Общая химическая технология: Методические указания к выполнению курсовой работы

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет»

В методические указания включены требования к выполнению и содержанию курсовой работы, примеры решения типовых задач, варианты заданий для самостоятельного выполнения, необходимые справочные материалы. Методические указания предназначены для студентов специальности 240901 «Биотехнология» очной и заочной форм обучения.

Общая химическая технология Методические указания к выполнению курсовой работы

Ключевые слова: Материальный баланс, тепловой баланс, серный колчедан, серный ангидрид, сернистый ангидрид, статья прихода, статья расхода.

Составитель: Е. И. Чебунина Подписано в печать 29.09.2006. Формат 60 х 84 1/16. Усл.п. л. 1,86. Тираж 40 экз. Заказ № 183 Издательство ВСГТУ. 670013. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,в

© ВСГТУ, 2006 Издательство ВСГТУ Улан-Удэ, 2006 2

Содержание курсовой работы Курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части.

расчетно-

1. Введение 2. Технологическая часть курсовой работы включает разделы: • характеристика целевого продукта; • характеристика исходного сырья и материалов; • технологическая схема производства целевого продукта; • физико-химические и другие изменения в сырье в процессе производства целевого продукта; • аппаратурная схема и спецификация оборудования; • описание технологического процесса; • материальный баланс; • тепловой баланс; • контроль производства и управления технологическим процессом. 3. Список использованной литературы. Графическая часть включает: • схему основного узла подготовки сырья; • схему производства целевого продукта. Разделы расчетно-пояснительной записки должны содержать: 1. Введение: Обоснование темы, целесообразность ее разработки, указание путей разработки. 2.Технологическая часть. 2.1. Характеристика целевого продукта: 3

Наименование, номера ГОСТ, ОСТ, ТУ, назначение, описание внешнего вида и физико-химических свойств, требования упаковке, маркировке, транспортированию, хранению. 2.2. Характеристика исходного сырья и материалов: Данные, регламентирующие требования к качеству сырья, материалов, полупродуктов, применяемых в данном производстве. 2.3. Технологическая схема производства целевого продукта: Последовательность (в виде схемы) выполнения операций технологического процесса с указанием основных материальных коммуникаций (поступление сырья, химикатов, получение промежуточных продуктов), мест образования отходов, сточных вод, выбросов в атмосферу, систем очистки и утилизации. 2.4. Физико-химические и другие изменения в сырье в процессе производства целевого продукта: Уравнения химических реакций, протекающих на различных стадиях технологического процесса, описание условий протекания реакций. 2.5. Аппаратурная схема и спецификация оборудования: Чертеж аппаратурной схемы производства и спецификация оборудования, закрепленного за данным производством. Примечание: В технологических процессах с большим числом единиц применяемого оборудования и приборов аппаратурные схемы допускается вычерчивать отдельно для каждой стадии, не разрывая индексацию. Оборудование и приборы изображаются и нумеруются в строгой последовательности по ходу технологического процесса. На чертеже должны быть изображены материальные трубопроводы и другие виды трубопроводов, предохранительные устройства. Места подачи в аппарат пара, ох4

лаждающей воды, сжатого воздуха и т.п. должны быть обозначены условными знаками. На чертеже над основной записью допускается приводить перечень оборудования и приборов, изображенных на чертеже в виде таблицы: оборудование

наименование

количество

примечание

2.6. Описание технологического процесса: Проводится последовательно по стадиям в точном соответствии с технологической и аппаратурной схемами производства. В тексте приводятся все необходимые данные для обеспечения процесса и безопасности работы, описание основных и побочных реакций, тепловых эффектов, температур, давления, скоростей, типов катализаторов, рецептур и прочих показателей. 2.7. Материальный баланс: Составляется на единицу выработанного продукта (кг, т), сопровождается расчетом количеств веществ, поступающих в производство на различных его стадиях (приход), и веществ, получаемых на соответствующих стадиях (расход). Данные материального баланса сводятся в итоговую таблицу. 2.8. Тепловой баланс: Содержит сведения о теплоте, поступающей в данный процесс, если в нем нет превращений ее в другой вид энергии и о теплоте, выделяющейся в процессе. Данные теплового баланса сводятся в итоговую таблицу. 2.9. Контроль производства и управления технологическим процессом: Сведения о контролируемых параметрах производства, способы осуществления контроля, перечень аппаратуры, применяемой для осуществления контроля, места располо-

жения контролирующей аппаратуры на технологической схеме. 3. Список использованной литературы: Перечень литературных источников, имеющих отношение к теме курсовой работы. Порядок оформления источника в списке должен соответствовать требованиям действующих стандартов в библиографии. Материальный баланс Материальный баланс любого технологического процесса или части его составляется на основе закона сохранения массы вещества:

∑m

исх =

где

∑m

m кон

(1)

исх - суммарная масса исходных веществ процесса (цикла);

∑m

кон - суммарная масса конечных продуктов процесса.

