Автоматизация отделения получения серной кислоты по методу мокрого катализа

курсовая работа

3. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА

Часовой расход поглотительного раствора (блок батарей 7 - 10):

м3/час,

где 163700 - расчетное количество коксового газа, нм3/час;

3,8 - удельный расход содового раствора, л/нм3;

Учитывая установленную мощность оборудования отделения регенерации, 50% насыщенного раствора, т.е. 240 м3/час, передается на регенерацию в цех сероочистки батарей 7 - 10. Таким образом, общее количество поглотительного раствора, подвергающееся регенерации в цехе:

м3/час.

Количество уловленных в серных скрубберах компонентов коксового газа:

сероводорода - кг/час;

углекислоты - кг/час;

цианистого водорода - кг/час.

Где 21; 47; 1 - соответственно содержание сероводорода, углекислоты и цианистого водорода в коксовом газе, г/нм3.

Таблица 3.1. Общее количество компонентов коксового газа, уловленных в цехе сероочистки батарей 7 - 10

Наименование

кг/час

нм3/час

Сероводород

2930

1930

Углекислота

772

394

Цианистый водород

140

116

Итого

3842

2440

Расход соды: кг/час или

т/год,

где 0,04 - расход соды на 1 кг уловленного сероводорода, кг.

Выбор оборудования.

Котел для сжигания сероводородного газа.

Таблица 3.2. Общее количество и состав сероводородного газа, поступающего в котел для сжигания сероводорода

Наименование

кг/час

нм3/час

Сероводород

3964

2610

Углекислота

1066

544

Цианистый водород

145

120

Воздух

210

164

Водяные пары

105

132

Итого

5490

3570

Давление абсолютное - 860 мм рт.ст. Температура - 30оС.

Котел для сжигания сероводорода представляет собой стальной вертикальный цилиндрический аппарат, экранированный внутри трубами и футерованный огнеупорным шамотным кирпичом, на верху котла расположен барабан. Внизу котла расположены горелки для подвода сероводородного газа, коксового газа и воздуха. Разогрев котла производится коксовым газом. Режим работы котла:

Температура газов после котла - 7950С

Недожег сероводорода в котле - 5%

Теплопотери в котле - 5%

Расход воздуха на котлы:

а) на сжигание сероводорода: нм3/час;

б) на сжигание цианистого водорода: нм3/час;

в) общий расход воздуха на сжигание сероводорода и цианистого водорода: нм3/час, где 0,21 - % содержания кислорода в воздухе; 1,5 и 1,25 - потребное количество кислорода по реакциям горения H2S и HCN;

г) с учетом подсоса воздуха в вакуумной системе отделения регенерации, количества потребного воздуха на горение сероводорода и цианистого водорода составит: нм3/час.

Количество и состав продуктов горения на выходе из котла:

- получается SO2: нм3/час;

- остается сероводорода: нм3/час;

- получается СО2: приходит с сероводородным газом - 544 нм3/час, от сгорания цианистого водорода - 120 нм3/час, итого - 664 нм3/час;

- получается азота: из воздуха нм3/час, от сгорания цианистого водорода нм3/час, итого - 14660 нм3/час;

- получается водяных паров: приходит с сероводородным газом - 132 нм3/час, от сгорания сероводорода - 2480 нм3/час, от сгорания цианистого водорода нм3/час, приходит с воздухом нм3/час, итого - 2847 нм3/час.

Общее количество продуктов горения:

нм3/час.

Процентное содержание SO2 в продуктах горения котла:

Скорость газов в котле, отнесенная к полному сечению котла и нормальному газу, составит:

м/с.

Допустимая скорость в котле составляет 0,3 м/с.

На два потока устанавливается три котла (один из них резервный), производительностью по сероводороду 1980 кг/час 1000% сероводорода. Внутренний диаметр котла 3980 мм, высота 14000 мм.

Тепловой баланс котла

Приход тепла

а) тепло, вносимое сероводородным газом : ккал/ч, где 300 - температура сероводородных газов,0С;

средняя теплоемкость газов, поступающих в котел - с=0,367 кал/м3 0С;

б) тепло, вносимое воздухом: ккал/ч, где 0,312 - теплоемкость воздухо при 250С, кал/м3 0С;

в) тепло горения сероводорода: ккал/ч, где 5600 - низшая теплотворная способность сероводорода, ккал/м3;

г) тепло горения цианистого сероводорода: ккал/ч, где 6900 - низшая теплотворная способность цианистого водорода, ккал/м3;

Итого приход тепла:

ккал/час.

