Методические указания
Форма
СО ПГУ 7.18.2/05
3
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра химии и химических технологий
Проблемы комплексного использования серы и
азота
Методические указания и контрольные задания для студентов
заочной формы обучения специальности
050720 «Химическая технология неорганических веществ»
Павлодар
1
Лист утверждения к
методическим указаниям
Форма
СО ПГУ 7.18.1/05
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета ХТ и Е
________________Ахметбеков К.К.
«___»_____________200_г.
Составитель: ст. преподаватель ______________ Баймухамбетова М.Г.
Кафедра химии и химических технологий
Методические указания и контрольные задания
по дисциплине
«Проблемы комплексного использования серы и азота»
для студентов заочной формы обучения специальности
050720 «Химическая технология неорганических веществ»
Утверждено на заседании кафедры
«_____»________ 200__ г Протокол № _____
Заведующий кафедрой _________________Жапаргазинова К.Х.
Одобрено учебно-методическим советом ФХТиЕ
«_____» _________ 200__ г Протокол № _____
Председатель УМС _________________ Буркитбаева У.Д.
2
Содержание
стр.
Введение
4
1. Общие методические указания
5
2. Темы дисциплины
7
3 Методические рекомендации
по выполнению заданий
10
4. Примеры расчетов
14
5. Варианты контрольных работ
22
6. Список рекомендуемой литературы
32
3
Введение
В соответствии с современными тенденциями развития химических
отраслей, интенсификацией и модернизацией действующих производств,
укрупнением и комбинированием
новых производств возрастает роль
подготовки инженерных кадров. Качество подготовки инженеров-технологов
для предприятий химической промышленности определяется фундаментальной
подготовкой
специалистов по инженерно-химическому циклу учебных
дисциплин.
Данные методические указания разработаны для
студентов
специальности 050720 – «Химическая технология неорганических веществ» и
являются дополнением к лекционному курсу. Целью методических указаний
является привитие студентам навыков инженерного расчета, формирование
умения мотивации решения поставленных проблем и обоснования выводов,
вытекающих из этих решений; формирование умения навыков самостоятельной
работы.
Основное содержание данного пособия – материальные и тепловые
расчеты (балансы) производственных процессов или их отдельных элементов,
расчеты некоторых производственных аппаратов, не относящихся к типовой
химической аппаратуре.
В данных методических указаниях приводится
основное
содержание программы по дисциплине «Проблемы комплексного
использования серы и азота» и задания для
контрольной работы
охватывающей весь курс, приведены методики расчетов для выполнения
контрольных работ, дан список научной и справочной литературы необходимой
для проведения расчетов.
4
1. Общие методические указания
В соответствии с учебным планом курс «Проблемы комплексного
использования серы и азота» изучается по заочной системе обучения на
третьем курсе (на базе среднего профессионального), на втором курсе (на базе
высшего
образования) после сдачи экзаменов по общенаучным и
общетехническим дисциплинам.
В курсе «Проблемы комплексного использования серы и азота»
студенты должны получить необходимую информацию о причинах и основных
проблемах комплексного использования сырья, о способах реализации
основных принципов комплексного использования сырья, об некоторых
закономерностях комплексных химико-технологических производств, методах
анализа и способах оптимизации изучаемых процессов.
Знание курса должно помочь студентам научиться выполнять
материальные и тепловые расчеты (балансы) производственных процессов или
их отдельных элементов, расчеты некоторых производственных аппаратов, не
относящихся к типовой химической аппаратуре, находить оптимальные
технологические решения
с учетом экономических и экологических
приоритетов, сформировать у будущих специалистов инженерное мышление,
навыки решения различных проблем реального производства, его организации
и управления, овладение студентами основными методами технологического
расчета важнейших аппаратов химических производств.
Расчеты составлены в соответствии с программой курса и охватывают
его основные разделы: производство серной кислоты, синтез аммиака и
производство азотной кислоты.
Программа курса «Проблемы комплексного использования серы и
азота» состоит из 13 основных тем:
- тема 1 Введение. Важнейшие свойства серной кислоты
- тема 2 Сырье для получения серной кислоты
- тема 3 Производство сернистого газа
- тема 4 Производство серной кислоты контактным способом
- тема 5 Производство серной кислоты нитрозным способом
- тема 6 Концентрирование серной кислоты
- тема 7 Очистка промышленных выбросов
- тема 8 Соединения связанного азота в народном хозяйстве
- тема 9 Получение сырья для азотной промышленности
- тема 10 Производство синтетического аммиака
- тема 11 Производство слабой азотной кислоты
- тема 12 Производство концентрированной азотной кислоты
- тема 13 Экологические проблемы производства связанного азота
При изучении каждого производства
кроме перечисленных
методических указаниях вопросов рассматриваются следующие вопросы:
- технико-экономические показатели процессов;
- контроль и автоматизация процессов;
в
5
- условия безопасной работы;
- основные тенденции развития производств с комплексной переработкой
сырья;
- меры по защите окружающей среды от выбросов производств.
Для изучения курса учебным планом предусмотрено выполнение
практических занятий, контрольной работы и сдача экзамена.
1.1 Требования к содержанию и оформлению
Контрольная работа включает в себя три теоретических вопроса и три задачи.
Теоретические вопросы предусматривают изложение теоретических основ
процессов получения одного из продуктов химической технологии и
изображение технологической схемы с указанием норм технологического
режима.
Технологическая схема должна быть вычерчена на листе формата А-4, внизу
схемы должна быть приведена спецификация пронумерованного оборудования.
Оборудование рекомендуется вычерчивать в таком масштабе, чтобы
сохранялась соразмерность аппаратов.
Задачи необходимо выполнять в логической последовательности.
При использовании для расчета уравнений или каких-либо формул они сначала
должны быть приведены в общем виде, с расшифровкой каждого параметра, с
указанием его размерности и литературного источника.
Размерности всех величин и параметров должны быть выражены в системе СИ.
Контрольные работы выполняются на листах А-4 с полями для
замечаний
преподавателя.
В конце выполненной контрольной работы должен быть приведен список
использованной литературы.
Преподавателю предоставляется право выдавать индивидуальное повторное
задание, если обнаружиться, что студент выполнил контрольную работу не
самостоятельно.
Пример оформления списка литературы
1. Соколов Р.С. Хическая технология. Учебное пособие – М., Гуманит. Изд.
Центр ВЛАДОС, 2000, т. 1,2 - 480 с.
6
2. Темы дисциплины
2.1 Введение. Важнейшие свойства серной кислоты
Цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами специальности.
Значение серной кислоты в народном хозяйстве. Обзор методов производства
серной кислоты. Прикладное значение физико-химических свойств серной
кислоты и оксидов серы, хранение и транспортировка серной кислоты.
Конструкционные материалы для аппаратуры сернокислотного производства.
