đồ án sản xuất axit sunfuric ads

Trong các công trình nghiên cứu, quá trình ôxi hoá SO2 thành SO3 có tiến hành trên các xúc tác như ôxit sắt, ôxit đồng … Đến cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX người ta đã có biện pháp khắc

MỤC LỤC

Trang

PHẦN MỞ ĐẦU:

Lịch sử phát triển của axit sunfuric……….…….…………3

PHẦN MỘT CƠ SỞ HOÁ LÝ. I NHŨNG KHÁI NIỆM CHUNG 1 Khái niệm chung……….………….…… …………5

2 Vài tính chất của axit và ôlêum………… ……… ………….5

3 Tính chất của SO2 và SO3 ……….……… ….……….9

4 Bảo quản và vận chuyển axit…… ……… ….…….10

5 Vật liệu chế tạo thiết bị……… …… …10

II CƠ SỞ HOÁ LÝ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT H 2 SO 4 1 Chế tạo khí SO2……….……….………11

2 Tinh chế khí……… ……… …….….12

3 Qúa trình ôxi hoá SO2 trên xúc tác V2O5……… ……… 13

4 Qúa trình hấp thụ………19

PHẦN HAI CHỌN VÀ BIỆN LUẬN DÂY TRUYỀN - THIẾT BỊ TOÀN PHÂN XƯỞNG I Lựa chọn dây chuyền công nghệ……… ……….……22

II Chọn các thiết bị trong dây chuyền sản xuât……….… 23

III Thuyết minh dây truyền sản xuất ……….…….26

PHẦN BA TÍNH CÂN BẰNG CHẤT TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT TOÀN HỆ THỐNG I Lò lớp sôi đốt pyrit……… ……… ….……28

II Nồi hơi nhiệt thừa……… ……….……34

III Cyclon… ……… …… 36

IV Lọc điện khô… ……… ……….38

V Tháp rửa I……… ……….……….41

VI Tháp rửa II……….……….……….47

VII Lọc điện ướt I……….……….………52

VIII Tháp tăng ẩm……….……….………55

IX Lọc điện ướt II………… ……….……… ……….60

X Bổ xung không khí…… ……….……… ……….62

XI.Tháp sấy khí ….……….……… ……… 65

XII Tháp tiếp xúc ……….……….68

XIV.Tháp hấp thụ ôlêum……… ……….………….…………82

XIV Tháp hấp thụ mônô hydrat………….……….………….………… 86

PHẦN IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ I Lò đốt quặng lớp sôi……….……….…………90

II Nồi hơi nhiệt thừa……….………….94

III Tháp sấy…… ……….………….…………97

IV Tháp chuyển hoá SO2 ………… ………….………102

IV Tháp hấp thụ ôlêum……… ……… ………117

V Tháp hấp thụ mônô hydrat……… ……… 123

VI Tính toán , chọn thiết bị phụ……….………… 128

PHẦN V TÍNH TOÁN KINH TẾ I.Xác định chế độ làm việc của nhà máy……… 134

II Tính toán nhu cầu về điện………134

III Tính toán nhu cầu về nước ……….136

IV Tính giá thành sản phẩm ………138 PHẦN VI

PHẦN XÂY DỰNG

PHẦN MỞ ĐẦU

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA AXIT SUNFURIC

Từ lâu loài người đã biết đến axit sunfuric, từ thế kỷ X người ta đã điềutrế axit sunfuric bằng cách chưng cất sunfat sát ở nhiệt độ cao sẽ thu được