Расход тепла

а) тепло с продуктами горения: ккал/ч, где 795 - температура газов, уходящих из котла, 0С, 0,37 - ср. теплоемкость газов, выходящих из котла, кал/м3 0С;

б) теплоемкость в котле: ккал/ч, где 0,05 - теплопотери в котле - 5%;

сумма тепла с уходящими продуктами горения и теплопотерями: 6882000 ккал/час;

в) Количество тепла, идущего на паросъем: ккал/час;

г) выработка пара составит: кг/ч, где 665 - теплосодержание пара, ккал/кг при давлении 12 ат.

Продувку котловой воды принимаем 10% от выработки пара: кг/час;

д) потери тепла с продувочной водой: ккал/ч;

е) действительная выработка пара составит: кг/ч

Для каждого потока выработка пара составит: кг/час.

Камера дожига

Расход воздуха на дожиг сероводорода: нм3/ч.

Количество и состав газов после камеры дожига:

- SO2 : нм3/час;

- азота: приходит с газом из котла - 14660 нм3/час, с воздухом - 1100 нм3/час, итого 15760 нм3/час;

- водяных паров: с газом из котла - 2847 нм3/час, от сгорания сероводорода - 130 нм3/час, приходит с воздухом 23 нм3/час, итого 3000 нм3/час;

- кислорода: приходит с воздухом нм3/час;

- количество углекислоты: приходит с газом из котла - 664 нм3/час.

Общее количество газов после камеры дожига:

нм3/час

Процентное содержание SO2 в газах на выходе из камеры дожига:

Тепловой баланс камеры дожига

Приход тепла

- из котла - 6100000 ккал/ч;

- тепло горения сероводорода: ккал/ч;

- Тепло, вносимое воздухом: ккал/ч.

Итого приход тепла: 6839100 ккал/ч.

Расход тепла

- теплопотери в окружающую среду принимаем 2% от прихода тепла: ккал/ч;

- тепло уходящих газов: ккал/ч;

- температура газов после камеры дожига: 0С

Повышение температуры в камере дожига составляет: 0С.

Таблица 3.3. Общее количество газов после камеры смешения

Наименование

кг/час

нм3/час

% состав по объему

Сернистый ангидрид

7483

2610

6,4

Углекислота

1200

654

1,4

Азот

37800

30260

74,5

Кислород

565

3955

9,65

Водяные пары

2642

3293

8,5

Итого

49690

40782

100

Контактный аппарат.

Расчетная производительность отделения по серной кислоте:

кг/час,

где 3964 - количество сероводорода, поступающего в сернокислотное отделение, кг/час;

97,5 - степень контактирования, %;

0,98 - коэффициент потерь сероводорода в сернокислотном отделении.

При загрузке контактной массы в контактные аппараты со встроенными теплообменниками 0,195 т на тонну моногидрата в сутки, общее количество контактной массы составляет:

т

На два потока установлено три контактных аппарата, в том числе один резервный. Д=6000 мм, Н=19585мм.

Для уменьшения потерь продукции при остановках, связанных с пересевом и замены контактной массы и возможности нормальной работы отделения на двух контактных аппаратах, в каждый контактный аппарат загружается 25 т кольцеобразной контактной массы. Общее количество загружаемой контактной массы составляет 50 т.

Конструкцией аппарата предусмотрена возможность подсыпки контактной массы до требуемого по расчету количества, т.е. до 55,0 т.

Режим контактирования

Таблица 3.4. Режим контактирования по слоям

№ слоя

Температура газа, 0С

Степень контактирования

На выходе в слой

На выходе из слоя

1

440

585

0,783

2

481

505

0,91

3

459

465

0,94

4

436

440

0,975

Количество тепла, выделяемое при реакции окисления SO2 в SO3, определяется по формуле: Т кал/г моль, где Т - средняя температура газа, 0К.

Первый слой

Теплота реакции: ккал/кг моль, или 1003 ккал/м3.

Количество тепла, выделяемое на первом слое:

ккал/час.

При конверсии SO2 в SO3 происходит уменьшение объема газа по реакции: , т.е. нм3/час.

Повышение температуры газа на первом слое:

0

где 0,356 - теплоемкость газа, ккал/м3 0С;

40782 - количество газа, поступающего в контактный аппарат, м3/час.

Температура газа на выходе из первого слоя: 440 + 145 = 5850С.

