РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Дня расчета материального баланса должны быть заданы исходные данные:

В¹ - производительность либо по массе сжигаемого колчедана в т/год, либо по массе продукта из рекуперационной серы (серной кислоты какой-либо заданной концентрации или олеума), т/год,

α - массовая доля использования серы, %;

С ^колч. - массовая доля влаги в колчедане, %;

С_s^{сух.колч.} - массовая доля серы в сжигаемом колчедане на сухую массу, %;

С_s^огар. - массовая доля серы в огарке, %;

C - массовая доля SO₃ в сухом обжигаемом газе, %;

t^возд. - температура воздуха, подаваемого на сжигание, °С;

t^колч. - температура колчедана, подаваемого на сжигание, °С;

φ - относительная влажность воздуха, об.д., %;

t^об.газ.- температура обжигового газа на выходе из печи, °С;

t^огар. - температура огарка на выходе из печи, °С.

Сера в колчедане содержится в виде пирита. Уравнение для процессов горения FeS₂ до SО₂ и суммарное уравнение превращения FeS₂ в SO₃:

4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (2.1)

4∙120 11·32 2·160 8·64

4FeS₂ + 15O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₃ (2.2)

4·120 15·32 2·160 8·80

Вначале рассчитывается масса серы G_s^прод. в серной кислоте или олеуме

а) в разбавленной серной кислоте:

G_s^прод. = ; (2.3)

б) в олеуме

G_s^прод. = ; (2.4)

где - массовая доля серной кислоты, %;

- массовая доля SO₃ в олеуме, %;

32 - относительная атомная масса серы;

98 - относительная молекулярная масса серной кислоты;

80 - относительная молекулярная масса SO₃.

Масса серы в перерабатываемом колчедане определяется с учетом степени, использования серы:

G_s^колч. = ; (2.5)

Далее рассчитывается расход колчедана:

В¹ = ; (2.6)

На эту массу колчедана и производится расчет отдельных статей материального баланса; результаты сводятся в табл. 2.1.

Зачастую не весь пирит успевает сгореть в печи обжига, часть его переходит в огарок. Обычно количество несгоревшего пирита, бывает задано содержанием серы в огарке C_s^oгap. и для того, чтобы рассчитать массу сгоревшего пирита следует составить уравнение материального баланса по сере:

G_s^колч. = G^огар. + G + G ; (2.7)

где G_s^колч. ; G^огар. ; G ; G - масса серы в колчедане, огарке, SО₂ и SO₃ соответственно.

Массовый расход серы в колчедане G_s^колч. определяется по уравнениям (2.3); (2.4) и (2.5).

Массовый расход серы в огарке определяется по уравнению:

G_s = ; (2.8)

Огарок состоит из инертных примесей, поступающих с исходным колчеданом (G_прим.^колч.), оксида железа (G ^огар.) , получившегося при горении пирита, и несгоревшего пирита (G ^огар.). Масса огарка состоит:

G^огар. = G_прим.^колч. + G ^огар. + G ^огар. ; (2.9)

Масса инертных примесей рассчитывается по уравнению:

G_прим.^колч. = G_{сух.мас.}^колч. - G ^колч.; (2.10)

где: G_прим.^колч - массовый расход инертных примесей в колчедане, кг/ч;

G_{сух.мас.}^колч.- массовый расход сухого колчедана, кг/ч;

G ^колч. - массовый расход пирита в колчедане, кг/ч.

Массовый расход G_{сух.мас.}^колч и G ^колч. рассчитываются исходя из величины массы серы в колчедане по формулам:

G = ; (2.11)

G = ; (2.12)

Массовый расход воды в колчедане определяется из массы сухого колчедана и его влажности:

= (2.13)

Рассчитанные массовые расходы G ^колч. , G_прим.^колч. и G ^колч. вносятся в табл. 2.1 материального баланса (графа, строки 1,2 и 4), подсчитывается сумма (стр. 7) и мас.д., % компонентов колчедана (графа 4, строки 1,2 и 4).

