5. Описание технологической схемы

Рис. 15-11. Технологическая схема производства серной кислоты из колчедана по методу ДКДА:

/- печь; 2- система гидроудаления огарка; 3- котел-утилизатор; 4- циклон с пересыпным устройством; 5-сухой электрофильтр; 6-полая промывная башня: 7 - насадочная промывная башня; 8, 9 - мокрые электрофильтры; 10 - сушильная башня; 11 - фильтр-брызго уловитель; 12 гаэодувка; 13 - теплообменники контактного узла; 14 — контактный аппарат; 15 - пусковой подогреватель; 16 — теплооб-менник; второй моногидратный абсорбер; 18--сборники кислоты: 19- холодильники: 20 - первый многогидратный абсорбер; 21 - олеумный абсорбер; холодильник воздушного охлаждения кислоты.

Исходная сера поступает в плавитель, где плавясь нагревается до температуры 120⁰С и уже в виде жидкости поступает в печь циклонного типа 1 и нагревается до температуры 1300⁰С, затем в котел-утилизатор 2, поступает сверху в пятислойный контактный аппарат 7 с температурой 440⁰С и концентрацией SO₂ 10%.

В трех верхних слоях катализатора происходит окисление диоксида серы примерно на 60 % в каждом и адиабатическое повышение температуры. Охлаждением газа в теплообменниках между полками достигается ступенчатое приближение к оптимальной кривой. На выходе из третьего слоя достигается степень превращения SO₂ в SO₃ на 93 – 95 %, при этом адиабата приближается к равновесной кривой и скорость реакции сильно уменьшается

Воздух осушается в сушильной башне 9, орошаемый 98%-ной кислотой. После подогрева в теплообменниках 8б и 8в в межтрубном пространстве направляется в печь 1.

Газ после первого слоя теплообменника 8а по трубам снова возвращается в контактный аппарат. После 2-го слоя газ поступает в теплообменник 8г по трубам и снова возвращается в контактный аппарат 7. После 3-го слоя газ поступает на абсорбцию по трубам теплообменников 8д, 8б, 8в в первый моногидратный абсорбер 10. После абсорбции газ выходит сверху и через теплообменники 8д, 8б, 8в направляется на 4-й слой контактного аппарата 7, где содержащийся в газе диоксид серы (около 0,5 %) окисляется на 90 – 95 %. Перед 4-ым слоем вводится дополнительное количество воздуха. После 5-го слоя (где селективность процесса составляет 99,5 % и выше) газ используется для подогрева воды в экономайзере 3 и уже оттуда направляется во второй моногидратный абсорбер 11, где происходит окончательное поглощение и выдача 93% H₂SO₄.

6. Расчет материального баланса хтс интегральным методом:

Структурная блок-схема:

Операторная схема ХТС:

1 - (серная печь) сжигание серы

S + O2 = SO2

2 – (контактный аппарат) контактное окисление

2SO2+ O2 = 2SO3

3 – (абсорбер) абсорбция SO3

SO3 + H2O = H2SO4

Исходные данные для расчета

Показатель	Значение
Степень превращения серы в SO2 (%	92,0
Степень превращения SO2 в SO3 ( %	99,0
Степень абсорбции SO3 (K) %	99,8
Содержание SO2 в газе, поступающем в контактный аппарат, % (по объему)	8,0
Содержание H2SO4 в целевом продукте, % (по массе)	92,5
Базис расчета, кг поступающей серы	1000

Составляем систему уравнений:

Блок 1: 1)

0,08= 28,75

2) =

4. 

Блок 2: 1) ,5

2)

Блок 3: 1)

0,925

2)

5. 

Соответствие переменных потока

Наименование компонентов	Условное обозначение	Хi	Размерность	Значение по расчету
Свежий поток воздуха		Х1	кмоль	359,4
Поток газа полученного после 1-ого блока		Х1	кмоль	359,4
Выхлопные газы		Х2	кмоль	316,6
Продукты абсорбции		Х3	кг	3009
Поток воды		Х4	кг	511,4

Переименование и упорядочение переменных

1) 0,08 Х₁ = 28,75

2) 0,881 Х₁ – Х₂ = 0

3) 8,374 Х₁ – Х₃ = 0

4) 1,423 Х₁ – Х₄ = 0

Матрица коэффициентов

№ уравнения	Х1	Х2	Х3	Х4	Свободный член
1	0,08	0	0	0	28,75
2	0,881	-1	0	0	0
3	8,374	0	-1	0	0
4	1,423	0	0	-1	0

Решение матрицы при помощи ЭВМ:

Х₁ = 359,4 Х₃ = 3009

Х₂ = 316,6 Х₄ = 511,4

Расход воздуха:

Расход кислорода:

Расход азота:

Расход воды на абсорбцию:

Количество полученной серной кислоты:

Количество полученных выхлопных газов:

Общее количество:

Азота:

Кислорода:

Оксида серы (IV):

Оксида серы (VI):

Приход				Расход
Вещество	кг	%	Вещество		кг	%
S	1000	8,42	Целевой продукт		3009
H2O	511	4,30	Н2SO4		2783	25,0
Воздух:	10368	87,3	H2O		226
O2	2416	20,4
N2	7952	66,9	Выхлопные газы:		9012	69,05
			N2		7949	61,74
			O2		1040	6,71
			SO2		18,43	0,047
			SO3		4,55	0, 02
			Невязка:		886,66	0
Всего:	11879	100	Всего:		12021	100

Также определяем:

Количество O₂ в газе, поступающем в контактный аппарат (2-ой блок):

Количество N₂ в газе, поступающем в контактный аппарат (2-й блок):

Количество SO₂ в газе, поступающем в контактный аппарат (2-й блок):

Количество SO₃ в газе, поступающем на абсорбцию (3-ий блок):

Количество O₂ в газе, поступающем на абсорбцию (3-ий блок):

32,5 кмоль

Количество N₂ в газе, поступающем на абсорбцию (3-ий блок):

Количество SO₂ в газе, поступающем на абсорбцию (3-ий блок):

Поточная диаграмма:

Масса потоков:

Сырье:

Масса потока перед контактным окислением:

Потери серы на стадии сжигания:

Масса потока перед абсорбцией:

Масса выхлопных газов:

Масса серной кислоты:

Масса воды для абсорбции:

1– сжигание серы

2 - контактное окисление

3 - абсорбция

а – сырье

б – потери

в – вода

г – серная кислота (92,5%)

е – выхлопные газы

Масштаб: 1см = 2000 кг

7. Расчет основных технологических показателей процесса:

Расходные коэффициенты по сырью

S + O₂ = SO₂

По сере: =

=

По кислороду: =

=

Степень конверсии:

По сере:

По кислороду

Выход:

По сере:

По кислороду:

Селективность:

По сере: =

По кислороду: =

Выход целевого продукта (серной кислоты):

Селективность:

Выводы:

Разница коэффициентов по сырью (стех. и прак.) обусловлена неполнотой превращения серы, а также ее потерями на стадии подготовки сырья, которые были отнесены к стадии сжигания серы.

Для кислорода эта разность обусловлена его избыточным количеством для окисления серы, по сравнению со стехиометрическим.

В данной ХТС использованы технологические принципы и приемы их реализации:

1. Принцип наилучшего использования сырья.

Увеличение полноты превращения сырья

Уменьшение количества отходов.

2. Принцип наилучшего использования энергии.

Использование тепла экзотермических реакций

Использование тепла высокотемпературных процессов

3. Принцип максимальной интенсивности.

4. Принцип экологической безопасности.

5. Принцип технологической соразмерности.