Трубы и арматура кислотных трубопроводов и газопроводов.
2.2 Сырье для получения серной кислоты
Природные виды серного сырья - сера, колчеданы, пирротины, гипс, их
месторождения. Характеристики природных серосодержащих минералов.
Промышленные виды сырья - флотационный колчедан, углистый колчедан,
газовая сера, сульфат кальция. Отходящие газы цветной металлургии и
нефтепеработки. Травильные растворы. Кислые гудроны. Агломерационные
газы. Тенденции в использовании серосодержащего сырья для производства
серной кислоты.
2.3 Производство сернистого газа
Требования к сернистому газу в производстве серной кислоты. Физикохимические основы обжига серного колчедана. Температурные условия обжига.
Состав газа и огарка. Сжигание серы.
Основные типы печей для обжига серного сырья. Энергохимические агрегаты
для обжига колчедана. Обогащение слабых газов. Пути утилизации огарка.
Очистка газа от пыли.
Материальный и тепловой балансы печного отделения.
Материальный баланс печи с кипящим слоем при сжигании колчедана. Расчет
основных показателей печи с кипящим слоем.
2.4 Производство серной кислоты контактным способом
Физико-химические основы процесса очистки газа от примесей.
Технологическая схема отделения тонкой очистки. Очистка газа при
испарительном режиме, промывка газа горячей кислотой, сухая очистка. Осушка
газа.
Теоретические основы контактного окисления двуокиси серы. Роль катализаторов
при процессе окисления SO2 до SO3. Основные физико-химические свойства
катализаторов,
применяющихся
в сернокислотной промышленности.
Приготовление катализаторов, контроль качества катализаторов. Перспективы и
изыскание новых высокоактивных катализаторов и износоустойчивых
катализаторов. Статика окисления SO2. Катализаторы. Кинетика окисления SO2
на ванадиевом катализаторе.
Теоретические основы окисления SO2 в контактном аппарате с взвешенным
слоем катализатора. Конструкции контактных аппаратов. Контактный процесс на
слабых газах цветной металлургии. Использование крепкого газа.
Физико-химические
основы
абсорбции
серного
ангидрида.
Схема
двухступенчатой
абсорбции.
Промежуточная
абсорбция
SO3
при
двухступенчатом контактировании. Контактное производство серной кислоты
7
при использовании в качестве сырья серы. Короткая схема получения серной
кислоты. Схема получения
серной кислоты из гипса и сероводорода.
Перемещение газа по системе. Расчет контактных аппаратов для окисления
сернистого газа.
Технико-экономические показатели работы контактных систем – удельные
капиталовложения, расходные коэффициенты, себестоимость продукта.
Перспективы развития контактного производства серной кислоты – укрупнение
агрегатов, интенсификация за счет использования кислорода и др. Проблема
очистки выхлопных газов.
2.5 Производство серной кислоты нитрозным способом
Теоретические основы нитрозного сернокилотного процесса. Башенный
сернокислотный процесс, его особенности. Схемы башенных систем, назначение
и функции отдельных башен. Схема орошения. Технологический режим
башенных систем. Аппаратура. Насосно-холодильное хозяйство. Пути
усовершенствования Производства серной кислоты нитрозным способом.
Контактно башенный процесс. Схема совместного получения азотной и серной
кислот. Нитрозный процесс на пенном режиме.
Технико-экономические показатели работы башенных систем. Проблема очистки
хвостовых газов. Пути интенсификации нитрозного способа.
2.6 Концентрирование серной кислоты
Физико-химические основы концентрирования серной кислоты.
Концентрирование серной кислоты с применением внешнего нагрева, вакуума
и
водоотнимающих средств. Концентрирование при непосредственном
соприкосновении горячих газов с кислотой. Барабанный концентратор.
Образование кислотного тумана, методы его осаждения. Техникоэкономические показатели барабанных концентраторов.
2.7 Очистка промышленных выбросов
Экологические особенности выхлопных газов сернокислотных производств.
Предельно допустимые концентрации выбросов. Проблемы создания
безотходных производств. Основные методы улавливания аэрозолей: осаждение,
использование циклонных аппаратов, фильтрация через пористые материалы,
промывка газа жидкостью и электроосаждение. Удаление газообразных примесей
методами абсорбции, адсорбции и каталитическим способом. Методы очистки
сточных вод – нейтрализация, отстой и биохимический способ.
2.8 Соединения связанного азота в народном хозяйстве
Виды связанного азота. Значение соединений связанного азота в народном
хозяйстве. Круговорот азота в природе. Азотная промышленность стран СНГ.
Краткая характеристика методов фиксации атмосферного азота. Перспективы
развития азотной промышленности.
2.9 Получение сырья для азотной промышленности
Виды сырья для азотной промышленности. Требования к сырью для
азотных заводов. Методы производства азота и водорода из основных видов
сырья. Технико-экономическая оценка различных видов сырья.
Производство азота из воздуха методом глубокого охлаждения. Методы
получения низких и сверхнизких температур. Теоретические основы
8
выделения из воздуха азота и кислорода. Принципиальные схемы установок
для разделения воздуха. Основные типы аппаратов.
Получение азотоводородной смеси из жидкого и твердого топлива. Современные
установки для газификации твердого топлива с целью получения
азотоводородной смеси. Получение водорода и азотоводородной смеси методом
глубокого охлаждения кокосового газа. Теоретические основы разделения
коксового газа методом фракционной конденсации. Схемы установок для
разделения коксового газа. Характеристика основного оборудования.
Производство водорода и азотоводородной смеси химическим методом.
Теоретические основы конверсии метана с применением различных окислителей.
Типы конверсий. Катализаторы конверсий. Принципиальные технологические
схемы и аппаратурное оформление процессов. Технико-экономическая
характеристика различных технологических схем конверсии метана и
перспективы развития.
Очистка газов перед конверсией. Очистка газов от сероводорода с помощью
активированного
угля,
окислами
железа,
мышьяково-щелочным
и
моноэтаноламиновым методами. Каталитические и абсорбционные методы
очистки газа от сероводорода. Теория конверсии окиси углерода. Катализаторы
для конверсии окиси углерода, их свойства и методы получения. Теория
каталитического процесса. Современные промышленные установки
для
конверсии окиси углерода под атмосферным и повышенным давлением.
Основное оборудование. Технико-экономическая оценка различных вариантов
конверсии окиси углерода. Очистка конвертированного газа от двуокиси и окиси
углерода. Технологические схемы и аппаратурное оформление процессов.
2.10 Производство синтетического аммиака
Равновесие и кинетика процесса синтеза аммиака. Катализаторы синтеза
аммиака. Контактные яды и методы борьбы с отравлением катализатора.
Предкатализ продуцирующий и гидрирующий. Элементы теории каталитического
процесса. Новые виды катализаторов.
