Материальный баланс печи кс-450

Привод	Количество		Расход	Количество
	кг	м3		кг	м3
Колчедан Влага колчедана Сухой воздух . . . Влага с воздухом	18 768 1 198 49 400 358	- - 38147445	Огарок Обжиговый газ: SO2 SO3 O2 N2 Н2O	14038 15337 129 1063 37600 1556	5243 36 744 30136 1936
Всего	69 724	38092	Всего	69 724	38 095

Объем паров в воздухе (при 20° С и относительной влажности воздуха ȹ = 50% давление паров воды в нем P_Н2O = 8,77 мм.рт.ст)

Общий объем паров воды в обжиговом газе'

Тепловой баланс печи КС-450

Приход	Количество		Расход	Количество
	10-3 кДж	%		103 кДж	%
Тепло сухого колче­дана Тепло влаги колчеда­на Тепло сухого воздуха Тепло влаги воздуха Тепло горения колче­дана	204 101 993 13,4 100 656	0,20 0,10 0,97 0,01 98,72	Тепло огарка Тепло обжигового га­за Теполопотери Тепло на получение пара в кипящем слое	8 380 46 128 1 022 46 437	8,2 45,3 1,0 45,5
Всегo	~ 101 967	100	Всего	101 967	100

Как видно из таблицы теплового баланса, тепло горения кол­чедана преобладает над другими статьями прихода тепла, так что ими можно пренебречь в ориентировочных расчетах. В таблице учтено тепло, израсходованное на получение пара непосредственно в кипящем слое. Однако пар получается также за счет использова­ния тепла отходящего обжигового газа. Таким образом, большая часть тепла горения колчедана используется полезно.

Расчет основных показателей печи КС-450

Исходные данные для расчета:

Высота кипящего слоя печи КС в спокойном состоянии, H₀, м …1,0

Интенсивность работы печи I, кг/м³ сут ………………..10000

Количество сжигаемого сухого колчедана, содержащего 41% S,

G_колч, кг/ ч …………...18 768

Температура газа, °С

на входе в котел-утилизагор t_вх ……………….850

на выходе из котла-утилизатора t_вых ………………450

Теплоемкость обжигового газа с_г, кДж/ м³ ………………….1,43

Диаметр печи определяем исходя из уравнения

где F — поверхность пода печи, м²,

G' — количество сухого колчедана (45% S), сжигаемого в печи, определяют по формуле

Рис 8. Диаграмма теплового баланса печи КС-10

Количество тепла, используемого в котле-утилизаторе (если потери тепла в нем составляют 1%), определяют по уравнению

Общее количество используемого тепла (в печи КС и в котле-утилизаторе) составляет [учитывая, что Q_п = 46 437 000 кДж/ч (см тепловой баланс)]

Количество получаемого пара

где q — энтальпия пара при 40 атм, q = 2790 кДж/кг.

Количество получаемого пара в пересчете на 1 т H₂SO₄

или 1,17 т/т H₂S0₄.

Окисление диоксида серы. Реакция

SO₂ + 1/2O₂ = SO₃

является обратимой, экзотермической, протекает на катализаторе с уменьшением объема. Тепловой эффект реакции при температуре 500 °С Q_p = 94,2 кДж/моль. Константа равновесия К_р [атм^-0.5] зависит от температуры и в интервале 400 - 700 °С равна

Ig К_р = 4905/T- 4,6455.

Согласно закону действующих масс, при равновесии

где P_SO3.p , P_{SO2.p p} , P_O2 p - парциальные давления соответствующих компонен­тов в состоянии равновесия, атм.

Абсорбция триоксида серы - последняя стадия процесса, в ко­торой образуется серная кислота. Взаимодействие SO₃ с Н₂O

S0₃ + Н₂0 = H₂S0₄

протекает достаточно интен­сивно как в жидкой, так и в газообразной (паровой) фазах. Кроме того, H₂S0₄ может рас­творять в себе SO₃, образуя олеум Этот продукт удобен для транспортировки, поскольку он не вызывает коррозии даже обычных сталей. Растворы сер ной кислоты чрезвычайно агрессивны. Олеум является основ­ным продуктом сернокислотного производства.

Рис. 9. Схема реактора окисления S0₂;

1 - слои катализатора; 2 - промежуточ­ные теплообменники; 3 - смеситель; 4 - внешний теплообменник; Хг - ввод холодно­го газа

Особенностью системы "H₂O-H₂SO₄-SO₃" является то, что в широком интервале концентраций раствора H₂SO₄ в паровой фазе присутствуют почти чистые пары воды, а над олеумом (раствор SO₃ в H₂SO₄) в газовой фазе преобладает S0₃. Одинаковый со­став жидкой и паровой фаз (азеотропная точка) будет при кон­центрации серной кислоты 98,3%. Если S0₃ поглощать раство­ром с меньшей концентрацией, то реакция (5.11) будет проте кать и в паровой фазе - будет образовываться туман серной кислоты, который уйдет из абсорбера с газовой фазой. А это - и потери продукта, и коррозия аппаратуры, и выбросы в атмосфе­ру. Если SO₃ абсорбировать олеумом, то поглощение будет не­полным.

Из этих свойств следует двухстадийная (двухбашенная) схема абсорбции (рис. 10.). Газ, содержащий S0₃, после реактора проходит последовательно олеумный 1 и моногидратный 2 аб­сорберы. Другой компонент реакции (Н₂О) подается противото­ком в моногидратный абсорбер. За счет интенсивной циркуля­ции жидкости (абсорбента) в ней можно поддерживать близкую к оптимальной концентрацию H₂S0₄ - 98,3% (увеличение кон­центрации за проход жидкости не более 1-1,5%). Техническое название такой кислоты - моногидрат, откуда и название абсор­бера. Концентрационные условия абсорбции обеспечивают пол­ное поглощение S0₃ и минимальное образование сернокислотного тумана. Кислота из моногидратного абсорбера поступает в олеумный. В нем циркулирует 20%-й раствор SO₃ в H₂SO₄, ко­торый частично отбирается как конечный продукт - олеум. Кислота из предыдущего абсорбера - моногидрат - также может быть продуктом.

Рис. 10. Схема отделения абсорбции в производстве серной кислоты:

1 - олеумный абсорбер; 2 - моногидратный абсорбер; 3 - холодильники; 4 - сборники кислоты; 5 - брызгоотделитель

Образование серной кислоты и абсорбция триоксида серы - экзотермические процессы. Их тепло снимается в оросительных теплообменниках 3 на линии циркуляции жидкости в абсорбе­рах. При температуре менее 100 °С SO₃ поглощается практиче­ски на 100%. Диоксид серы практически не абсорбируется.