Обжиг колчедана

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

Кафедра химии и технологии полимеров

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Общая химическая технология»

на тему: Обжиг колчедана

Тверь 2021

Введение

Обжигом называют процесс горения колчедана с получением сернистого газа. Это сложный химический процесс, состоящий из ряда последовательно и одновременно идущих реакций.

Серная кислота - важнейший продукт основой химической промышленности. Среди минеральных кислот она по объему производства и потребления занимает первое место, поэтому изучение свойств и методов получения серной кислоты весьма актуально. Серную кислоту применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не корродирует черные металлы, способна образовывать многочисленные устойчивые соли и является дешевым сырьем для различных производств.

Крупнейшим потребителем серной кислоты в настоящее время является промышленность фосфорных и азотных минеральных удобрений, таких как сульфат аммония, аммофос, суперфосфат и др. Простой суперфосфат получают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Применение минеральных удобрений способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур и содержания в них полезных веществ.

Кроме того, серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Она расходуется на очистку нефтепродуктов, в качестве электролита в кислотных аккумуляторах, в машиностроении - на подготовку поверхности металлов при нанесении гальванических покрытий. В металлообрабатывающей промышленности серная кислота и ее соли применяют для травления стальных изделий.

Целью данной работы является: изучение стадии обжига серного колчедана при производстве серной кислоты.

Задачи:

1. изучение производства оксида серы (IV)

2. узнать как происходит аппаратное управление

3. составление материальный баланс

4. расчёт теплового баланса

5. изучение процесса обжига колчедана

Данные для расчета

Производительность по FeS2 - 1100 кг/ч. Влага в колчедане - 2%. Концентрация серы в колчедане - 36%, серы в огарке - 0,6%. Концентрация SO2 в газе - 15,5%, O2 в газе - 2,1%. Влагосодержание воздуха - 12 г/м . Температура воздуха - 21 С, в КС - 210 С. Потери тепла - 2,5%.

1. Серная кислота: применение, свойства

1.1 Применение серной кислоты и олеума

Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (30 - 60%), производстве красителей (2 - 16%), химических волокон (5 - 15%), в металлургии (2 - 3%). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других отраслях промышленности и народного хозяйства.

Рисунок 1 - Применение серной кислоты

1.2 Физические свойства серной кислоты

Безводная серная кислота - бесцветная тяжелая, маслянистая жидкость без запаха. Очень сильная двухосновная кислота, способная вызывать ожоги кожи. Плотность при 20°С 1,84 г/см3 . Температура кристаллизации 10,37°С. Температура кипения моногидрата 296,2°С. При нагревании выше температуры кипения начинает разлагаться:

H₂ SO₄ > SO₃ + H₂ O

Смешивается с водой и SO3 во всех соотношениях, образуя гидраты H₂ SO₄ ·nH₂ O, где n = 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Вследствие образования гидратов при разбавлении водой происходит сильное разогревание серной кислоты.

Температура кипения серной кислоты зависит от ее концентрации. С повышением концентрации водной серной кислоты температура кипения ее возрастает и достигает максимума 336,5°С при концентрации 98,3%, что соответствует азеотропному составу, после чего снижается (таблица 1.1)

Таблица 1. Свойства водных растворов H₂SO₄ и олеума

1.3 Химические свойства концентрированной серной кислоты

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Окисляет HI и частично НВг до свободных галогенов, углерод - до СО₂, S - до SO₂, окисляет многие металлы. Проведение окислительно-восстановленных реакций с участием H₂SO₄ обычно требует нагревания. Часто продуктом восстановления является SO₂:

S + 2 H₂ SO₄ = 3SO₂ ^+ 2H₂O

C + 2 H₂ SO₄ = 2SO₂ ^+ CO₂ ^+ 2H₂O

H₂ S + H₂ SO₄ = SO₂ ^+ 2H₂ O + Sv

Сильные восстановители превращают H₂SO₄ в Sили H₂S.

Концентрированная серная кислота при нагревании реагирует почти со всеми металлами (исключая Au, Pt, Be, Bi, Fe, Mg, Co, Ru, Rh, Os, Ir), например:

Cu + 2 H₂ SO₄ = CuSO₄ + SO₂ ^+ 2H₂ O

Серная кислота образует соли - сульфаты (Na₂SO₄) и гидросульфаты (NaHSO₄). Нерастворимы соли - PbSO₄ , CaSO₄, BaSO₄ и др.:

H₂ SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ v + 2HCl

Холодная серная кислота пассивирует железо, поэтому ее перевозят в железной таре. Безводная серная кислота хорошо растворяет SO3 и реагирует с ним, образуя пиросерную кислоту, получающуюся по реакции:

Н₂ SO₄ + SO₃ =H₂ S₂ O₇

Растворы SO₃ в серной кислоте называются олеумом. Они образуют два соединения: H₂ SO₄ ·SO₃ и H₂ SO₄ ·2SO₃.

1.4 Химические свойства разбавленной серной кислоты

Окислительные свойства для разбавленной серной кислоты нехарактерны. Разбавленная серная кислота обладает химическими свойствами, характерными для всех кислот: взаимодействует с основаниями, с основными и амфотерными оксидами, с солями:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂ SO₄ + 2H₂ O

H₂SO₄ + CaO = CaSO₄ + H₂ O

H₂SO₄ + СaCO₃ = CaSO₄ + CO₂ ^+ H₂ O

При взаимодействии разбавленной серной кислоты с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов левее водорода, образуются соли серной кислоты (сульфаты) и выделяется водород:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂ ^

Свинец не растворяется в разбавленной серной кислоте вследствие образования на его поверхности нерастворимого сульфата свинца.

2. Производство серной кислоты

Серная кислота - наиболее сильная и самая дешевая кислота. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от -40…-20 до 260 - 336,5*С) находится в жидком состоянии. Она широко используется в производстве минеральных удобрений, различных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Серная кислота находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотталкивающего и осушающего средства, применяется в процессах нейтрализации, травления и т.д. Наиболее важные области применения серной кислоты отражены на схеме.

Еще в XIII веке серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO4 , поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяют с водой с получением серной кислоты. Окисление SO₂ в SO₃ в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

2.1 Выбор и обоснование источников сырья

Для получения серной кислоты используют серу или содержащие серу соединения, из которых может быть получен сернистый ангидрид.

Один из распространенных видов сырья для получения серной кислоты -- пирит, или серный колчедан FeS₂.

Встречается соединение серы с двумя металлами, например с медью и железом (халькопирит). Серу содержат сульфаты: гипс (сульфат кальция), мирабилит (сульфат натрия), глауберит (сульфат натрия и кальция) и др. Сера есть в угле, нефти, горючих и топочных газах.

Много серы в виде сернистого ангидрида имеется в составе отходящих газов металлургических печей. Сера содержится и в сероводороде, получающемся при коксовании угля или содержащемся в генераторном газе, газах нефтепереработки, попутных нефтяных газах и природном газе. Иногда для производства серной кислоты используют отходы некоторых производств, применяющих серную кислоту. Это кислые гудроны, травильные растворы, фосфогипс и др.

В разных странах соотношение различных видов сырья, применяемого для производства серной кислоты, неодинаково. Большинство стран в качестве основного сырья использует серный колчедан, в США серную кислоту получают преимущественно из серы. Следует, однако, отметить, что доля колчедана в общем балансе ресурсодержащего сырья уменьшается из-за все более широкого использования серы.

Серный колчедан

Основные залежи колчедана имеются в России (главным образом на Урале), в Испании, Японии, Канаде, Индии, Португалии, Италии, Норвегии.

Серный колчедан FeS₂ содержит 53,4% S и 46,6% Fe.

Существуют следующие сорта колчедана: рядовой, флотационный и пиритный концентрат. Рядовой колчедан добывают в рудниках в виде кусков размером 50-- 400 мм. Флотационный колчедан получается как отход при флотационном обогащении руд, содержащихся в качестве примесей к рядовому колчедану. Пиритный концентрат получают при вторичной флотации колчедана с отделением пустой породы.