Уравнение (1) называют уравнением материального баланса. Если в какой-либо аппарат и технологический узел поступает m

A

кг вещества А, m

кг вещества В и в результате

B

химической переработки получается m C кг продукта С, m D кг продукта D , и если в конечных продуктах остает/

/

ся часть начальных веществ А (m A кг) и В (m B кг), то при этом должно сохраниться равенство: mA +m B

5

∑

+ ……..= 6

/

/

(1a) m C + m D +……..+ m A + m B +…….+∆m, где ∆m – производственные потери продукта. Результаты расчетов обычно сводят в таблицу материального баланса по массе исходных веществ и продуктов реакции и выражают в кг (или в процентах), см. таблицу 2. Иногда таблицу сопровождают диаграммой. Материальный баланс обычно составляется на единицу выработанного продукта (кг, т), по данным аналитической и материальной отчетности и служит основой для составления теплового и экономического балансов. Поэтому он составляется первым и является обязательным для любого химико-технологического процесса. Пример 1. Составить материальный баланс печи КС200 для обжига колчедана в кипящем слое. Исходные данные. Производительность печи (в расчете на 45%-ный колчедан) – 200 000 кг/сут. Используемое сырье – флотационные хвосты с содержанием 42,4% S (в расчете на сухой колчедан). Таблица 1 Влажность колчедана (в %)

3

Влажность воздуха (в %)

75,0

Поступает воздуха влажностью 75% (в кг/ч)

25307

Концентрация

SO2

Концентрация

SO3 ( в объемных %)

в сухом обжиговом газе (в объемных %)

13,6 0,1

Выход огарка ( в кг/кг )

0,738

Содержание серы в огарке (в %)

0,7

Количество паров воды в обжиговом газе (в кг/ч)

365

Концентрация кислорода в обжиговом газе (в объемных %)

2,87

Количество пыли, уносимой газом, от общего количества огарка (в %)

7

90

Решение. Расход сухого колчедана (в расчете на содержание 45% S в колчедане): 200000 * 45 РСК= =212000 (кг/сут, или 8844 кг/ч) 42,4 Расход влажного колчедана: РСК *100 8844 *100 = РВК= =9118 (кг/ч) 100 − WКОЛ 100 − 3 Влага колчедана: Вл. КОЛ =РВК-РСК=9118-8844=274 (кг/ч) Количество серы в колчедане: РСК * СS 8844 * 42,4 m SK = = 3750 (кг/ч) = 100 100 Суммарный выход огарка и пыли рассчитываем, исходя из предположения, что в условиях кипящего слоя образование огарка можно описать схемой: + O2 Fe 2 O 3 2FeS 2 − SO2 В этом случае выход огарка из 1 кг колчедана по условию равен 0,738 кг/кг, отсюда суммарный выход:

=РСК*0,738=8844*0,738=6527 (кг/ч) η ОГАРКА Потери серы с огарком: ηогарка * ССО 6527 * 0,7 = = 46 (кг/ч) Пот S = 100 100 Выгорает серы (с образованием окислов SO2 и SO3): m SK -пот S =3750-46=3704 (кг/ч) Образовалось окислов SO 2 и SO 3 ( по объему): 3704 * 22,4 = 2530 (нм3/ч) 32,1

8

образовалось окисла SO 3 : 2530 * 0,1 = 18,5 (нм3/ч) по объему: 13,6 + 0,1 18,5 * 80,1 по массе: = 66 (кг/ч) 22,4 В этом количестве ангидрида (SO3) содержится серы: 18,5 * 32,066 = 26 (кг/ч) 22,4 Использовано серы на образование окисла SO 2 : 3750-(46+26)=3678 (кг/ч) Образовалось окисла SO 2 : 3678 * 64,1 7344 ≈ 7348 (кг/ч), или ≈ 2510 (нм3/ч) 32,1 2,93 где 2,93 – плотность SO 2 в кг/м 3 . Объем полученного сухого обжигового газа : 2510 *100 ≈ 18466 (нм3/ч) 13,6 Количество кислорода в обжиговом газе (при концентрации его – 2,87 %): 18466 * 2,87 = 530 (нм3/ч), или 530*1,43=757 (кг/ч) 100 где 1,43 – плотность О 2 кг/м3. Объем азота в обжиговом газе: 18466-(2510+18,5+530)=15406 (нм3/ч) или 15406*1,25=19362 (кг/ч) где 1,25 – плотность атмосферного азота ( кг\м3). Расход сухого воздуха при обжиге: 9