SO2 và SO3 Sau khi làm lạnh hỗn hợp khí SO2 và SO3 cùng với hơi nước sẽtạo thành H2SO4, nhưng phương pháp này có năng suất thấp, giá thành cao.Đến cuối thế kỷ XV người ta đốt Lưu huỳnh và Diêm tiêu có thấm nước đểđiều chế axit sunfuric cho y học Năm 1740 nhà máy sản xuất axit sunfuricđược xây dựng ở Anh Nguyên tắc sản xuất, đốt Lưu huỳnh và Muối nitrattrong các bình kim loại sau đó hấp thụ khí bay ra bằng nước trong bình thuỷtính Năm 1796 người ta thay thế bình thuỷ tinh bằng phương pháp phòngchì Quá trình sản xuất gián đoạn, ôxit Nitơ thải ra ngoài ảnh hưởng đến môitrường Đầu thế kỷ XIX bắt đầu đốt Lưu huỳnh trong các lò riêng, còn cácôxit Nitơ điều trế bằng cách dùng axit sunfuric phân huỷ các muối Nitơrat vàngười ta đặt một số tháp ở trước phòng chì để tách một số ôxit Nitơ hoà tantrong một số sản phẩm và đặt một số tháp sau phòng chì để hấp thụ ôxit Nitơbay theo khí thải Do đó, tăng được năng suất và giảm giá thành sản phẩm.Đầu thế kỷ XX người ta dùng tháp đệm thay các phòng chì Từ đó, phươngpháp tháp được hình thành có năng suất lớn hơn nhiều so với phương phápphòng trì Nhưng phương pháp này chỉ điều chế được axit sunfuric có nồng

độ 75% và độ tinh khiết của sản phẩm không cao

Song song với phương pháp tháp năm 1931 P.Filit (người Anh) đề nghịôxi hoá SO2 trực tiếp trên xúc tác Pt bằng ôxi không khí Từ đó hình thànhphương pháp tiếp xúc Trong các công trình nghiên cứu, quá trình ôxi hoá

SO2 thành SO3 có tiến hành trên các xúc tác như ôxit sắt, ôxit đồng …

Đến cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX người ta đã có biện pháp khắc phụcxúc tác ngộ độc thì phương pháp tiếp xúc dùng để sản xuất axit sunfuricngày càng tăng lên không ngừng, ưu điểm của phương pháp này: Sản phẩmtinh khiết, có nồng độ cao Có thể sản suất được SO3 lỏng và ôleum, năngsuất sản xuất lớn nhưng giá thành cao vì tồn tại hệ thống tinh chế khí

Axit sunfuric là một axit vô cơ mạnh , được sử dụng rộng rãi nghànhphân bón hoá học tiêu thụ nhiều axit nhất để sản xuất một tấn P2O5 hữuhiệu trong phân bón cần 1,9 – 2,5 tấn axit, một tấn amôn sunfat cần 0,75 tấnaxit sunfuric Axit sunfuric được dùng để sản xuất nhiều loại muối sunfat,

một số axit vô cơ như : axit photphoric, axit boric , axit flohidric, một số bột

màu vô cơ, sơn hữu cơ, sợi visco, tinh chế sản phẩm dầu mỏ, chất nổ, tẩy gỉ

kim loại, trong luyện một số kim loại như nhôm, magiê, đồng , coban.Niken, vàng …

Ở nước ta, trong kháng chiến chống Pháp ông Phạm Đình Aí cùng một sốngười đã tổ chức sản xuất axit saunfuric quy mô nhỏ theo phương phápphòng chì Năm 1962 xưởng axit sufuric theo phương pháp tiếp xúc đi từpirit công suất 40000 tấn /năm ở Lâm Thao bắt đầu hoạt động trong nhữngnăm 60 và 70 hai xưởng axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc đi từ S đãđược xây dựng ở Tân Bình và Thủ Đức tiếp đó là xưởng axit sunfuric

40000 tấn/năm của nhà máy supephotphat long thành Tới năm 1992 tổngcông suất của các xưởng axit sunfuric ở nước ta là 240000 tấn/năm Hiệnnay chỉ riêng nhà máy supephotphat và hoá chất Lâm Thao cũng có tới badây chuyền sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc đi từ S vớicông suât lên tới 240000 tấn /năm