Флотационный метод обогащения основан на различной смачиваемости зерен отдельных минералов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала, не преодолевая сил поверхностного натяжения воды, остаются на ее поверхности. Частицы смачиваемого (гидрофильного) материала обволакиваются пленкой жидкости и увлекаются на дно аппарата. Минерал, плавающий на поверхности, снимают, отделяя от руды.

Флотацию проводят во флотационных машинах различного типа. Процесс флотации заключается в смешивании раздробленного колчедана с водой и флотореагентами -- пенообразующими веществами (деготь, хвойные масла и др.)» и продувании воздуха. Гидрофобные частицы отделяемой примеси колчедана (например, медь) прилипают к воздушным пузырькам и всплывают с ними (это концентрат), а колчедан осаждается на дно (флотационный колчедан, или флотохвосты). Вторичная флотация флотохвостов с применением другого флотореагента дает пиритный концентрат. Пиритный концентрат часто называют тоже флотационным колчеданом.

Перед отправкой потребителю флотационный колчедан высушивают до содержания в нем влаги 3,8%.

Серный колчедан может содержать примеси соединений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, теллура, кадмия, карбонаты и сульфаты кальция и магния, а также золото и серебро. Содержание селена составляет до 220 г/т, золота до 4 г/т, серебра до 40 г/т, мышьяка до 0,4%, фтора до 0,02%.

В качестве сырья для серной кислоты может «быть применен также углистый колчедан. Он получается путем отделения от углей (сортировкой и грохочением) и содержит до 18% углерода (именно с этим связано его название).

2.2 Сжигание серы

При получении обжигового газа путем сжигания серы отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать лишь осушку газа и утилизацию кислоты. При сжигании серы протекает необратимая экзотермическая реакция: S + O₂ = SO₂ с выделением очень большого количества теплоты: изменение Н= -362,4 кДж/моль, или в пересчете на единицу массы 362,4/32=11,325 кДж/т = 11325 кДж/кг S.

Расплавленная жидкая сера, подаваемая на сжигание, испаряется (кипит) при температуре 444,6 *С; теплота испарения составляет 288 кДж/кг. Как видно из приведенных данных, теплоты реакции горения серы вполне достаточно для испарения исходного сырья, поэтому взаимодействие серы и кислорода происходит в газовой фазе (гомогенная реакция).

Сжигание серы в промышленности проводят следующим образом. Серу предварительно расплавляют (для этого можно использовать водяной пар, полученный при утилизации теплоты основной реакции горения серы). Так как температура плавления серы сравнительно низка, то путем отстаивания и последующей фильтрации от серы легко отделить механические примеси, не перешедшие в жидкую фазу, и получить исходное сырье достаточной степени чистоты. Для сжигания расплавленной серы используют два типа печей - форсуночные и циклонные. В них необходимо предусмотреть распыление жидкой серы для ее быстрого испарения и обеспечения надежного контакта с воздухом во всех частях аппарата.

Из печи обжиговый газ поступает в котел-утилизатор и далее в последующие аппараты.

Концентрация диоксида серы в обжиговом газе зависит от соотношения серы и воздуха, подаваемых на сжигание. Если воздух берут в стехиометрическом количестве, т.е. на каждый моль серы 1 моль кислорода, то при полном сгорании серы концентрация будет равна объемной доле кислорода в воздухе Сso2.max =21%. Однако обычно воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура.

При адиабатическом сжигании серы температура обжига для реакционной смеси стехиометрического состава составит ~ 1500*С. В практических условиях возможности повышения температуры в печи ограничены тем, что выше 1300*С быстро разрушается футеровка печи и газоходов. Обычно при сжигании серы получают обжиговый газ, содержащий 13 - 14% SO₂ .