15406 *100 = 19502 (нм3) 100 − 21 или 19502*1,29=25216 (кг/ч) 3

где 1,29 – плотность сухого воздуха (кг/м ). Общее количество обжигового газа с учетом паров воды в газе (365 кг/ч): 7348+66+757+19362+365=27898 (кг/ч) Количество огарковой пыли, уносимой газом, если по условию задачи вынос составляет 90% от веса огарка: 6527*0,9=5874 (кг/ч) Отсюда масса крупного огарка составляет: 6527-5874=653 (кг/ч) Полученные расчетом данные сводим в таблицу материального баланса. Таблица 2 Расход Статья прихода

Количество кг/ч

Колчедан влажный: Колчедан сухой Влага колчедана

8844 274

Итого Воздух влажный

9118 25307

Итого

34425

Приход Статья расхода Обжиговый газ: Серный ангидрид Сернистый « Кислород Азот Пары воды Итого Огарок: Пыль, уносимая с газом Крупный огарок

Количество кг/ч 66 7348 757 19362 365 27898 58874

Итого

653 6527

Итого

34425

Пример 2. Составить таблицу материального баланса контактного отделения производства серной кислоты Н2SO4 на

10

1 т обжигаемого колчедана на основании следующих данных: Компоненты Сернистый гидрид Кислород азот

ан-

Состав (в объемных %) 7,1

кг 749,4

нм 262,2

11,0 81,9

579,6 3782,0

406 3024

3

Степень контактирования – 98 %. Результаты расчетов выразить в кг и нм3 Решение. При обжиге 1 т колчедана получается серного ангидрида: 749,4 * 80 * 0,98 ≈ 919 (кг) 64 или 919 * 22,4 ≈ 257,5 (нм3) 80 где 80 и 64 – молекулярные массы соответственно окислов

SO 3 и SO 2 . Расход кислорода на окисление SO 2 : 749 * 32 * 0,5 * 0,98 ≈ 183,6 (кг), или 128,8 нм3. 64 Остается в газе сернистого ангидрида: 749,4*0,02=15 (кг), или 5,25 нм3, кислорода: 579,6-183,6=396 (кг), или 277,2 нм3. Данные задачи и полученные расчетом сводим в таблицу 3. Пример 3. Рассчитать расход серной кислоты, выход камерного и складского суперфосфата. Составить материальный баланс процесса переработки 1 т апатитового концентрата в суперфосфат, исходя из следующих данных.

11

Таблица 3 Материальный баланс контактного отделения Приход Статья прихода Кол-во кг нм3 сернистый ангид- 749,4 262,2 рид кислород 579,6 406,0 азот 3782,0 3024,0 Всего

5112

-

Расход Статья расхода Кол-во кг нм3 Серный ангидрид 919 257,5 Сернистый « кислород азот Всего

15 396 3782,0 5112

5,25 277,2 3024,0 -

Норма моногидрата серной кислоты Н2SO4- 68 весовых частей на 100 весовых частей апатита; концентрация серной кислоты – 69%; концентрация исходной башенной кислоты – 75%; камерный суперфосфат содержит 20,15% ангидрида РО 5; содержание Р 2 О 5 , а вызревший на складе – 20,3% Р 2 О 5 ; содержание Р 2 О 5 в апатитовом концентрате – 39,4%. Решение. Приход Количество потребной башенной кислоты (75%-ной): 680 * 100 = 906 (кг) 75 Расход 69%-ной серной кислоты: 680 * 100 ≈ 986 (кг) 69 Расход воды на разбавление башенной кислоты: 986-906=80 (кг) Общее количество введенных веществ: 12

1000+906+80=1986 (кг). Расход Получено камерного суперфосфата: 394 *100 = 1956 (кг) 20,15 Количество газов и паров, выделившихся в смесителе и в камере: 1986-1956=30 (кг). Получено готового складского суперфосфата: 394 *100 = 1940,8 (кг) 20,3 Выделилось паров воды на складе: 1956-1940,8=15,2 (кг) Составляем материальный баланс производства суперфосфата на 1000 кг апатитового концентрата: Таблица 4 Приход Статья прихода Количество, кг Апатит 1000 75%-ная серная кислота Вода

Всего

Расход Статья расхода Количество, кг Складской су- 1940,8 перфосфат

906 80

1986

Газы и пары, выделившиеся в камере и смесителе

30

Пары воды, выделившиеся на складе Всего

15,2 1986

Пример 4. Рассчитать материальный баланс печи для обжига колчедана КС-450.