Khai thác hết công suất thiết kế, cải tiến những mắt xích yếu trong dâychuyền công nghệ đẻ đưa năng suất lên cao thiết kế, giảm tiêu hao vật chất

và chi phí quản lí cho một tấn sản phẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm theotiêu chuẩn quốc tế, cải thiện điều kiện lao động và môi trường là những yêucầu cần thiết đối với những người quản lí vận hành các dây chuyền sản xuấtaxit sunfuric ở nước ta hiện nay những nhiệm vụ sáng tạo trên đòi hỏi phảinắm vững bản chất các lí thuyết và những thành tựu mới nhất của côngnghệ, thiết bị sản xuất axit sunfuric

PHẦN MỘT

CƠ SỞ HOÁ LÝ

I NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG.

1 Khái niệm chung:

Trong kỹ thuật, hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO3 với H2O đều gọi làaxít sunfuric

Nếu tỷ lệ SO3 : H2O < 1 gọi là dung dịch axít sunfuric

SO3 : H2O > 1 gọi là dung dịch của SO3 trong axít sunfuric hayôlêum hoặc axít bốc khói

Thành phần của dung dịch axít sunfuric được đặc trưng bằng % khốilượng H2SO4 hoặc SO3

2 - Vài tính chất của axít sunfuric và ôlêum:

Axít sunfuric khan là chất lỏng không màu, sánh kết tinh ở 10,37oC ở ápsuất thường (760mmHg) đến to = 296,2 oC axít sunfuric bắt đầu sôi và bịphân huỷ cho tới khi tạo thành hỗn hợp đẳng phí chiếm 98,3 % H2SO4 và 1,7

6

H G

2 3 C B 1

Từ tính chất này giúp cho ta lựa chọn thành phần axít sản xuất ra phảigần với điểm cực tiểu trên đồ thị kết tinh

b Nhiệt độ sôi và áp suất hơi:

Quan hệ giữa nhiệt độ sôi và nồng độ axít biểu diễn trên đồ thì sau:

Có thể tính áp suất hơi trên dung dịch axít sunfuric và ôlêum theo côngthức sau:

T

B A P

lg   Trong đó:

Áp suất hơi riêng phần của H2SO4 trên dung dịch axít sunfuric ở to khácnhau có thể tích theo công thức trên nhưng giá trị A,B có khác đi.

Nói chung hơi trên dung dịch axít sunfuric và ôlêum có thành phần khácvới thành phần pha lỏng Chỉ trên dung dịch 98,3 % H2SO4 thì thành phầnpha hơi nước mới bằng thành phần pha lỏng

Hình 3: Khối lượng riêng của axit sunfuric và oleum ở 20 0C

Khi tăng nhiệt độ, tỷ trọng của axít sunfuric và ôlêum giảm áp dụng tínhchất này trong kỹ thuật sản xuất người ta xác định nồng độ của dung dịchaxít sunfuric có nồng độ thấp dưới 95% bằng tỷ trọng của trọng kế

Độ nhớt của axít sunfuric và ôlêum có giá trị cực đại ở nồng độ 84,5%

H2SO4; 100% H2SO4 ; 50-55% SO3 tự do

Hình 5: Độ nhớt của a xit sunfuric và oleum ở 20 oC

Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt của axít giảm khá nhanh

g Nhiệt tạo thành:

Nhiệt tạo thành axít sunfuric ở nồng độ khác nhau (tức là lượng nhiệt toả

ra khi thêm nước vào 1 kg SO3 để tạo thành dung dịch axít đó)

Có thể tính gần đúng theo công thức thực nghiệm sau:

062 , 0 M

) 15 t (

M 99 , 2 2013 , 0 M

M 2113 H

H: Nhiệt tạo thành axit sunfuric, kJ/kg SO3

M: Lượng nước trong axit, kg/kg SO3

C

C 100

C: Hàm lượng SO3 trong axit, %(Muốn chuyển nhiệt tạo thành từ kJ/kg SO3 sang kJ/kg H2SO4 thì chiakết quả cho 1,225)

h Nhiệt pha loãng và nhiệt hỗn hợp:

Nhiệt pha loãng là lượng nhiệt toả ra khi thêm nước vào a xít

Nhiệt pha loãng dung dịch axít sunfuric từ nồng độ ban đầu C1 xuốngnồng độ C2 có thể tính như hiệu của nhiệt tạo thành các a xít đó:

SO2 dễ hoá lỏng ( ở áp suất thường to hoá lỏng SO2 là - 10,1 oC )

SO2 hoà tan nhiều trong nước : ở 20 oC : 1 thể tích nước hoà tan 40 thểtích SO2 Độ hoà tan của SO2 trong axít nhỏ hơn trong nước Khi tăngnồng độ axít đầu tiên độ hoà tan SO2 giảm; đạt cực tiểu ở 85% H2SO4 sau đólại tăng

Khi tác dụng với nước, SO2 tạo thành axít sunfurơ:

SO2 + H2O Û H2SO3

Axít sunfurơ chỉ tồn tại trong dung dịch

3.2 Anhydrit Sun furic: SO 3

SO3 ở điều kiện thường là chất khí không màu, trong không khí nó phảnứng mạnh với hơi nước và tạo nên những giọt axít nhỏ bay lơ lửng gọi làmù

SO3k + H2Ol = H2SO4l + 131,1 KJ

SO3 lỏng hỗn hợp với SO2 theo tỷ lệ bất kỳ

SO3 rắn hoà tan trong SO2 lỏng nhưng không tạo thành hợp chất hoá học

SO3 khí tác dụng với HCl tạo thành axít Closunfonic: SO2(OH)Cl

Ở nhiệt độ to = - 44,75 0C thì khí SO3 biến thành chất lỏng không màu

4 Bảo quản và vận chuyển axit

4.1 Bảo quản

Sản xuất axit sunfuric là quá trình liên tục, vì vậy sản phẩm liên tục đưa

về kho ở kho axít được chứa trong các thùng chứa lớn kín để tránh bụi.Thùng chứa axít có hình trụ đặt đứng làm bằng thép, có dung tích lớn đểđảm bảo chứa được lượng a xít do dây chuyền sản xuất ra trong ngày Mỗikho bao gồm vài thùng chứa để tiện cho việc làm vệ sinh, sửa chữa Thùngchứa axít tinh khiết và axít lỏng phải lót gạch chịu axít bên trong

4.2 Vận chuyển

Để vận chuyển khối lượng lớn axít đi xa thường dùng các toa hàngđường sắt Khi vận chuyển lượng nhỏ và gần thường dùng ôtô xi téc đóngcan nhựa chịu axít, chai thuỷ tinh

5 Vật liệu chế tạo thiết bị.

Trong dây chuyền sản xuất axít sunfuric nồng độ axít khác nhau Tốc

độ ăn mòn thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ axít và nhiệt độ của nó.Chọn được vật liệu thích hợp để chế tạo thiết bị có ảnh hưởng lớn đến chỉtiêu kinh tế, kỹ thuật Khi chọn chú ý các yêu cầu sau:

Chịu được môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao, có độ bền cơ học lớn, dễgia công, đúc, hàn và rẻ tiền

Một số vật liệu cần quan tâm:

5.1 Thép không gỉ

Thép không gỉ có chứa các kim loại : Mn, Co, Ni, Cr, Mo, Ti chịu đượcaxít đặc ở nhiệt độ cao nên thường chế tạo các thiết bị vòi phun, đường ốngtrong tháp sấy và Mônôhydrat

không chịu được tác dụng lâu dài của ôlêum và SO3 vì trong môi trường đó

dễ rạn nứt

Ngoài ra còn một số vật liệu vô cơ chịu axít như đệm sành sứ, vật liệuhữu cơ như faolit

II Cơ sở hoá lý của quá trình sản xuất H 2 SO 4

Ta chọn phương pháp sản xuất axits theo phương pháp tiếp xúc, theophương pháp này thì sản xuất axits qua các giai đọan sau :

