Производство серной кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Cодержание

Введение

1. Исходные данные для расчета технологической схемы получения серной кислоты

2. Технологическая схема производства контактной серной кислоты из колчедана

3. Расчеты

3.1 Печь обжига колчедана

3.2 Котел-утилизатор

3.3 Циклон

3.4 Сухой электрофильтр

3.5 Контактный аппарат

3.6 Теплообменный аппарат

4. Подготовка данных для ЭВМ

Заключение

Литература

Введение

производство контактная серная кислота колчедан

Серная кислота является одним из основных продуктов химической промышленности и широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Трудно назвать какое - нибудь современное производство, в котором не употреблялась серная кислота.

Серная кислота широко применяется в производстве минеральных удобрений, разнообразных минеральных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Она находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотнимающего и осушающего средства, принимается в процессах нейтрализации, травления металлов и для многих других целей.

Исходным веществом для производства серной кислоты является сернистый ангидрид, который получается сжиганием серы или других видов серосодержащего сырья.

Переработка сернистого ангидрида в серную кислоту состоит в его окислении и присоединения воды:

Cкорость взаимодействия сернистого ангидрида с кислородом в обычных условиях очень мала. Поэтому в промышленности эту реакцию проводят на катализаторе (контактный метод производства серной кислоты) или применяют передатчики кислорода (нитрозный метод производства серной кислоты).

В настоящее время контактным методом получают концентрированная серная кислота, олеум и 100% - ный сернистый ангидрид; доля контактной кислоты в общем, объеме производства серной кислоты непрерывно увеличивается.

Важнейшей задачей сернокислотной промышленности является непрерывное усовершенствование производства путем использования новейших достижений науки и техники, распространения передового опыта, внедрения новых приемов и методов работы.

1. Исходные данные для расчета технологической схемы получения серной кислоты

Исходные данные для расчета технологической схемы получения серной кислоты сведены в таблицы 1, 2, 3, 4, 5 для каждого аппарата в отдельности.

Таблица 1 - Печь обжига колчедана

Производительность по пириту, т/сутки	100
Состав пирита, % масс FeS2 SiO2	90 10
Cостав окислителя (воздуха), % масс O2 N2	20 80
Температура поступивших в печь продуктов , 0С	15
Температура отходящих из печи продуктов , 0С	750
Хладагент для отвода избыточного тепла (воздух) tн tк	15 80
Пылеунос твердого продукта, % масс	12
Тепловые потери, % масс от выделяющегося по реакции (1)	3

Примечание: Основные реакции, протекающие в печи обжига колчедана

Таблица 2 - Котел утилизатор

Температура газовой смеси, 0С: поступающей отходящей	740 400
Хладагент (вода), 0С: tН tК	14 200
Тепловые потери, % масс от поступающего тепла	3

Котел утилизатор служит для использования тепла реакционных газов.

Таблица 3 - Циклон

Степень улавливания твердого продукта, % масс	88
Тепловые потери, %	3

Циклон служит для улавливания твердых частиц от пылегазовой смеси.

Таблица 4 - Сухой электрофильтр

Степень улавливания твердого продукта, % масс	99
Тепловые потери, %	1

Примечание:

Сухой электрофильтр служит для для тонкой очистки пылегазовой смеси от твердых частиц.

Таблица 5 - Контактный аппарат

Степень окисления SO2, % масс	99,6
Избыток окисления воздуха, % масс	10
Начальная температура газов, 0С	350
Конечная температура газов, 0С	370
Хладагент (воздух), 0С tН tК	20 350

Примечание:

Контактный аппарат служит для окисления SO2 в SO3.

Основная реакция:

SO2+0,5O2=SO3+95,000кДж/моль;

Состав воздуха смотри по печи обжига колчедана.

2. Технологическая схема производства контактной серной кислоты из колчедана

Наиболее распространенная схема производства серной кислоты контактным методом из колчедана изображена на рисунке 1.

Обжиговый газ, полученный в печи, освобождается от пыли в сухом электрофильтре 1 и при температуре 300 - 4000С поступает в очистное отделение для удаления примесей, снижающих активность контактной массы. В очистном отделении газ охлаждается и промывается серной кислотой, последовательно проходя промывные башни 2 и 3. Меньшая часть образующегося при этом тумане осаждается в промывных башнях, большая часть поступает в последующую аппаратуру - мокрый электрофильтр, увлажнительную башню 5 и далее во второй мокрый электрофильтр 4.

Промывные и увлажнительные башни орошаются на себя. В этих башнях обжиговый газ нагревает орошающую кислоту, поэтому для ее охлаждения предусмотрены оросительные холодильники 14. Охлажденная кислота снова возвращается на орошение соответсвующей башни. Очищенный газ поступает на осушку в башню 6 и, пройдя брызгоуловитель 7, газодувкой 8 нагнетается через межтрубное пространство теплообменника 9 в контактный аппарат 10. Кислота, орошающая сушильную башню, охлаждается в трубчатом холодильнике 15.

