В отходящие газы входят непрореагировавшие
диоксид серы, кислород и азот.
Постоим материальный баланс ХТС производства
серной кислоты в целомна основе рассчитанных данных:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.%
|
куб.м/ч
|
об.%
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.%
|
куб.м/ч
|
об.%
|
|
Сера
|
21336,5
|
|
|
|
Отходящие
газы
|
111541,8
|
100
|
89074,0
|
100
|
|
Воздушная
смесь
|
146993,544
|
100
|
115801,4
|
100
|
Кислород
|
1441,574
|
1,29
|
1009,0
|
1,133
|
|
Кислород
|
33437,824
|
22,75
|
23406,0
|
20,21
|
Азот
|
110066,152
|
98,86
|
88052,992
|
98,85
|
|
Азот
|
110066,152
|
74,88
|
88052,992
|
76,04
|
Сернистый
газ
|
34,112
|
0,03
|
11,94
|
0,013
|
|
Вода
|
3489,569
|
2,37
|
4342,42
|
3,75
|
|
|
|
|
|
|
Вода
из крана
|
9067,937
|
|
|
|
Олеум
|
10976,0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Серная
кислота 98,6%
|
54880,108
|
|
|
|
|
Итого
|
177397,9
|
100
|
115801,4
|
100
|
Итого
|
177397,9
|
100
|
89074,0
|
100
|
Материальный баланс для печи сжигания серы.
Рис. 5
По условиям задания сера сгорает полностью
(100%).
+ O2 = SO2
Также учтём ранее вычисленные значения для
кислорода и азота:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
|
|
|
|
|
Реакционная
смесь
|
164840,5
|
1
|
111460,2
|
1
|
|
Сера
|
21336,5
|
1
|
111459,0
|
1
|
Сернистый
газ
|
42673,0
|
0,2589
|
14936,462
|
0,134
|
|
Воздух
|
143503,975
|
0,233
|
23406,0
|
0,21
|
Кислород
|
12101,312
|
0,0734
|
8470,749
|
0,076
|
|
Кислород
|
33437,824
|
0,767
|
88052,992
|
0,79
|
Азот
|
110066,152
|
0,6677
|
88052,992
|
0,79
|
|
Азот
|
110066,152
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого
|
164840,5
|
1
|
111459,0
|
1
|
Итого
|
164840,5
|
1
|
111460,2
|
1
|
Материальный баланс для 1-ой ступени окисления
(степень превращения сернистого газа 0,96).
Рис. 6
SO2 + 
O2 → SO3
Вступило в реакцию:
Найдем массовые потоки:
Осталось после реакции:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
|
Реакционная
смесь
|
164840,5
|
1
|
111460,203
|
1
|
Реакционная
смесь
|
164840,5
|
1
|
104290,5
|
1
|
|
Сернистый
газ
|
42673,0
|
0,2589
|
14936,462
|
0,134
|
Сернистый
газ
|
1706,921
|
0,0104
|
597,458
|
0,0057
|
12101,312
|
0,0734
|
8470,749
|
0,076
|
Триоксид
серы
|
51207,632
|
0,3106
|
14338,252
|
0,1375
|
|
Азот
|
110066,152
|
0,6677
|
88052,992
|
0,79
|
Азот
|
110066,152
|
0,6677
|
88052,992
|
0,8443
|
|
|
|
|
|
Кислород
|
1859,776
|
0,0113
|
1301,817
|
0,0125
|
|
Итого
|
164840,5
|
1
|
111460,203
|
1
|
Итого
|
164840,5
|
1
|
104290,5
|
1
|
Материальный баланс для 2-ой ступени окисления,
(х = 0,98).