Основные принципы устройства установок для производства синтетического
аммиака. Установки низкого, среднего и высокого давления. Современный
энерготехнологический агрегат синтеза аммиака под давлением 300 атм. Методы
интенсификации
работы установок для синтеза аммиака. Аппаратурное
оформление и автоматизация производства. Технико-экономическая оценка
различных методов синтеза аммиака.
2.11 Производство слабой азотной кислоты
Производство азотной кислоты методом каталитического окисления аммиака.
Физико-химические основы процесса окисления аммиака и переработки окислов
азота в азотную кислоту. Теория каталитического процесса, основные типы
катализаторов и их сравнительная характеристика.
Сравнительная характеристика различных систем производства азотной кислоты.
Промышленные установки по производству слабой азотной кислоты. Получение
слабой азотной кислоты под атмосферным давлением, комбинированным
методом, под повышенным давлением. Современная энерготехнологическая
схема производства слабой азотной кислоты под давлением 7,2 атм. Основное
9
оборудование
азотнокислотных
цехов.
Методы
интенсификации
азотнокислотного производства. Получение нитритов и нитратов из хвостовых
газов азотнокислотных цехов. Каталитическая очистка хвостовых газов. Техникоэкономическое сравнение различных методов производства слабой азотной
кислоты.
2.12 Производство концентрированной азотной кислоты
Физико-химические основы получения азотной кислоты методом прямого
синтеза. Принципиальная технологическая схема и аппаратурное оформление
процесса. Концентрирование азотной кислоты с применением водоотнимающих
средств. Свойства тройных систем: «азотная кислота - серная кислота – вода» и
«азотная кислота - нитрат магния – вода». Схема установок и основное
оборудование для концентрирования азотной кислоты с помощью
водоотнимающих средств. Технико-экономическая характеристика различных
методов производства концентрированной азотной кислоты.
2.13 Экологические проблемы производства связанного азота
Техника безопасности в производстве связанного азота. Характеристика
продуктов азотнокислотного производства в соответствии с их классификацией
по степени вредности. Меры оказания первой помощи. Экологические проблемы
производства связанного азота и пути их решения. Основные методы снижения
вредных выбросов в атмосферу.
3 Методические рекомендации по выполнению заданий
3.1 Методика выбора варианта для выполнения задания
Вариант контрольной работы выбирается студентами по последним
цифрам номера зачетной книжки с 1 по 25 вариант. Если последние цифры
номера зачетной книжки больше 25, то вариант выбирается по сумме двух
последних цифр. Например, последние цифры номера зачетной книжки 44, это
соответствует 8 варианту контрольного задания.
3.2 Методические рекомендации по выполнению заданий с
примерами
Способы выражения концентрации веществ. Газовые смеси
Масса (в г) смеси n газообразных компонентов, имеющих объемы ν1,ν 2…. νn
и молекулярные массы М1, М2…..Мn равна
M
M n
M
M1
v2 2 ..... vn n v
v1
22,4
22,4 1 22,4
22,4
где 22,4 л – объем 1 моль вещества в газообразном состоянии при 273 К и
101,32 кПа (0˚С и 760 мм.рт.ст.)
Так как объем смеси
V = ν1 + ν 2 +…. + νn
10
n
то 1 дм3 ее имеет массу равную
1
М
22,4
V
Средняя молекулярная масса М газовой смеси (при аддитивности ее свойств)
равна:
n
M
v 22,4
М 22,4 1
V
v1M 1 v2 M 2 .... vn M n
v1 v2 ..... vn
Если p1, p2 ..... pn -парциальные (частные) давления компонентов смеси, то общее
давление газовой смеси Р равно:
P p1 p2 ....... pn
Очевидно
p1
отсюда
Pv1
;
V
p2
Pv 2
;
V
pn
Pv n
V
p1 : р2 v1 : v2 ;........ p1 : pn v1 : vn
В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится
одинаковое число молекул, поэтому
p1 : р2 v1 : v2 ;........ p1 : pn v1 : vn ;......... 1 : 2
где μ – число молей.
Число молей компонента 1
v1
;
объем1моль
2
v2
и т. д.
объем1моль
Концентрацию газовых смесей выражают чаще всего в объемных процентах.
Объемная концентрация v1 / V 100 численно совпадает с долей парциального
давления компонента p1 / P 100 и с его мольной концентрацией 1 / 100 .
Доли отдельного компонента i в газовой смеси равны, %
массовые
объемные
А1
vi
M i vi
100
M 1v1 M 2v2 .....
gi / M i
100
g1 / M 1 g 2 / M 2 .....
где gi – массовое содержание i-го компонента в смеси.
Зависимость между давлением, объемом и температурой Т (в К) вещества в
газообразном состоянии определяется уравнением состояния газа
(уравнением Менделеева-Клапейрона):
Для одного моль газа PV = RT
для n моль газа PV = nRT = (G/M)RT , где G – масса газа, R – газовая
постоянная, равная 8,314 Дж/(моль∙К).
11
Способы выражения концентрации растворов
Единицы концентраций
Концентрацию раствора выражают:
- массовыми процентами – числом граммов вещества, растворенного в 100 г
раствора;
- массовыми отношениями – числом граммов вещества, растворенного в 100
(1000) г растворителя;
- объемно-массовыми отношениями или объемными процентами – числом
граммов вещества, растворенного в100 (1000) см3 раствора;
- мольными отношениями – числом молей вещества, растворенного в 100
(1000) моль растворителя;
- атомными или ионными процентами – числом грамм-атомов или грамм
ионов вещества, растворенного в 100 г-ат. или г-ион раствора (массой атомов
(ионов) в 100 г раствора);
- мольными процентами – числом молей вещества, растворенного в 100 моль
раствора;
- ион-эквивалентными процентами (% ион-экв.) – числом ион-эквивалентов,
приходящихся на 100 г ион-экв. Растворенных веществ (сухого остатка
раствора); число ионов вещества при этом относят порознь к сумме катионов и
анионов, а количество растворителя выражают в молях;
- мольно-объемными или мольно-массовыми единицами – числом молей
вещества, растворенного в 1000 см3 раствора (молярность раствора) или в 1000
г растворителя (моляльность раствора);
- эквивалентно-объемными единицами – числом грамм эквивалентов вещества,
растворенного в 1000 см3 раствора (нормальность раствора, н.); иногда
эквивалентно-объемную концентрацию выражают в нормальных делениях
(н.д.). Одно нормальное деление равно 1/20 г-экв. вещества в 1 литре раствора;
- эквивалентными процентами – числом грамм-эквивалентов вещества,
приходящегося на 100 г-экв массы растворенных веществ, т.е. сухого остатка
раствора [%(экв)]. Аналогично в мольных процентах – числом молей вещества,
приходящегося на 100 моль массы растворенных веществ, т.е. сухого остатка
раствора [%(мол.)]; в обоих случаях количество растворителя выражают в
молях на 100 моль (или 100 г-экв) сухого остатка раствора.
