Промышленная вентиляция

               Н₂ – 60,0                              СО₂ – 2,2

               СН₄ – 25,5                            N₂ – 3,5

               СО – 5,7                               О₂ – 0,6 

                СmH_n – 2,5                          -----------------

                                                              Всего – 100,0

    Содержание  в прямом газе кислотных компонентов, г/нм³

                                                                              Н₂S…………………18,0

                                                                              HCN………………….1,1

    Степень абсорбции кислых компонентов, %

                                                                               Н₂S………………....85,0

                                                                               HCN………………..80,0

                                                                               СО₂…………………10,0

    Температура газа перед абсорберами, ……..30

    Температура точки росы газа, ………………27

    Давление  газа перед абсорберами, мм рт. ст…..820

    Состав  поглотительного раствора, г/л:

    Na₂CO₃ – 42,0                          NaCNS – 100,0

    NaHCO₃ – 18,0                        NaCOOH – 30,0

    NaHS – 1,5                               Na₂S₂O₃ – 10,0

    NaCN – 1,0                               Na₂SO₄ – 4,0

                                                      Na₄Fe(CN)₆ – 11,0

    Плотность поглотительного раствора, кг/м³………..1170

    Температура раствора перед абсорберами, ………30

    Расход соды на образование не регенерируемых солей, кг/кг уловленного сероводорода……..0,05

    3.2 Определение расхода  поглотительного  раствора

    Из  уравнения баланса сероводорода в абсорбере:

                 

    расход  поглотительного раствора:

                   ,

    где  - объемный расход сухого коксового газа, нм³/час;

        а₁ и а₂ – содержание сероводорода в газе до и после абсорбера,      кг/нм³;

        с₁ и с₂ -  концентрация сероводорода в поглотительном растворе до и после абсорбера, кг/м³(г/л).

      В соответствии с исходными  данными:

 а₁=0,018 кг/нм³ и а₂ = а₁*

  Концентрация  сероводорода в поглотительном растворе, поступающем в абсорбер, определяется по содержанию в нем Н₂S:

   = 0,91 кг/м³

    Концентрация  сероводорода в поглотительном растворе из абсорбера принимаем равной 85% о  равновесной, то есть:

                       с₂ = 0,85с₂ *

    По  данным М.С. Литвиненко равновесие в системе Н₂S – 1н. раствор Na₂CO₃ в интервале температур 20 – 60 описывается уравнением:

                      ,

    где - равновесное давление Н₂S над раствором, мм рт.ст.;

           t – температура раствора, .

    В производственных условиях присутствующей в коксовом газе диоксид углерода способствует увеличению давления сероводорода над содовым раствором примерно в 2 раза Наличие в поглотительном растворе большого количеств балластных солей также снижает растворимость сероводорода , поэтому приведенная формула М.С. Литвиненко дает значение равновесного давления сероводорода над раствором  в несколько раз меньшие значений, вытекающих из показателей работы промышленных установок вакуум-содовых сероочисток. Более точные значения равновесной концентрации сероводорода сероводорода в газе могут быть получены по формуле, приведенной в труде А.Ф. Гребенюка с соавторами : 
 

    Парциальное давление сероводорода в газе на входе а абсорбер (низ аппарата) определяется по закону Дальтона:

      

               =

    При = 820 мм рт. ст. и а₁ = 0,018 кг/нм³ имеем:

         *

    Принимая  температуру поглотительного раствора на выходе из абсорбера (низ аппарата) равной 30, определим максимальную (равновесную) концентрацию сероводорода из уравнения равновесия:

      

    Решив это уравнение методом последовательных приближений, получим с₂^* =6,17 кг/м³

    Тогда с₂ = 0,85 * с₂* = 0,85 * 6,17 = 5,24 кг/м³, а

      

        м³/час

    что соответствует удельному расходу  поглотительного раствора 3,53 л/нм³ газа.

           Массовый расход раствора, подаваемого  в абсорбер:

                 кг/час,

    в том числе расход солей, кг/час:

    = 42,0 * 424 = 17808

    = 18,0 * 424 = 7632

    = 1,5 * 424 = 636

= 1,0 * 424 = 424

=100,0 * 424 = 42400

= 30,0 * 424 = 12720

= 10,0 * 424 = 4240

= 4,0 * 424 = 1696

= 11,0 * 424 = 4664

    Всего солей в поглотительном растворе

        = 92220 кг/час

    Масса воды в исходном растворе

         = = 496080 – 92220 = 403860 кг/час

3.3 Определение состава раствора на выходе из абсорбера

Принимаем, что  в скруббере протекают следующие  основные и побочные реакции: 

Na₂CO₃ + H₂S NaHCO₃ + NaHS                                      (1)

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O 2NaHCO₃                                      (2)

Na₂CO₃ + HCN Na₂HCO₃ + NaCN                                  (3)

NaCN + H₂S + 0,5O₂ NaCNS + H₂O                                (4)