Охлаждение газа между слоями контактной массы производится нагретым (до 230 - 2500С) воздухом, циркулирующим в трубках теплообменников, встроенных в контактный аппарат после 1, 2, 3 слоев контактной массы.

Количество тепла, которое необходимо отнять циркулирующим воздухом после первого слоя контактного аппарата:

ккал/час.

Потребное количество циркулирующего воздуха для охлаждения газа:

нм3/час.

где 412 - температура воздуха, уходящего из теплообменника.

Фактический расход циркулирующего воздуха:

нм3/час.

Определяем среднюю разность температур:

355 69

0C

Необходимая поверхность теплообменника после первого слоя контактной массы при работе двух контактных аппаратов:

м2.

где 11 - коэффициент теплопередачи, ккал/м2 час 0С.

Для одного контактного аппарата поверхность теплообменника составит: м2.

В проекте предусмотрен контактный аппарат с теплообменником после первого слоя поверхностью - 650 м2.

Второй слой

Средняя температура 0С.

Теплота реакции: кал/г моль,

Количество тепла, выделяемое на втором слое:

ккал/час.

Уменьшение объема газа по реакции:

нм3/час.

Повышение температуры газа на втором слое:

0

Температура газа на выходе из второго слоя: 481 + 24 = 5050С.

Количество тепла, которое необходимо отнять циркулирующим воздухом после второго слоя контактного аппарата:

ккал/час.

Потребное количество циркулирующего воздуха для охлаждения газа:

нм3/час.

Фактический расход циркулирующего воздуха:

м3/час.

Определяем среднюю разность температур:

0C

Необходимая поверхность теплообменника после второго слоя контактной массы при работе двух контактных аппаратов:

м2.

где 11 - коэффициент теплопередачи, ккал/м2 час 0С.

Для одного контактного аппарата поверхность теплообменника составит: м2.

Устанавливается контактный аппарат с теплообменником после второго слоя поверхностью - 370 м2.

Третий слой

Средняя температура 0С.

Теплота реакции: кал/г моль,

Количество тепла, выделяемое на третьем слое:

ккал/час.

Уменьшение объема газа по реакции:

нм3/час.

Повышение температуры газа на третьем слое:

0

Температура газа на выходе из третьего слоя: 459 + 6 = 4650С.

Количество тепла, которое необходимо отнять циркулирующим воздухом после второго слоя контактного аппарата:

ккал/час.

Потребное количество циркулирующего воздуха для охлаждения газа:

нм3/час.

Фактический расход циркулирующего воздуха:

3/час.

Определяем среднюю разность температур:

235 21

0C

Необходимая поверхность теплообменника после третьего слоя контактной массы при работе двух контактных аппаратов:

м2.

где 11 - коэффициент теплопередачи, ккал/м2 час 0С.

Для одного контактного аппарата поверхность теплообменника составит: м2.

Устанавливается контактный аппарат с теплообменником после третьего слоя поверхностью - 224 м2.

Общий расход циркулирующего воздуха на контактные аппараты составит:

нм3/час.

Температура смеси воздуха на выходе из теплообменников контактных аппаратов:

Объем сбрасываемого (подсасываемого) воздуха при общем количестве тепла, отводимого воздухом:

ккал/час.

нм3/час

или

м3/час.

Объем циркулирующего воздуха после сброса части его:

м3/час

или

нм3/час.

Температура воздуха после подсоса холодного воздуха

0С.

Четвертый слой

Средняя температура 0K.

Теплота реакции: кал/г моль,

Количество тепла, выделяемое на четвертом слое:

ккал/час.

Уменьшение объема газа по реакции:

нм3/час.

Повышение температуры газа на четвертом слое:

0C

Температура газа на выходе из четвертого слоя: 436 + 6,6 = 442,6 0С.

Количество и состав газа на выходе из четвертого слоя контактной массы:

получается SO3 - нм3/час;

остается SO2 - нм3/час.

Количество кислорода, расходуемого на реакцию конверсии SO2 в SO3:

нм3/час.

Количество кислорода остающегося в газе: нм3/час.

серный кислота регулятор автоматизация контур

Таблица 3.5. Количество и состав газа на выходе из контактного аппарата

Наименование

кг/час

нм3/час

% состав по объему

Серный ангидрид

9089

2545

6,450

Сернистый ангидрид

192

65

0,18

Углекислота

1200

664

1,68

Азот

37800

30260

76,7

Кислород

3820

2672

6,75

Водяные пары

2642

3293

8,32

Итого

54743

39504

100

Делись добром ;)