Исходные данные для расчета: -производительность печи (100% Н 2 SO 4 ) G H 2 SO4 , т/ч………………………………………....20,833 -степень использования серы β …………………...0,885 -расход сухого колчедана (45% S) на 1 т Н 2 SO 4 α , т………………………………………………….…..0,82 -содержание, в %: серы в колчедане С S ………………………………..……41 влаги в колчедане С ВЛ …………………………………..6 серы в огарке С Sоогарк …………………….……………....1 SO 2 в сухом обжиговом газе С SO2 ……………..……14,5 SO 3 в сухом обжиговом газе С SO3 …………..….….…0,1 -температура, OC : колчедана t КОЛ ………..........................................................20 воздуха t ВОЗ …………………………………………...…….20 обжигового газа на выходе из печи t И …………...……850 огарка t ОГ ……………………………………………...…..850 • относительная влажность воздуха φ, %..............…50 Расчет: Общее содержание серы в колчедане:

GS=

13

MS *GH2SO4 *1000 MH2SO4

=

32,06*20,833*1000 = 7695 кг/ч 98,08*0,885 14

Количество сухого колчедана:

GS * 100 7695*100 G КОЛ = = =18768 кг/ч CS 41 Количество влаги в колчедане: 18768 * 6 G С GВЛ = КОЛЧ ВЛ = = 1198 кг/ч 100 − СВЛ 100 − 6 Количество огарка: G ОГ = 160 − СS 160 − 41 GКОЛЧ = 18768 = 0,748 *18768 = 14038 160 − CS ( ОГ ) 160 − 1 кг/ч. Количество серы в огарке: G С 14038 * 1 = 140 кг/ч. GS (ОГ ) = ОГ S ( ОГ ) = 100 100 Потери серы с огарком: GS ( ОГ )100 140 *100 = = 1,82%. GS 7695 Количество выгоревшей серы: G S -G S (ОГ ) =7695-140=7555 кг/ч.

Общий объем SO 2 +SO 3 : (G − GS ( ОГ ) ) * 22,4 7555 * 22,4 V ( SO2 + SO3 ) = S = = 5279 кг/м 3 MS 32,06

V( SO2 +SO3 ) CSO2 V SO 2 =

CSO2 + CSO3

=

5279 *14,5 = 5243 кг/м 3 14,5 + 0,1

Объем SO 3 : V SO3 =V ( SO2 + SO3 ) -V SO2 =5279-5243=36 кг/м 3 Концентрация кислорода в обжиговом газе определяется по формуле: n * (m − 1) n * (m − 0,5) С O 2 =n-[m] C SO2 -[ m+0,5 ] C SO3 , 100 100 где n- содержание кислорода в воздухе, n=21%; m- стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу молекул диоксида серы, по балансовому уравнению 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3; где m=11:8=1,375; 21 * (1,375 − 1) C O2 =21-[1,375]14,5100 21 * (1,375 − 0,5) ] 0,1=2,06%. [1,375+0,5 100 Объем сухого обжигового газа:

VSO 2 100 VГ=

C SO 2

=

5243 * 100 = 36159 м3/ч. 14;5

Объем кислорода в обжиговом газе:

VГ СО2

36159 * 2057 =744 м3/ч. 100 100 Объем азота в обжиговом газе: V O2 =

Объем SO 2 :

=

V N 2 =V Г -(V SO 2 +V SO3 +V O 2 )=

15

16

36159 - (5243+36+744) = 30314 м3/ч. Объем сухого воздуха, поступающего на обжиг колчедана (воздух содержит 79% N 2 ):

VN 2 100 VB =

CN 2

G'=G КОЛ С =

30316 *100 3 =38147 м /ч. 79 Таблица 5

Материальный баланс печи КС-450 Приход Колчедан Влага колчедана Сухой воздух

Всего

Кол-во кг 18768 1198 49400

69724

F=(πD²)/4=24G'/I, где F- поверхность пода печи, м²; G'-количество сухого колчедана (45% S), сжигаемого в печи, определяют по формуле

Расход

м3

38147

Огарок Обжиговый газ: SO2 SO3 O2 N2 H2O Всего

38592

Кол-во кг м3 14038 15337 129 1063 37600 1556 69724

5243 36 744 30136 1936 38095

Расчет основных показателей печи КС-450 Высота кипящего слоя печи КС в спокойном состоянии

Н 0, м ………………………………………………………....1,0 Интенсивность работы печи l, кг/(м 2 *сут)…………………………………………….10000 Количество сжигаемого сухого колчедана, содержащего 41 % S, G КОЛ , кг/ч………………………………………………..18768 Температура газа, ºС: на входе в котел-утилизатор t ВХ …………………………...850 на выходе из котла-утилизатора t ВЫХ ……………………..450 3

Теплоемкость обжигового газа с Г , кДж/м …...…………1,43 Диаметр печи определяем исходя из уравнения 17