Массовый расход оксида железа (Fe₂Оз) можно рассчитать по уравнениям (2.1) и (2.2), если известна масса сгоревшего пирита. В рассматриваемом случае массу сгоревшего пирита можно представить как разницу между исходной массой пирита в колчедане G и оставшимся пиритом в огарке G ^огар.:

(2.14)

Тогда массовый расход оксида железа (Fe₂Оз) будет равен:

; (2.15)

Масса огарка рассчитывается по уравнению:

G^огар. = G_прим.^колч. + G + G ^огар. = G_прим.^колч. + . (2.16)

Масса серы в огарке:

G_s^огар. = ; (2.17)

Массовый расход серы в SО₂ и SO₃ равна массе серы в сгоревшем пирите:

= ; (2.18)

Совместив уравнения (2.5); (2.17) и (2.18) можно получить равенство: (2.19)

в котором будет одна неизвестная величина - масса G ^огар.. После определения из этого равенства масса G ^огар., по уравнениям (2.14) и (2.15) рассчитывается масса G ^сгор. и G , величина массы G вносится в табл. 2.1 материального баланса (графа 6, строка 3). В эту же графу 6 переносится из графы 3 величина массы инертных примесей (строка 2) и записывается масса несгоревшего пирита S₂ G ^огар. в строку 1.

Затем подсчитывается суммарная величина массы огарка (строка 9) и массовая доля всех компонентов огарка в процентном выражении.

При горении пирита (уравнения (2.1) и (2.2)) образуются оксиды серы, количество молей которых в 2 раза больше количества молей сгоревшего пирита:

= . (2.20)

Количество молей и :

= ; (2.21)

= . (2.22)

Массы SO₂ и SO₃ рассчитываются умножением количеств молей этих компонентов на их молекулярные массы:

; (2.23)

; (2.24)

и вносятся в графу 8 таблицы материального баланса (строки 7 к 8).

Обжиговый газ состоит из SО₂; SO₃; N₂; O₂ и паров воды. Количество молей обжигового газа :

= (2.25)

Количество молей азота :

= · 0,79 , (2.26)

где _{сух.возд.} - количество молей сухого воздуха, поступившего в печь обжига (оно будет рассчитываться в дальнейшем).

Количество молей кислорода в воздухе:

= · 0,21. (2.27)

Количество молей кислорода в обжиговом газе:

= ; (2.28)

Количество молей паров воды будет равно сумме количества молей воды, поступившего с колчеданом количества молей воды, поступившего с воздухом ^возд.:

= + ; (2.29)

= ; (2.30)

^возд. = ; (2.31)

где C ^возд. – объемная доля водяных паров в воздухе.

= ; (2.32)

где Р_обощ.- давление насьпценных паров в воздухе, Па (выбирается из табл.3 прилож. в зависимости от температуры воздуха);

- относительная влажность воздуха, об.д.;

Р_обж. - давление в печи обжига, обычно принимается равным, 10⁵ Па

_{обж.газ.} = (2.33)

Объединением уравнений (2.25 - 2.33) получается равенство:

(2.34)

из которого можно определить n_{сух.возд.} .Далее по уравнению (2.26) определяется количество молей азота и их масса:

= · 28; (2.35)

По уравнению (2.27) определяется количество молей кислорода в воздухе ^{сух.возд.} а затем рассчитывается его масса по уравнению:

(2.36)

По уравнениям (2.31) и (2.32) определяется количество молей воды в воздухе ^{сух.возд.}, а затем её масса:

; (2.37)

Результаты расчетов по формулам (2.36), (2.37) и (2.38) вносятся в графу 5 табл. 2.1 материального баланса (строки 4, 5 и 6), подсчитывается сумма (строка 9) и рассчитывается массовая доля компонентов.

Масса азота переносится в графу 8 табл. 2.1 материального баланса (строка 5). Расчет числа молей кислорода в обжиговом газе проводится по уравнениям (3.28) и (3.29), а затем определяется их масса по уравнению:

^{обж.газ.} = ^{обж.газ.} · 32; (2.38)

Масса воды в обжиговом газе определяется как сумма её масс, поступающей на горение с колчеданом и воздухом:

^{обж.газ.} = ^колч. + ^возд. (2.39)

Массы недостающих компонентов обжигового газа (азота, кислорода и воды) вносятся в графу 8 табл. 2.1 материального баланса (строки 4, 5 и 6), подсчитывается сумма по графе 8 (строка 9) и содержания компонентов в обжиговом газе (графа 9).

В заключение расчета материального баланса определяются итоговые суммы по приходной и расходной статьям (строка 10) и погрешность баланса, %:

b = , (2.40)

Если погрешность баланса превышает 0,5 %, то расчет повторяется с большей точностью.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Теплоемкость Ср, кДж/(н·м³·град)

Таблица 2

Теплота парообразования r н₂о

Таблица 3

Давление насыщенного водяного пара

Варианты индивидуального задания

Учебное издание

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: