Задание для расчета

Стадии производства серной кислоты:

• 1. подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;
• 2. сжигание серы: S + O₂ = SO₂ (1) .Процесс ведут с избытком воздуха;
• 3. контактное окисление SO₂ в SO₃: SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ (2).Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420−550*С;
• 4. абсорбция SO₃ : SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (3). Абсорбционная колонна орошается 98,3% H₂SO₄. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~93% H₂SO₄ в соответствии с требованиями ГОСТа.

Исходные данные для расчета

Выполнение расчета

Составление блок-схемы производства

12 23 302.

• 011 — Сера жидкая
• 012 — Воздух
• — SO₂ содерж. газ
• 23 — SO₃ содерж. газ
• — Вода
• — Выхлопные газы
• — Серная кислота

Составление уравнений по каждому узлу

• 1. Составляем уравнения по первому узлу:
• 0.94 *N011=N12SO2

N₁₂^SO2=N₁₂*0.088 N₀₁₁=X₁

• 0.94 *N011=N12*0.088 N12=X3
• 0.94 *X1=X3*0.088
• 2. Составляем уравнения по второму узлу:
  • а) 0,995*N₁₂^SO2=N₂₃^SO3
• 0.995 *N12*0.088=N23SO3 N23SO3=X4
• 0.995 *X3*0.088=X4
• б) N₁₂*(0.21−0.088)=2N₂₃^SO3

X3*(0.21−0.088)=2X4

• 3. Составляем уравнение по третьему узлу:
  • а) G₃₀₂*0.935=2500 базисное уравнение G₃₀₂=X₇

X7*0.935=2500

• б) 0.997*N₂₃^SO3=2500/Mr (H₂SO₄)
• 0.997 *X4=2500/98
• в) N₃₀₁=N₃₀₁^SO2 + N₃₀₁^N2 + N₃₀₁^SO3 + N₃₀₁^O2

N₃₀₁^SO2=N₁₂^SO2*(1−0.995)=N₁₂^SO2*0.005=N₁₂*0.088*0.005.

N₃₀₁^N2= 0.79*N₀₁₂

N₃₀₁^SO3=N₂₃^SO3*(1−0.997)=0.003*N₂₃^SO3

N₃₀₁^O2=N₁₂*(0.21−0.088)-½*N₁₂*(0.21−0.088)=N₁₂*0.122*(1;

½)=0.122/2*N₁₂

N₃₀₁=N₁₂*0.088*0.005+0.79*N₀₁₂+0.003*N₂₃^SO3+0.061*N₁₂

N₃₀₁=0.6 144*N₁₂+0.79*N₀₁₂+0.003*N₂₃^SO3

X6=0.6 144*X3+0.79*X2+0.003*X1

N₀₁₂=X₂

N₃₀₁=X₆

Но надо учесть, что N₁₂=N₀₁₂, т. е. X₂=X₃

• 6 неизвестных и 7 уравнений. Выбрасываем уравнение и получаем систему уравнений:
• 0,94*X₁=0.088*X₃
• 0.995 *0.088*X₃=X₄
• 0.935 *X₇=2500
• 0.997 *X₄=25.51

X₆=0.6 144*X₃+0.79*X₂+0.003*X₄

X₃=X₂

• 0.94 *X₁-0.088*X₃=0
• 0.0876 *X₃-X₄=0

X₇=2673.8.

X₄=25.59.

• 0.85 144 *X₃+0.002*X₄— X₆=0
• 0.94 *X₁-0.088*X₃=0
• 0.0876 *X₃-25.59=0

X₇=2673.8.

X₄=25.59.

• 0.85 144 *X₃+0.002*25.59-X₆=0
• 0.94 *X₁-0.088*X₃=0

X₃=292.12.

X₇=2673.8.

X₄=25.59.

• 0.85 144 *X₃+0.0512-X₆=0
• 0.94 *X₁=0.088*292.12

X₃=292.12.

X₇=2673.8.

X₄=25.59.

0.8558 *292.12+0.041-X6=0

X₁=27.35=N₀₁₁

X₃=292.12=X₂=N₁₂=N₀₁₂

X₇=2673.8=G₃₀₁

X₄=25.59=N₂₃^SO3

X₆=250.04=N₃₀₁

1. Количество целевого продукта:

X₇=G₃₀₁=2673.8 кг 93.5% серной кислоты.

2. Расход серы:

X₁=N₀₁₁=27.35 кмоль.

m_s=N_s*M_S=27.35*32=875.2 кг.

G_Sнач=875.2/0.94=931.06 кг было введено в систему.

3. Расход воздуха:

X₂=X₃=N₀₁₂=257.23 кмоль.

G_возд=N_возд*M_возд=292.12*29=8471.48 кг.

4. Определение расхода кислорода и азота

G_O2=8471.48*0.21=1779.01 кг.

G_N2=8471.48*0.79=6692.47 кг Определяем количество SO₂, содержащегося в газе:

X₃=N₁₂=292.12 кмоль.

N₁₂^SO2=292.12*0.088=25.71 кмоль.

G_SO2=N_SO2*M_SO2=25.71*64=1645.44 кг Определение SO₃, содержащегося в газе:

X₄=N₂₃^SO3=25.59 кмоль.

G_SO3=N_SO3*M_SO3=25.59*80=2047.2 кг Расход воды на абсорбцию:

G₀₃=G₃₀₁*M_H2O/M_H2SO4=2673.8*18/98=491.09 кг Выхлопные газы:

X₆=N₃₀₁=250.04 кмоль.

G₃₀₁=G₃₀₁^SO2+G₃₀₁^N2+G₃₀₁^SO3+G₃₀₁^O2=1645.44*0.005+6692.47+0.003*2047.2+0.061*8471.48=8.23+6692.47+6.14+516.76=7223.6 кг.

Материальный баланс