Получение серной кислоты

пылеунос с твёрдого продукта, % мас. – 12%;

тепловые потери, % от выделяющегося по реакции (1) – 3%;

производитель по пириту, т/сутки – 100;

состав пирита, % мас. -  = 90;

                                         - = 10;

состав окислителя (воздуха), % мас. - = 20;

                                                                 - = 80;

температура поступающих в печь продуктов, - 15°С;

Примечания:

1. пирит содержит 1%  ;
2. избыток воздуха 20% от стехиометрии;
3. степень реагирования пирита  98%;
4. основная реакция протекающая в печи обжига колчедана

                     ;                    (1)

5. теплоёмкость

= 1 кДж/(кг*K);

кДж/(кг*K);

  кДж/(кг*K);

  кДж/(кг*K);

     3.1.1 Материальный расчёт 

     Материальный  расчёт проводится на основе закона сохранения материи. Количество веществ поступивших  в реактор равно количеству веществ, которые выходят из реактора. 
 

     Материальный  расчёт проводим по основному уравнению  химической реакции.

 

     Материальный  расчёт будем проводить на 1секунду.

     Расчёт  проводим в следующей последовательности:

1. определяем секундный расход пирита. По условию варианта 100 т/сутки:

;

2. определяем массовый расход компонентов пирита с учётом степени их реагирования. По условию содержится :

;

Аналогично  определяем содержание примесей в пирите:

;

;

Определяем  количество непрореагировавшего колчагана:

;

Из уравнения (1) далее определим расходы всех реагентов и полученных продуктов

3. количество кислорода необходимого для реакции:

 
 
 

С учётом избытка 20% от стехиометрии:

;

Определи количество азота попавшего в аппарат:

;

Таким образом, количество воздуха:

; 

:

;

4. определим массу получаемого  оксида железа:

 
 

;

5. определить количество  образовавшегося:

 
 
 

;

6. определим количество шлака:

;

7. определим количество шлака уносящегося как пыль и оседающего в виде шлака:

;

;

8. определим массу уходящих газов:

; 

Таблица 3.1.1 - Материальный баланс процесса обжига пирита 

Приход				Расход
№	Статьи прихода	г/с	%	№	Статьи расхода	г/с	%
1	Пирит в том  числе	1157	20,51	1	Газообразные  продукты реакции	4923	87,26
		1042	18,47			1088	19,28
		11	0,19			149	2,64
		104	1,84			3588	63,59
					пыль	98	1,75
2	Воздух	4485	79,49
		897	15,9	2	Шлак	719	12,74
		3588	63,6
Итого		5642	100	Итого		5642	100

 
 
 
 
 
 

     3.1.2.  Тепловой расчёт 

     Целью теплового расчёта является определение  количества воздуха подаваемого  на охлаждение печи обжига колчедана. Это количество воздуха определяется из уравнения теплового баланса  процесса. 
 
 
 
 

 – теплоёмкость i вещества [кДж/кг*к]

 – масса i вещества [кг]

- масса i вещества []

Тепловой расчёт проводится в следующем порядке:

Приход тепла:

;

2);

3);

480

1020 – х

4);

67,28+7165,5+15*

Расход тепла:

;

;

;

;

;

=1,088*0,75*750=612кВт;

=1*750*4,485=3363,75 кВт; 

     Составим  уравнение теплового баланса, определим  расход воздуха на охлаждение:

7241,81+15m = 4625+80m;

65m = 2616,03;

M = 40,25кг/с; 

= ;

7845,56 = 7845,78; 

Таблица 3.1.2 - Тепловой баланс печи обжига колчедана 

Приход				Расход
№	Статьи прихода	г/с	%	№	Статьи расхода	г/с	%
1		9,03	0,12	1	Шлак	382,87	4,88
2		67,28	0,86	2	Хлад.к.	3220	41,04
3		603,75	7,7	3	Потери	214,97	2,74
4		7165,5	91,32	4	Газ  прореагир.	4027,94	51,34
Итого		7845,56	100	Итого		7845,78	100

 
 

3.1.3 Конструктивный расчёт  печи обжига колчедана 

     При этом мы определим последовательность:

