ЗМІСТВступ
1. ЗАВДАННЯ
2. ВИКОНАННЯ ЗАВДАННЯ
2.1 Аналітичний огляд методів2.2 Фізико-хімічні основи виробництва2.3 Опис технологічної схеми
2.4 Норми технологічного режиму
2.5 Розрахунок матеріального балансу процесуокисного випалу сірки
2.6 Розрахунок теплового балансу процесуокисного випалу сіркиЛІТЕРАТУРА
Вступ
Контрольнаробота з дисципліни «Загальна хімічна технологія».
Метаконтрольної роботи – розвиток практичних навичок самостійного формуванняматематичного опису хіміко-технологічного процесу та аналітичного вирішеннясформульованих задач.
Задачіконтрольної роботи полягають у виборі методу виробництва хімічного продукту(проведення хіміко-технологічного процесу), вивченні фізико-хімічнихзакономірностей проведення окремих технологічних стадій та методів керуванняефективністю проведення технологічних стадій. За обраним формалізованим описомметоду виробництва формують вихідні дані для розрахунку матеріальних татеплових балансів. За результатами розрахунків формують висновки відносновитрат сировини для отримання хімічного продукту та потребі в підігріві абоохолодженні апаратури.
Контрольнаробота вміщує наступні розділи:
1. Аналітичний огляд методів виробництва
2. Фізико-хімічні основи виробництва
3. Технологічна схема виробництва
4. Норми технологічного режиму
5. Матеріальні розрахунки
6. Теплові розрахунки
1.ЗАВДАННЯ
Одержаннясірчаної кислоти контактним методом. Матеріальний і тепловий баланс процесуокисного випалу сірки.
2.ВИКОНАННЯ ЗАВДАННЯ
2.1Аналітичний огляд методів
Заводське одержання сірчаної кислотивідноситься до числа найстарших великомасштабних хімічних виробництв. Широкозастосовувані тепер процеси й апарати розроблялися й освоювалися спочаткустосовно до технології сірчаної кислоти, а потім ставали типовими длявиготовлення інших хімічних продуктів. Саме в сірчанокислотному виробництвібули впроваджені перші вежі з насадкою, що являють собою основний апаратбагатьох хімічних виробництв. Також, розроблені для виробництва сірчаноїкислоти поличні і трубчасті контактні апарати стали типовими для деякихкаталітичних процесів. Освоєний для процесів окислювання сірчистого ангідридугомогенний і гетерогенний каталіз, застосовувані для нього платинові і ванадієвікаталізатори стали також застосовувати й в інших окислювально-відновних процесах.
Виробництвосірчаної кислоти проходить у три основні стадії:
1. Одержання сірчистого ангідриду, що ускладі сірчистого газу (суміш азоту, кисню, і сірчистого ангідриду) одержуютьпри випалі сірковміщуючої сировини. Сировиною для виробництва служать природнімінерали (пірит, піритин, мідний колчедан, гіпс, ангідрид, а також самороднасірка), сірка виділювана при очищенні природного вуглецевої сировини (нафти ігазу) і побічні сірковміщуючі продукти інших виробництв. Незважаючи на більш високувартість, сірка є більш технологічною сировиною, тому що не вимагаєпопереднього збагачення й очищення випалювальних газів від пилу, а такожутилізації шламів.
2. Окислювання сірчистого ангідриду якевиробляється баштовим (із застосуванням азотної кислоти)
Оксид азоту (II)є промисловим каталізатором реакції окислювання двоокису сірки. У цьому випадкуреакція прискорюється внаслідок протікання проміжних реакцій.
2NO + O2 →2NO2
NO2 + SO2→ NO + SO3
і контактним(каталітичним) способом.
Тверді каталізаторивикористовується в контактному процесі (окислювання SO2 у SO3):платина 5-10% на азбесті або п’ятиокись ванадію, промотована лугом і нанесенана носії з пемзи або кізельгуру, а також залізний каталізатор.
Окислювання звичайнепроводять у двох або більш стадій, причому температура послідовно знижуєтьсявід стадії до стадії.
Це має ту перевагу, щоспочатку при високій температурі швидкість реакції велика, а наступне зниженнятемператури дозволяє досягти рівноважного ступеня перетворення.
Перший(застарілий) спосіб вимагає громіздкого устаткування, серйозних енерговитрат ідодаткової сировини — концентрованої азотної кислоти; другий — застосуваннякаталізаторів і очищення сировини від каталізаторних отрут.
3. Абсорбція триоксиду сірки виробляєтьсярозчином сірчаної кислоти концентрацією 98,3-98,6%.