Состав и характеристика твердых материалов
Состав твердых веществ и их смесей обычно выражают в следующих единицах
концентраций:
12
- в массовых отношениях (масс/масс) или массовых процентах;
- мольно-массовых (число моль на единицу массы);
- мольных; атомных; эквивалентных.
Наиболее часто для твердых материалов приходится их молекулярный состав,
т. е. записанный в виде тех или иных соединений, пересчитывать в массы
(проценты) этих соединений и обратно, а также пересчитывать их состав на
безводный.
Пересчет состава влажного материала на сухое вещество и обратно производят
следующим образом.
Обозначим через: Рw и Р'w – процентное содержание отдельных составных
частей влажного материала соответственно для состава приведенного и не
приведенного к 100%;
w - процентное содержание влаги в данном материале;
Σ Р'w – общую сумму составных частей во влажном материале в процентах по
анализу;
Рсух – искомую величину процентного содержания отдельных составных частей
сухого материала.
Формулы для расчета:
100Р'w
Рсух =
100 - w
100 2 Р'w_____
Рсух =
(100 – w) Σ Р'w
Рсух______∙
Рw =
100 - w
Разбавление и смешение растворов и других веществ
Количественные соотношения, устанавливающие при разбавлении растворов
газов или твердых материалов различных концентраций можно найти на
основании материального баланса. Для случая смешения двух растворов
одного вещества этот баланс представляется в виде следующего уравнения
GC = G1C1 + G2C2
где G – количество смешанного раствора с концентрацией C;
G1 и G2 - количество смешиваемых растворов с концентрациями С1 и С2
Из уравнения материального баланса определяется любая из искомых величин,
если заданы остальные.
Например,
G = G1 + G2
G1C1 + G2C2
C =
G1 + G
G1 =
C - C2
13
C1 - С
G2 =
4. Примеры расчетов
Производство серной кислоты. Получение сернистого газа.
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и
различные серусодержащие соединения (сульфиды и сульфаты металлов), сера
также входит в состав нефти, каменного угля, природного и попутного газов.
Хотя сырьевые источники для производства серной кислоты достаточно
многообразны, до сих пор в качестве сырья используют преимущественно
элементарную серу и железный колчедан. В общей схеме сернокислотного
производства существенное значение имеют две первые стадии – подготовка
сырья и его сжигание или обжиг.
Процесс горения колчедан складывается из стадий:
термического разложения колчедана 2FeS2 = FeS + S2
горения серы S2 + 2O2 = 2SO2
окисления FeS, которое суммарно может быть описано уравнениями –
4FeS + 7O2 = 2Fe2О3 + 4SO2 или 3FeS + 5O2 = Fe3О4 + 3SO2
Окончательно горение колчедана представляют общими уравнениями:
при образовании окиси железа –
4FeS + 11O2 = 2Fe2О3 + 8SO2
+3415,7 кДж
при образовании закись-окись железа –
3FeS + 8O2 = Fe3О4 + 6SO2
+ 2438,2 кДж
Выходящие из печей обжига колчедана газы содержат 10 – 15% (об.) SO2 и
~ 0,5% (об.) SO3. Сера выгорает из колчедана не полностью и в огарке остается
небольшое количество неразложившегося кочедана. В огарок переходят также
содержащиеся в колчедане примеси (SiO2 , CaSO4 и др.).
Выход огарка χ, в долях единицы
Сsтеор - (1-а) Сsфакт
χ = Сsтеор - (1-а) Сsог
где Сsтеор - теоретическое содержание серы в сырье (в основном минерале), %;
Сsфакт - фактическое содержание серы в сухом сырье, %;
Сsог - содержание серы в огарке, %;
а – теоретический выход огарка (при полном выгорании серы) в долях
единицы.
Разделив числитель и знаменатель формулы ( ) на (1-а) и подставив значение
Сsтеор и а, получим для различного сырья следующие расчетные формулы:
Сырье
Колчедан
Реакция горения
4FeS + 7O2 =
=2Fe2О3 + 4SO2
3FeS + 5O2 =
Сsтеор
а
Формула
53,46
0,67
160 - Сsфакт
х = 160 - Сsог
53,46
0,67
148 - Сsфакт
14
= Fe3О4 + 3SO2
х = 148 - Сsог
Пирротин 4Fe7S8 + 53O2 =
= 14Fe2О3 + 32SO2
39,62
0,86
283 - Сsфакт
х = 283 - Сsог
Цинковая 2ZnS + 3O2 =
обманка
= 2ZnО + 2SO2
32,49
0,83
191 - Сsфакт
х = 191 - Сsог
При обжиге углистого колчедана выход огарка может быть подсчитан по
формуле
160 - Сsфакт - 1,6Cc
х=
160 - Сsог
где Сс - содержание углерода в сухом колчедане, %.
Количество выгоревшей серы [ в % (масс.)]:
Сsвыг = Сsфакт - х Сsог
Степень использования серы при обжиге, в %:
η = (Сsвыг / Сsфакт ) ∙ 100
Потери серы с огарком, в процентах по отношению к сере, загруженной в печь:
А = х (Сsог / Сsфакт ) ∙ 100
3
Объем (в м ) воздуха Vвозд (сухого, при нормальных условиях – н.у.), который
необходимо подать в печь на обжиг одной тонны сухого сернистого сырья,
подсчитывают по формуле
700
7m 1CSввы
СSO2
Vвозд =
где m – стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу
молекул двуокиси серы (по уравнению реакции);
СSO2 – заданная концентрация двуокиси серы в обжиговом газе, %(об.)
Как правило, содержание двуокиси серы в обжиговом газе задают заранее или
высчитывают по заданному коэффициенту избытка воздуха а с учетом
используемого сырья и типа печи. Коэффициент а равен отношению
количества фактически затраченного воздуха к теоретически необходимому
а=
n
n(m 1)
mCSO 2
100
где n – содержание кислорода в воздухе, %об.