4NaCN + 2HCN + Fe Na₄Fe(CN)₆ + H₂                           (5)

NaCN + 2H₂O NaCOOH + NH₃                                       (6)

Na₂CO₃ + H₂S + 2O₂ Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O                     (7)

2 NaHS + 2O₂ → Na₂S₂O₃                                                    (8) 

         Количество кислых газов, извлекаемых из коксового газа в абсорберах:

    G_H2S = V_г⁰ * (а₁ – а₂) = 12000 * (0,018 – 0,0027) = 1836 кг/ч

    G_HCN = 120000 * 0,0011 * 0,8 = 105,6 кг/ч

    G_CO2 = 120000 * 0,022 * 0,1 * = 518,6 кг/ч

    Определим расход H₂S и HCN и количество образующихся балластных солей при протекании побочных реакций (4) – (8). Принимаем, что общий расход соды на образование нерегинерируемых солей равен 0,05 кг на 1 кг улавливаемого сероводорода , что составляет:

           G_Na2CO3 = 0,05 * G_H2S = 0,05 * 1836 = 91,8 кг/ч

    Расход  соды на образование отдельных балластных солей можно принять пропорциональным содержанию этих солей в поглотительном растворе.

    В пересчете на  Na₂CO₃ содержание балластных солей в поглотительном растворе составляет, г/л: 

    NaCNS……………100 *

    NaCOOH………….30 *

    Na₂S₂O₃…………....10 *

    Na₂SO₄……………..4 *

    Na₄Fe(CN)₆…………11 * = 7,67

где 106, 81, 68, 158, 142, 304 – молекулярные массы солей Na₂CO₃, NaCNS, Na₂S₂O₃, Na₂SO₄, Na₄Fe(CN)₆.

    Общее содержание Na₂CO₃, соответствующее содержанию не регенерируемых солей, составляет:

                   65,43 + 23,38 + 6,71 + 2,99 + 7,67 = 106, 18 г/л

    Тогда расход соды по реакциям (4) – (8) равен, кг/ч:

на образование  NaCNS………….91,8 *

на образование  NaCOOH………..91,8 *

на образование  Na₂S₂O₃………….91,8 *

на образование  Na₂SO₄…………...91,8 *

на образование  Na₄Fe(CN)₆……….91,8 *

    Количество  не регенерируемых солей, образующихся в поглотительном растворе по реакциям (4) – (8), кг/ч: 
 

    G_NaCNS⁽⁴⁾ = 56,57 *

    G_NaCOOH⁽⁶⁾ = 20,21 *

    G_Na2S2O3⁽⁸⁾ = 5,8 *

    G_Na2SO4⁽⁷⁾ = 2,59 *

    G_Na4Fe(CN)6⁽⁵⁾ = 6,63 *

    Определяем  количество веществ, прореагировавших (расход) и образовавшихся (приход) при  протекании побочных реакций:

                        NaCN + H₂ + 0,5O₂ = NaCNS + H₂O                             (4)

    Расход, кг/ч:

    G_NaCN⁽⁴⁾ = G_NaCNS⁽⁴⁾ * = 52,30 

    G_H2S⁽⁴⁾ = G_NaCNS⁽⁴⁾ *  

    G_O2⁽⁴⁾ = G_NaCNS⁽⁴⁾ * = 86,46 * 17,08 

    Приход, кг/ч:

    G_NaCNS⁽⁴⁾ = 86,46 

    G_H2O⁽⁴⁾ = G_NaCNS⁽⁴⁾ * = 86,46 * = 19,21

        4NaCN + 2HCN + Fe = Na₄Fe(CN)₆ + H₂                                     (5) 

    Приход, кг/ч:

    G_NaCN⁽⁵⁾ = G_Na4Fe(CN)6 ⁽⁵⁾ * = 9,51 * = 6,13 

    G_HCN ⁽⁵⁾ = G_Na4Fe(CN)6 ⁽⁵⁾ * = 9,51 * = 1,69 

    G_Fe ⁽⁵⁾ = G_Na4Fe(CN)6 ⁽⁵⁾ * = 9,51* = 1,75 

    Приход, кг/ч:

    G_Na4Fe(CN)6 ⁽⁵⁾ = 9,51 

    G_H2 ⁽⁵⁾ = G_Na4Fe(CN)6 ⁽⁵⁾ * = 9,51 * = 0,06

                     NaCN + 2H₂O = NaCOOH + NH₃                                     (6)

    Расход, кг/ч: 

    G_NaCN ⁽⁶⁾ = G_NaCOOH⁽⁶⁾ * = 25,93 * = 18,68 

    G_H2O ⁽⁶⁾ = G_NaCOOH⁽⁶⁾ * = 25,93 * = 13,73  

    Приход, кг/ч:

    G_NaCOOH⁽⁶⁾ = 25,93 

    G_NH3 ⁽⁶⁾ = G_NaCOOH⁽⁶⁾ * = 25,93 * = 6,48

                       Na₂CO₃ + H₂S + 2O₂ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O                (7)