Расчет контактного аппарата окисления SO2 в SO3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра общей химической технологии

Курсовая работа

Расчет контактного аппарата окисления SO₂ в SO₃

Выполнила студентка четвертого курса

Факультета ТНВиВМ группы Н-43

Медыцкая Виктория

Проверил Ванчурин В.И.

МОСКВА 2014

Введение

Серная кислота Н₂SО₄ - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

Серная кислота - один из основных крупнотоннажных продуктов химической промышленности, необходимый для производства минеральных удобрений, диоксида титана, искусственных волокон, взрывчатых веществ, неорганических кислот и множества других химических соединений. Мировое производство серной кислоты за последние пять лет выросло на 18 % и по итогам 2007 г. должно достигнуть 200 млн. тонн, что в денежном выражении составляет около $9 млрд. При этом основной рост мощностей произошел благодаря увеличению производства серной кислоты из элементарной серы и отходящих газов цветной металлургии. Россия и другие страны бывшего СССР за последние годы также увеличили выпуск серной кислоты. Это обусловлено как растущим спросом со стороны основных потребителей, так и увеличением мощностей продуцентов. Надо отдельно отметить, что для предприятий цветной металлургии серная кислота является побочным продуктом, и с увеличением выпуска цинка и меди идет увеличение производство кислоты. Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способом отличается от процесса производства из колчедана рядом особенностей:

• особая конструкция печей для получения печного газа;

• повышенное содержание оксида серы (IV) в печном газе;

• отсутствие стадии предварительной очистки печного газа.

Производство серной кислоты из серы по методу двойного контактирования и двойной абсорбции (рис. 1) состоит из нескольких стадий:

Воздух после очистки от пыли подается газодувкой в сушильную башню, где он осушается 93-98%-ной серной кислотой до содержания влаги 0,01% по объему; Осушенный воздух поступает в серную печь после предварительного подогрева в одном из теплообменников контактного узла.

Сжигание (горение) серы представляет собой гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествуют переход твердой серы в жидкое состояние и ее последующее испарение:

S_TB> S_Ж > S_nap

Таким образом, процесс горения протекает в газовой фазе в потоке предварительно высушенного воздуха и описывается уравнением:

S + О₂ > SO₂ + 297,028 кДж;

Для сжигания серы используют печи форсуночного и циклон­ного типов. В форсуночных печах расплавленная сера распыляется в камере сгорания сжатым воздухом через форсунки, которые не могут обеспечить достаточно полного перемешивания паров серы с воздухом и необходимой скорости горения. В циклонных печах, работающих по принципу центробежных пылеуловителей (циклонов), достигается значительно лучшее смешивание компонентов и обеспечивается более высокая интенсивность горения серы, чем в форсуночных печах.

Газ, содержащий 10-14% по объему SO₂, охлаждается в котле и после разбавления воздухом до содержания SO₂ 9-10% по объему при 420°С поступает в контактный аппарат на первую стадию конверсии, которая протекает на трех слоях катализатора (SO₂+1/2O₂>SO₃+96,296 кДж), после чего газ охлаждается в теплообменниках;

Затем газ, содержащий 8,5-9,5% SO₃, при 200°С поступает на первую стадию абсорбции в абсорбер, орошаемый олеумом и 98%-ной серной кислотой: SO₃ + Н₂О>Н₂SO₄+130,56 кДж;

Далее газ проходит очистку от брызг серной кислоты, нагревается до 420°С и поступает на вторую стадию конверсии, протекающую на двух слоях катализатора. Перед второй стадией абсорбции газ охлаждается в экономайзере и подается в абсорбер второй ступени, орошаемый 98%-ной серной кислотой, и затем после очистки от брызг выбрасывается в атмосферу. Печной газ при сжигании серы отличается более высоким содержанием оксида серы (IV) и не содержит большого количества пыли. При сжигании самородной серы в нем также полностью отсутствуют соединения мышьяка и селена, являющиеся каталитическими ядами.

Исходные данные

Состав обжигового газа после обжига серосодержащего сырья в атмосфере воздуха:

Перед подачей в реактор газ подвергается осушке и очистки от SO₃, (объемные %):

Концентрация в объемн. % SO₂ 10,2

Окисление SO₂ осуществляется в несколько стадий контактирования в каталитическом реакторе:

Каталитический реактор промежуточными теплообменниками между 5-ю слоями катализатора. В системе ДК-ДА. С промежуточной очисткой от продуктов реакции и возвратом в колонну на последние слои катализатора.

Заданная производительность установки (в тоннах 100%-ной серной кислоты в сутки):

П (H₂SO₄) 600

Расчет адиабатического разогрева

где Qр - тепловой эффект реакции 94,400[кДж/моль SO₂]

А - концентрация SO₂ = 0,095

Cр - теплоемкость смеси 0,252 [кал/л*газа*град]

Расчет концентраций на слоях катализатора:

Из формулы выражая x ,мы получим

серная кислота концентрация окисление

Материальный баланс:

SO₂ + 0.5 O₂ = SO₃

x₁ =0,88

После первой ступени газ идет на очистку от SO₃, а это значит, что должен меняться объем потока и объемные доли газов, входящих в него.

Предположим, что , тогда

Рассчитаем для второй ступени:

x₂ =0,64

Материальный баланс

Реакции процесса:

Суммарная реакция:

После сжигания SO₂ было 12.8% отсюда общий объём смеси газа после сжигания составит:

Остальные компоненты:

Составление материального баланса первой ступени

На первую ступень поступило 9.5% SO₂, что составило 1.645?0.128=0.211 . Объёмы остальных газов не изменились.

x₁=0.88

После Й ступени получим:

Для пересчета используем формулу

Составление материального баланса второй ступени

На вторую ступень поступает очищенный SO₂ 0,211 - 0,185 = 0,026

x₂=0.64

После ЙI ступени получим:

Расчет линии ЛОТ и x_p(T) был проделан в программах комплекса OXT_LAB.

Оптимизация велась для процесса идеального вытеснения, так-как лимитирующей стадией процесса окисления SO₂ в SO₃, вытеснение из пор катализатора прореагировавшего SO₂ в SO₃, свежим SO₂.

Графики представлены далее

Выводы: В результате данной работы мы посчитали степени превращения для первой и второй ступени, получили конечную величину, построили графики зависимостей x-T для катализатора БАВ.

Размещено на Allbest.ru