15
Расчет основных размеров печи обжига колчедана
Расчет основных показателей печи КС-450
Высота кипящего слоя печи КС в спокойном состоянии H 0 , м….1,0
Интенсивность работы печи I, кг/(м2 сут)………………………10 000
Количество сжигаемого сухого колчедана, содержащего
41% серы, Gколч , кг/ч ……………………………………………...18 768
Температура газа, ºС
На входе в котел-утилизатор tвх ……………………………850
На выходе из котла–утилизатора tвых ………………………450
Теплоемкость обжигового газа С Г ,кДж/м3 ………………………1,43
Диаметр печи определяем исходя из уравнения
F
D2
4
24 G1
I
где F –поверхность пода печи, м2; G1 - количество сухого колчедана (45% S),
сжигаемого в печи, определим по формуле
G1
Gколч CS 18768 41
17100 кг / ч
45
45
Теперь найдем диаметр печи
D
4 24 G1
I
4 24 17100
7,3 м
3,14 10000
Количество теплоты, используемой в котле утилизаторе (если потери теплоты в
нем составляют 1%), определяют по уравнению
Qк V CГ (tвх tвых ) 0,99 38095 1,43(850 450 ) 0,99 21500000 кДж / ч
Общее количество используемой теплоты (в печи КС и котле-утилизаторе)
составляет
Qобщ QП QК 46437000 21500000 67937000 кДж / ч
QП = 46437000кДж/ч - из теплового баланса печи
Количество получаемого пара
П
Qобщ
g
67937000
24400 кг / ч
2790
где g- энтальпия пара при 4 МПа, g=2790 кДж/кг
Количество получаемого пара в пересчете на 1 т серной кислоты
П
24400
1167 кг / т H 2 SO4 или 1,17 т/т H 2 SO4
20,833
Расчет контактных аппаратов для окисления сернистого газа
Расчет материального баланса обжига колчедана в печи с
кипящим слоем
16
Материальный и тепловой (энергетический) балансы составляют для анализа
работы существующего аппарата, установки, производства или проектировании
нового. Эти балансы составляются с учетом всех материальных потоков сырья,
промежуточных и побочных продуктов, целевого продукта
и отходов
производства.
Материальный баланс представляет
вещественное выражение
закона
сохранения массы применительно к химико-технологическому процессу: масса
веществ, поступивших на технологическую операцию (приход) равна массе
веществ, полученных на этой операции (расход) и записывается в виде
уравнения баланса
m
приход
m расход
Статьями прихода и расхода в материальном балансе являются массы
полезного компонента сырья, примесей в сырье, целевого продукта, побочных
продуктов, отходов производства и потерь, поступивших в производство ил на
данную операцию. Большей частью определяют массу вещества отдельно для
твердой, жидкой и газовой фаз. Материальный баланс составляется на единицу
массы целевого продукта или на отдельный аппарат (реактор) и выражается в
массовых единицах (кг, т) или массовых долях ( ). Для периодических
процессов материальный баланс составляется на одну операцию, для
непрерывных процессов – на единицу времени. Результаты расчета
материального баланса оформляются в таблицу
Приход
Вещество
Сырье 1
А
В
Сырье 2
С
D
Итого
кг
Расход
Вещество
кг
Целевой продукт
ВС
Побочный продукт
AD
Отходы
BD
Потери
1,0
1,0
На основе материального баланса рассчитываются расходные коэффициенты,
определяются размеры аппаратов и устанавливаются оптимальные значения
параметров технологического режима процесса.
Расчет материального баланса печи КС-450
Исходные данные для расчета
Производительность печи (100% H 2 SO4 ) GH SO , т/ч ………20,833
Степень использования серы …………………………….0,885
Расход сухого колчедана (45% S) на 1 т H 2 SO4 , т …………0,82
2
4
17
Содержание, %
серы в колчедане CS ………………………………………41
влаги в колчедане Cвл ………………………………………6
серы в огарке СS …………………………………………...1
SO2 в сухом обжиговом газе CSO ……………………….14,5
SO3 в сухом обжиговом газе CSO …………………………0,1
Температура ºС:
Колчедана tколч …………………………………………...20
Воздуха tвоз ……………………………………………….20
Обжигового газа на выходе из печи tг ………………..850
Огарка tог ………………………………………………..850
Относительная влажность воздуха , % ……………………...50
Процесс горения колчедана
ог
2
3
4FeS 2 11O2 8SO2 2Fe2O3 Q
Расчет
Общее содержание серы в колчедане
CS
M S GH 2 SO4 1000
M H 2 SO4
32,06 20,833 1000
7695 кг / ч
98,08 0,885
Количество сухого колчедана
Gколч
GS 100 7695 100
18768 кг / ч
CS
41
Количество влаги в колчедане
Gвл
Gколч Свл 18768 6
1198 кг / ч
100 Свл
100 6
Количество огарка
Gог
160 CS
160 41
Сколч
18768 0,748 18768 14038 кг / ч
160 CS ( ог)160
160 1
Количество серы в огарке
GS ( ог )
Gог CS ( ог )
100
14038 1
140 кг / ч
100
Потери серы с огарком
GS ( ог) 100
GS
140 100
1,82%
7695
Количество выгоревшей серы
GS GS ( ог) 7695 140 7555 кг / ч
Общий объем SO2 + SO3
VSO2 SO3
(GS GS ( ог) ) 22,4
MS
7555 22,4
5279 м3 / ч
32,06
Объем SO2
18
VSO2
VSO2 SO3 CSO2
CSO2 CSO3
5279 14,5
5243 м3 / ч
14,5 0,1
Объем SO3
VSO3 VSO2 SO3 VSO2 5279 5243 36 м3 / ч
Концентрация кислорода в обжиговом газе определяется по формуле
СO2 n [m
n(m 1)
n(m 0,5)
] CSO 2 [m 0,5
] CSO3
100
100
где n- содержание кислорода в воздухе (21%), m- стехиометрическое
соотношение числа молекул кислорода к числу молекул диоксида серы, по
балансовому уравнению (m=11:8=1,375)
CO2 21 [1,375
21(1,375 1)
21(1,375 0,5)
] 14,5 [1,375 0,5
] 0,1 2,06%
100
100
Объем сухого обжигового газа
Vг
VSO2 100
CSO2
5243 100
36159 м3 / ч
14,5
Объем азота в обжиговом газе
VN 2 Vг (VSO2 VSO3 VO2 ) 36159 (5243 36 744 ) 30144 м3 / ч
Объем сухого воздуха, поступающего на обжиг колчедана (воздух содержит
79% N 2 )
Vвозд
VN 2 100
CN 2
30136 100
38147 м3 / ч
79
Объем паров в воздухе (при 20ºС и относительной влажности воздуха 50%
давление паров воды в нем равно РH O 11,802 ГПа )
2
VH 2 O
Vв РH 2 O
760 РH 2 O
38147 1180 ,2
445 м3 / ч
5
(1,013 0,0118 ) 10
Общий объем паров в обжиговом газе
VH 2 O
Gвл 22,4
1198 22,4
VH 2 O
445 1936 м3 / ч
М H 2O
18
Таблица материального баланса печи КС-450
Приход
Колчедан
Влага колчедана
Сухой воздух
Влага с воздухом
Количество
Расход
кг
м3
18768 Огарок
1198 Обжиговый газ:
49400 38147 SO2
SO3
358
445
O2
Количество
кг
м3
140038 15337
129
1063
5243
36
744
19
N2
H 2O
Всего 69724 38592
37600
1556
Всего 69724
30136
1936
38095
Расчет теплового баланса обжига колчедана в печи с кипящим слоем
Расчет теплового баланса печи КС-450
Энергетический баланс составляют на основе сохранения энергии, согласно
которому в замкнутой системе сумма энергий всех видов постоянна. Наиболее
распространенным
в химическом производстве видом энергетического
баланса является тепловой баланс: приход тепла в данной технологической
операции равен расходу тепла в ней, что записывается в форме уравнения
теплового баланса
Q
приход
Q расход
Тепловой баланс печи рассчитывается на основе материального баланса.