2.2.1 Окисление SO₂ в SO₃

Главной стадией является контактное окисление SO₂ в SO₃ , по этой стадии именуется и весь способ. Для превращения используют контактный аппарат, где происходит смешение оксида серы четырехвалентной и кислорода. Уравнение данной реакции можно представить в следующем виде:

SO₂ + O₂ = 2SO₃ + Q

Данная реакция обратима, поэтому для протекания ее в нужном направлении соблюдают следующие условия:

1) температура 400-500 °С,

2) наличие катализатора V₂O₅,

3) повышенное давление,

4) избыток кислорода.

2.2.2 Поглощение SO3 98 % серной кислотой в адсорбционной колонне

Теоретически для образования серной кислоты достаточно растворить SO₃ в воде. Однако эта реакция протекает экзотермически. Вследствие выделения значительного количества тепла серная кислота получается в виде тумана.

Чтобы избежать его получения оксид серы (VI) смешивают с 98% серной кислотой в абсорбционной колонне. Результатом реакции является маслянистая жидкость - олеум.

SO₃ + H₂SO₄ = H₂SO₄ * SO₃

2.2.3 Преобразование олеума в серную кислоту

Чтобы осуществить эту реакцию, достаточно добавить к олеуму воду. В итоге получается концентрированный (98%) раствор серной кислоты.

H₂SO₄ • SO₃ + H₂O = 2H₂SO₄

2.3 Получение серной кислоты нитрозным способом

Нитрозный способ - окисление диоксида серы в денитрационной, продукционной зонах и зоне глубокой доработки при помощи оксидов азота, поступающих с растворами серной кислоты из зоны подготовки и регенерации оксидов азота. Отличительная особенность способа заключается в том, что часть всей потребляемой в процессе воды (15 - 70%) подают на орошение предпоследнего аппарата зоны подготовки и регенерации оксидов азота и затем направляют в основной продукционный аппарат, а другую часть воды, составляющую 85 - 30% подают на орошение зоны глубокой доработки диоксида серы и затем в аппараты денитрационной зоны. Это позволяет стабилизировать работу нитрозной системы в целом и работу денитрационной и продукционной зон в частности.

Технология производства серной кислоты нитрозным способом также осуществляется в несколько этапов (рис.2).



Рисунок 2 - Принципиальная схема башенной системы: 1 - денитрационная башня; 2 - продукционная башня; 3 - окислительная башня; 4 - абсорбционная башня; 5 - холодильники кислоты

2.3.1 Получение SO2

Первый этап сходен с таковым в контактном способе - оксид серы (IV) получают из пирита, либо другого серосодержащего сырья.

2.3.2 Получение нитрозы

Смесь оксидов азота (II) и (IV) в соотношении 1:1 поступает в специальные башни, где подвергается действию 75% серной кислоты. В ходе реакции образуется нитрозилсерная кислота:

NO + NO₂ + 2H₂SO₄ = 2NOHSO₄ + H₂O

Нитроза - это нитрозилсерная кислота, растворенная в серной кислоте.

2.3.3 Получение H2SO4

Нитроза поступает в другую башню, куда также подается оксид серы (IV) из реакции. Нитроза проходит гидролиз, главным продуктом которого является азотистая кислота:

NOHSO4 + H2O = HNO2 + H2SO4

Азотистая кислота окисляет оксида четырехвалентной серы до серной кислоты:

2HNO2 + SO2 = H2SO4 + 2NO

В результате проведенных реакций получается серная кислота 75% концентрации.

3. Печи, используемые при обжиге колчедана

Для обжига колчедана применяются разнообразные печи. В механических (подовых) печах измельченный колчедан находится на нескольких подах и сгорает по мере перемещения его гребками с одного пода на другой. В печах пылевидного обжига частицы колчедана сгорают во время падения в полой камере. В печах обжига с кипящим слоем колчедан поддерживается во взвешенном (псевдоожиженном) состоянии поступающим снизу воздухом и сгорает при интенсивном перемешивании. В циклонные печи колчедан поступает вместе с горячим воздухом с большой скоростью по касательной (тангенциально) и сгорает, вращаясь в печи вместе с воздухом; расплавленный огарок вытекает через специальное отверстие.

