Производство серной кислоты

 

 Массовый  расход газа из таблицы 8 составляет:

                                                                                                                                  

G_газ=3,895кг/с. 
 

30

     Количество  передаваемой теплоты с учетом тепловых потерь  31% [3]:

     Тогда,

Q = 3,8× 0,85 × 1000× (820  - 420) ×1,03 = 1330760 Вт

     Определим  коэффициент теплопередачи[4]:

     где,

     a_г = 85 – коэффициент теплоотдачи для горячего теплоносителя, Вт/м² ·К;

     a_х = 3500 – коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя Вт/м²·К;

     r_ст = 2558 – термическое сопротивление стенки м²·К/Вт.

     Тогда,

   3.2.2.2 Тепловой расчет 

     Уравнение теплопередачи [4]:

     Q = K·F·Dt_ср.

     Отсюда  площадь поверхности теплопередачи:

 

     Принимаем F = 35м²

      Конструктивно для площади теплопередачи F = 35м² принимаем

d_трубок = 57 мм, длина трубчатки L_мр = 4000мм.

      Тогда количество трубок определяем из формулы: F = p·d·e·Z, где Z – число трубок.

                                                                                                                                    

     Принимаем Z = 5 шт.                                                                                             31

       
 

           Рисунок 8 - Котел-утилизатор [2] 

     1-коллектор  для подачи воды; 2-коллектор для выхода паро-водяной эмульсии; 3-паросборник; 4-трубы с гладкой облицовкой; 5-трубы с волнистой облицовкой; 6-трубы с ребристой облицовкой. 
 

      3.3 Технологический  расчет контактного  аппарата 

1. Исходные  данные:

 

     - степень окисления SO₂, % мас. ………………………………..…….….97,6

     - избыток окислителя воздуха, % мас.  …………………………...………...30

     - начальная температура газов,  ⁰С………………………………………….430

     - конечная температура газов,  ⁰С………………………………………...…450

     - хладоагент воздух:

     - температура воздуха начальная,  t_n ⁰С ……………………………………...20

     - температура воздуха конечная , t_к ⁰С……………………………………...430 

     - Состав воздуха, % мас.:

     - кислород, О₂………………………………………………………………..20,5

     - азот, N₂……………………………………………………………….……..79,5

     - теплоемкость газовой смеси, кДж/ (кг·К)………………………………….0,85

     - теплоемкость воды, кДж/ (кг·К)…………………………………………...4,186

     - основная реакция:

             32

2. Расчет контактного аппарата

 

      Реакция окисления SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ + 95кДж/моль идет с уменьшением реакционной смеси и с выделением теплоты.

      Для окисления SO₂ в SO₃ в промышленных условиях применяют ванадиевые контактные массы, содержащие V₂O₅ в качестве активного начала , пиросульфат металла к (Na)S₂O₇ в качестве активатора и носитель, состоящий из  алюминосиликатов, аморфной  кремниевой кислоты и других инертных примесей.

     Мольные массы: 

     S = 32     SO₂ = 32+16*2 = 64

       O = 16     0,5O₂ = 0,5*16*2 = 16

     SO₃ = 32+16*3 = 80 

     

 

     Из  материального баланса обжига колчедана  мы определим количество двуокиси серы:

SO₂ = 3,895 кг/с.

     Количество  сернистого ангидрида SO₃

     Расход  кислорода на окисление SO₂ 

     Останется  в газе

                      SO₂ = 3,895×0,02 = 0,08 кг/с.                                    

     Из  материального баланса обжига колчедана  мы определим оставшиеся количество кислорода

     M_ост. = 3,213-2,672 = 0,535кг/с.

     Отсюда  требуемое количество О₂:

m_o2 = 1,166-0,535 = 0,631кг/с. 
 
 
 

33

     Производительность  контактного аппарата 410т/ч [3]:

 

 

     Теплоемкость  С_{газ. смеси} = 0,85 кДж/(кг·К) = 4,186 кДж/м²К;

     Увеличение  температуры газа – 213 ⁰С.