- поверхность  охлаждения аппарата (F) количество труб для охлаждения воздухом (z)

- объём аппарата (),высоту и диаметр (H,D)

1) Поверхность  теплообмена определяется из  формулы = k*F*

Тепло отводящее  холодный воздух:

;

Количество теплопередачи  К=60 Вт/

; 
 

 
 
 

;

     Определим количество труб для охлаждения:

L=3 м

D=57 мм

     Отсюда  количество труб :

;

;

     Определим объём печи обжига колчедана, ее диаметр  и высоту:

Скорость витания 

     Определим объёмный расход воздуха при нормальных условиях:

Т = 298 (25 )

Р = 0,1мПа = 1 атм =Па;

Р;

R = 286,7 Дж/(кг*К);

/Р = (298*286,7*4,485)/100000 = 3,83;

           Определим объёмный расход воздуха при наших условиях: 
 

            Определим диаметр аппарата: 

D=

            Определим высоту аппарата:

             Из условий что время нахождения воздуха в аппарате 5с

T = 5c 

H = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2  Котёл-утилизатор

  3.2.1 Тепловой расчёт 

     Исходные  данные для расчета:

температура газовой смеси, 0С	– Поступившей = 740 0С   Отходящей  = 400 0С
хладоагент (вода), 0С	–  tн = 14 0С     tк = 200 0С
тепловые потери, % от поступающего тепла	–  3%

Примечания:

1. С_{газообразной смеси} = 0,85 кДж/кг*К

     (SO₂+SO₂+N₂+O₂)

2. С_воды  = 4,196 кДж/кг*К
3. r_воды = 2258кДж/кг (теплота испарения) 

Котел утилизатор служит для использования тепловой энергии горячих газов.

 

 

 
 

 

Рисунок 3 - Аппарат котел-утилизатор

     Так как материальные потоки не изменяются, то нет необходимости проводить  материальный расчет. Проведем только тепловой расчет котла-утилизатора. Целью  теплового расчета является определение  количества воды, требуемой на охлаждение.

∑Q_прих.=∑Q_расх.

Приход:

∑Q_прих.=Q_(SO2)^н+Q_(O2+N2)^н+Q_(пыли)^н+Q_{охл.воды}

1) Q_(SO2)^н=C_(SO2)*t^н_(SO2)*m_(SO2)=0,75*740*1,088=603,84кВт;

2) Q_(O2+N2)^н=C_(O2+N2)*t^н _(O2+N2)*m_(O2+N2)=1*740*(0,139+3,588)=2765,38кВт;

3) Q_(пыли)^н=C_(пыли)*t^н _(пыли)*m_(пыли)=0,98*740*0,71=51,49кВт;

4) Q_{охл.воды}=C_{охл.воды}*t^н_{охл.воды}*m_{охл.воды}=4,19*14*m_воды=58,66m_воды ;

∑Q_прих.=603,84+2765,38+51,49+58,66m_воды=3420,71+58,66m_{воды ;}

Расход:

∑Q_расх.= Q_(SO2)^к+Q_(O2+N2)^к+Q_(пыли)^к+Q_{охл.пара}+Q_потерь

1) Q_(SO2)^к=C_(SO2)*t^к_(SO2)*m_(SO2)=0,75*400*1,088=326,4кВт;

2) Q_(O2+N2)^к=C_(O2+N2)*t^к _(O2+N2)*m_(O2+N2)=1*400*(0,149+3,588)=1494,8кВт;

3) Q_(пыли)^к=C_(пыли)*t^к _(пыли)*m_(пыли)=0,098*400*0,71=27,832кВт;

4) Q_потерь=3/100*(Q_(SO2)^н+Q_(O2+N2)^н+Q_(пыли)^н)=

=0,03*(603,84+2765,38+51,49)=102,62кВт;

5) Q_{охл.пара}= C_{охл.воды}*t^н_{охл.воды}*m_{охл.воды}+r*m_воды+C_пара*(t_пара^к-t_кип)*m_воды=

4,19*100*m_воды+2258*m_воды+(200-100)*1,87m_воды=2864m_воды  ;