Производство HF-газа в печах с наружным обогревом
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
·водительность: 10000 кг/ч флюорита;
избыток серной кислоты: 7%.
Таблица 3. Молекулярные массы исходных веществ и продуктов реакций
ВеществоМолекулярная масса, г/мольCaF278H2SO498CaSO4136HF20SiO260SiF4104H2O18CaCO3100CO244Al2O3100Al2(SO4)3340Fe2O3160Fe2(SO4)3400
Теоретический расчет.
В 10000 кг флюорита содержится:
кг CaF2;
кг SiO2;
кг CaCO3;
кг Al2O3;
кг Fe2O3.
При разложении 10000 кг породы (флюорита) по реакции (1) образуется:HF = (9800*20*2)/78 = 5025,641 кг
по реакции (2) расходуетсяHF = (50*20*4)/78 = 51,282 кг
В результате реакций (1) и (2) из 10000 кг породы получается:HF = 5025,641 - 51,282 = 4974,359 кг
По (1) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (9800*98)/78 = 12312,821 кг
образуетсяCaSO4 = (9800*136)/78 = 17087,179 кг
По (2) реакции:
образуетсяSiF4 =(50*104)/60 = 86,667 кгH2O = (50*18*2)/60 = 30 кг
По (3) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (100*98)/100 = 98 кг
образуетсяCaSO4 = (100*136)/100 = 136 кгH2O = (100*18)/100 = 18 кг
mCO2 = (100*44)/100 = 44 кг
По (4) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (25*98*3)/100 = 73,5 кг
образуетсяAl2(SO4)3 = (25*340)/100 = 85 кгH2O = (25*18*3)/100 = 13,5 кг
По (5) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (25*98*3)/160 = 45,938 кг
образуетсяFe2(SO4)3 = (25*400)/160 = 62,5 кгH2O = (25*18*3)/160 = 8,438 кгH2SO4 = 12312,821 + 98 + 73,5 + 45,938 = 12530,259 кг
Практический расчет с учетом степени разложения 98%.
mфлюорита = (10000*98)/100 = 9800 кг
В 9800 кг флюорита содержится:
кг CaF2;
кг SiO2;
кг CaCO3;
,5 кг Al2O3;
,5 кг Fe2O3.
При разложении 9800 кг породы (флюорита) по реакции (1) образуется:HF = (9604*20*2)/78 = 4925,128 кг
по реакции (2) расходуетсяHF = (49*20*4)/78 = 50,256 кг
В результате реакций (1) и (2) из 10000 кг породы получается:HF = 4925,128 - 50,2562 = 4874,872 кг
По (1) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (9604*98)/78 = 12066,564 кг
образуетсяCaSO4 = (9604*136)/78 = 16745,436 кг
По (2) реакции:
образуетсяSiF4 =(49*104)/60 = 84,933 кгH2O = (49*18*2)/60 = 29,4 кг
По (3) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (98*98)/100 = 96,04 кг
образуетсяCaSO4 = (98*136)/100 = 133,28 кгH2O = (98*18)/100 = 17,64 кг
mCO2 = (98*44)/100 = 43,12 кг
По (4) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (24,5*98*3)/100 = 72,03 кг
образуетсяAl2(SO4)3 = (24,5*340)/100 = 83,3 кгH2O = (24,5*18*3)/100 = 13,23 кг
По (5) реакции:
расходуетсяH2SO4 = (24,5*98*3)/160 = 45,019 кг
образуетсяFe2(SO4)3 = (24,5*400)/160 = 61,25 кгH2O = (24,5*18*3)/160 = 8,269 кгH2SO4 = 12066,564 + 96,04 + 72,03 + 45,019 = 12279,653 кг
С учетом избытка серной кислоты 7%.
mH2SO4теор = 12530,259 + (24,5*7)/100 = 13407,377 кгH2SO4 + H2O = 13407,377/0,97 = 13822,038 кгH2O = 414,661 кгH2SO4остаток = 13407,377 - 12279,653 = 1127,724 кгH2O = 29,4 + 17,64 + 13,23 + 8,269 + 414,661 = 483,21 кгCaF2остаток = 9800 - 9604 = 196 кг
m SiO2остаток = 50 - 49 = 1 кг
Таблица 4. Материальный баланс сернокислотного разложения флюоритового концентрата 10000 кг/ч
ПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгпотоккомпонентпотоккомпонент1. Флюорито-вый концентрат, в т. ч. CaF2 SiO2 CaCO3 Al2O3 Fe2O3 10000 9800 50 100 25 251. Фторо-водородный газ, в т. ч. HF SiF4 H2O CO2 5486,125 4874,872 84,933 483,2 43,122. Серная кислота, в т. ч. H2SO4 H2O 13822,038 13407,377 414,6612. Фтор-ангидрид, в т.ч. CaSO4 CaF2 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 SiO2 H2SO4 18347,99 16878,716 196 83,3 61,25 1 1127,724ИТОГО23822,03823822,038ИТОГО23834,11523834,115
Примечание. Материальный баланс стадии разложения дан для печи наружного обогрева.