D=

S

/45= 18768*41/45= 17100 кг/ч,

4 * 24G/ 4 * 24*17100 = =7,3 м πI 3,14*10000

Количество теплоты, используемой в котле-утилизаторе (если потери теплоты в нем составляют 1 %), определяют по уравнению Q К = V С Г (t ВХ -t ВЫХ )0,99= 38095*1,43 (850-450)0,09= 21 500 000 кДж\ч. Общее количество используемой теплоты (в печи КС и в котле-утилизаторе) составляет [учитывая, что Q П =46437000 кДж\ч (см. тепловой баланс)]. Q ОБЩ =Q П +Q К =46437000+21500000=67937000 кДж/ч Количество получаемого пара: П=Q ОБЩ /q=67937000/2790=24400 кг/ч Где q- энтальпия пара при 4 Мпа, q=2790 кДж/кг Количество получаемого пара в пересчете на 1 т Н 2 SO 4 П=24400/20,833=1167 кг/т Н 2 SO 4 , или 1,17 т/т Н

2

SO 4 .

Мощность устанавливаемых на заводах печей возрастает из года в год. Их производительность достигает уже 1000 т/сут. Методика приведенных расчетов применима независимо от мощности печи. Сжигание серы происходит проще и легче, чем обжиг колчедана, и протекает по реакции 18

Q1=M S CS *t,

S (т) + О 2 → SO 2 + 296 кДж Тепловой баланс

В основе уравнения теплового баланса химикотехнологического процесса лежит закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты, поступающей в данный процесс (ΣQ'), если в последнем нет превращений ее в другой вид энергии, равно количеству теплоты, выделяющейся в процессе (ΣQ''): ΣQ'=ΣQ'' (2) ΣQ'-ΣQ''=0 (2а) В уравнение теплового баланса (2) химикотехнологического процесса входит несколько величин. В приход: а) теплота, вносимая входящими в аппарат веществами, Q1; б) теплота экзотермических процессов, протекающих в данном аппарате, -Q2; в)теплота, вносимая за счет подогрева извне, - Q3. В расход: г) теплота, уносимая выходящими из аппарата продуктами, Q4; д) потери теплоты в окружающую среду, - Q5; е) теплота эндотермических процессов, протекающих в аппарате, - Q6. Таким образом, уравнение теплового баланса (2) принимает вид: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (2б) Подсчет каждой из указанных величин является одной из главных задач расчета теплового баланса химикотехнологического процесса. А) Q1- теплота, вносимая входящими в аппарат веществами, подсчитывается по уравнению: 19

(3)

где М S - количество веществ, входящих в процесс ( в кг, м3, молях), берут из данных материального баланса. Если значение М S для газов берется в объемных единицах, то объем газа нужно обязательно привести к нормальным условиям;

CS -средняя CS

теплоемкость исходных веществ. Величину

берут из приложений 4 и 5; t- температура исходных

веществ при поступлении в процесс. Величина

CS

должна

быть взята или подсчитана в соответствии с величиной М S берут в кг, то

CS

следует брать в кдж\кг и т.п.

В случае подсчета величины Q 1 для системы, состоящей из нескольких компонентов, формула (3) примет вид: Q 1=М S *t (m 1 c 1 +m 2 c 2 +m 3 c 3 +

(3a)

Пример 5. Определить количество теплоты Q 1 в кдж, которое несут с собой 200 м3 газа (приведенных к н.у.), состоя-

щего из 25% N 2 и 75% Н 2 при 400ºС, если средняя объемная теплоемкость N 2 и Н 2 при этой температуре составляет: 29,2 с H2 = ≈ 1,30 (кДж/м3), а 22,4 20

29,6 =1,32 (кДж/м3) (см. приложение 4). 22,4 Решение. Подставляя имеющиеся данные в уравнение (3а), получим: с N2 =

Q 1=200*400*(0,25*1,32+0,75*1,30)=104400 (кдж) Б) Q 2 - теплота химических и физических превращений, протекающих в данном процессе. При подсчете Q 2 необходимо знать и ясно представлять химические реакции и превращения реагирующих веществ из одного агрегатного состояния в другое. Значение тепловых эффектов реакций, теплоты растворения, испарения берутся из соответствующих таблиц и справочников. Положительные значения величин следует относить к приходу тепла, отрицательные – к расходу. В) Q3-теплота, подающаяся к аппарату извне, через его стенки (подогрев аппарата горячими газами, сжигание под ним топлива, электроподогрев и т.п.). Эта величина подсчитывается в зависимости от конкретных условий. Г)Q4- теплота, уносимая уходящими из аппарата продуктами, подсчитывается точно так же, как и количество теплоты Q1. Д) Q5-тепловые потери в окружающую среду, которые вызываются теплопроводностью стенок аппарата, переходом тепловой энергии в лучистую, конвекцией; подсчитываются по разности приходной и расходной части баланса. Тепловой баланс, так же как и материальный, состоит их двух частей: прихода и расхода, выражается в форме таблицы или диаграммы. Пример 6. Составить тепловой баланс обжига 1 т влажного колчедана на основе материального баланса (таблица 6) и приведенных ниже данных:

21

Теплоемкость колчедана –0,13, огарка –0,25 ккал/кг*град; теплоемкость водяного пара –0,36, воздуха – 0,31 ккал/м3*град; средняя теплоемкость обжигового газа 0,342 ккал/м3*град; теплопотери печи принимаем равными 25% от прихода тепла; теплота обжига колчедана равна 1285000 ккал. Температура колчедана и воздуха равна 20 ºС, огарка -550 ºС, обжигового газа -680 ºС. Степень контактирования – 98%. Результаты расчетов выразить в кг и нм3. Таблица 6. Приход Статья прихода Сухой колчедан Влага с колчеданом Сухой воздух Влага с воздухом Всего

Количество кг нм3 960 40 3806 28

2950 34,6

4834

-

Расход Статья расхода Огарок Печной газ В том числе: Сернистый газ Серный ангидрид Кислород Азот Вода Всего

Количество кг нм3 705 780 50 316 2920 68 4839*

270 14 221 2335 85 -

*Превышение расхода над приходом (5 кг) объясняется округлениями цифр при расчетах. Решение.

Приход теплоты 1) Теплота, вносимая сухим колчеданом: Q1=1000*0,96*0,13*20 ≈ 2500 (ккал) 2).Теплота, поступающая с сухим воздухом: Q 2 =2950*0,31*20 ≈ 18250 (ккал). 3).Теплота, поступающая с влагой колчедана: Q3=40*1*20*=800 (ккал). 4).Теплота, поступающая с влагой воздуха: Q4=34,6*0,36*20=249 (ккал). 22

5).Теплота обжига (Q5) по условию задачи равна 1285000 ккал. Общий приход теплоты: 2500+18250+800+249+1285000=1306799 (ккал) Расход теплоты 1) Теплота, уносимая с огарком при 550 ºС: Q6=705*0,25*550=96900 (ккал). 2) Теплота, уносимая с обжиговым газом: Q7=(270+14+221+2335)*0,342*680=660000 (ккал). 3) Теплопотери печи по условию задачи 25% от прихода теплоты: Q8=1306795.0,25=327000 (ккал) 4) Расход теплоты по вычисленным статьям составляет: Q9=Q6+Q7+Q8; Q9=96900+660000+327000=1083900 (ккал). 5) Количество теплоты, которое надо отвести из печи с воздухом, охлаждающим вал: Q10=1306799-1083900=222899 (ккал). Составляем тепловой баланс обжига 1 т влажного колчедана. Таблица 7 Приход Статья прихода С сухим колчеданом С сухим воздухом С влагой колчедана С влагой воздуха От обжига колчедана Всего

Количество ккал 2500 18250 800

Расход Статья расхода С огарком С обжиговым газом Теплопотери С охлаждающим воздухом

Количество ккал 96900 660000 327000 222899

249 128500 1306799

Всего

23

1306799

Серы в огарке (Cs(ог))

20

25,10

0,630

0,84

41

6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10

1,0 1,2 1,4 1,6 1,0 1,2 1,4 1,6 1,0 1,2 1,4 1,6 1,0 1,2 1,4 1,6 1,0 1,2 1,4 1,6

12,0 13,0 13,2 13,4 13,6 13,8 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 14,5 14,6 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 14,0

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

14,3

0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,173 0,174 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,13 0,14

0,36 0,37 0,38 0,39 0,40 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40

N2

0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31

0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342

0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342 0,342

0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34

0,341 0,342 0,342 0,341 0,341 0,341 0,341 0,342 0,342 0,341 0,341 0,341 0,341 0,342 0,342 0,341 0,341 0,341 0,341 0,341

25

30 31 32 33 34 35 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 30

1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000 1285000

78 79 80 81 78 79 80 81 78 79 80 81 78 79 80 81 78 79 80 81

50 51 52 53 50 51 52 53 50 51 52 53 50 51 52 53 50 51 52 53

Температура,0С колчедана

O2

воздуха

огарка

колчедана 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Теплоемкость Ккал/м3град SO2 SO3

Ккал/кг град

Теплота обжига колчедана , ккал

Вариант

Теплопотери, %

ЗАДАНИЕ по теме «Расчет теплового баланса»

