Цех получения "сернистого газа" из "флотохвостов" обогатительных фабрик.

Содержание работы
Стр.
Введение
1.Характеристика химического продукта
2. Методы получения
3. Получение сернистого газа из флотохвостов обогатительных фабрик
3.1. Характеристика основного и вспомогательного сырья
3.2. Физико-химические характеристики основных стадий процесса
3.3. Описание технологической схемы процесса
3.4. Характеристика используемых химических реакторов
3.5. Характеристика отходов, проблемы их обезвреживания
3.6. Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта
3.7. Технологические расчеты
3.7.1. Расчет материального баланса производства
3.7.2. Расчет теплового баланса
3.7.3 Расчет теоретических и практических расходных коэффициентов на основе расчета материального и теплового балансов
Заключение
Литература

Цех получения "сернистого газа" из "флотохвостов" обогатительных фабрик.

Перед хлорирующим обжигом к огарку примешивают до 20% размолотой NaCI В процессе обжига протекает ряд реакций, в результате которых- медь переходит в растворимое соединение СиС12.
Степень извлечения меди из огарка составляет 95—96%.
После этого огарок идет на доменную плавку.
Разработан и ряд более прогрессивных процессов обработки пиритных огарков — путем хлоридовозгонки.
3.6. Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта
Повышение концентрации диоксида и триоксида серы в технологических газах и уменьшение их содержания в отходящих газах; применение давления; циклическая система производства с использованием контактных аппаратов с кипящими слоями прочного термостойкого катализатора; разработка и применение более активных катализаторов, имеющих пониженную температуру зажигания; максимальное использование теплоты реакции на всех стадиях производства для выработки товарного водяного пара.
Все эти направления развития целесообразно применять в комплексе с целью максимальной интенсификации производства, увеличения мощности систем и снижения себестоимости серной кислоты с одновременным улучшением условий труда.
Увеличение мощности аппаратуры при одновременной комплексной автоматизации производства; интенсификация процессов путем применения реакторов кипящего слоя (печи и контактные аппараты КС) и активных катализаторов, а также производства и переработки концентрированного диоксида с использованием кислорода; разработка энерготехнологических систем с максимальным использованием теплоты экзотермических реакций, в том числе циклических и систем под давлением; увеличение степеней превращения на всех стадиях производства для снижения расходных коэффициентов по сырью и уменьшению вредных выбросов; использование сернистых соединений из технологических и отходящих газов, а также жидких отходов других производств; обезвреживание отходящих газов и сточных вод.
3.7. Технологические расчеты
3.7.1. Расчет материального баланса производства
Исходные данные для расчета следующие:
Производительность печи КС 220 тонн стандартного 45%-ного по S колчедана/сутки;
«Флохвасты» содержат:
S - 43,6 % -масс.;
H2O - 4,1 %-масс.;
Относительная влажность воздуха – 65 %.
Концентрация SO2 в «сухом» обжиговом газе – 13,9 % об.
Концентрация SO3 в «сухом» обжиговом газе – 0,15 % об.
Содержание серы в пыли и огарке – 0,45 %-масс.
Среднегодовая температура воздуха - 60С.
Т колчедана – 120С.
Т кипящего слоя – 8550С.
Т газов на выходе из печи – 8300С.
Т огарка на выходе из слоя – 8350С
Расчет материального баланса производства сернистого газа из колчедана осуществляется в две стадии. Это обжиг колчедана, с целью получения сернистого газа и последующей очистки газов от примесей.
Обжиг колчедана
Обжиг флотационного колчедана происходит по уравнению реакции

В материальном балансе обжига колчедана рассчитаем статьи прихода и расхода.
К статьям прихода относятся следующие:
В начале переведем производительность колчедана 220 т/сут в производительность в единицах измерения кг/ч. Рассчитаем по следующей формуле
220 х 1000/24 = 9167 кг/ч,
где 1000 кг – перевод единиц измерения тонн колчедана в килограммы;
24 ч – перевод единиц измерения суток в часы.
Тогда количество сухого колчедана, поступающего на обжиг будет равно
9167 х 0,959 = 8791 кг/ч,
где 0,9595 кг – количество колчедана, не учитывающее 4,1%-масс. Н2О
Так как колчедан влажный рассчитаем количество влаги поступающей с колчеданом по следующей формуле
9167 х 0,041 = 375,8 кг/ч,
где 0,041 кг – перевод заданной 4,1%-масс. влаги на кг.
Рассчитаем объем воздуха, необходимый для горения колчедана. Для того чтобы его рассчитать, определим прежде содержание серы в сухом колчедане, которое необходимо для расчета выхода огарка (β).
Содержание серы в сухом колчедане СSфакт рассчитывается по формуле
СSфакт = 43,6/0,959 = 45,5%,
где 43,6 % -масс. – заданное количество серы в колчедане.
Тогда выход огарка (β) на 1 т сухого колчедана рассчитаем по формуле
,
где СSфакт - фактическое содержание серы в сухом сырье, %;
СSог- содержание серы в огарке, %
Подставим данные в формулу и получим следующие значение выхода огарка
β = (160-43,6)/(160-0,45) = 0,73
Поскольку количество сухого колчедана 3316 кг/ч, то выход огарка β буде равен
0,73 х 9167 = 6692 кг/ч
Рассчитаем количество серы, которое выгорело при обжиге колчедана СSог по следующей формуле
СSвыг = СSфакт – β х СSог
СSвыг = 45,5 – 0,73 х 0,45 = 45,2 % (от массы сухого колчедана)
Рассчитаем расход воздуха на 1 т сухого колчедана Vвозд по формуле
, [4] (3.6.5)
где CSO2- заданная концентрация диоксида серы в обжиговом газе, % (об.);
CSO3- заданная концентрация триоксида серы в обжиговом газе, % (об.);
m - стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу молекул диоксида серы (по уравнению реакции)
Подставим данные в формулу и определим расход воздуха на 1 тонну сухого колчедана
Vвозд = (700/(13,9 + 0,15) + 2,625) х 45,2 = 2371 м3
Поскольку количество сухого колчедана 8791 кг/ч, то Vвозд определим следующим образом
Vвозд = 2371 х 8791/ 1000 = 20843 м3
Поскольку колчедан влажный, то рассчитаем расход воздуха на 1 т влажного колчедана Vвозд
Vвозд = 20843 х 0,959 = 19988 м3
Поскольку количество влажного колчедана 9167 кг/ч, то определим следующим образом
2371 х 9167/ 1000 = 21735 м3
Определим количество кислорода и азота, которые поступают с воздухом по следующим выражениям
VO2 = 21735 х 21 / 100 = 4564 м3 ,
где 21 % - содержание кислорода в воздухе
Переведем единицы измерения VO2 в килограммы по следующему соотношению
VO2 = 4564 х 32 / 22,4 = 6520 кг,
где 32 г/моль – молярная масса кислорода;
22,4 л – молярный объем
VN2 = 21735 x 79 /100 = 17171 м3,
где 79 % - содержание азота в воздухе
Переведем единицы измерения в килограммы по следующему соотношению
VN2 = 17171 х 28 / 22,4 = 21464 кг,
где 28 г/моль – молярная масса азота
Рассчитаем количество влаги, приносимой воздухом. Для этого принимаем, что воздух поступает с температурой 20 и степень насыщения его влагой равна 0,5.
Тогда содержание водяного пара в воздухе при 20 0С равно 17,29 г/м3.
21735 х 17,29 х 0,5 / (760 - 17,29 х 0,5) = 250 кг
Определим содержание флотационного колчедана 1 т колчедана содержит по заданным данным 4,1 % - масс. Н2О
959 кг сухого колчедана