1.1 Phản ứng cháy của quặng Pyrít.

Khi đốt quặng Pyrít có các phương trình phản ứng sau:

2FeS2  2FeS + S2 – 724,8 kJ

S2 + 2O2 = 2SO2 + 724,8 kJ

4Fe + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2.3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 6SO2 + 2.438,2 kJ

Trong quá trình đốt quặng pyrít sản phẩm chính là khí lò có chứa SO2 và

xỉ quặnglà Fe2O3, Fe3O4, và 1 lượng nhỏ khí SO3 Trong hỗn hợp khí lò nồng

độ của oxi, SO2, SO3 có liên quan mật thiết với nhau qua phương trình:

3 2

100

) 5 , 0 m (

n 5 , 0 m Cso 100

) 1 m (

n m n

CO2, CSO2, CSO3: Nồng độ của O2, SO2, SO3 trong khí lò, % thể tích.Thực tế dùng không khí để đốt nên n = 21 và theo phản ứng cháy thì m = 1

1.2 Lượng và thành phần xỉ tạo thành trong quá trình cháy pyrít.

Lượng xỉ tạo thành khi đốt quặng:

S

x

S q

C 160

C 160 X

Nhiệt cháy phục thuộc vào dạng nguyên liệu và mức cháy của lượnghuỳnh trong đó, được tính theo công thức:

100

Cs q

 Trong đó :

q: Là nhiệt toả ra khi cháy hoàn toàn 1 kg s trong nguyênliệu

1.4 Tốc độ cháy.

Tốc độ cháy của quặng pyrít phục thuộc vào các yếu tố như : nhiệt độ,kích thước hạt quặng, nồng độ oxi Vì vậy, cần phải khống chế các điềukiện kỹ thuật hợp lí để đạt được tốc độ cháy tiêu chuẩn, tăng được bề mặttiếp xúc giữa pha rắn với pha khí, tránh được hiện tượng kết khối

2- Tinh chế khí.

Quá trình làm sạch khí:

Khi đốt quặng pyrít khí lò thu được có lẫn một số tạp chất có hại choquá trình sản xuất axít như là bụi xỉ, As2O3, HF, SiF4, SO3, H2O hơi , dovậy cần phải làm sạch các tạp chất có hại trước khi hỗn hợpkhí đến máy tiếpxúc

Hỗn hợp khí sau khi ở bộ phận rửa ( làm sạch khí ) trong hỗn hợp khí cómang theo một lượng hơi nước bão hoà lớn, với lượng hơi nước này nếukhông hấp thụ hết sẽ gây hiện tượng ngưng tụ và gây ăn mòn các thiết bị Vìvậy cần phải làm sạch lượng hơi nước này bằng cách cho hỗn hợp khí đi quaaxít H2SO4, do tính chất háo nước của axít sunfuríc khí đi qua có mang theohơi nước sẽ bị axít hấp thụ hơi nước và làm khô hỗn hợp khí này, quá trình

đó gọi là sấy khí

Quá trình sấy khí bằng axít sunfuric về thực chất nó là quá trình chuyểnchất từ pha khí vào pha lỏng Các phân tử khi bị hấp thụ sẽ khuếch tán từpha khí này qua màng khí đến bề mặt phân chia pha, sau đó lại tiếp tụckhuếch tán qua màng lỏng vào pha lỏng

Tốc độ của quá trình hấp thụ phụ thuộc vào tốc độ của quá trình nàochậm nhất ( quá trình khuếch tán qua màng khí, quá trình khuếch tán quamàng lỏng, quá trình phản ứng hoá học trong pha lỏng ) Khi sấy khí thì tốc

độ hấp thụ hơi nước do tốc độ khuếch tán nó qua màng khí quyết định :Lượng hơi nước khuếch tán qua màng khí được xác định bằng công thức:

' l k

l ' k ' l k

PP

PPln

pPPPP

: Tốc độ giả của khí trong tháp rỗng [m/s]

m : hệ số phụ thuộc chế độ chuyển động của dòng kh

Không phụ thuộc vào nồng độ axít sấy Nồng độ a xít sấy tăng thì tăng

Ko, và tăng động lực của quá trình (do giảm áp suất hơi nước bão hoà trênaxít ) nhưng tổn thất SO2 trong a xít bổ xung sẽ nhiều lên

3 Qúa trình ôxi hoá SO 2 trên xúc tác V 2 O 5

0 , 5

SO SO

SO p

3 2

3

P P

P

(2-2)Trong đó:

PSO3 , PSO2 , PO2 : Áp suất riêng phần của các cấu tử ở trạngthái cân bằng

Hằng số cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình VanHof :

dlnKp/ dt = - Qp/ RT2

Qp : Nhiệt phản ứng ở áp suất không đổi

Nhiệt phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật KiecKhop:

dQp/ dt = - DCp

DCp : là hiệu nhiệt dung của sản phẩm và các chất ban đầu:

DCp = CpSO3 - CpSO2 - 0,5 CpO2

Trong thực tế để cho đơn giản tính toán trong khoảng to = 400 - 700oCthì có thể tính Kp, Qp theo phương trình thực nghiệm sau:

Qp = 101420 - 9,26T [J/mol]

T

5 , 4905 K

(2-4Khi nhiệt độ tăng thì Qp và Kp đều giảm

b Mức chuyển hoá

Mức chuyển hoá là tỷ lệ giữa lượng SO2 đã bị ô xy hoá thành SO3 vàtổng lượng SO2 ban đầu

2 3 3 SO SO

SO

P P

P x



 Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì mức chuyển hoá đạt giá trị cựcđại, gọi là mức chuyển hoá cân bằng Xc và ta có công thức sau:

2 3 3 SO SO

SO

P P

P x



 cân bằng ( 2 – 5)

Gọi P: Là áp suất chung của hỗn hợp khí

a,b : Nồng độ ban đầu của SO2 và SO3 ( %V)

Kết hợp (2-2) và (2-5) ta có:

C

C p

P C

X a 5 , 0 b ( P

X a 5 , 0 100 K

K X

Do phản ứng ôxy hoá SO2 là phản ứng toả nhiệt và giảm thể tích nên khităng áp suất và giảm nhiệt độ thì mức chuyển hoá cân bằng sẽ tăng lên Ngoài ra mức chuyển hoá cân bằng còn phụ thuộc vào tỷ lệ SO2/ SO3 trongkhí lò tức là phụ thuộc vào dạng nguyên liệu và lượng không khí vào lò đốt.Nếu nồng độ SO2 thấp, hàm lượng O2 càng cao thì Xc càng lớn

c Tốc độ phản ứng.

Trong sản xuất, tốc độ ôxy hoá SO2 có ý nghĩa rất lớn, nó quyết địnhlượng SO2 ôxy hoá được trong 1 đơn vị thời gian trên 1 đơn vị thể tích xúctác Do đó nó quyết định lượng xúc tác cần dùng, kích thước tháp và các chỉtiêu kinh tế kỹ thuật

Tốc độ phản ứng được đặc trưng bởi hằng số tốc độ K:

k = k0 e - E/RT

Trong đó:

k0: Hệ số thực nghiệm đặc trưng cho chất xúc tác vàkhông phụ thuộc vào nhiệt độ

E: Năng lượng hoạt hoá của phản ứng (J/mol)

Khi tăng nhiệt độ và giảm E thì hằng số vận tốc tăng Khi không có xúctác thì phản ứng ôxy hoá SO2 có năng lượng hoạt hoá lớn là vì phải tiêu tốnnăng lượng để phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử O2, do đótốc độ phản ứng rất nhỏ Khi có mặt chất xúc tác rắn thì năng lượng hoạt hoágiảm nhiều do đó tốc độ phản ứng tăng lên rất nhiều

b Xúc tác phi kim loại.

