2.3.5 Материальный баланс регенерации

В регенераторе происходят процессы окисления двухвалентного железа в трехвалентное, гидросульфида натрия в элементарную серу и частично в сульфат-ион. Поскольку химизм реакций был разобран ранее, принимаем для упрощения расчетов, что химические превращения сероводорода происходят в регенераторе по реакции

H₂S + 0,5 O₂ = S + H₂O (41)

Причем выход элементарной серы составляет 99%, а сульфат-иона 1%.

Элементарная сера образуется в количестве

Qs = (66,3·32/34)·0,99 = 61,8 кг/час

Сульфата в расчете на серу образуется 0,62 кг/час.

В результате реакции образуется вода в количестве:

Q_в = 66,3·18/34 = 35,1 кг/час

Расход кислорода равен

Q_к = 66,3·0,5·32/34 = 31,2 кг/час

Теоретически необходимое количество воздуха равно

Q_возд = 31,28/0,23 = 135,7 кг/час

С учетом того, что вследствие плохой растворимости в воде он используется не полностью, на практике необходим 3,5-кратный избыток воздуха, т.е. 475 кг/час или V_пр = 368 м³/час. Тогда количество воды, уносимое воздухом можно найти по формуле

Q₁ = V_пр·W₁ (42)

Где w1 абсолютная влажность воздуха при температуре 30 0с.

Q₁ = 368 м³/час·30 г/м³ = 11 кг/час

При средней температуре 5 0с с воздухом поступает воды:

Q₂ = V_пр·W₂ (43)

где W₂ абсолютная влажность газа при температуре 5 ⁰С.

Q₂ = 368 м³/час·6,8 г/м³ = 2,5 кг/час

Таким образом, воздухом уносится 8,5 кг/час воды.

Материальный баланс регенератора занесен в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 - Материальный баланс регенератора

Компоненты	Приход				Расход
	воздух		абсорбент		воздух		абсорбент
	кг/ч	%, мас.	кг/ч	%, мас	кг/ч	%, мас	кг/ч	%, мас
Воздух, в т.ч.	475	100			-	-
Кислород	109	23			95	20,0
Вода	2,5	0,55			11	2,4
Инертные газы	363	76,45			363	77,6
FeSO4·7H2O			790	2,49			790	2,49
Трилон Б			1580	4,99			1580	4,99
ТЭА			1264	3,99			1264	3,99
Щелочь			1264	3,99			1264	3,99
Вода			26702	84,33			26712	84,34
Сероводород			66	0,21			0	0
Сера			0	0			61,8	0,2
Сульфат			0	0			0,6	0,002
ИТОГО	475	100	31666	100	469	100	31672	100

Количество воды, поступающей в установку с газом, равно:

V_воды = V_г·W₃ (44)

где V_г и W₃ объем газа и влажность газа при температуре 15 ⁰С соответственно.

V_воды,3 = 833 м³/час·13,4 г/м³ = 11,2 кг/час

Количество воды, уносимое газом:

Q₄ = V_г·W₁ (45)

Q₄ = 833 м³/час·30 г/м³ = 25,0 кг/час

Таким образом, из системы газом уносится 13,8 кг/час воды.

Итого, с учетом реакционной воды и уноса газом и воздухом количество воды в системе увеличивается со скоростью 12,8 кг/час.

В результате окисления сероводорода выделяется тепло в количестве h₁ = 266 кДж/моль. При окислении 66,3 кг/час сероводорода выделится тепло:

H₁ = h₁·M_H2S (46)

H₁ = (266 кДж/моль·66,3 кг/час)/34·10^-3кг/моль =

= 518,7·10³ кДж/моль

Таким образом, без учета теплопотерь через стенки установки и отвода тепла за счет нагревания газа в системе выделяется тепло в количестве 518,7·10³ кДж/моль.

Выделение тепла приводит к нагреванию абсорбента на ∆t

∆t = 518,7·10³ кДж/моль/(19350 кг·4,19 кДж/кг·⁰С) = 6,4 ⁰С/час

где 19350 кг – масса абсорбента в системе.

В таблице 2.7 приведены теоретические коэффициенты материальных и энергетических ресурсов.

Таблица 2.7 - Теоретические коэффициенты материальных и энергетических ресурсов

Ресурсы	Вид ресурса	Расходный коэффициент		Примечание
		на 1 т серы	в год
1	2	3	4	5
Материальные	Трилон Б	12,5 кг	6,77 т	Потери с серой
	Сульфат железа	5,0 кг	2,71 т	Смена абсорбента, потери с серой
	ТЭА	10,0 кг	5,42 т	Потери с серой
	Щелочь	10,0 кг	5,42 т	Поддержание рН
	Вода	422,5 кг	229,0	Испарение
Энергетические	Электро-энергия	2000 кВт·час	1084,0 тыс. кВт·час	Обогрев, работа компрессора, насосов, освещение, КИП и А