В контактном аппарате при окислении SO2 выделяется большое количество тепла, которое используется для нагревания в теплообменнике 9 газа, поступающего на контактирование. Горячий газ из контактного аппарата направляется в трубы теплообменника и нагревает очищенный обжиговый газ, движущийся в межтрубном пространстве, а затем в ангидридный холодильник для дальнейшего охлаждения и использования тепла газа. Охлажденный газ подается в абсорбционное пространство, где проходит олеумный абсорбер 12 и моногидратный абсорбер 13.

При поглощении серного ангидрида в абсорберах и паров воды в сушильных башнях выделяется тепло и орошающая кислота нагревается. Для поддержания постоянной температуры орошения циркулирующая кислота охлаждается в трубчатых холодильниках 15. В результате абсорбции серного ангидрида концентрация серной кислоты повышается, поэтому для создания стабильной концентрации орошающей кислоты моногидрат H2SO4 разбавляют менее концентрированной сушильной кислотой, а олеум - моногидратом. Олеум из сборника 16 непрерывно передается на склад готовой продукции.

В результате поглощения сернокислотного тумана концентрация кислоты, орошающей увлажнительную башню, повышается. Чтобы концентрация орошающей кислоты была постоянной, в сборник увлажнительной башни добавляют воду, а избыток кислоты передают в сборник второй промывной башни 3. Избыток кислоты из второй промывной башни поступает в сборник первой промывной башни 2, а избыток разбавленной серной кислоты, накапливающийся в цикле первой промывной башни, предается на склад готовой продукции. Таким образом, на контактных сернокислотных заводах обычно получают два вида продукции: олеум и разбавленную серную кислоту.

3. Расчеты

3.1 Печь обжига колчедана

Печь КС представляет собой шахту, стальной кожух которой футирован огнеупорным материалом. В нижней части печи расположена подовая плита (решетка) с большим количеством отверстий, через которые подаваемый воздух равномерно распределяется по всему сечению печи. В зоне КС помещены водяные охлаждающие элементы, присоединенные к системе принудительной циркуляции парового котла - утилизатора. Охлаждающие элементы находятся и в загрузочной камере. Огарок через провальную решетку поступает в бункер. Розжиг печи осуществляется с помощью форсунки. Вторичный воздух подается через коллектор.

3.1.1 Материальный баланс

Состав исходного сырья:

По уравнению основной реакции определяем:



Определяем массу твердого продукта mтв:

Материальный баланс представлен в таблице 6.

Таблица 6 - Материальный баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	кол-во	%	Статьи расхода	кол-во	%
1 Пирит FeS2 SiO2 2 Воздух O2 N2	90 10 66 264	21 2,33 15,35 61,32	Fe2O3огарок SiO2 SO2 N2 пыль	61,6 96 264 8,4	14,33 22,33 61,4 1,94
Итого	430	100	Итого	430	100

Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты были произведены верно.

3.1.2 Тепловой баланс

Уравнение теплового баланса имеет вид:

где

Тогда



Тепловой баланс представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Тепловой баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	кол-во	%	Статьи расхода	кол-во	%
Qсырье Q(N2+O2) Qреакции		1,271 0,74 94,263 3,78	Qогарок Qобж.газ Qпыль Qпотерь		17,22 57,43 2,35 2,83 20,17
Итого		100	Итого		100

Поскольку тепловой баланс сошелся, значит, расчеты были произведены верно.

3.2 Котел - утилизатор

Котел - утилизатор служит для использования теплореакционных газов. Он представляет собой кирпичную камеру, разделенную перегородками.В камере рядками расположены змеевики. Под котлом устанавливают бункер для пыли, удаляемой механическим способом.

3.2.1 Материальный баланс

3.2.2 Тепловой баланс



Тепловой баланс представлен в таблице 8.

Таблица 8 - Тепловой баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	кол-во	%	Статьи расхода	кол-во	%
Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qпыль Qхлад		99,1 46,27 48,94 3,89 0,9	Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qпыль Qхлад Qпотерь		53,565 25,01 26,452 2,103 43,5 2,935
Итого		100	Итого		100

Поскольку тепловой баланс сошелся, значит, расчеты были произведены верно.

3.3 Циклонгаз: SO2, N2, пыль

Циклон служит для улавливания твердых частиц в пылегазовой смеси. Газовый поток входит в аппарат тангенциально и начинает вращаться вокруг оси центральной выходной трубы. Частицы пыли, передвигаясь со скоростью радиально, достигают стенки циклона, скользят вдоль нее и падают в бункер. Очищенный газ выходит сверху по центральной трубе.

3.3.1 Материальный баланс

3.3.2 Тепловой баланс

(из теплового баланса котла - утилизатора)

;

Тепловой баланс представлен в таблице 9.