3.1 Печи КС

Печь КС для обжига колчедана представляет собой вертикальную цилиндрическую футерованную камеру, в нижнюю часть которой через решетку поступает воздух. Скорость подачи воздуха регулируют таким образом, чтобы поступающий впечь измельченный колчедан поддерживался во взвешенном состоянии и не проваливался через решетку. В печи колчедан очень интенсивно перемешивается с воздухом, что обеспечивает высокую скорость процесса обжига. Температура во всем объеме кипящего слоя почти одинакова (разница составляет лишь (5 - 10 °С).

В печах КС можно обжигать не только флотационный, но и более крупный дробленый колчедан. Если в таком колчедане отсутствует мелочь, можно увеличить скорость газа и соответственно сжигать большое количество колчедана на единицу площади решетки. Так, при размере частиц колчедана 3 - 5 мм нагрузка печи может достигать 15 - 20 т сырья на 1 м² площади решетки в сутки; при сжигании флотационного колчедана нагрузка уменьшается примерно в 2 раза. Количество пыли, уносимой обжиговым газом из печей КС, достигает 90% всего огарка. Эта пыль выделяется вначале в котле - утилизаторе, затем в циклоне и окончательная очистка происходит в сухом электрофильтре. Благодаря высокой скорости процесса горения и интенсивному перемешиванию в кипящем слое практически находится не колчедан, а огарок. Содержание серы в огарке в различных точках кипящего слоя примерно одинаково. Высота кипящего слоя определяется высотой, на которой расположено отверстие для удаления огарка из печи. Продолжительность контакта воздуха с обжигаемым материалом зависит от высоты кипящего слоя: чем выше кипящий слой, тем полнее выгорает сера. Однако для поддержания большого слоя материала в кипящем состоянии следует повысить давление воздуха, подаваемого в печь, что приводит к увеличению расхода электроэнергии.

При обжиге колчедана температура в печах КС во избежание слипания частиц сырья не должна превышать 800 °С. Потери тепла в окружающую среду в этих печах невелики (1-2 % в зависимости от производительности печи), поэтому для поддержания в них требуемой температуры необходимо отводить из печи большое количество тепла. Для этого в зоне кипящего слоя располагают охлаждающие элементы - змеевики для подогрева воды или секции труб парового котла, что позволяет совместить в одном аппарате процессы сжигания колчедана и получения пара. На рис. 3 изображена схема установки для сжигания колчедана в кипящем слое схема установки для сжигания колчедана в кипящем слое.

Кожух шахты печи стальной, внутри футерованный огнеупорным кирпичом. В нижней части печи находится решетка (подовая плита) 6 с большим числом отверстий. Колчедан поступает в загрузочную камеру 9, огарок выводится через бункер 7. Первичный воздух подается под решетку 6, вторичный из коллектора 1, расположенного на некоторой высоте от верхнего уровня кипящего слоя колчедана. Для использования тепла горения в кипящий слой колчедана помещены охлаждающие элементы 5 - трубы из углеродистой стали, по которым циркулирует вода. Нагретая вода поступает в паровой котел-утилизатор. В загрузочной камере также находятся охлаждающие элементы 8, соединенные с системой котла-утилизатора. Топочные газы выходят из печи в трубу 10.

Рисунок 3 - Печь КС для обжига колчедана: 1 - коллектор для вторичного воздуха; 2 - форсунка; 3 - опорная рама; 4 - конус; 5,8 - охлаждающие элементы; 6 - решетка (подовая плита); 7 - бункер под провальной решеткой загрузочной камеры; 9 - загрузочная камера; 10 - выхлопная труба

Для разжигания печи есть форсунка 2, работающая на газе или мазуте. Температура спекания колеблется в зависимости от состава (сорта) колчедана в пределах от 800 до 900 ?C. В зоне кипящего слоя расположены трубы змеевика; вода, протекающая по ним, препятствуя повышению температуры выше 800 - 900 ?С, превращается в пар.

Температура процесса должна быть достаточно большой для обеспечения высокой скорости реакции (выше 500 ?C). При низких температурах не может протекать эндотермическая реакции термического разложения дисульфида железа. Однако проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Проведение процесса в адиабатическом режиме привело бы к разогреву до более высоких температур. Поэтому часть теплоты обжига приходится отводить внутри печи.