SO2 + O2 → SO3
Рис. 7
Образуется:
Всего:
Вступило в реакцию:
Осталось после реакции:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
|
Реакционная
смесь
|
113632,8
|
1
|
89952,3
|
1
|
Реакционная
смесь
|
113632,8
|
1
|
89659,5
|
1
|
|
Сернистый
газ
|
1706,921
|
0,015
|
597,458
|
0,0066
|
Сернистый
газ
|
34,112
|
0,0003
|
11,94
|
0,0001
|
|
Триоксид
серы
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Триоксид
серы
|
2091,0
|
0,0184
|
585,496
|
0,0065
|
|
Азот
|
110066,152
|
0,9686
|
88052,992
|
0,9789
|
Азот
|
110066,152
|
0,9686
|
88052,992
|
0,9821
|
|
Кислород
|
1859,776
|
0,0164
|
1301,817
|
0,0145
|
Кислород
|
1441,568
|
0,0127
|
1009,08
|
0,0113
|
|
Итого
|
113632,8
|
1
|
|
1
|
Итого
|
113632,8
|
1
|
89659,5
|
1
|
2.2 Расчет сушильной башни
Для расчета сушильной башни нам необходимо знать
все потоки входящие и выходящие из нее.
Рис. 8
Количество влажного воздуха (из расчетов в самом
начале работы):
Входящие потоки: влажный воздух, вода из крана,
олеум из олеумного абсорбера.
Выходящие потоки: сухой воздух, 92,4%-ая серная
кислота.
Таким образом, обозначив массовый поток олеума
за «х», а массовый поток 92,4%-ой кислоты - «у», можно составить материальный
баланс по водеи по «связанному» триоксиду серы (ТС):
Таким образом:
Материальный баланс будет выглядеть следующим
образом:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
|
Влажный
воздух
|
146993,544
|
1
|
115801,4
|
1
|
Сухой
воздух
|
143503,975
|
1
|
111459,0
|
1
|
|
Вода
|
3489,569
|
0,0237
|
4342,42
|
0,0375
|
Кислород
|
33437,824
|
0,233
|
23406,0
|
0,21
|
|
Азот
|
110066,152
|
0,7488
|
88052,992
|
0,7604
|
Азот
|
110066,152
|
0,767
|
88052,992
|
0,79
|
|
Кислород
|
33437,824
|
0,2275
|
23406,0
|
0,2021
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
92,4
% серная к-та
|
142326,941
|
|
|
|
|
Вода
|
9067,937
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Олеум
|
129773,705
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого
|
285835,2
|
1
|
115801,4
|
1
|
Итого
|
285831,0
|
1
|
111459,0
|
1
|
2.3 Расчет олуемного абсорбера
Рис. 9
Для расчета олеумного абсорбера (ОА) необходимо
знать все потоки входящие и выходящие из него. Входящими потоками будут
являться: поглощенный триоксид серы и поступающая из сушильной башни 92,4%-ая
кислота, а выходящими - олеум с 6% свободного триоксида серы.
Таким образом, обозначив массовый поток олеума
за «у», а массовый поток 92,4%-ой кислоты - «х», можно составить материальный
баланс по водеи по «связанному» триоксиду серы (ТС):
Таким образом:
Материальный баланс будет выглядеть следующим
образом:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
|
Реакционная
смесь
|
164840,5
|
1
|
104290,5
|
1
|
Реакционная
смесь
|
113632,849
|
1
|
89952,3
|
1
|
|
Сернистый
газ
|
1706,921
|
0,104
|
597,458
|
|
Сернистый
газ
|
1706,921
|
|
597,458
|
0,0066
|
|
Триоксид
углерода
|
51207,632
|
0,3106
|
14338,252
|
|
Триоксид
серы
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
Азот
|
110066,152
|
0,6677
|
88052,992
|
|
Азот
|
110066,152
|
|
88052,992
|
0,9789
|
|
Кислород
|
1859,776
|
0,0113
|
1301,817
|
|
Кислород
|
1859,776
|
|
1301,817
|
0,0145
|
|
93%
СК
|
121150,604
|
|
|
|
Олеум
|
161382,214
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Олеум
(продукт)
|
10976,022
|
|
|
|
|
Итого
|
285991,1
|
1
|
104290,5
|
1
|
Итого
|
285991,1
|
1
|
89952,3
|
1
|
2.4 Расчет моногидратного абсорбера
Рис. 10
Материальный баланс для МА будет выглядеть
следующим образом:
|
Приход
|
Расход
|
|
Статья
прихода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
Статья
расхода
|
кг/ч
|
масс.