Невязка материального баланса 0,05%
Таблица 3. Состав газа
Компонентмасса m, кгобъем V, м3содержание W, %об.HF4874,8725459,85789,49SiF484,93318,2930,30H2O483,2601,3169,85CO243,1221,9520,36ИТОГО5486,1256101,418100
Молекулярные массы:
МHF = 20*10-3 кг/моль
МsiF4 = 104*10-3 кг/моль
МH2O = 18*10-3 кг/моль
МCO2 = 44*10-3 кг/моль
= m/М (1)
где n - число молей, моль;- масса, кг;
М - молекулярная масса, кг/моль.
nHF = 4874,872/ 20*10-3 = 243743,6 мольSiF4 = 84,933/ 104*10-3 = 816,663 мольH2O = 483,2/ 18*10-3 = 26844,44 моль
nCO2 = 43,12/ 44*10-3 = 980 моль
= n*Vm (2)
где V - объем, м3;m - мольный объем, л/моль.HF = 243743,6*22,4 = 5459856,64 л = 5459,857 м3
VsiF4 = 816,663*22,4 = 18293,251 л = 18,293 м3
VH2O = 26844,44*22,4 = 601315,556 л = 601,316 м3
VCO2 = 980*22,4 = 21952 л = 21,952 м3
= (Vi/ Vобщ)*100% (3)
где W - объемная концентрация, %об;i - масса i-го компонента, кг;общ - общая масса, кг.HF = (5459? 857/6101,418)*100 = 89,49%siF4 = (18,293/6101,418)*100 = 0,30%H2O = (601,316/6101,418)*100 = 9,85%CO2 = (21,952/6101,418)*100 = 0,36%
Расчет теплового баланса
Реакции в печи:
CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF (1)2 + 4HF = SiF4 + 2H2O (2)3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2 (3)2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O (4)2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O (5)
Реакция при наружном обогреве печи:
Н4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О (6)
Исходные данные для расчета:
исходные и полученные данные при расчете материального баланса;
температура флюорита на входе в печь: 25оС;
температура серной кислоты на входе в печь: 60оС;
температура твердого потока на выходе из печи: 200оС;
температура газового потока на выходе из печи: 250оС;
Qпот1 - 3% от Qфизпр (потери при процессах в печи);
Qпот11 - 5% от Qр-ии(6) (потери при наружном обогреве);
состав природного газа: CH4 - 98%, N2 - 2%.
Таблица 5. Стандартные мольные характеристики веществ
Компонент?Ноf 298, кДж/мольСоf298, Дж/моль*КСоf = f(Т)ав*103неорг.:С1*10-5 орг.: С*106CaF2-1220,8967,0359.8330,461,97H2SO4-813,99138,91156,9028,30-23,46CaSO4-1436,2899,6670,2198,74-HF-273,329,1426,903,431,09SiO2-910,9444,4346,9934,31-11,30SiF4-1614,9473,6491,4613,26-19,66H2O-241,8133,6130,0010,710,33CaCO3-1206,8383,47104,5221,92-25,94CO2-393,5137,1144,149,04-8,54Al2O3-1675,6979,04114,5512,89-34,31Al2(SO4)3-3441,80259,41366,3162,59-112,47Fe2O3-822,16103,7697,7472,13-12,89Fe2(SO4)3-927,59100,58100,58--СН4-74,8535,7114,3274,66-17,43О2029,3731,463,39-3,77
Qпрфиз + Qподв + Qэкзор = Qрасхфиз + Q1пот
Qр-ии(6) = Qподв + Q11пот
. Расчет физических теплот прихода и расхода
= n*С*t (4)
где n - число молей, моль; по формуле (1):
= m/М
где m - масса, кг;
М - молекулярная масса, кг/моль.
С - удельная теплоемкость, Дж/моль*К (таблица 4);- температура.
Сор = а + вТ + с1/Т2 (5)
а, в, с - коэффициенты (таблица 4).
прфиз = QcaF2 + QH2SO4 + QSiO2 + QcaCO3 + QAl2O3 + Qfe2O3
QcaF2 = (9800*103/78)*67,03*298 = 2509672 кДжH2SO4 = (13822,038)*1,57*333 = 7226 кДжsiO2 = (50*103/60)*44,43*298 = 11033 кДжcaCO3 = (100*103/100)*83,47*298 = 24874 кДжal2O3 = (25*103/100)*79,04*298 = 5888 кДжfe2O3 = (25*103/160)*103,76*298 = 4831 кДжпрфиз = 2509672 + 7226 + 11033 + 24874 + 5888 + 4831 = 2563524 кДж1пот =