19 20 21 22 19 20 21 22 19 20 21 22 19 20 21 22 19 20 21 22

21 22 23 24 25 26 27 28 20 19 21 22 23 24 25 26 27 28 29 21

15 16 17 18 19 20 21 22 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 16

550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550 550

обжигового газа

Влаги в колчедане (Cвл)

35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 30 31 38

N2(CN2)

Серы в колчедане (Cs)

0,79 0,79 0,81 0,82 0,83 0,84 0,79 0,81 0,82 0,83 0,84 0,79 0,81 0,82 0,84 0,78 0,79 0,82 0,81

огарка

Расход сухого колчедана, т (β)

0,815 0,910 0,765 0,750 0,630 0,815 0,910 0,765 0,883 0,885 0,885 0,885 0,885 0,815 0,910 0,765 0,750 0,630 0,970

воздуха

Степень использования серы, т (β)

20,88 21,16 22,00 25,10 19,60 18,38 20,91 21,16 22,00 25,10 19,60 15,00 20,10 21,30 24,00 20,00 21,60 22,00 20,82

SO3 в сухом обжиговом газе(C SO3)

Производительность печи, т/ч (G H2SO4)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

SO2 в сухом обжиговом газе (C SO2)

Вариант

O2 (n)

Содержание в воздухе,%

Содержание,%

Относительная влажность воздуха,% (φ)

ЗАДАНИЕ по теме «Расчет материального баланса»

680 670 660 650 640 700 690 680 710 700 690 680 670 660 760 680 680 680 680 680

Приложение 1 Плотность некоторых веществ

сернистый газ

2,93/1,46

воздух

1,29/0,86

сероводород

1,54/0,96

кислород

1,43/1,14

углекислый газ

1,98/1,19

водород

0,99/0,07

хлор

3,21/1,47

7

Азот

N

14,00

25

Mn 54,9

13

Алюминий Аргон

Al

26,98

29

Ar

39,95

42

Барий Бор Бром Ванадий Висмут Водород Вольфрам Гелий Железо Иод

Ba В Br V Bi Н W

137,34 10,81 79,90 50,94 208,98 1,008 183,85

33 11 28 50 78 80 82

He Fe I

4,003 55,85 126,90

16 47 38

Калий Кальций Кислород Кобальт Кремний Литий Магний

K Са О

39,10 40,08 16,00

Со Si Li Mg

58,93 28,09 6,94 24,31

18 56 5 35 23 83 1 74 2 26 53 19 20 8 27 14 3 12

27

Марганец Медь

Cu

Атомная масса

Символ

0,77/ 0,66

Название элемента

Прядковый номер (заряд ядра)

аммиак

Название элемента

Атомная масса

Наименование Плотность вещества 1.Твердые тела, кг/м3 Алюминий 2700 Огнеупоры 1900-2900 Медь 8960 Бетон 2300 Чугун 7500 Древесный уголь 500-800 Сталь 7850 Апатит 3190 Колчедан 5000 Стекло оконное 2500 Известняк 2650 Стекло органиче- 1200 ское Песок 1500 Полиэтилен 900 Глина(каолин) 2200 Пенопласт 20 Каменный уголь 1350 Пробка 200 Кокс 1250 Платина 21450 2. Жидкости, кг/м3 Вода (40С) 1000 Толуол 870 Нефть 800 Ртуть(00С) 13600 Бензин 700 Спирт этиловый 800 Керосин 800 Глицерин 1260 Бензол 880 Эфир 720 3. Газы, кг/м3 при н.у. Плотность сжиженного газа, кг / л азот 1,25/ окись углерода 1,25/0,8 0,81

Символ

Плотность

Прядковый номер (заряд ядра)

Наименование вещества

Приложение 2 Атомные массы некоторых элементов

63,55

Молибден Мышьяк Натрий Никель Олово Платина Ртуть Свинец

Mo 95,94 As Na Ni Sn Pt Hg Pb

74,92 22,99 58,71 118,69 195,09 200,59 207,19

S Ag Sr

32,06 107,87 87,62

6 15 9

Сера Серебро Стронций Углерод Фосфор Фтор

С Р F

12,01 30,97 19,00

17 24 30 34

Хлор Хром Цинк Селен

Cl Cr Zn Se

35,45 52,00 65,37 78,96

Приложение 3 Мольный объем некоторых газов Наименование газа

Объем, м3/кмоль

Наименование газа

Объем, м3/кмоль

Азот

22,40

Окись азота

22,39

Аммиак

22,09

Кислород

22,39

Аргон

22,40

Метан

22,37

Ацетилен

22,14

Окись углерода

22,40

Воздух

22,40

Сернистый газ

21,89

Водород

22,43

Сероводород

22,16

Водяные пары

22,12

Углекислый газ

22,26

Двуокись азота

22,37

Хлор

22,37

Приложение 4 Средняя теплоемкость некоторых газов от 0 до 1100 0С при нормальном давлении Температура, о