Статьями прихода и расхода в тепловом балансе являются тепловые
эффекты реакций H , теплоты фазовых переходов ( Q1 ), теплосодержание
веществ, участвующих в процессе ( Q2 ), теплота, подводимая в аппарат извне и
выводимая из аппарата ( Q3 ), тепловые потери ( Q4 ) в данной технологической
операции
H Q1 Q2 Q3 H 1 Q11 Q21 Q31 Q41
где индекс (1) относится к статьям расхода.
Тепловые вклады в баланс рассчитывают по следующим формулам:
Тепловой эффект химической реакции
H H продуктыреакции H исходныевещества
в которой значения энтальпии продуктов реакции и исходных веществ
берутся из таблиц.
Теплосодержание веществ
Q2 m C t
где m – масса веществ; С - его теплоемкость; t – температура.
Теплота фазовых переходов
Q1 m g
где m- масса вещества; g- удельная теплота соответствующего фазового
перехода (испарения, конденсации, растворения, кристаллизации).
Подвод и отвод теплоты в систему
рассчитывают по потере тепла
теплоносителем по формуле
Q3 m C (tн tк )
где m – масса теплоносителя; С – теплоемкость теплоносителя;
tн , tк начальная и конечная температура теплоносителя,
и по формуле теплопередачи через стенку
Q3 К т F (tт tпр )
где К т коэффициент теплопередачи; F – поверхность теплообмена;
20
tт температура теплоносителя, обогревающего аппарат;
tпр температура обогреваемого продукта; время.
Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на
единицу производимого продукта или на цикл работы аппарата.
Расчет теплового баланса печи КС-450
Таблица теплового баланса печи КС-450
Qп
Qр
3
3
Приход теплоты QП 10
Расход теплоты QР 10
%
%
кДж
кДж
С сух. колчеданом 204
0,20 С огарком
8380
8,2
С вл. колчедана
101
0,10 С обжиговым
46128 45,3
С сух. воздухом
993
0,97 газом
С вл. воздуха
13,4
0,01 Потери
1022
1,0
Теплота горения
На получение
колчедана
100656 98,72 пара в кипящем
слое
46437 45,5
Всего
101967 100
Всего
101967 100
Как видно из таблицы теплового баланса, теплота горения колчедана
преобладает над другими статьями прихода теплоты, так что ими можно
пренебречь в ориентировочных расчетах. В таблице учтена теплота,
израсходованная на получение пара непосредственно в кипящем слое. Кроме
того, пар получается также за счет использования теплоты отходящего
обжигового газа. Таким образом, большая часть теплоты горения колчедана
утилизируется.
Расчет материального и теплового балансов печи сжигания
сероводорода
Расчет материального и теплового балансов печи для получения
сернистого газа из гипса
Расчет колонны синтеза аммиака
Расчет материального и теплового балансов производства азотной
кислоты
21
5. Варианты контрольных работ
Вариант 1
1) Производство серной кислоты из сероводорода мокрым способом,
технологическая схема.
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы печи для сжигания
сероводорода.
Исходные данные: на сжигание подается газ следующего состава в расчете на
сухой газ, % объемные:
H2S – 91,3;
SO2 – 5,5;
Н2 – 0,8;
СН4 – 0,9;
С2Н6 – 0,5;
С3Н8 – 0,5;
С4Н10 – 0,5;
- газ поступает в количестве 2250 м3/час , при температуре 28 0С и избыточном
давлении 0,1 ·105 н/м2;
- газ полностью насыщен водяными парами воды;
- в целях сохранения конструкционных свойств материалов печи допускается
нагрев не выше 1200 0С, поэтому температуру горения H2S принимаем за
12000С;
- коэффициент избытка воздуха равен 2,5;
- температура воздуха 20 0С;
- относительная влажность воздуха φ = 60 %.
Вариант 2
1) Получение сернистого газа из колчедана, технологическая схема.
2) Составить материальный и тепловой балансы конвертора второй ступени и
определить необходимый объем катализатора для конверсии 100 м3 сухого газа.
Исходные данные
- в качестве окислителей используется водяной пар и кислород воздуха;
- отношение (СО + Н2 ): N2 в конвертированном газе должно быть 3,2;
- состав сухого газа поступающего в конвертор, м3 :
СН4 – 32,9;
Н2 – 232,6;
СО – 33,6;
СО2 – 33,1;
N2 -1,4;
- температура газа после трубчатой печи 690 0С;
- температура воздуха, поступающего на окисление 18 0С;
- температура газа на выходе из конвектора 850 0С;
- содержание метана в сухом конвертированном газе 0,3% объемные;
- соотношение между объемами СО и СО2 в конвертированном газе принять
равным по реакции:
22
СО + Н2О ↔ СО + Н2 + 40,9 кдж/моль, при 850 0С;
- объемная скорость в конверторе 1100 ч-1;
- коэффициент запаса при определении объема катализатора принять равным
1,2.
Вариант 3
1) Синтез аммиака при среднем давлении, технологическая схема
2) Составить материальный и тепловой балансы трубчатой печи для конверсии
природного газа.
Исходные данные
- состав природного газа, % объемные :
СН4 – 97,8;
С2Н6 – 0,5;
С3Н8 – 0,2;
С4Н10 – 0,1;
N2 -1,4;
-отношение пар – газ в исходной смеси 2,5;
- степень конверсии газа по углероду – 67%;
- гомологи метана разлагаются нацело;
- соотношение СО и СО2 в конвертированному газе соответствует равновесию
реакции
СО + Н2О ↔ СО + Н2 + 40,9 кдж/моль,
при температуре газа у выхода из печи;
- температура паро-газовой смеси на входе впечь 380 0С, на выходе из нее 700
0
С;
- температура дымовых газов на выходе 800 0С;
- теплопотери в окружающую среду принять равными 4% от прихода теплоты;
- давление в конверторе 1 · 105 Па (1 Атм).
Расчет ведем на 100 м3 природного газа (при нормальных условиях).
Вариант 4
1) Получение технологического газа из природного газа.
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы контактного аппарата
окисления аммиака
Исходные данные
Производительность агрегата моногидрата НNO3, кг/ч
5000
Выход по окислению аммиака ηк , доли единицы
0,975
Выход по абсорбции ηа , доли единицы
0,985
Общий выход η = ηк ηа
0,96
Содержание аммиак в аммиачно-воздушной смеси , % объем.
