокислотчика // под ред. проф. К.М. Малина. – М.: Химия, 1971













31