Основным элементом флотационного колчедана является дисульфид железа FeS2. Определим его содержание в колчедане по следующему выражению
FeS2
где 120 г/моль – молярная масса FeS2;
64 г/моль – молярная масса S2
Тогда одна тонна колчедана содержит
712,50 кг FeS2
41,00 кг H2O
246,50 кг примеси
Поскольку количество влажного колчедана 9167 кг/ч, то данное количество колчедана будет содержать
FeS2 = 9167 x 712,5 / 1000 = 6531 кг
Н2О = 9167 х 41 / 1000 = 376 кг
Примеси 9167 х 246,5 / 1000 = 2260 кг
Рассчитанные статьи прихода по обжигу флотационного колчедана занесем в сводную таблицу материального баланса.
К статьям расхода относятся ниже перечисленные расчеты.
В начале рассчитаем количество полученного огарка по следующему выражению
6692 ∙ 0,959 = 6418 кг (на 220 т/сут колчедана),
где 6692 кг - выход огарка β.
Огарок содержит в своем составе образовавшийся , не прореагировавший , примеси. Для определения их содержания определим степень выгорания серы из колчедана χ по выражению
,
где СSм - содержание серы в колчедане, %
Подставим данные в формулу и определим степень выгорания серы из колчедана χ
χ = 100 х (1 – 0,45 х 0,73 / 43,6) = 99 %
Определим количество FeS2, которое невыгорело
6692 ∙ 0,01 = 67 кг,
где 0,01 кг – количество невыгоревшей серы из колчедана.
Тогда состав и вес огарка будет следующим
67 кг FeS2
2260 кг примеси
4365 кг Fe2О3
В огарок переходят также сопровождающие колчедан примеси ( , пыль и др.). Для простоты расчета не учитываем их в расчете материального баланса.
Определим количество образовавшегося сухого обжигового газа по формуле

Подставим данные в формулу и получим
Vг = 700 х 45,2 / (13,9 + 0,15) = 2252 м3
В обжиговом газе содержится кислород, азот, диоксид серы, триоксид серы. Определим их содержание следующим образом.
Количество кислорода рассчитываем по формуле
Подставим данные в формулу и получим
СО2 = 21 – 1,296 х 13,9 – 1,692 х 0,15 = 2,7% (об)
Количество азота определим по разности
CN2 = 100 – 13,9 – 2,7 = 83,4 % (об)
Переведем количество кислорода и азота в килограммы следующим образом
О2 = 2252 х 2,7 / 100 = 60,8 м3,
где 2252 м3 - количество образовавшегося сухого обжигового газа
Тогда
О2 = 60,8 х 32 / 22,4 = 86,9 кг,
N2 = 2252 x 83,4 / 100 = 1878 м3
Тогда
N2 = 1878 х 28 / 22,4 = 2347,5 кг
Суммарное количество 86,9 + 2347 = 2433,9 кг
Количество влажного воздуха = 2433,9 х (1 + 0,65) = 4016 кг
SO2 = 2252 x 13,9 / 100 = 313 м3
Тогда
SO2 = 313 x 64 / 22,4 = 894,3 кг
SO3 = 2252 х 0,15 /100 = 3,4 м3
Тогда
SO3 = 3,4 х 80 / 22,4 = 12,1 кг
Определим количество влаги поступающей из колчедана и воздуха следующим образом
376 + 0,65 х 2433,9 = 1958 кг,
где 65 кг – количество влаги, приносимой воздухом.
Сводная таблица материального баланса
Статья прихода
Статья расхода
FeS2 - 6531 кг
FeS2 - 67 кг
Н2О – 376 кг
Fe2О3 – 4365 кг