Задание для расчета

Вариант №3

Стадии производства серной кислоты:

1. подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;

2. сжигание серы: S + O₂= SO₂ (1) .Процесс ведут с избытком воздуха;

3. контактное окислениеSO₂в SO₃: SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ (2).Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420-550*С;

4. абсорбция SO₃:SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (3). Абсорбционная колонна орошается 98,3% H₂SO₄. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~93% H₂SO₄ в соответствии с требованиями ГОСТа.

Исходные данные для расчета

*Показатель*	*Значения*
Степень превращения серы в SO₂, %	92.0
Степень превращения SO₂в SO₃, %	99.0
Степень абсорбции SO₃, %	99.8
Содержание SO₂ в газе, поступающем в контактный аппарат, % (по объему)	8.0
Содержание H₂SO₄ в целевом продукте, % по массе	92.5
Базис расчета, кг H₂SO₄	2000

Выполнение расчета.

1.Составляем блок-схему производства.

воздух

011

12 23 302

012

301

011 - Сера жидкая

012 - Воздух

12 - SO₂ содерж. газ

23 - SO₃содерж. газ

03 - Вода

301 - Выхлопные газы

302 – Серная кислота

2. Составление уравнений по каждому узлу.

1.Составляем уравнения по первому узлу:

0.92*N₀₁₁=N₁₂^SO2

N₁₂^SO2=N₁₂*0.08 N₀₁₁=X₁

0.92*N₀₁₁=N₁₂*0.08 N₁₂=X₃

0.92*X₁=X₃*0.08 (1)

2. Составляем уравнения по второму узлу:

а) 0,99*N₁₂^SO2=N₂₃^SO3

0.99*N₁₂*0.08=N₂₃^SO3 N₂₃^SO3=X₄

0.99*X₃*0.08=X₄ (2)

б) N₁₂*(0.21-0.08)=2N₂₃^SO3

X*(0.21-0.08)=2X₄ (3)

3.Составляем уравнение по третьему узлу:

а) G₃₀₂*0.925=2000 базисное уравнение G₃₀₂=X₇

X₇*0.925=2000 (4)

б) 0.998*N₂₃^SO3=2000/Mr(H₂SO₄)

0.998*X₄=2000/98 (5)

в) N₃₀₁=N₃₀₁^SO2 + N₃₀₁^N2 + N₃₀₁^SO3+ N₃₀₁^O2

N₃₀₁^SO2=N₁₂^SO2*(1-0.99)=N₁₂^SO2*0.01=N₁₂*0.08*0.01

N₃₀₁^N2= 0.79*N₀₁₂

N₃₀₁^SO3=N₂₃^SO3*(1-0.998)=0.002*N₂₃^SO3

N₃₀₁^O2=N₁₂*(0.21-0.08)-1/2*N₁₂*(0.21-0.08)=N₁₂*0.13*(1-

1/2)=0.13/2*N₁₂

N₃₀₁=N₁₂*0.08*0.01+0.79*N₀₁₂+0.002*N₂₃^SO3+0.065*N₁₂

N₃₀₁=0.0658*N₁₂+0.79*N₀₁₂+0.002*N₂₃^SO3

X₆=0.0658*X₃+0.79*X₂+0.002*X₁ (6)

N₀₁₂=X₂

N₃₀₁=X₆

Но надо учесть , что N₁₂=N₀₁₂,т.е. X₂=X₃ (7)

6 неизвестных и 7 уравнений. Выбрасываем уравнение (3) и получаем систему уравнений:

0,92*X₁=0.08*X₃

0.99*0.08*X₃=X₄

0.925*X₇=2000

0.998*X₄=20.41

X₆=0.0658*X₃+0.79*X₂+0.002*X₄

X₃=X₂

0.92*X₁-0.08*X₃=0

0.0792*X₃-X₄=0

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*X₃+0.002*X₄- X₆=0

0.92*X₁-0.08*X₃=0

0.0792*X₃-20.45=0

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*X₃+0.002*20.45-X₆=0

0.92*X₁-0.08*X₃=0

X₃=257.23

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*X₃+0.041-X₆=0

0.92*X₁=0.08*257.23

X₃=257.23

X₇=2162.2

X₄=20.45

0.8558*257.23+0.041-X₆=0

X₁=22.37=N₀₁₁

X₃=257.23=X₂=N₁₂=N₀₁₂

X₇=2162.2=G₃₀₁

X₄=20.45=N₂₃^SO3

X₆=220.18=N₃₀₁

1.Количество целевого продукта:

X₇=G₃₀₁=2162.2 кг 92.5% серной кислоты

2. Расход серы:

X₁=N₀₁₁=22.37кмоль

m_s=N_s*M_S=22.37*32=715.84 кг

G_S_нач=715,84/0,92=778,1 кг было введено в систему

3. Расход воздуха:

X₂=X₃=N₀₁₂=257.23 кмоль

G_возд=N_возд*M_возд=257,23*29=7459,67 кг

4.Определение расхода кислорода и азота

G_O2=7459,67*0,21=1566,7 кг

G_N2=7459,67*0,79=5893,1 кг

5. Определяем количество SO₂, содержащегося в газе:

X₃=N₁₂=257.23 кмоль

N₁₂^SO2=257.23*0.08=20.58 кмоль

G_SO2=N_SO2*M_SO2=20.58*64=1317 кг

6. Определение SO₃, содержащегося в газе:

X₄=N₂₃^SO3=20.45кмоль

G_SO3=N_SO3*M_SO3=20.45*80=1636 кг

7. Расход воды на абсорбцию:

G₀₃=G₃₀₁*M_H2O/M_H2SO4=2162.2*18/98=397 кг

8. Выхлопные газы:

X₆=N₃₀₁=220.18 кмоль

G₃₀₁=G₃₀₁^SO2+G₃₀₁^N2+G₃₀₁^SO3+G₃₀₁^O2=1317*0.01+5893.1+

0.002*1636+0.065*7459.67=13.17+5893.1+3.27+484.88=

6394.42 кг

3.Материальный баланс.

*Введено*			*Получено*
*Реагенты*	кг	*% масс*	*Продукты*	кг	*%масс*
Сера	778,1	9	Серная кислота:	2162,2	25
Вода	397	4,6	H₂SO₄	2000	23,2
Воздух:	7459,67	86,4	H₂O	162,2	1,8
21% О₂	1566,7	18,1	Выхлопные газы:	6394,42	74,1
79%N₂	5893,1	69,3	SO₂	13,17	0,15
N₂	5893,1	68,25
SO₃	3,27	0,06
O₂	484,88	5,64
Невязка	78,15	0,9
Всего	8634,77	100	Всего	8634,77	100

Список литературы.

1. Г.Н. Кононова, В.В. Сафонов, Н.Г. Чабан. Разработка алгоритма и расчет материального баланса химико-технологической системы. Москва. 1995.

2. Учебник для химико-технологических специальностей ВУЗов под редакцией проф. И.П. Мухленова. Общая химическая технология. Часть 2 « Важнейшие химические производства». Москва «Высшая школа»1984.

3. А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. Общая химическая технология. Издание второе исправленное и дополненное. Москва «Высшая школа» 1990.

4. Конспект лекций (лектор: Г.Н. Кононова)

Производство серной кислоты из серы (стр. 3 из 3)

Задание для расчета

Выполнение расчета.

1.Составляем блок-схему производства.

2. Составление уравнений по каждому узлу.

3.Материальный баланс.

Список литературы.