Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Ноября 2012 в 23:20, курсовая работа
Нарисовать технологическую схему производства серной кислоты из серы («короткая схема»), дать ее функциональную, структурную, операторную и расчетную формы. Описать функционирование схемы и ее технологические параметры с учетом рассчитанного материального баланса.
Определить:
- количество серы, воздуха и воды для обеспечения заданной производительности с точностью 1%;
- расходные коэффициенты по сере, воздуху, воде на 1 тонну продуктов (100%);
1 . З а д а н и е … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . 3
2 . С и с т е м ы Х Т С … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . . 4
2.1. Химическая система ХТС.
2.2. Функциональная система ХТС.
2.3. Структурная система ХТС.
2.4. Расчетная система ХТС.
3 . О п и с а н и е т е х н о л о г и ч е с к о й с х е м ы Х Т С с у ч е т о м р а с с ч и т а н н о г о м а т е р и а л ь н о г о б а л а н с а … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . 7
3.1. Технологическая схема ХТС.
3.2. Расчетная схема ХТС.
4 . М а т е м а т и ч е с к о е о п и с а н и е р а с ч е т н ы х э л е м е н т о в … … … … … . . . … 1 0
5 . М а т е м а т и ч е с к о е о п и с а н и е п р о ц е с с а в с л о е к а т а л и з а т о р а … … … 1 1
6 . М е т о д р е ш е н и я м а т е м а т и ч е с к о г о о п и с а н и я Х Т С … … … … … . . . … 1 2
7 . О ц е н к а к о л и ч е с т в и с х о д н ы х в е щ е с т в д л я о б е с п е ч е н и я з а д а н н о й п р о и з в о д и т е л ь н о с т и Н 2 S O 4 … … … … … … … … … … … … … … … … . . 1 3
8 . Т а б л и ц а с м а т е р и а л ь н ы м б а л а н с о м Х Т С … … … … … … … … … … . . 1 3
9 . Р а с ч е т к о н т а к т н о г о а п п а р а т а в с х е м е … … … … … … … … … … … . . . 1 5
9.1 Расчет равновесной степени превращения диоксида серы.
9.2 Расчет значений для линии оптимальных температур.
9.3 Оптимизация многослойного реактора с вводом холодного газа после первого слоя.
9.4 Оптимальный режим действующего реактора с вводом холодного газа после первого слоя.
9.5Расчет объема катализатора на каждом слое.
1 0 . Р е к о м е н д а ц и и п о э к о л о г и и … … … … … … … … … … … … … … … . . … 1 8
1 1 . В ы в о д ы … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 1 9
1 2 . С п и с о к и с п о л ь з о в а н н о й л и т е р а т у р ы … … … … …
РХТУ имени Д. И. Менделеева
Кафедра общей химической технологии
Курсовая работа
на тему:
«Расчет ХТС производства серной кислоты из элементарной серы одинарным контактированием».
Выполнили: Никишина Ирина Гончарова Лариса Группа И-44
Проверил: доц. Вяткин Ю.Л.
Москва 2005.
Содержание:
1 . З а д а н и е … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . 3
2 . С и с т е м ы Х Т С … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . . 4
2.1. Химическая система ХТС.
2.2. Функциональная система ХТС.
2.3. Структурная система ХТС.
2.4. Расчетная система ХТС.
3 . О п и с а н и е т е х н о л о г и ч е с к о й с х е м ы Х Т С с у ч е т о м р а с с ч и т а н н о г о м а т е р и а л ь н о г о б а л а н с а … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . 7
3.1. Технологическая схема ХТС.
3.2. Расчетная схема ХТС.
4 . М а т е м а т и ч е с к о е о п и с а н и е р а с ч е т н ы х э л е м е н т о в … … … … … . . . … 1 0
5 . М а т е м а т и ч е с к о е о п и с а н и е п р о ц е с с а в с л о е к а т а л и з а т о р а … … … 1 1
6 . М е т о д р е ш е н и я м а т е м а т и ч е с к о г о о п и с а н и я Х Т С … … … … … . . . … 1 2
7 . О ц е н к а к о л и ч е с т в и с х о д н ы х в е щ е с т в д л я о б е с п е ч е н и я з а д а н н о й п р о и з в о д и т е л ь н о с т и Н 2 S O 4 … … … … … … … … … … … … … … … … . . 1 3
8 . Т а б л и ц а с м а т е р и а л ь н ы м б а л а н с о м Х Т С … … … … … … … … … … . . 1 3
9 . Р а с ч е т к о н т а к т н о г о а п п а р а т а в с х е м е … … … … … … … … … … … . . . 1 5
9.1 Расчет равновесной степени превращения диоксида серы.
