озрахунок контактного апарату
озрахунок циклонів ЦН-15
Таблиця 2.3 - Гранулометричний склад недогарку перед циклоном, враховуючи, що в котлі - утилізаторі осідає 25% пилу
| Фракц., мм | -0,16 +0,11 | -0,109 +0,076 | -0,076 +0,053 | -0,053 +0,04 | -0,04 +0,03 | -0,03 +0,02 | -0,02 +0,015 | -0,015 +0,01 | -0,01 +0,005 |
| Мас. % | 27,76 | 23,96 | 2,23 | 15,79 | 7,64 | 12,67 | 3,19 | 5,07 | 1,9 |
| Ср.d,мм | 0,135 | 0,0925 | 0,0645 | 0,0465 | 0,035 | 0,025 | 0,0175 | 0,0125 | 0,0075 |
| фр.% | 99,5 | 99,2 | 98,2 | 95,5 |
фр. взяли з графіка 3, с.435 [5].
Загальний коефіцієнт очистки в циклоні :
Фракційний склад залишкового пилу, що поступає в електрофільтр після циклона
Перша фракція, яка залишається після циклона:
Друга фракція:
Третя фракція:
Інші фракції аналогічно.
Таблиця 2.4 - Гранулометричний склад недогарку перед електрофільтром
| Фракц., мм | -0,03 +0,02 | -0,02 +0,015 | -0,015 +0,01 | -0,01 +0,005 |
| Частка | 0,228 | 0,144 | 0,3 | 0,228 |
=1,039.
Густина газу при 450°С (робочі умови) :
де 
- густина газу при температурі 450ºС, кг/м3;
– температура випаленого газу на виході з котла – утилізатора, ºС.
Об’єм газу за даної температури :
Площа поперечного перерізу усіх циклонів:
де 
- гідравлічний опір в циклоні, Па.
Кількість циклонів ЦН-15 з dц = 0,9 м :
де 
- кількість циклонів, шт;
dЦ – діаметр циклону, м.
Запиленість газу після циклонів :
2.4 Розрахунок електрофільтру
Tгаза=653 К=380 0С; 1=0,5 м/с ; L=2,5 м ; Е=1500 В/см=150000 В/м=5 е.од.
1. Середній діаметр частинок першої фракції в електрофільтрі :
Динамічна в’язкість газу при 380°С :
Теоретична швидкість дрейфу частинок першої фракції в електрофільтрі, враховуючи :
де Е - напруженість електричного поля ;
d - діаметр частинок і-тої фракції, см.
Практична швидкість дрейфу частинок першої фракції в електрофільтрі :
2. Середній діаметр частинок другої фракції в електрофільтрі :
Теоретична швидкість дрейфу частинок другої фракції в електрофільтрі :
Практична швидкість дрейфу частинок другої фракції в електрофільтрі :
3. Середній діаметр частинок третьої фракції в електрофільтрі :
Теоретична швидкість дрейфу частинок третьої фракції в електрофільтрі :
Практична швидкість дрейфу частинок третьої фракції в електрофільтрі :
3. Середній діаметр частинок четвертої фракції в електрофільтрі :
Теоретична швидкість дрейфу частинок четвертої фракції в електрофільтрі :
Практична швидкість дрейфу частинок четвертої фракції в електрофільтрі :
4. Середній діаметр частинок п’ятої фракції в електрофільтрі :
Теоретична швидкість дрейфу частинок п’ятої фракції в електрофільтрі :
Практична швидкість дрейфу частинок п’ятої фракції в електрофільтрі :
5. Середній діаметр частинок шостої фракції в електрофільтрі :
Теоретична швидкість дрейфу частинок шостої фракції в електрофільтрі :
Практична швидкість дрейфу частинок шостої фракції в електрофільтрі :
Константа електрофільтра :
де L – довжина одного електрополя, м,
n – кількість електрополей,
H – відстань між корозійними електродами, м,
n - швидкість газу в електрофільтрі, м/с.
Ступені очистки газу в електрофільтрі по фракціях :
Загальний ступінь очистки газу в електрофільтрі :
Об’єм газу при 380°С :
Кількість електрофільтрів типу ОГ-3-30 :
Запиленість газу після електрофільтрів:
Отже, подальша очистка газу від пилу не потрібна, оскільки допустима запиленість для подальшого контактного окиснення становить 30 мг/дм3.