11
2
Разрежение в промывателе воздуха, н/м
2500
Температура поступающей в контактный аппарат аммиачно- 70
воздушной смеси, 0С
Воздух насыщен водяными парами при 31 0С в результате прохождения
пенный промыватель воздуха.
23
Вариант 5
1) Получение карбамида с полным жидкостным рециклом
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы печи КС для обжига
колчедана.
Исходные данные
Производительность печи в расчете на условный 45% колчедан, 220000
кг/сутки
Влажность колчедана, %
4
Средняя годовая температура внешнего воздуха
4
Влажность воздуха, %
82
Концентрация SO2 в сухом обжиговом газе, % объем.
14,2
Концентрация SO3 в сухом обжиговом газе, % объем.
0,5
Содержание серы в пыли и огарке, %
0,9
0
Температура поступающего колчедана, С
10
0
Температура кипящего слоя, С
840
0
Температура газов при выходе из печи, С
810
0
Температура огарка при выгрузке из слоя, С
810
Вариант 6
1) Производство азотной кислоты под единым давлением ≈ 0,7 МПа
2) Составить материальный баланс цикла синтеза аммиака
Исходные данные
Давление
304 · 105
Температура
500 0С
Состав свежего газа, % объем:
Н2
74,85 %
N2
24,95%
Инертные газы
0,2%
Содержание инертных газов в продувочном газе не более, % 3%
объем.
Степень достижения равновесных условий
0,6
3
Расчет ведем на 1000 м свежей АВС
На основании материального баланса произвести тепловой расчет колонны
синтеза аммиака
-температура поступающей АВС – 0 0С;
- температура газа на выходе из катализаторной коробки – 500 0С;
-теплопотери составляют, % - 2
Вариант 7
1)Концентрирование азотной кислоты.
2)Рассчитать материальный и тепловой балансы башни-конденсатора.
Исходные данные.
В башню поступает газ из контактного аппарата с температурой 410°С
следующего состава:
24
Компоненты
SО2
SО3
О2
СО2
N2
Н2О
Итого
кг/ч
5106
75
5626
217
32576
1645
45245
нм3/ч
1396
26
3936
110
25919
2045
33432
%, объемные %, массовые
4,18
11,29
0,08
0,17
11,77
12,44
0,33
0,48
77,53
71,99
6,11
3,63
100,00
100,00
Башню орошают серной кислотой с концентрацией, %
92,5
Температура орошающей кислоты, °С
50
Температура вытекающей кислоты, °С
80
Температура газов на выходе из башни, °С
70
Количество продукционной кислоты, конденсирующейся в башне, %
70
Количество той же кислоты, конденсирующейся в электрофильтре, % 30
Потери теплоты в окружающую среду (в % от количества тепла,
выделяющегося в башне) - 1
Вариант 8
1) Производство концентрированной азотной кислоты из нитрозных газов,
полученных окислением аммиака воздухом при атмосферном давлении
2) Составить материальный и тепловой балансы первой продукционной башни
башенной системы.
Исходные данные:
- часовое количество поступающего газа 22000 кг/ч;
-состав газа, % объемные:
SО2 – 14 %;
О2 – 9 %;
N2 – 71 %;
Н2О – 6%.;
-орошающая нитроза содержит, % массовые:
Н2SО4 - 74%;
НNO3 - 4,5%;
- орошающая нитроза имеет Т = 80°С;
- вытекающая кислота содержит, % массовые:
Н2SО4 74% ;
НNO3 0,045%;
- азотооборот равен 1300 кг НNO3 на 2 т моногидрата;
- степень превращения SО2 в первой башне 0,52;
- количество воды, подаваемой в башню 0,6 т;
- продукция отбирается из первой башни.
25
Вариант
1) Производство концентрированной азотной кислоты из нитрозных
газов, полученных под давлением
2) Составить материальный и тепловой балансы сушильного отделения на 2,4
тонны колчедана.
Исходные данные:
- состав сухого газа:
SО2 – 14%;
О2 – 8%;
N2 – 72%;
Н2О – 6%;
- газ разбавляется воздухом до 8,5% SО2, т.е. до концентрации, оптимальной
для процесса контактирования;
- водяные пары поглощаются 94% Н2SО4 и кислота разбавляется до 91%;
- уходящий из сушильного отделения газ содержит 0,3г/м3 Н2О.
Вариант 10
1) Получение сульфата аммония из аммиака коксового газа, технологическая
схема.
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы печи для сжигания
сероводорода.
Исходные данные
- на сжигание подается газ следующего состава в расчете на сухой газ, %
объемные:
H2S – 92,8;
SO2 – 5,4;
Н2 – 0,6;
СН4 – 0,7;
С2Н6 – 0,5;
- газ поступает в количестве 1850 м3/час , при температуре 35 0С и избыточном
давлении 0,1 ·105 н/м2;
- газ полностью насыщен водяными парами воды;
- в целях сохранения конструкционных свойств материалов печи допускается
нагрев не выше 1100 0С, поэтому температуру горения H2S принимаем за
11000С;
- коэффициент избытка воздуха равен 2;
- температура воздуха 15 0С;
- относительная влажность воздуха φ = 70%.
Вариант 11
1) Производство серной кислоты контактным методом из флотационного
колчедана, технологическая схема.
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы печи КС для обжига
колчедана.
Исходные данные
26
Производительность печи в расчете на условный 45% колчедан,
кг/сутки
Влажность колчедана, %
Средняя годовая температура внешнего воздуха
Влажность воздуха, %
Концентрация SO2 в сухом обжиговом газе, % объем.
Концентрация SO3 в сухом обжиговом газе, % объем.
Содержание серы в пыли и огарке, %
Температура поступающего колчедана, 0С
Температура кипящего слоя, 0С
Температура газов при выходе из печи, 0С
Температура огарка при выгрузке из слоя, 0С
180000
5
6
75
16
0,3
1
18
830
800
800
Вариант 12
1) Окисление SO2 в SO3, технологическая схема
2) Составить материальный баланс цикла синтеза аммиака
Исходные данные
Давление
304 · 105
Температура
500 0С
Состав свежего газа, % объем:
Н2
74,85 %
N2
24,95%
Инертные газы
0,2%
Содержание инертных газов в продувочном газе не более, % 3%
объем.
Степень достижения равновесных условий
0,6
3
Расчет ведем на 1000 м свежей АВС
На основании материального баланса произвести тепловой расчет водяного
конденсатора синтеза аммиака
-температура газа на выходе – 30 0С;
- температура поступающей воды – 25 0С, а выходящей – 40 0С.
Вариант 13
1) Очистка печного газа, технологическая схема
2) Составить материальный и тепловой балансы обжига колчедана.
Исходные данные: (расчет ведем на 1000 кг колчедана)
- колчедан содержит: серы 42%; воды 4%;
- концентрации SO2 и SO3 в сухом обжиговом газе 13 и 0,2%(об.)