     Тепловая  нагрузка теплообменника :

Q = V × C_{газ. смеси}( t_к – t_н) = 53343× 4,186(450 – 430) = 4465876 кДж/ч.

     Рассчитаем  среднюю температуру в контактном аппарате [4]:

t_{Н газ} = 430 ® t_{К газ} = 450

t_{Н вод} = 20 ® t_{К вод} = 430

Dt_б = 410         Dt_м = 20

     К = 40 кДж/м²чК- коэффициент теплопередачи для системы газ – газ.

     Необходимая поверхность теплообменна

     F=Q/k

t_cр.,

     Тогда

     F=4465876/40×130=858м².

     Конструктивно для площади F=858м² принимаем диаметр трубы d_тр.=57мм, длина трубчатки L=4000мм.                                                                                      

     Тогда количество трубок определим по формуле

     F=π·d·l·z,

     где z – число труб.

       Тогда, 

     Z=F/π×d×l=858/3,14×0,57×4=120шт. 
 
 
 
 
 
 
 

     34

     

 

      Рисунок 9-Контактный трубчатый аппарат  [2]                                              

      1-кольцевая  камера; 2-верхний слой контактной  массы; 3- верхний охладительный пояс  труб; 4-второй слой контактной  массы; 5-нижний охладительный пояс; 6-рубашка для воздушного охлаждения; 7-завихритель. 
 

                                                                                                                                          35

4 Техника безопасности

 

     Серная  кислота пожаро – и взрывоопасна. При соприкосновении с водой происходит бурная реакция с большим выделением тепла, паров и газов.

      Кислота токсична. По степени воздействия  на организм человека относится к  веществам второго класса опасности  по ГСТ 12.1.007 – 76.

      Предельно допустимая концентрация  паров в воздухе рабочий зоны производственных помещений 1^мг/_м³.

      Работающие  с кислотой люди должны быть обеспечены специальной одеждой и обувью, а так же средствами индивидуальной защиты [10].

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

                                                                                                                                             36

Заключение

 

      В производстве H₂SO₄ соблюдены основные направления развития химической промышленности:

  - технология малоотходная  - переход сырья в целевой продукт достигает 99,9%;

  - энергосберегающее, так как процесс  обеспечивает свое энергосбережение.

  Эта химическая технология обладает рядом  функций:

- рациональное  использование сырья и энергии;

  - масштабность и дешевизна.

  Поскольку процесс непрерывен, он обладает рядом  достоинств:

  -большое  количество продукта с 1 –го  объема аппарата;

  - высокая интенсивность процесса;

  - исключение потерь тепла из-за  термодинамичности – нагрев-охлаждение;

  - легкость автоматизации технологического процесса.

  Такой  процесс учитывает основные принципы химической технологии:

  - наибольшая интенсивность процесса;

  - наилучшее использование сырья;

  - наибольшее использование сырья. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Литература

1 К.М. Малинин, Н.Л. Аркин, Г.К. Боресков, М.Г. Слинько. Технология серной кислоты.Государственное научно – техническое издательство химической литературы. Москва, Ленинград, 1950г., 571 стр.

2 Справочник сернокислотника. Государственное  научно – техническое издательство  химической литературы. Москва, Ленинград, 1952г. 570 стр.3

     3 Расчеты по технологии неорганических  веществ. Учебное пособие  для вузов. Изд. 2- е. перераб. Под редакцией проф. М.Е. Позина. Л., «Химия» 1977г. 496 стр., 48рис., 4табл., список литературы 33 ссылки.

      4 К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков. Примеры и задачи процессов и аппаратов химической технологии. Ленинград: Химия, 1981г., 560стр.

5 www.vikipedia.ru

6 Химик.ru – Большая советская энциклопедия.

7 www.Market Publishers.com

8 www.newchemistry.ru

9 Еврозийский химический рынок.  Международный деловой журнал.

10 Объединенная химическая компания  щекиноазот.