|
м3/час
|
об.
|
|
Реакционная
смесь
|
113632,872
|
1
|
89659,5
|
1
|
Реакционная
смесь
|
111541,83
|
1
|
89074,0
|
1
|
|
Сернистый
газ
|
34,112
|
0,0003
|
11,94
|
0,0001
|
Сернистый
газ
|
34,112
|
0,0003
|
11,94
|
0,0001
|
|
Триоксид
серы
|
2091,04
|
0,0184
|
585,496
|
0,0065
|
Триоксид
серы
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
Азот
|
110066,152
|
0,9686
|
88052,992
|
0,9821
|
Азот
|
0,9868
|
88052,992
|
0,9885
|
|
Кислород
|
1441,568
|
0,0127
|
1009,0774
|
0,0113
|
Кислород
|
1441,568
|
0,0129
|
1009,774
|
0,0113
|
|
Серная
кислота
|
21176,337
|
|
|
|
98,6%
СК (продукт)
|
54880,108
|
|
|
|
|
Олеум
|
31608,509
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого
|
166417,7
|
1
|
89659,5
|
1
|
Итого
|
166421,9
|
1
|
89074,0
|
1
|
2.5 Расчет технологических
показателей
Производительность по целевому продукту:
П (100% серная кислота) = 54166,667 кг / ч
Селективность по целевому продукту (показатель
эффективности протекания целевой реакции в сложном химическом процессе):
(100%-я серная кислота) = 100%, т.к. побочных
реакций нет.
Выход целевого продукта (показатель
эффективности процесса):
Е (100%-я серная кислота) = NRпракт / NRмакс
Весь сернистый газ превратится в серную кислоту.
Е (100%-я серная кислота) = 552,721 / 666,766 =
0,829 или 82,90%
Расходный коэффициент
Основным показателем использования сырья (а
также вспомогательных материалов) является расходный коэффициент, показывающий
количество затраченного сырья (вспомогательных материалов) на производство
единицы продукции. Различают теоретический расходный коэффициент, определяемый
из стехиометрического уравнения химической реакции образования продукта из
исходных веществ при полном их превращении, и практический (или расходный
коэффициент), т.е. реально достигнутый в производстве. Их отношение показывает
степень использования сырья.
К - расходный коэффициент.
Суммарное стехиометрическое уравнение получения
серной кислоты из серы:
+ H2O + 2О2= H2SO4
С массовыми стехиометрическими коэффициентами
превращение описывается уравнением:
S + 18 H2O + 32 О2 =98 H2SO4
Теоретически 1 т 100% -ой серной кислоты можно
получить из
32 / 98 = 326,53 кг 100%-ой серы. Это -
теоретический расходный коэффициент.
К (теор) по осн. сырью = 326,53 кг 100%-ой серы/
1т 100%-й серной кислоты
С учетом того, что сера в виде сернистого газа и
триоксида серы превращается не полностью в серную кислоту, то получаем:
К (реал) по осн. сырью = 326,53 / 0,829= 393,903
кг серы на 1 т 100%-й серной кислоты.
α = 326,53 / 393,903=0,829
или 82,90%
Основные причины различия теоретического и
реального расходных коэффициентов заключается в следующем:
неполнота превращения исходного вещества в
продукт и выделения продукта;
потери промежуточных компонентов и продукта;
использование части сырья на вспомогательные
цели.
Библиографический список
1. Кутепов
А.М. Общая химическая технология: Учеб. для вузов/А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева,
М.Г. Беренгартен. - 3-е изд., перераб. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 528 с.
2. Бесков
В.С. Общая химическая технология: Учебник для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига»,
2005. - 452 с.
. Игнатенков
В.И., Бесков В.С. Примеры и задачи по общей химической технологии: Учеб.
пособие для вузов. - М., 2005. - 198 с.