озрахунок контактного апарату
Об’єм SО2 , враховуючи 5% втрат :
Об’єм безводного випалювального газу :
Враховуючи підсос повітря 10% :
Вміст SO2 і O2 в газі :
Об’єм газу після розбавлення до 9% SO2 :
Об’єм повітря, що йде на розведення :
Константа рівноваги знаходиться за формулою :
Рівноважний ступінь перетворення :
де
Таблиця 2.7 - Константи рівноваги.
| t,°С | Кр, Па-0,5 | Кр, атм-0,5 | хр |
| 1,753 | 557,96 | 0,992 | |
| 1,361 | 433,17 | 0,9896 | |
| 1,064 | 338,8 | 0,987 | |
| 0,838 | 266,87 | 0,983 | |
| 0,530 | 168,94 | 0,974 | |
| 0,344 | 109,65 | 0,961 | |
| 0,228 | 72,82 | 0,943 | |
| 0,155 | 49,4 | 0,918 | |
| 0,107 | 34,17 | 0,887 | |
| 0,075 | 24,07 | 0,849 | |
| 0,054 | 17,24 | 0,804 | |
| 0,039 | 12,55 | 0,753 | |
| 0,029 | 9,26 | 0,697 | |
| 0,021 | 6,93 | 0,637 | |
| 0,0165 | 5,255 | 0,576 | |
| 0,0127 | 4,031 | 0,515 | |
| 0,0098 | 3,127 | 0,456 | |
| 0,0077 | 2,451 | 0,401 |
Задаємося температурою контактування. Нехай t = 440°С :
Розрахунок оптимальної температури для ЛОТ :
для х = 0,5 :
Таблиця 2.8 – Дані для побудови діаграми чотиристадійного контактування із проміжним теплообміном
| Х | 
| 
| Границі області оптимальних температур | |
| Верхня, 0С | Нижня, 0С | |||
| 0,5 | 889,61 | 616,61 | 647,44 | 585,78 |
| 0,55 | 874,41 | 601,71 | 631,8 | 571,63 |
| 0,6 | 616,35 | 557,65 | ||
| 0,65 | 845,18 | 572,18 | 600,79 | 543,57 |
| 0,7 | 829,93 | 556,93 | 584,77 | 529,08 |
| 0,75 | 813,82 | 540,82 | 567,86 | 513,78 |
| 0,8 | 796,23 | 523,23 | 549,39 | 497,07 |
| 0,85 | 776,09 | 503,09 | 528,25 | 477,94 |
| 0,9 | 751,15 | 478,15 | 502,06 | 454,25 |
| 0,95 | 714,62 | 441,62 | 463,698 | 419,54 |
| 0,97 | 690,98 | 417,98 | 438,88 | 397,09 |
| 0,98 | 673,66 | 400,66 | 420,698 | 380,63 |
ЛОТ побудований з відступами від основної лінії на 5% (рисунок 2.1) .
Для побудови адіабати використовуємо формулу :
Тк = Тп + ·х ,
де х = хкін – хпоч
– коефіцієнт підвищення температури газу при підвищенні ступеня перетворення на 1% в адіабатичних умовах.
3 Габаритні та конструкторські розрахунки контактного апарату
Розрахунок об’єму каталізатора і часу контактування наведений в розділі 2.
Потужність, т/добу 450 (18,75 т/год)
Концентрація, частки одиниці:
SO2 в газі (а) 0,09
O2 в газі (b) 0,091
Об’єм газу V, нм3/год 60497,78 (16,8 м3/с)
Кінцева степінь перетворення, х 0,974
Температура газу на вході в контактну масу, ºС
І ІІ ІІІ ІV V
440 482 450 436 429
0,686 0,875 0,949 0,974 0,98
Проведення повного розрахунку контактного апарату на ПК за інтеграційною програмою "H2SO4 postadiino.xls" в середовищі Visual Basic for applications (ПКПА)
Отже, сумарний об’єм каталізатору з урахуванням коефіцієнту запасу складає 179,375 м3.
3 Технологічна схема виробництва сульфатної кислоти
3.1 Технологічна схема виробництва контактної сульфатної кислоти з колчедану
1, 10 - нагнітачі; 2 - піч КШ; 3 - котел-утилізатор; 4 - циклон; 5 - сухий електрофільтр; 6 - перша промивна башта; 7 - друга промивна башта, 8 - мокрі електрофільтри; 9 - сушильна башта; 11 - краплевловлювачі; 12 – теплообмінник; 13 – холодильник; 14 – контактний апарат; 15 - економайзер; 16 - олеумний абсорбер; 17 - моногідратний абсорбер; 18 - зрошувальні холодильники; 19 - трубчасті холодильники; 20 - збірники кислоти.
