Производство серной кислоты

 

       Примечания  – 

1 Основная  реакция, протекающая в печи  обжига колчедана:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3372 кДж (I)

2 с_шлака = 0.71 кДж/( ); С_{воздуха} = 1 кДж/( ); с_пирита = 0.52 кДж/( ); = 0.75 кДж/( ).

3.1.2 Материальный  расчет

       В печи обжига колчедана протекает следующая реакция:

            4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3372 кДж

            Материальный расчет проводим в следующий последовательности:

1. определяем секундный расход пирита: (по условию производительность 100 т/сутки)

       

       где М – производительность, т/сутки;

       τ - время контактирования, с.

       

2. определяем  массовый состав пирита (по условию  содержание в пирите - 90%; степень реагирования – 98%)

            

       

       

       А так же определим не прореагировавший :

       

       

       3) определим количество реагентов  и полученных продуктов затраченных  в реакции:

           

            Отсюда можно выразить:

       

       С учетом избытка (20% по условию), получаем:

       4) количество воздуха и азота, подаваемых в аппарат: (по условию 20% кислорода)

       

            

       5) определим массу оксида железа:

       

       

       6) аналогично рассчитаем массу  сернистого ангидрида:

       

       7) определим массу пылеуноса: (12% от массы продукта твёрдого по условию)

       

       

       Масса огарка: . 
 
 
 

       Таблица 3.1.2 -  Материальный баланс

 

       3.1.3 Тепловой расчет

       Цель  расчёта определить количество подаваемого воздуха для охлаждения, т.к. реакция экзотермическая.

           Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

       

       

       где - удельная теплоемкость, кДж /(кг ^. К);

             - масса вещества, кг;

             t_i - разность температур, ^оС.

       

       Теперь  можно определить массу воздуха:

       9.02+67.35+15m+7168.31=80m+215.04+52.19+3136.88

       65m_хлад  = 3508.04 кг/с

       m_хлад = 54 кг/с. 
 
 
 
 
 

       Таблица 3.1.3 - Тепловой баланс

 

       3.1.4 Конструктивный расчет

       1) определим поверхность теплообменного  элемента:

       

       где Q – тепловой поток, Вт;

              k – средний коэффициент теплопередачи, Вт ( м^{2 .} К);

              F- площадь теплообменной поверхности в аппарате, м² ;

              - средняя разность температур между горячим и холодным теплоносителем, ^оС;

       

       Коэффициент теплопередачи (k)=

       

       Определим длину трубок змеевика для подачи теплоносителя:

       Пусть d трубок 57 мм, тогда

       

       где - математическая константа,

            - диаметр трубки, мм;

            - длина теплообменного аппарата, м.

       

       где =5 м.

       2) определение диаметра и высоты аппарата:

        - объем воздуха подаваемого  для кипящего слоя частиц пирита

       

       Для кипящего слоя последнее выражение  можно записать в виде:

       

       По  условию рабочая скорость для  и для .

       Объем подаваемого воздуха определим  из уравнения Менделеева – Клапейрона:

       

       где - давление, атм;

              - объем, м³;

             - абсолютная температура, К;

           - универсальная газовая постоянная.

       

       

       Давление  по условию 1атм.

       

       На  практике, чтобы уменьшить диаметр  аппарата, используют несколько уровней  контактной массы.

       3.2 Котел – утилизатор

       

 

       Рисунок 1.4 – Схема котла – утилизатора с принудительной циркуляцией

       1 – барабан; 2 – испарительная  часть; 3 – пароперегреватель; 4 – водяной экономайзер. 
 
 
 

       3.2.1 Исходные данные для расчетов 

 

Примечания  – 

Котел – утилизатор служит для использования  тепла реакционных газов:

с_{газовой смеси} = 0.85 кДж/( ); (SO₂ + N₂ + O₂);

с_воды = 4.186 кДж/( ); r_воды = 2258 кДж/кг.

3.2.2 Материальный  расчет

3.2.3 Тепловой расчет

       По  условию - хладагентом является вода и необходимо определить её количество, поступающее на охлаждение.

       

       Таким образом Q_газа=2258,5 кВт.

       

       При нагревании хладагента, при температуре 100 градусов происходит переход в  газообразное состояние, на что расходуется  часть теплоты.

       Теплота парообразования:

        ;