Таблица 9 - Тепловой баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	кол-во	%	Статьи расхода	кол-во	%
Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qпыль		100 46,69 49,383 3,927	Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qосадок Qпыль Qпотерь		97,65 45,29 47,90 3,35 0,46 3
Итого		100	Итого		100

Поскольку тепловой баланс сошелся, значит, расчеты были произведены верно.

3.4 Сухой электрофильтр

Сухой электрофильтр служит для тонкой очистки пылегазовой смеси от твердых частиц. Электрическая очистка состоит в том, что газ пропускают между двумя электродами, один из которых защемлен ( осадительный электрод), а второй - соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока высокого напряжения ( коронирующий электрод). Между электродами происходит ионизация газа, ионы присоединяются к взвешенным частицам пыли или тумана и заряжают их. Заряженные частицы притягиваются соответственно к одному из электродов.

3.4.1 Материальный баланс

3.4.2 Тепловой баланс

(из теплового баланса циклона)

;

Тепловой баланс представлен в таблице 10.

Таблица 10 - Тепловой баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	кол-во	%	Статьи расхода	кол-во	%
Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qпыль		100 48,361 51,151 0,488	Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qпыль Qпотерь Qосадок	197293711,824 95876352 101407680 9679,824 2002545,6 958302,576	98,521 47,88 50,64 0,001 1,0 0,48
Итого	200254560	100	Итого	200254560	100

Поскольку тепловой баланс сошелся, значит, расчеты были произведены верно.

3.5 Контактный аппарат

Существует большое число разнообразных контактных аппаратов. Они отличаются конструкцией и расположением полок с контактной массой, устройством теплообменников и их размещением, приспособлениями для распределения газа по сечению контактного аппарата т.д. Контактные аппараты предназначены для окисления SO2 в SO3.

3.5.1 Материальный баланс

Уравнение реакции процесса имеет следующий вид:

С учетом избытка 10%;

Тогда материальный баланс



3.5.2 Тепловой баланс



приравниваем:

Тогда

Тепловой баланс представлен в таблице 11.

Таблица 11 - Тепловой баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	кол-во	%	Статьи расхода	кол-во	%
Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Qпыль Qокисл,в том чиcле: Q(O2) Q(N2) Qреакции Qхлад		40,9 19,88 21,02 0,002 10,47 2,1 8,37 45,21 3,417	Qгаз, в том числе: Q(SO2) Q(N2) Q(SO3) Q(O2) Qпыль Qхлад	9324 187672138,2	40,22 0,07 18,6 21,13 0,42 0,003 59,777
Итого	313928422,2	100	Итого	313928422,2	100

Поскольку тепловой баланс сошелся, значит, расчеты были произведены верно.

3.6 Теплообменный аппарат

Теплообменник представляет собой стальной вертикальный цилиндр с верхними и нижними решетками, в которые ввальцованы цельнотянутые стальные трубы. Внутри корпуса для более равномерного распределения газа по межтрубному пространству и увеличение коэффициента теплопередачи горизонтально расположены перегородки. Горячий газ из контактного аппарата проходит по трубкам теплообменника сверху вниз противотоком сернистому газу, поступающему снизу в межтрубное пространство (или наоборот).

3.6.1 Материальный баланс

3.6.2 Тепловой баланс

приравниваем:

.

3.6.3 Определение средних температур теплоносителей

Схема движения теплоносителей противотоком



4. Подготовка данных для ЭВМ

Определяем концентрации компонентов в мольных долях по формуле:

для трех компонентной системы

где XA, XB, XC-концентрации компонентов А, В, С, мольные доли;

МА ,МВ ,МС- мольные массы компонентов А, В, С, кг/моль;

для двух компонентной системы

Результаты расчетов сведены в таблицу 12.

Таблица 12 - Характеристика теплоносителей

Состав теплоносителя	%	Массовые доли	Мольные доли	TКР, 0С	PКР, МПа
1 Горячий SO3 (=80) N2 (=28) O2 (=32)	24,3378 75,17545 0,487	0,243378 0,7517545 0,00487	0,10126342 0,89367341 0,0050632	218,2 -147 -118,4	8,491 3,395 5,077
2 Холодный SO2 (=64) N2 (=28)	26,5 73,44	0,265 0,7344	0,13726 0,86275	157,5 -147	7,883 3,395

На основе полученных значений температур определяем основные физико - химические параметры теплоносителей с помощью ЭВМ. Затем определяем основные конструктивные элементы теплообменного аппарата, для которого проводим прочностной расчет.

Заключение

В результате расчетов определили основные параметры и характеристики аппаратов технологической схемы производства серной кислоты. Выбрали стандартный теплообменник. Его характеристики приведены в приложении.

Литература

Амелин А.Г. Производство серной кислоты. Химия. : М, 1967, - 472 с

Размещено на Allbest.ru