Рисунок 3.1 - Схема виробництва сульфатної кислоти з колчедану контактним методом.
Схема включає чотири основні стадії:
1.Одержання сірчистого газу.
2.Очищення газу від домішок.
3.Окиснення сірчистого ангідриду в сірчаний ангідрид на каталізаторі.
4.Абсорбція сірчаного ангідриду.
Випалювальний газ, отриманий у печі КШ 2, охолоджується в котлі-утилізаторі 3, звільняється від пилу в циклоні 4 і сухому електрофільтрі 5, а потім при 300—400° С надходить в очисне відділення для видалення домішок, що знижують активність контактної маси.
В очисному відділенні газ охолоджується й промивається сульфатною кис-лотою, послідовно проходячи промивні башти 6 й 7. Менша частина туману, що утвориться при цьому, осаджується в промивних баштах; більша ж частина надходить у наступні очисні апарати - у мокрий електрофільтр 8, промивну башту 9 і далі в другий мокрий електрофільтр 8. У цих промивних і зрошувальних баштах випалювальний газ нагріває кислоту, що зрошує, тому для її охолодження передбачені зрошувальні холодильники 18. Охолоджена кислота знову повертається на зрошення відповідної башти. Очищений газ надходить на осушку у башту 10 і, пройшовши краплевловлювач 11, нагнітачем 12 направляється через міжтрубний простір теплообмінника 13 у контактний апарат 14. Кислота, що зрошує сушильну башту, охолоджується в холодильнику 18.
У контактному апараті при окисненні SO2 виділяється велика кількість тепла, що використовується для нагрівання в теплообміннику 13 газу, що надходить на контактування. Гарячий газ із контактного апарату направляється в труби теплообмінника й нагріває очищений випалювальний газ, що рухається у міжтрубному просторі, а потім надходить в економайзер 15 або в ангідридний холодильник для подальшого охолодження й використання тепла газу. Охолоджений у теплообміннику газ подається в абсорбційне відділення, де проходить олеумний абсорбер 16 і моногідратний абсорбер 17.
При поглинанні сірчаного ангідриду в абсорберах і пари води у сушильних баштах виділяється тепло й кислота, що зрошує, нагрівається. Для підтримки постійної температури зрошення циркулююча кислота охолоджується в холодильниках 18 й 19. Олеум зі збірника 20 безупинно передається на склад готової продукції.
У результаті поглинання сульфатнокислотного туману концентрація кислоти, що зрошує зволожуючу башту 9, підвищується. Щоб концентрація кислоти, що зрошує, була постійною, у збірник зволожувальної башти додають воду, а надлишок кислоти передають у збірник другої промивної башти 7. Надлишок же кислоти із другої промивної башти надходить у збірник першої промивної башти 6, а надлишок розведеної сульфатної кислоти, що накопичується у циклі першої промивної башти, передається на склад готової продукції. Таким чином, на контактних сульфатнокислотних заводах зазвичай одержують три види продукції: олеум з олеумного абсорбера 16, контактну сульфатну кислоту із сушильної башти 10 і розведену сульфатну кислоту з першої промивної башти (після виділення з кислоти селену).
3.2 Процес СО-2 у виробництві сульфатної кислоти
Великий практичний інтерес представляє схема СО із подвійним контактуванням (СО-2), у такому виді процес має ряд важливих переваг. Після очищення від пилу (рисунок 3.2) газ надходить у перший контактний апарат 2, а після нього в конденсатор 4, де сірчаний ангідрид взаємодіє з водою, перетворюється в сульфатну кислоту й виводиться із системи. Після конденсатора 4 холодний і сухий сірчистий ангідрид звільняється від туману сірчаної кислоти у скляносітчастому фільтрі 5 і електрофільтрі 6, нагрівається в теплообмінниках 3, а потім направляється в другий контактний апарат 8 і моногідратний абсорбер 10; гази, що відходять, проходять скляносітчатий фільтр і викидаються в атмосферу.
Процес СО-2 є, по суті, схемою СО-1, доповненої контактним апаратом 8 і моногідратним абсорбером 10, оскільки в газі після конденсатора 4 (малюнок 3.2) утримується незначна кількість парів води (0,01%), а концентрація сірчистого ангідриду в газі становить близько 5%.