соответственно;
- содержание серы в огарке 1 %;
- температура колчедана и воздуха 25 0С;
- температура огарка 750 0С;
-температура обжигового газа 8500С.
27
Вариант 14
1) Производство серной кислоты нитрозным способом, технологическая схема
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы контактного аппарата
окисления аммиака
Исходные данные
Производительность агрегата моногидрата НNO3, кг/ч
3500
Выход по окислению аммиака ηк , доли единицы
0,945
Выход по абсорбции ηа , доли единицы
0,985
Общий выход η = ηк ηа
0,93
Содержание аммиак в аммиачно-воздушной смеси , % объем.
16
2
Разрежение в промывателе воздуха, н/м
2800
Температура поступающей в контактный аппарат аммиачно- 65
воздушной смеси, 0С
Воздух насыщен водяными парами при 38 0С в результате прохождения его
через пенный промыватель.
Вариант 15
1) Получение сернистого газа, технологическая схема
2) Составить материальный и тепловой балансы сушильной башни.
Исходные данные:
- на осушку подается 25300 м3/ч воздуха;
- для осушки применяют 98% Н2SО4;
- из башни вытекает 94% Н2SО4 кислота;
- содержание насыщенного водяного пара в воздухе при 20 0С равно 17,3 г/м3;
- входящий воздух имеет температуру 200С;
- температура входящей кислоты 550С;
- воздух выходит с температурой 400С;
- температура выходящей кислоты 620С.
Вариант 16
1) Абсорбция серного ангидрида, технологическая схема
2) Составить материальный баланс цикла синтеза аммиака
Исходные данные
Давление
Температура
Состав свежего газа, % объем:
Н2
N2
Инертные газы
Содержание инертных газов в продувочном газе не более, %
объем.
Степень достижения равновесных условий
Расчет ведем на 1000 м3 свежей АВС
304 · 105
500 0С
74,85 %
24,95%
0,2%
3%
0,6
28
На основании материального баланса произвести тепловой
аммиачного конденсатора синтеза аммиака
-температура свежего газа – 29 0С;
- температура газа после циркуляционного компрессора – 36 0С;
- газ охлаждается – «-5» 0С.
расчет
Вариант 17
1) Концентрирование серной кислоты
2) Рассчитать материальный и тепловой балансы башни-конденсатора.
Исходные данные:
В башню поступает газ из контактного аппарата с температурой 420°С
следующего состава:
Компоненты
кг/ч
%, объемные %, массовые
SО2
5100
4,18
11,29
SО3
75
0,08
0,17
О2
5626
11,77
12,44
СО2
217
0,33
0,48
N2
32576
77,53
71,99
Н2О
1645
6,11
3,63
Газ орошают серной кислотой с концентрацией, %
93
Температура орошающей кислоты, °С
45
Температура вытекающей кислоты, °С
80
Температура газов на выходе из башни, °С
80
Количество продукционной кислоты, конденсирующейся в башне, % 68
Количество той же кислоты, конденсирующейся в электрофильтре, % 28
Потери теплоты в окружающую среду (в % от количества тепла,
выделяющегося в башне) - 1
Вариант 18
1) Контактный способ производства серной кислоты, технологическая схема
2) Составить материальный и тепловой балансы трубчатой печи для конверсии
природного газа.
Исходные данные
- состав природного газа, % объемные :
СН4 – 96,2;
С2Н6 – 1,1;
С3Н8 – 0,5;
С4Н10 – 0,3;
N2 -1,9;
-отношение пар – газ в исходной смеси 2,5;
- степень конверсии газа по углероду – 69%;
- гомологи метана разлагаются нацело;
29
- соотношение СО и СО2 в конвертированному газе соответствует равновесию
реакции
СО + Н2О ↔ СО + Н2 + 40,9 кдж/моль,
при температуре газа у выхода из печи;
- температура паро-газовой смеси на входе впечь 3500С, на выходе из нее
7200С;
- температура дымовых газов на выходе 810 0С;
- теплопотери в окружающую среду принять равными 5% от прихода теплоты;
- давление в конверторе 1 · 105 Па (1 Атм).
Расчет ведем на 100 м3 природного газа (при нормальных условиях).
Вариант 19
1) Конверсия метана, технологическая схема.
2) Составить материальный и тепловой балансы конвертора второй ступени и
определить необходимый объем катализатора для конверсии 100 м3 сухого газа.
Исходные данные
- в качестве окислителей используется водяной пар и кислород воздуха;
- отношение (СО + Н2 ): N2 в конвертированном газе должно быть 3,2;
- состав сухого газа поступающего в конвертор, м3 :
СН4 – 35,8;
Н2 – 264,6;
СО – 35,6;
СО2 – 34,1;
N2 -1,9;
- температура газа после трубчатой печи 700 0С;
- температура воздуха, поступающего на окисление 20 0С;
- температура газа на выходе из конвектора 810 0С;
- содержание метана в сухом конвертированном газе 0,5% объемные;
- соотношение между объемами СО и СО2 в конвертированном газе принять
равным по реакции:
СО + Н2О ↔ СО + Н2 + 40,9 кдж/моль, при 810 0С;
- объемная скорость в конверторе 1500 ч-1;
- коэффициент запаса при определении объема катализатора принять равным
1,2.
Вариант 20
30
6. Список рекомендуемой литературы
основной
1. Общая химическая технология (в 2-х частях)// под ред. И.П. Мухленова
- М.:Высшая школа, 1991.
2. Соколов Р.С. Химическая технология (в 2-х частях)- Гуманит. изд.центр
ВЛАДОС, 2003.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии М.: Химия,1973. 382 с.
4. Амелин А.Г. Технология серной кислоты - М.: Химия, 1983. 253 с.
5. Позин М.Е. Расчеты по технологии неорганических веществ - Л.: Химия,
1987. 512 с.
6. Атрощенко В.И. и др. Технология связанного азота – Харьков, 1988. 366с.
7. Атрощенко В.И. Технология азотной кислоты - М.: Химия, 1970. 283 с.
8. Атрощенко В.И. Методы расчетов по технологии связанного азота –
Харьков, 1980. 266 с.
9. Мухленов И.П. Практикум по общей химической технологии - М.:
Высшая школа, 1987. 435 с.
10.Позин М.Е. Руководство к практическим занятиям по технологии
неорганических веществ - Л.: Химия, 1989. 357 с.
11.Атрощенко В.И. Методы расчетов по технологии связанного азота –
Харьков, 1980. 266 с.
дополнительной
12.Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств
- М.: Химия, 1982. 218 с.
13.Ганз С.Н. Теоретические основы и технология синтеза аммиака - Киев:
Высшая школа, 1979. 301 с.
14. Справочник азотчика (т. 1) - М.: Химия, 1987. 241 с.
15. Малин К.М. Справочник сернокислотчика, - М.: Химия, 1988. 254 с.
31