Продукты окислительного обжига колчедана - обжиговый газ и огарок, состоящий из оксида железа Fe₂O₅, пустой породы и невыгоревшего остатка сульфида железа.

Печные газы, получаемые при обжиге колчедана, содержат много пыли, для улавливания которой применяют циклоны и электрофильтры. В циклонах пыль оседает под действием центробежной силы пылинок в завихряющемся потоке газа. Запыленный газ проходит между пластинками электрофильтра, где пылинки заряжаются и оседают на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая пыль падает в бункер электрофильтра, из которого выгружается. Далее газ проходит через две промывные башни, две ступени мокрых электрофильтров. После осушки в сушильной башне его газодувкой подают через систему теплообменников в контактный аппарат. (рис. 4).



Рис. 4. Схема установки для обжига колчедана в печи: 1 - вентилятор, 2 - бункер для колчедана, 3 - электоровибратор, 4 - тарелка; 5 - печь КС, 6 - охлаждающие элементы, 7 - двойные секторные затвор, 8 - катализатор, 9 - циклон, 10 - электрофильтр, 11 - цепной конвейер, 12 - двойной затвор, 13 - топка, 14 скребковый транспортер.

4. Материальный баланс

Процесс обжига колчедана протекает по суммарной реакции:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ ,

Количество влаги в колчедане:

Расход сухого колчедана:

Содержание серы в сухом колчедане:

Определяем удельный выход огарка по формуле, учитывающей стехиометрию реакции:

где x_ог - удельный выход огарка, кг огарка/кг сухого колчедана;

n - содержание серы в сухом колчедане, % (масс.);

m - содержание серы в огарке, % (масс.).

Удельный выход огарка:

Количество полученного огарка рассчитаем по уравнению :

=1078 · 0,77 = 830,06 кг/ч

Определяем количество выгоревшей серы и количество образующегося SO₂ по уравнению (13), в огарке остается 1 % серы:

Вычисляем количество серы в колчедане из уравнения :

(14)

Из уравнения (14), рассчитываем количество выгоревшей серы:

(15)

Образовалось SO₂ по реакции (S + O₂ = SO₂), значения подставляем из уравнения (15)

(16)

Температура в КС печи 1113 К, следовательно молярный объем для данной температуры будет найден следующим образом:

(17)

Объем образовавшегося диоксида:

(18)

Количество сухого обжигового газа, из уравнения (18):

(19)

Количество кислорода в сухом обжиговом газе, из уравнения (19):

(20)

 (21)

123,32 кг/ч

Количество азота в сухом обжиговом газе при условии, что объем сухого обжигового газа равен объему сухого воздуха, из уравнений (18), (19) и (20):

(22)

(23)

Количество азота:

(24)

Объем входящего азота:

(25)

Объем воздуха:

(26)



Влага в воздухе:

(27)

/ч

Масса, поступившего воздуха:

(28)

/ч

Объем колчедана, поступивший в систему:

(29)

Результаты расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Материальный баланс процесса обжига колчедана

Приход	Расход
	Компоненты	Масса, кг	%	Объем, м3		Компоненты	кг/ч	%	Объем, м3
1	Колчедан сухой	1070	16,69	215,6	1	Огарок	830,06	11,84	2061,9
					2	Обжиговый газ:	6177,9	88,16	15352,97
2	Влага колчедана	22	0,34	4,39	2.1	SО2	1820,4	29,47	2397,7
					2.2	O2	123,32	1,99	322,41
3	Воздух	5359,6	82,97	4288	2.3	N2	4234,1	68,54	12650,86
3.1	воздух сухой	5306	98,99	4244,7
3.1.1	O2	1071,9	20,20	857,43
3.1.2	N2	4234,1	79,8	3387,27
3.2.	Влага воздуха	53,596	1,01	43,3
	Итого	6459,6	100	4547,99		Итого	7007,96	100	17414,89

5. Тепловой баланс

Тепловой баланс составляем с учетом данных таблицы материального баланса.