2.2 Фізико-хімічніоснови виробництва
Елементарнусірку одержують з природних копалин (самородна сірка) або з газів, що містять SO2та H2S(газова сірка). Сірка є цінною сировиною для виробництва сірчаної кислоти, томущо при її спалюванні одержується концентрований сірчистий газ з високим вмістомкисню. Сірчистим газом називають суміш, що містить SO2,O2,N2.Концентрація SO2обмежена температурою випалу сірки 1300°С, вище якої руйнується футеровка печівипалу сірки, концентрація (/>) SO2 в сірчистому газіпри цьому сладає 15%. Необхідну кількість кисню в сірчистому газі розраховуютьза рівнянням:
/>
При нагріваннісірка плавиться, плавлення супроводжується збільшенням об’єму.Сіркане потребує спеціальної підготовки для спалювання. 2.3 Опистехнологічної схеми
На схемі представлена схемавиробництва сірчаної кислоти методом подвійного контактування (ДК) із природноїабо газової сірки, що не містить контактних отрут (з’єднань миш’яку, селен іін.).
Розплавлена івідфільтрована від мінеральних домішок сірка спалюється в потоці попередньовисушеного повітря в печі окисного випалу 3. Отриманий сірчистий газ з масовоючасткою близько 10% SО2 з температурою понад 1000ºСпрохолоджується в паровому казані 4 до 420ºС і надходить у п’ятишаровийконтактний апарат 5. У трьох верхніх шарах каталізатора відбуваєтьсяокислювання диоксиду сірки приблизно на 60% у кожнім і адіабатичному підвищеннітемператури. Охолодженням газу в теплообмінниках 6 між полками досягаєтьсясхідчасте наближення до оптимальної кривої. На виході з третього шарудосягається ступінь перетворення SО2 у SО3 на 93—95%, прицьому адіабата наближається до рівноважної кривої і швидкість реакції сильнозменшується. Тому в способі подвійного контактування (ДК) газ після третьогошару надходить на абсорбцію, триоксид сірки поглинається практично цілком вабсорбері 8, рівновага не лімітує процес, а співвідношення О2: SО2досягає 10:1, і в четвертому шарі диоксид сірки (близько 0,5%) окисляється на90-95%. Після четвертого шару газ прохолоджується добавкою холодного повітря,попередньо осушеного сірчаною кислотою в сушильній вежі 7 і подається на п’ятийшар каталізатора, після якого ступінь перетворення складає більш 99,5%, інадходить в абсорбер 13.
Абсорбція триоксиду сіркипроводиться у вежах з насадкою, зрошуваної 98,3-98,6% розчином сірчаної кислотиза циркуляційною схемою. Для запобігання віднесення тумана сірчаної кислотипісля абсорберів можуть застосуються циклони або електрофільтри. Для створенняоптимального температурного режиму кислоту прохолоджують у зрошувальниххолодильниках 9 водою або повітрям до температури 60-70? С. Для більш повногопоглинання триоксиду сірки застосовується багатоступінчаста протиточна схемаабсорбції.
/>
2.4 Норми технологічногорежиму
Продуктивність(по сірці),Q, т/сут.50
Температуравипалу,ºС.T, ºC 1200
Температурасірки на вході, ТS ºC 135
Температураповітря на вході, Тв ºC 20
Склад сірки:SХS,% 99,5
Золи ХЗ,% 0,2
Вологи, Хвл%0,3
Надлишок повітряα 1,25
Ступіньокислювання сірки χ0,95
Складвипалювального газу:SО2, СSО2 % 12
SО2, СSО3% 0,4
2.5 Розрахунокматеріального балансу процесу окисного випалу сірки
1. Визначаємо годинну продуктивність почистій сірці:
/>
2. Кількість компонентів
/>
/>
3. Окисленої сірки
/>
4. Не окисленої сірки
/>
5. Кількість сірки на утворення диоксидусірки:
/>
6. Кількість сірки на утворення триоксидусірки:
/>
7. Кількість диоксиду сірки по реакції:
/>
/>
8. Кількість кисню на утворення диоксидусірки:
/>
9. Кількість триоксиду сірки по реакції:
/>
/>
10. Кількість кисню на утворення триоксидусірки:
/>
11. Усього кисню:
/>
12. З урахуванням надлишку:
/>
13. Кисню на виході:
/>
14. Азоту на вході і виході:
/>
Таблиця 1 Матеріальнийбаланс процесу спалювання сірки Прихід F, кг/година Витрата F, кг/година Повітря, у т.ч. 10875,17 Випалювальні гази, у т.ч. Кисень 2501,29 Кисень 500,26 Азот 8373,88 Азот 8373,88 Плав сірки, у т.ч. 2083,33 Диоксид сірки 3811,5 Сірка 2072,92 Триоксид сірки 158,8 Зола 4,16 Зола 4,16 Волога 6,25 Волога 6,25 Сірка 103,65 Разом 12958,5 Разом 12958,5
2.6 Розрахунок тепловогобалансу процесу окисного випалу сірки
сірчанакислота хімічний сірка
1. Теплота з вихідною сировиною:
Із сіркою
/>
З водою
/>
З золою (Si2)
/>
З киснем
/>
З азотом
/>
Усього
/>
2. Теплота з продуктами реакції:
Із сіркою
/>
З водою
/>
З золою (Si2)
/>
З киснем
/>
З азотом
/>
З SО2
/>
З SО3
/>
Усього
/>
Тепловий ефектреакції:
/>
/>
/>
Утрати тепла(5%):
/>
Кількості теплана нагрівання повітря в кільцевому просторі печі:
/>
ЛІТЕРАТУРА
1. МухленовИ.П. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991.