9.2 Расчет значений для линии оптимальных температур.
9.3 Оптимизация многослойного реактора с вводом холодного газа после первого слоя.
9.4 Оптимальный режим действующего реактора с вводом холодного газа после первого слоя.
9.5Расчет объема катализатора на каждом слое.
1 0 . Р е к о м е н д а ц и и п о э к о л о г и и … … … … … … … … … … … … … … … . . … 1 8
1 1 . В ы в о д ы … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 1 9
1 2 . С п и с о к и с п о л ь з о в а н н о й л и т е р а т у р ы … … … … … … … … … … … … . 2 0
1. Задание.
Рассчитать материальный баланс
1 |
Мощность по серной кислоте, 100% Н2SO4 т/сут |
200 |
|
2 |
Содержание негорючих примесей в сере, %мас. |
0,5 |
|
3 |
Степень окисления SO2 в SO3 |
0.985 |
|
4 |
Коэффициент избытка воздуха от стехиометрии |
1,5 |
|
5 |
Степень превращения серы в печи, % |
100 |
|
6 |
Степень абсорбции SO3 в абсорбере, % |
99,9 |
|
7 |
Доля отбираемого потока товарной кислоты |
0,02 |
|
8 |
Содержание Н2SO4 в товарной кислоте, % масс. |
99,5 |
|
9 |
Концентрация SO2 перед контактным аппаратом, % об. |
7,0-10,0 |
Концентрация O2 перед контактным аппаратом, % об. |
10,0-18,0 | |
|
1 0 |
Число слоев катализатора в контактном аппарате |
5 |
1 1 |
Катализатор |
ИК-4 |
1 2 |
Степень превращения серы при сжигании, % |
100 |
Нарисовать технологическую схему производства серной кислоты из серы («короткая схема»), дать ее функциональную, структурную, операторную и расчетную формы. Описать функционирование схемы и ее технологические параметры с учетом рассчитанного материального баланса.
Определить:
- количество серы, воздуха и
- расходные коэффициенты по сере, воздуху, воде на 1 тонну продуктов (100%);
- количество оксидов серы, выбрасываемых в атмосферу на 1 тонну продуктов;
- кратность циркуляции жидкости в абсорбере;
- количество твердых отходов на 1 тонну продуктов.
После расчета материального баланса ХТС провести расчет контактного аппарата (КА) окисления SO2
в SO3
на условия Р=1,2ата, определи
Построить (Т-X)eq диаграмму (eq-равновесие), ЛОТ и профили температуры по слоям катализатора в КА (реакторе) на одном графике. Температура газовой смеси на входе в КА Тн=4200С.
Дать рекомендации по уменьшению выбросов SO2 и SO3 в окружающую среду.
2 . С и с т е м ы Х ТС .
2.1. Химическая система ХТС - это совокупность химических уравнений, которыми описывается ХТС, например в нашем случае:
S2+2O2=2SO2
SO2+0,5О2=SO3
SO3+H2O= H2SO4
2.2. Функциональная система ХТС - это совокупность последовательных технологических операций по превращению сырья в продукт в рамках данной ХТС, представленная в виде схемы
2.3. Структурная система ХТС - упрощенная схема с указанием связей между аппаратами.
1 – плавилка серы;
2 – печь сжигания серы;
3 – парогенератор;
4 – контактный аппарат;
5,7 – теплообменники;
6 – моногидратный абсорбер.
2.4. Расчетная система ХТС.
Составим таблицу материального баланса для нашей ХТС.