Таблица 2 - Значения теплоемкостей веществ

	а	b	c
Колчедан	78,7	0,005	-12,76
-Кислород	31,46	0,003	-3,77
-Азот	27,88	0,004	-
Вода	39,02	0,08	11,96
Огарок	97,74	0,07	-12,89
Диоксид серы	46,19	0,008	-7,70

Температура в кипящем слое 840 С.

Теплоемкости колчедана, воздуха и водяного пара при 23С:

(30)

/ (31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

Теплоемкости огарка и компонентов обжигового газа при 840 С:

(39)

(40)

= 34

(45)

Приход тепла:

- тепло, вносимое сухим колчеданом:

- тепло, вносимое влагой колчедана:

- тепло, вносимое влажным колчеданом:

- тепло, вносимое сухим воздухом:

- тепло, вносимое влагой:

- тепло, вносимое влажным воздухом:

Тепло экзотермической реакции определяем по тепловому эффекту. Количество выделяемого тепла в результате реакции можно определить по количеству выгоревшей серы или по количеству образующегося SO2.

Приход тепла:

(56)

Расход тепла:

- тепло, уносимое обжиговым газом:

- тепло, обжиговым газом:

Потери тепла принимаем 3,2% от суммы прихода:

Тепло на выработку пара, т.е. тепло, отводимое из кипящего слоя с помощью секции парового котла, размещенных в слое, составляет разность суммы прихода тепла и суммы расхода:

Отвод этого количества тепла из слоя огарка необходим для поддержания в нем заданной температуры (840 ?С) и для выработки пара.

Количество пара, выработанное в час составит:

где i - энтальпия пара.

Сводим все данные в таблицу 3.

Таблица 3 - Итоги теплового баланса

Приход	Расход
Компоненты	Дж/ч	%	Компоненты	Дж/ч	%
Тепло с влажным колчеданом	15633,38	0,35	Тепло с огарком	766975,44	12,67
Тепло с влажным воздухом	5226,68	0,11	Тепло с обжиговым газом	3185432	52,63
Тепло реакции обжига	4497385,7	99,54	Потери тепла	144587,53	2,39
			Тепло на выработку пара	1955316,6	32,31
Итого	4 518 245,76	100	Итого	6 052 311,32	100,0

Заключение

В курсовой работе мною были просмотрены производства серной кислоты из серного колчедана контактным и нитрозным способами. Схемы печей кипящего слоя и принцип их действия .

Наиболее распространенный способ промышленного получения вещества является добыча его из пирита железа. Процесс происходит в три этапа, на каждом из которых происходит определенная химическая реакция.

На первой стадии к пириту добавляют кислород, вследствие образуется оксид железа и диоксид серы, он используется для дальнейших реакций. Взаимодействие происходит при высокой температуре. Затем следует этап, на котором посредством добавления кислорода в присутствии катализатора, в выступает оксид ванадия, получают триоксид серы. На последней стадии, к полученному веществу добавляют воду, при этом получают сульфатную кислот.

серный кислота обжиг колчедан

Список использованных источников

1. Кутепов А.М. Общая химическая технология : учеб. для технич. вузов / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен - Москва: Высшая школа, 1990. - 520 с.

2. Васильев Б.Г Технология серной кислоты : учеб. пособие / Б.Г. Васильев, М.И. Отвагин - М., Химия, 1985. - 394 с.

3. Кузнецов, Д.А Производство серной кислоты : учебник для проф. уч. заведений / Д.А. Кузнецов - М., Высшая школа, 1968. - 138с.

4. Малин, К.М. Технология производства серной кислоты и серы: учеб. для технич. вузов / Малин К.М., Аркин Н.Л., Боресков Г.К., Слинько М.Г., Пейсахов И.Л., Второв М.Н., - М., Госхимиздат, 1941. - 520 с.

5. Амелин А.Г. Технология серной кислоты : учеб. пособие для вузов / А.Г. Амелин - М., Химия, 1983. - 360 с.

Размещено на Allbest.ru

...