Практическая работа №3

Тема: Расчет материального баланса сушильно-абсорбционного отделения производства серной кислоты

Цель: Рассчитать материальный баланс сушильно-абсорбционного отделения производства серной кислоты

Теоретические основы

     Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным методом является извлечение серного ангидрида из газовой смеси и превращение его в серную кислоту. В зависимости от того, подвергается ли газ осушке перед контактным аппаратом или нет, механизм процесса выделения серного ангидрида различен. В первом случае SO₃ абсорбируется серной кислотой, во втором происходит конденсация серной кислоты.

     На большинстве заводов газ подвергается осушке, и серный ангидрид абсорбируется серной кислотой в башнях (абсорберах).

     Абсорбция – это типичный гетерогенный процесс, протекающий в системе газ-жидкость. Абсорбция SO₃ протекает в два этапа:

• · на первом этапе серный ангидрид растворяется в серной кислоте;
• · на втором этапе – взаимодействует с водой, содержащейся в кислоте.

Задание

     Составить и рассчитать материальный баланс сушильно-абсорбционного отделения производства серной кислоты

Варианты заданий

Степень контактирования (х), доли – 0,98

Степень поглощения SO₃, доли 

     в олеумном абсорбере (У) – 0,5

     общая (Z) – 0,999

Концентрация  (в %) SO₃ и H₂SO₄ 

     SO₃ (своб.) С₀₁ – 20

в олеуме, орошающем олеумный абсорбер, С₀

     SO₃ (общ.) С₀₂ – 85.38

 моногидрате С_м   

     H₂SO₄ С_м1 – 98

     SO₃ (общ.) С_м2 – 80,0

сушильной кислоте С_п

     H₂SO₄ С_п1 – 93

     SO₃ (общ.) С_п2 – 75.9

Общий объем обжигового газа V_общ, м³/ч – 13410

в том числе

     V_SO –  1175 

     V_O  – 1110

     V_N – 10730

    V_HO  – 330

    V _SO– 65

Барометрическое давление Р, н/м² – 1,01× 10⁵

Разрежение перед сушильной башней Р_р, н/м² – 2,9× 10³

Температура газа на входе в сушильную башню, ⁰С – 32

Давление паров воды в этом газе Р_НО, н/м² – 4,75× 10³

Содержание SO₂ в газе после разбавления воздухом и осушки a, % –  7   

Давление насыщенного пара воды в воздухе при 20⁰С, н/м² (Р_НО) – 2,34 × 10³

Порядок выполнения работы

1. Концентрация сернистого ангидрида перед сушильной башней снижается путем добавления воздуха при температуре 20⁰С и насыщенного парами воды на 50% (x₁ = 0,5). После промывочного отделения газ практически полностью насыщен парами воды (x₂ =1,0). Вся продукция выпускается в виде олеума, содержащего 20% SO₃ (своб.)

2. Общий объем воздуха, поступающего в контактное отделение, м³/ч

          V_so

V_к = ────

         a /100

3. Количество добавляемого воздуха, м³/ч

V_р = V_к – (V_SO+ V_O+ V_N)

4. Объем сухого газа (после мокрых электрофильтров), приведенного к нормальным условиям, м³

V_с.г = V_общ – V_НО - V _SO

5. Содержание паров воды в газе после электрофильтров, кг/ч

          V_с.г × Р_НО × М _но

В₁= ──────────────,

          (Р - Р_р - Р_НО)× 22,4

где Р_НО – давление паров воды в газе, н/м²

       М _но  - молекулярный вес воды;

       Р – барометрическое давление, н/м²

6. Содержание паров воды в разбавленном воздухе,

         V_р × Р_НО × x₁ × М _но

В₂  = ────────────────,

        ( Р - Р_НО × x₁)× 22,4

где V_р – количество разбавляющего воздуха, м³;

       Р_НО – давление насыщенного пара воды в разбавленном воздухе, н/м²;

       x₁ – степень насыщения воздуха парами воды.

7. Количество кислоты, выдаваемой на склад в виде сушильной кислоты Q₁, кг/ч. Так как вся продукция выпускается в виде олеума, Q₁= 0

8. Количество SO₃, образующегося в контактном отделении G _SO, кг/ч

G_SO= V_SO× х ×  r_SO,

где r_SO - плотность трехокиси серы, кг/м³ (r_SO= 3.574 кг/м³)

9. Из образующегося количества SO₃ получается олеума, кг/ч

      G_SO × 100

Q₂= ────────

       С_{0 2}

10. Количество SO₃ в выпускаемой продукции, кг/ч

G¹_SO= G× 0,816,

где G- производительность завода, кг/ч

11. Серного ангидрида в олеумном абсорбере поглощается, кг/ч

G²_SO = G_SO× У

12. Серного ангидрида в моногидратном абсорбере поглощается, кг/ч

G³_SO= G²_SO× Z

13. Количество моногидрата, поступающего в сушильную башню Q₃, кг/ч находим из уравнения

                                             Q₃× С_м2 /100

───────── = С_п2 /100

                                             Q₃ + В₁ +В₂

14. Количество сушильной кислоты, передаваемой в моногидратный абсорбер, кг/ч

Q₄ = Q₃ + В₁ + В₂

15. Для получения всей продукции в виде олеума нужно воды, кг

G = Q₂ (1 - С₀₂ /100)

Количество моногидрата, передаваемого в сборник олеумного абсорбера Q₅, кг/ч  находим из уравнения

Q₅ × С_м1 /100 + G²_SO

                     ─────────────   = С₀₂ / 100

Q₅ + G + G²_SO

16. Количество олеума, образующегося в олеумном абсорбере, кг/ч

Q₆ = Q₅ + G²_SO

17. В моногидратный абсорбер поступает олеума, кг/ч

Q₇ =  Q₆ – Q₂

18. В моногидратный абсорбер необходимо добавить следующее количество воды, кг

G_в = G - (В₁ + В₂)

Полученные при расчете данные сводим в таблицу 3.1

Таблица 3.1 – Материальный баланс сушильно-абсорбционного отделения

Расхождение в балансе составляют потери серной кислоты в абсорбционном отделении и на складе.

Контрольные вопросы:

1. Каким процессом является абсорбция?

2. В какой системе он протекает?

3. Назовите этапы протекания абсорбции.

4. Чем отличается механизм процесса выделения серного ангидрида в зависимости от осушки газа перед контактным аппаратом?