2. КутеповА.М. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.
3. Общаяхимическая технология/ Под ред. А.Г. Амелина — М.: Химия, 1977.
4. Расчетыхимико-технологических процессов/ Под ред. И.П. Мухленова – Л.: Химия, 1982.
5. Практикумпо общей химической технологии/ Под ред. И.П. Мухленова – М.: Высшая школа,1973.
6. Оборудование,сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защитыбиосферы от промышленных выбросов/ А.И. Родионов и др. – М.: Химия, 1985.
7. Методическиеуказания для выполнения контрольных заданий по курсу «Общая химическаятехнология» для студентов специальностей 7.090220, 2000.
8. РябинВ.А., Остроумов М.А., Свит Т.Ф. Термодинамические свойства веществ/ М.: Химия — 1977-370с
9. Справочникхимика в 3-х томах, М.: ГНТИ химической литературы, 1962
10. ЦареваЗ.М., Орлова Е.М. Теоретические основы химической технологии – К.: Вища школа,1986.
11. СорокаВ.Е. и др. Основы химической технологии – Л.: Химия, 1986.
12. ЛевеншпильО. Инженерное оформление химических процессов. – М.: Химия, 1969.
13. Химико-технологическиесистемы/ Под ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1986.
14. КафаровВ.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. – М.: Химия, 1976.
15. ЮкельсонИ.И. Технология основного органического синтеза / М.: Химия – 1962 — 848 с.
16. ГолосовА.П., Динцесс А.И. Технология производства полиэтилена и полипропилена / М.:Химия –1978 – 216с.
17. Альбомтехнологических схем процессов переработки нефти и газа /под. ред. Б.И.Бондаренко — М.: Химия – 1983 –128 с.
18. БратичакМ.М., Гришин Технологія нафти та газу: навч. посібник – Львів: Вид-во Нац ун-ту«Львівська політехніка» – 2002 –180 с.
19. Крекингнефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах / под. ред. Харламова – М.:Химия – 1982 –222с.
20. Е.В.Кузнецов Альбом технологических схем производства полимеров и пластических массна их основе / М.: Химия – 1976 — с.108
21. Техническиесвойства полимеров: Уч.- справ. пособие / В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.ДПаниматченко, Ю.В. Крыжановская – СПб: Изд-во «Прогресс» –2003 — 240с.
22. Очисткатехнологических газов / под. ред. Т.А. Семеновой – М.: Химия – 1969 – 342 с.
23. ПоповаМ.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств — М.: Химия– 1991 – 175 с.
24. ГутчикС.П., Сосоно В.Е. Расчеты по технологии органического синтеза М.: Химия – 1988–272 с.
25. А.Г.Амелин Производство серной кислоты М.: Химия – 1967- 472 с.
26. АхметовА.С. Технология глубокой преработки нефти – Уфа: Гилен — 2002 – 673 с
27. Справочниказотчика т.1/ под. ред. Е.Я. Мельникова М.: Химия – 1967 – 492 с.
28. А.Г.Амелин Производство серной кислоты М.: Химия – 1972- 496 с.
29. ЗайцевИ.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды М.: Химия – 1986 – 312с.
30. И.С.Торочешников, А.И. Родионов Техника защиты окружающей среды, М.: Химия – 1981 –368 с.
31. Принципытехнологии основного органического и нефтехимического синтеза: Уч. пособие дляВУЗов / В.С. Тимофеев, Л.А. Срафимов, — 2-е изд. переработ. – М.: Высшая школа– 2003 – 536 с.
32. Справочникнефтехимика в двух томах под. ред. Огородникова — Л.: Химия – 1978- 496с., 592с.
33. ЛебедевН.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, — М.: Химия – 1971 – 840 с.
34. КоршакВ.В. Технология пластических масс – М.: Химия – 1976 – с.608