При подвійному контактуванні перша стадія контактування може бути здійснена в киплячому або стаціонарному шарі каталізатора. При роботі на киплячому шарі каталізатора очищення газу від пилу може бути менш ретельною, ніж при роботі на стаціонарному каталізаторі, тому що пил не затримується киплячим шаром каталізатора, а пройшовши його, вимивається потім з газу сірчаною кислотою в конденсаторі. Крім того, на вході в киплячий шар каталізатора газ повинен мати більш низьку температуру.
При використанні методу подвійного контактування оптимальна концентрація SO2 у вихідному газі підвищується до 9–10% в установках, що працюють на колчедані, і до 11–12% в установках, що працюють на сірці. У процесі СО-2 одержують 70–90% технічної сульфатної кислоти й 10–30% чистої сірчаної кислоти (акумуляторної, реактивної або поліпшеної для текстильної промисловості); частина продукції може бути видана у вигляді олеуму. При подвійному контактуванні загальний ступінь перетворення сірчистого ангідриду на каталізаторі становить 99,4 – 99,8%. Застосування методу подвійного контактування дозволяє значно зменшити зміст SO2 у газах, що відходять. Крім того, зменшується обсяг газу в контактному й абсорбційному відділеннях.
До недоліків методу варто віднести необхідність ретельного очищення газу від бризг і туману сульфатної кислоти після проміжної абсорбції й збільшення поверхні теплообмінників контактного вузла в 1,5 - 1,7 разів у порівнянні з їхньою поверхнею у звичайних схемах.
Промислові контактні апарати розрізняються способами охолодження реакційної суміші між шарами, конструкцією теплообмінників, пристроями для змішуванні газових потоків, способами кріплення опорних ґрат для каталізатора й інших конструктивних елементів. Реакційний газ прохолоджується між шарами контактної маси в поверхневих теплообмінниках або змішуванням з більше холодним сірчистим ангідридом або повітрям.
Способи охолодження газу між шарами контактної маси, конструкції теплообмінників і змішувачів вибираються з урахуванням сірковмісної сировини, що використовується, й продуктивності контактного апарату.У контактних апаратах повинне забезпечуватися рівномірний розподіл газу по всій площі каталізатора й гарне змішування газових потоків.
| 1 – сухий електрофільтр; 2 – перший контактний апарат; 3 - теплообміники; 4 – конденсатор; 5 – скляносітчаті фільтри; 6 – вологий електрофільтр; 7 – нагнічувач; 8 – другий контактний апарат ; 9 – пароперегрівач; 10 – абсорбер Рисунок 3.2 – Схема виробництва сульфатної кислоти по системі СО-2. |
Матеріальний і тепловий баланс ПКШ 
ВИСНОВКИ
В даному курсовому проекті розглянуто технологічні основи контактного методу отримання сульфатної кислоти. Проведено критичний аналіз апаратурного оформлення випалу сірчаного колчедану в печах ВХЗ, КШ, та пилоподібного випалу. Розглянуто теоретичні основи очищення випалювальних газів від недогаркового пилу, а саме сухе та мокре очищення. Проаналізована дія каталізатора в процесі отримання сульфатної кислоти.
Наведено технологічну схему отримання контактної сульфатної кислоти на основі сірчаного колчедану.
Проведено розрахунки основного процесу в печі КШ, сухого очищення випалювального газу в котлі-утилізаторі, циклоні, та електрофільтрі. Кількість циклонів становить 14+1 резервний , а кількість електрофільтрів – 2, і, також один резервний. Розраховано сумарний час контактування та об’єм каталізатора, які становлять 16,86 с та 179,375 
, відповідно.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Амелин А. Г. Технология серной кислоты. – М.: Химия, 1971. – 496 с.
2. Васильев Б. Т., Отвагина М. И. Технология серной кислоты. – М.: Химия, 1985. – 384 с.
3. Теорія процесів виробництв неорганічних речовин /І. М. Астрелін, А. К. Запольський, В. І. 4. Супрунчук, Г. М. Прокоф¢єва. – К.: Вища шк., 1992. – 399 с.
4. Позин М. Е. Расчеты по технологии неорганических веществ. Учебное пособие для вузов. – Л., «Химия», 1977. – 496 с.
5. Справочник сернокислотчика /Под ред. проф. К. М. Малина. – М.: Химия, 1971. – 744 с.