Для начала по заданной производительности серной кислоты рассчитываем количество триоксида серы:
SO3+H2O= H2SO4
Nтеор(SO3)=N(H2SO4)=8333,33*/
По условию степень абсорбции SO3 в абсорбере 99,9%, тогда можно составить пропорцию:
100% - X
99.9% - 85,034
тогда X=Nпракт(SO3)=85,119 кмоль
Далее находим количество диоксида серы:
SO2+0,5О2=SO3
Nтеор(SO2)=N(SO3)=85,119 кмоль/ч;
По условию степень окисления SO2 в SO3 составляет 0,985, тогда составляем пропорцию
100% - У
98,5% - 85,119
тогда У= Nпракт(SO2)=86,415 кмоль;
Теперь можно найти количество
S2+2O2=2SO2
1
Nтеор(S2)= 2 N(SO2)=86,415/2=43,2075 кмоль;
Тогда масса серы составит:
G(S2)теор= Nтеор(S2)*М(S2)=43,2075*64=
По условию сказано, что содержание негорючих примесей в сере 0,5%мас., тогда составляем пропорцию для нахождения технической массы серы
100% - Z
99,5% - 2765,28
тогда Z=Gпракт(S2)=2779,176 кг.
Следующим этапом находим необходимое количество кислорода (воздуха) для процесса:
Кислород нужен в двух процессах:
1) N(O2)=N(SO2)=86,415 кмоль;
1
2)
N(O2)=
2
N(SO3)=42,5595
кмоль;
1) S2+2O2=2SO2
2) SO2+0,5О2=SO3
тогда å N (О2)=128,975 кмоль;
V(O2)= N(O2)*Vm=128,975*22,4=2889,029 м3;
Зная объемный процент кислорода в воздухе можно посчитать объем воздуха
21% - 2889,029
100% - X
тогда X=V(возд)теор=13757,28 м3; N(возд)теор=13757,28/22,4=614,
По условию коэффициент избытка воздуха по стехиометрии составляет 1,5, тогда:
N(возд)практ=614,164*1,5=921,
Рассчитаем количество воды, необходимое на проведение данного процесса: Для осуществления реакции SO3+H2O=H2SO4, количество необходимой воды
равно:
Nтеор(Н2O)=N(H2SO4)=85,034 кмоль, тогда G(Н2O)=85,034*18=15986,392 кг.
Но вода в процессе необходима также и для разбавления 100% кислоты до товарного продукта (кислота 99,5%масс.). По эмпирическому правилу креста можно рассчитать количество воды, необходимое для разбавления кислоты:
100% 99,5% 1
99,5% делим на 99,5, тогда
0% 0,5% 5,025*10-3
8333,33 – 1 ч;
X – 5,025*10-3
тогда X=G(Н2О)=41,875 кг.
Тогда общее количество воды, необходимое для процесса: G(Н2О)практ=16028,267 кг;
Теперь необходимо рассчитать массу товарной кислоты на выходе:
По условию мы получаем 200т/сут (8333,33кг/ч) 100%-ой кислоты, тогда исходя из пропорции:
99,5% - 8333,33
100% - У
тогда У=G(H2SO4)практ=8352,21кг
Рассчитываем количество несгоревших примесей, по условию содержание негорючих примесей в сере 0,5%, тогда масса их составит:
G(прим)практ=2779,176*0,005=
Расчет выходящих газов, которые не приняли участие в реакции: а) по условию 0,15% SO2 не вступило в реакцию, тогда N(SO2)вых=85,119*0,015=1,2768 кмоль; V(SO2)вых=1,2768*22.4=28,6 м3;
G(SO2)вых=1,2768*64=81,7152 кг.
б) по условию 0,1% SO3 не вступил в реакцию, тогда
N (SO3)вых=85,119*0,001=0,08512 кмоль; V (SO3)вых=00,08512*22,4=1,90669 м3;
G (SO3)вых=0,08512*80=6,08096кг.
в) N2 в реакцию не вступает, значит, он тоже будет в отходящих газах
V (N2)вых=420635,9*0,79=16302,
N (N2)вых=16302,361/22,4=727,784 кмоль; G (N2)вых=727,784*28=20377,95 кг;
г) V(O2)прореаг=420635,9*0,21=
N (O2)вых=193463-85,415-42,5595=
G (O2)вых=65,4885*32=42095,632 кг;
Таблица материального баланса
3 . О п и с а н и е т е х н о л о г и ч е с к о й с х е м ы Х ТС с у ч е т о м р а с с ч и т а н н о г о м а т е р и а л ь н о г о б а л а н с а .
3.1. Технологическая схема ХТС.
Приведем короткую схему получения серной кислоты методом простого
(одинарного) контактирования.
рис.1 Технологическая схема производства серной кислоты из элементарной серы.