С

0 100 200 30,0300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Значение средней молекулярной теплоемкости, кДж/кмоль град H2 O2 N2 CO2 CH4 H2O NH3 NO SO2 возH2S дух 28.8 29.3 28.4 37.7 33.4 32.5 34.7 28.5 41,2 28,6 29.0 29.6 28.7 39.2 36.6 33.2 36.2 29.0 42,4 29,0 29.1 30.1 29.0 40.6 39.8 33.8 37.8 29.5 43,5 29,3 29.15 30.5 29.4 41.9 42.0 34.5 39.4 29.9 44,7 29,7 29.2 30.9 29.6 43.2 45.5 35.1 40.8 30.3 45,8 30,0 29.3 31.3 30.0 44.4 48.3 35.6 42.3 30.6 46,6 30,3 29.4 31.8 30.3 45.5 50.9 36.0 43.7 31,0 47,5 30,6 29.5 32.0 30.6 46.5 53.5 36.6 45.1 31,3 48,5 30,9 29.6 32.3 30.8 47.5 55.8 37.5 46.4 31,6 49,3 31,2 29.7 32.7 31.1 48.5 58.1 38.0 47.6 31,9 50,0 31,4 29.8 33.0 31.4 49.3 60.2 38.6 48.8 32,2 50,6 31,7 29.9 33.4 31.6 50.1 62.4 39.1 32,5 50,9 31,9

28

Приложение 5 Средняя теплоемкость некоторых газов (м3 газа, приведенного к нормальным условиям) от 0 до 1000 0С Теплоемкость, ккал/м3 град Сухой O2 CO2 H2O воздух (пар)

Температура, 0 0С

N2

0 100 300 500 700 800 900 1000

0,310 0,311 0,312 0,318 0,324 0,327 0,330 0,333

0,312 0,315 0,324 0,335 0,347 0,350 0,354 0,356

0,356 0,359 0,367 0,378 0,390 0,397 0,403 0,409

0,311 0,312 0,315 0,321 0,328 0,331 0,334 0,337

0,387 0,411 0,449 0,479 0,503 0,514 0,523 0,532

SO2

0,414 0,433 0,467 0,494 0,514 0,521 0,529 0,531

Приложение 6 Средняя теплоемкость некоторых газов, ккал/моль град, при Р=1 атм Температура, 00С

Азот

Водород

Кислород

Воздух

Аммиак

Окись азота

100 300 500 600 800 900 1000

6,85 7,01 7,15 7,22 7,35 7,41 7,74

6,93 6,96 7,00 7,02 7,06 7,09 7,12

7,07 7,28 7,47 7,56 7,72 7,79 7,86

6,88 6,95 7,02 7,06 7,13 7,18 7,22

8,95 9,72 10,45 10,80 11,45 11,76 12,06

6,97 7,17 7,34 7,43 7,58 7,65 7,72

29

Список использованных источников 1. Основы химической технологии/ Под ред. проф. И.П. Мухленова.- М.: Высшая школа, 1991.- 463 с. 2. Соколов Р.С. Химическая технология. Том 1.- М.: Владос, 2000.- 363 с 3. Соколов Р.С. Химическая технология. Том 2.- М.: Владос, 2000.- 442 с 4. Общая химическая технология. Часть 1/ Под ред. проф. И.П. Мухленова.- М.: Высшая школа, 977.- 285с. 5. Общая химическая технология. Часть 2/ Под ред. проф. И.П. Мухленова.- М.: Высшая школа, 1977.-261с. 6. Решетников П.А., Н.Я. Логинов. Сборник примеров и задач по основам химической технологии.- М.: Просвещение, 1973.- 207с. Содержание Содержание курсовой работы…………………………….. Материальный баланс…………………………………….. Тепловой баланс…………………………………………... Задание по теме «Расчет материального баланса»……... Задание по теме «Расчет теплового баланса»…………... Приложение 1. Плотность некоторых веществ…………. Приложение 2. Атомные массы некоторых элементов… Приложение 3. Мольный объем некоторых газов……… Приложение 4. Средняя теплоемкость некоторых газов от 0 до 1100 0С при нормальном давлении……………… Приложение 5. Средняя теплоемкость некоторых газов (м3 газа, приведенного к нормальным условиям) от 0 до 1000 0С……………………………………………………... Приложение 6. Средняя теплоемкость некоторых газов, ккал/моль град, при Р=1 атм………………………………… Список использованных источников…………………….

30

3 6 19 24 25 26 27 28 29 30 30 30