Производство серной кислоты

     Глава 3. Технологические  расчеты оборудования

     3.1 Печь обжига колчедана

  Рисунок 1.5 – Печь обжига колчедана 

  3.1.1 Материальный расчет  

  В печи обжига колчедана протекает  следующая реакция.   

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

      Проводим материальный расчет:

1) определяем  секундный расход пирита: (по условию  производительность 175 т/сутки) 

;

где М  – производительность, т/сутки;

       τ - время контактирования, с.

 G_c – секундный расход пирита, г/с. 

G_c=  = 2,8935, кг/с = 2893,51, г/с;

2) определяем  массовый состав пирита (по условию  содержания FeS₂ в пирите – 88%; степень реагирования – 98%)

G^P_FeS2= G_c 2893,51 _* 0.88 _* 0,98 = 2495,35, г/с ;

G_SiO2=0,11(11% по условию) _* 2893,51 = 318,28, г/с;

G_AL2O3=0,01(1% по условию) _* 2893,51 = 28,93, г/с;

Так же определяем не прореагировавший FeS₂

;

G^непр._FeS2 = 2893,51 – 318,28 - 28,93 - 2495,35=50,93 г/с ;

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

Их можно  определить по следующей пропорции:

480 г. FeS₂ - 352 г. O₂

G_FeS2 – x г/с G_O2

Х = = 1829,92 г/с;

Отсюда  можно выразить количество кислорода с учетом его 20 % избытка

  1829,92 г/с _* 20% =365,98 г/с;

4) определим количество азота, подаваемого в аппарат: (по условию 20% кислорода)

 G_возд = G_{O2 *} г/с;

G_азот = 10979,52 – 2195,904 = 8783,62 г/с;

5) определим  массу оксида железа(III):

480г. FeS₂ – 320 г. Fe₂O₃

2495,35 г/с FeS₂ – X г/с Fe₂O₃

G_Fe2O3 = ;

6) аналогично  рассчитаем массу сернистого  ангидрида:

G_SO2= ;

7) определим  количество твердого огарка и пыли (14% от массы продукта твёрдого по условию):

G_{тв.огарка.}= = 318,28 +28,93+50,93+1663,56 = 2061,7г/с;

G_пыли = 0,14·2061,7=288,64 г/с;

G_{огарка на выгрузку} =2061,7-288,64=1773,06 г/с;

8) составим таблицу  материального баланса (табл. 3.1)[3]

Таблица 3.1 -  Материальный баланс

 

3.1.2 Тепловой расчёт  

     Целью теплового расчёта является составление теплового баланса и определение количества подаваемого воздуха для охлаждения.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

;

;

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

      - масса вещества, кг;

      - разность температур, ^оС.

1) Определим  приходные статьи теплового баланса:

Q_пирит = m · c · t = 2,893 · 0,52 · 21 =31,59 кВт;

Q_{воздуха} = 10,979· 1· 21 = 230,56 кВт;

Q_хлад.н = m_хлад.· 1 · 21 = 21m_хлад. кВт;

Q_{реакции}  ;

2) Определим расходные статьи теплового баланса:

Q ;

;

Q (по условию 4%) = 17527,375 · 0,04 = 701,09 кВт;

Q_SO2= 2,661 · 0,75 · 810 = 1616,56 кВт;

Q_{(N2+O2 )} = 9,149 · 1 · 810 = 7410,69 кВт;

Q_пыли=0,288 · 0,71 · 810 = 165,63 кВт;

Q_{газ.прод.реакции} = Q_SO2 + Q_{(N2+O2 )}+ Q_пыли = 1616,56 + 7410,69 + 165,63 = 9192,88 кВт;

3) Определим  количество теплоты воздуха:

31,59 + 230.56 + 21m + 17527,375 = 110m + 1019,65 + 701,09 + 9192,88;

89m_{хлад .}= 6875,91;

m_хлад = 77,25;

;

;

Таблица 3.2 - Тепловой баланс[3]

 

3.1.3  Конструктивный расчёт  печи обжига колчедана 

 

    1 – корпус; 2 – диффузор; 3 – газораспределительная  (рабочая) решетка; 4 – сепарационное  пространство; 5 – слой катализатора; 6 – центральная труба; 7 – теплообменник; 8 – плавающая головка; 9 – температурный компенсатор; 10 – газоход байпасирующий.

    Рисунок 1.6 – Схема контактного аппарата и теплообменника 

      Конструктивный  расчет необходим для определения  диаметра аппарата.

      

;

1) определим поверхность теплообменного элемента для отвода избыточного количества теплоты. Она определяется из основного уравнения теплопередачи 

; 

 количество отданной теплоты;

 коэффициент теплоотдачи;

 требуемые  поверхности теплообмена;

 полезная разность температур между теплоносителями. 

2) определим  количество отданной теплоты: 

;

;

;

2) определим, исходя из массы исходного воздуха, его объем при начальной температуре хладагента:

;

Определим объем воздуха при нормальных условиях

;

Воздух  в аппарате практически мгновенно нагревается до рабочей (конечной) температуры

3) отсюда  определим объемный расход воздуха  при рабочей температуре в  аппарате:

;

4) определим  площадь поперечного сечения  аппарата

;

где N = 5 тарелок

W= 2 м/с – скорость газов. 

;

Отсюда  найдем диаметр аппарата

;

; 

 

3.2 Котёл-Утилизатор 

 

Рисунок 1.7. – Котел- утилизатор 

3.2.2 Тепловой расчёт 

     Целью теплового расчета является составление  теплового баланса и определение  расхода воды на охлаждение.

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

     1) определим приходные статьи теплового  баланса

Определим массу хладагента:

6251,16 + 163,58 + 58,6М = 3437,808 +89,97 +3329,62М +256,59

2630,372 = 3271,02М

m_хлад=0,6 кВт 

Табл. 3.3 Тепловой баланс[3]