Блок-схема производства 
 

 
 

 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
 
 
 
 

Операторная схема процесса 

     1 -серная печь, 2- контактный аппарат, 3- абсорбер

4. Расчет материального баланса

     Расчет  материального баланса является основным этапом. На основе материального баланса определяется целый ряд важнейших техноэкономических показателей: расход сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности; тепловой баланс и, соответственно, расход энергии, и теплообменную аппаратуру; экономический баланс производства, себестоимость продукции и, следовательно, рентабельность производства.

       Составление уравнений  по каждому узлу

   1.Составляем  уравнения по первому  узлу:

   0.92*N₀₁₁=N₁₂^SO2

   N₁₂^SO2=N₁₂*0.08                                           N₀₁₁=X₁

   0.92*N₀₁₁=N₁₂*0.08                                      N₁₂=X₃

   0.92*X₁=X₃*0.08                (1) 

   2. Составляем уравнения  по второму узлу:

   а) 0,99*N₁₂^SO2=N₂₃^SO3

       0.99*N₁₂*0.08=N₂₃^SO3                               N₂₃^SO3=X₄

       0.99*X₃*0.08=X₄                     (2)

   б) N₁₂*(0.21-0.08)=2N₂₃^SO3

       X*(0.21-0.08)=2X₄            (3) 

   3.Составляем  уравнение по третьему  узлу:

   а) G₃₀₂*0.925=2000  базисное уравнение G₃₀₂=X₇

       X₇*0.925=2000                  (4) 

   б) 0.998*N₂₃^SO3=2000/Mr(H₂SO₄)

       0.998*X₄=2000/98              (5)

   в) N₃₀₁=N₃₀₁^SO2 + N₃₀₁^N2 + N₃₀₁^SO3 + N₃₀₁^O2

       N₃₀₁^SO2=N₁₂^SO2*(1-0.99)=N₁₂^SO2*0.01=N₁₂*0.08*0.01

       N₃₀₁^N2= 0.79*N₀₁₂

       N₃₀₁^SO3=N₂₃^SO3*(1-0.998)=0.002*N₂₃^SO3

        N₃₀₁^O2=N₁₂*(0.21-0.08)-1/2*N₁₂*(0.21-0.08)=N₁₂*0.13*(1-

      1/2)=0.13/2*N₁₂

       N₃₀₁=N₁₂*0.08*0.01+0.79*N₀₁₂+0.002*N₂₃^SO3+0.065*N₁₂

       N₃₀₁=0.0658*N₁₂+0.79*N₀₁₂+0.002*N₂₃^SO3

       X₆=0.0658*X₃+0.79*X₂+0.002*X₁    (6)             

       N₀₁₂=X₂

       N₃₀₁=X₆

   Но  надо учесть , что N₁₂=N₀₁₂  ,т.е.  X₂=X₃     (7)

   6 неизвестных и 7 уравнений. Выбрасываем  уравнение (3) и получаем систему  уравнений: 

    0,92*X₁=0.08*X₃

   0.99*0.08*X₃=X₄

   0.925*X₇=2000

   0.998*X₄=20.41

   X₆=0.0658*X₃+0.79*X₂+0.002*X₄

   X₃=X₂ 

   

   0.92*X₁-0.08*X₃=0

   0.0792*X₃-X₄=0

   X₇=2162.2

   X₄=20.45

   0.8558*X₃+0.002*X₄- X₆=0 

    0.92*X₁-0.08*X₃=0

   0.0792*X₃-20.45=0

   X₇=2162.2

   X₄=20.45

   0.8558*X₃+0.002*20.45-X₆=0

   

   0.92*X₁-0.08*X₃=0

   X₃=257.23

   X₇=2162.2

   X₄=20.45

   0.8558*X₃+0.041-X₆=0 
 

    0.92*X₁=0.08*257.23

   X₃=257.23

   X₇=2162.2

   X₄=20.45

   0.8558*257.23+0.041-X₆=0 

    X₁=22.37=N₀₁₁

   X₃=257.23=X₂=N₁₂=N₀₁₂

   X₇=2162.2=G₃₀₁

   X₄=20.45=N₂₃^SO3

   X₆=220.18=N₃₀₁ 
 

   1.Количество  целевого продукта:

   X₇=G₃₀₁=2162.2 кг 92.5%  серной кислоты  

   2. Расход серы:

   X₁=N₀₁₁=22.37 кмоль

   m_s=N_s*M_S=22.37*32=715.84 кг

   G_Sнач=715,84/0,92=778,1 кг было введено в систему 

   3. Расход воздуха:

   X₂=X₃=N₀₁₂=257.23 кмоль

   G_возд=N_возд*M_возд=257,23*29=7459,67 кг 

   4.Определение  расхода кислорода и азота

   G_O2=7459,67*0,21=1566,7 кг

   G_N2=7459,67*0,79=5893,1 кг 

5. Определяем  количество SO₂, содержащегося в газе:

   X₃=N₁₂=257.23 кмоль

   N₁₂^SO2=257.23*0.08=20.58 кмоль

   G_SO2=N_SO2*M_SO2=20.58*64=1317 кг  

6. Определение SO₃, содержащегося в газе:

 X₄=N₂₃^SO3=20.45 кмоль

G_SO3=N_SO3*M_SO3=20.45*80=1636 кг  

7. Расход  воды на абсорбцию:

G₀₃=G₃₀₁*M_H2O/M_H2SO4=2162.2*18/98=397 кг

8. Выхлопные газы:

X₆=N₃₀₁=220.18 кмоль

G₃₀₁=G₃₀₁^SO2+G₃₀₁^N2+G₃₀₁^SO3+G₃₀₁^O2=1317*0.01+5893.1+

0.002*1636+0.065*7459.67=13.17+5893.1+3.27+484.88=

6394.42 кг

 

Материальный  баланс 

5. Выбор и обоснование конструкции основного аппарата

     Дли сжигания серы применяют печи различных конструкции. Наиболее распространена печь для сжигания жидкой серы в распыленном состоянии — форсуночная печь. Устройство се очень простое. Она представляет собой горизонтальный стальной футерованный огнеупорным кирпичом цилиндр 1 (рис. 5.1).

     

     Рис. 5.1. Печь для сжигания жидкой серы и распыленном состоянии (форсуночная печь): 1 - стальной цилиндр, 2- футеровка, 3 - асбест,  4 – перегородки, 5 - форсунка для распыленны топлива, 6-форсунки для  распыления серы, 7- короб для подвода воздуха в печь

     Серу  подают в торцевую часть печи форсунки 6. Сюда же вводится воздух для горения. Дополнительный (вторичный) воздух поступает через отверстие в корпусе печи. Сора сгорает во всем объеме печи, а для лучшего перемешивания газа внутри печи установлены перегородки 4 из огнеупорного кирпича.

     Применяются также печи для сжигания расплавленной серы в параллельном потоке воздуха при движении серы сверху вниз по насадке - вертикальные форсуночные печи и печи отражательного типа, где сера в виде паров сгорает в токе воздуха между двумя сводами с раскаленными решетками, под нижним из которых находится расплавленная сера.

     Плавление серы производится в отдельных плавилках, снабженных паровыми змеевиками или рубашками, которые обогреваются паром иди подогретым воздухом..

     Со  склада сера, предварительно раздробленная  до кусков размером 40—50 мм, ленточными транспортерами подается в общий приемный бункер, из которого загружается в бункер-плавилку, обогреваемую паром. Расплавленная сера при 130 -140°С по серопроводу стенает в ванну-отстойник. Бункера-плавилки снабжены змеевиками, по которым идет пар, или рубашками, обогреваемыми также паром или подогретым воздухом.

     В настоящее время для сжигания расплавленной серы широко применяются циклонные печи. Поток воздуха и жидкая сера вводятся в эти печи тангенциально (по касательной) со скоростью 100—120 м/с. Это способствует хорошим условиям массо- и теплообмена паров серы с воздухом. Скорость горения при этом повышается. Благодаря тому, что процесс сжигания ведется с небольшим избытком воздуха (а—1,15—1,2), получают газ с концентрацией 16—18% SCb-. Интенсивность таких печей в 30—40 раз выше, чем печей форсуночных. Достоинствами циклонных печей являются еще постоянство концентрации газа, простота регулирования процесса сжигания и простота схемы автоматизации его. Однако высокая температура в таких печах (1200—1400° С) создает сложности при конструировании и использовании их в промышленности. Таким образом, концентрация SO₂ в газе после циклонной печи зависит от температуры газа, определяемой стойкостью футеровки.