Đầu tiên là oxyt sắt ( xỉ quặng ) có ưu điểm rẻ tiền, dễ kiếm, ít nhạy độcvới tạp chất trong khí lò song do nhiệt độ hoạt tính cao nên mức chuyển hoáthấp ( không quá 0,5)

Sau người ta phát hiện ra oxyt Vanađi phối hợp với hợp chất kim loạikiềm và SiO2 tạo ra xúc tác Vanađi : Đây là loại xúc tác có hoạt tính cao,nhiệt độ hoạt tính thấp (430-440oC) độ bền nhiệt lớn V2O5 là thành phầnhoạt tính của xúc tác, chiếm từ 5-12%, SiO2 làm chất mang ở dạng xốp, cácchất kim loại kiềm làm chất kích động

Cho đến ngày nay xúc tác Vananđi vẫn được sử dụng rộng rãi trong sảnxuất axit sunfuric do tính ưu việt của nó là hoạt tính cao ( mặc dù kémplatin) và rẻ tiền Xu hướng của công nghệ là nghiên cứu chế tạo xúc tácVanađi có nhiệt độ hoạt tính thấp xấp xỉ nhiệt độ hoạt tính của platin

Hiện nay trên thế giới có nhiều nước sản xuất xúc tác Vanađi ở các dạngviên, vòng khác nhau như : Nga, Anh, Mỹ, Đan mạch, Trung Quốc

hổ biến ở dây chuyền sản xuất axít của Việt Nam là xúc tác của Nga

3.3 Cơ chế của phản ứng giữa O 2 và SO 2 trên bề mặt xúc tác rắn.

Tác dụng của chất xúc tác rắn khi oxy hoá SO2 là làm giảm năng lượnghoạt hoá so với năng lượng hoạt hoá của phản ứng trong pha khí Việc giảmnăng lượng hoạt hoá là do phản ứng xảy ra theo một con đường mới, nhờ cótác dụng hoá học trung gian giữa các chất tham gia phản ứng với chất xúctác Hợp chất trung gian tạo thành trong quá trình oxy hoá SO2 là hợp chất

bề mặt và không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của xúc tác Phản ứng gồm 4giai đoạn:

3.4 Động học quá trình oxy hoá SO 2 trên xúc tác Vanađi

Khi hiểu biết được động học của quá trình mới giải quyết được các vấn

đề thực tế sản xuất như xác định được đúng nhiệt độ thích hợp, nồng độ SO2

thích hợp, thiết lập phương pháp hợp lý để tính toán thiết bị

Người ta đã tìm được ra phương trình động học sau:

x a 1 x 1 k

x 1

x 2 , 0 1

x 1 2

x a 1 2

x a b a

P k

a,b: Nồng độ ban đầu của SO2 và O2.P: Áp suất chung của hỗn hợp khí ( at)

x: Mức chuyển hoá

3.5 Điều kiện ôxy hoá trên xúc tác Vanađi.

Quá trình oxyhoá SO2 là một giai đoạn quan trọng trong sản xuất axítsunfuric Vì vậy cần phải nghiên cứu những điều kiện thích hợp tiến hànhquá trình đó để đạt năng suất cao, giá thành hạ

Rước hết hãy xét tốc độ phản ứng ôxy hoá SO2 vì nó quyết đinh thờigian cần thiết tiếp xúc giữa hỗn hợp khí và xúc tác do đó quyết định lượngxúc tác cần dùng, kích thước thiết bị

Rong điều kiện sản xuất, áp suất làm việc P và nồng độ ban đầu a,b làquy định và coi như không đổi Như vậy tại 1 mức chuyển hoá xác định thìtốc độ phản ứng oxy hóa SO2 chỉ phụ thuộc vào K và Kp ( theo phương trình2-7) Khi nhiệt độ tăng, hằng số vận tốc K tăng, còn hằng số cân bằng Kpgiảm

Xét sự thay đổi của vận tốc phản ứng theo nhiệt độ:

Khi tăng nhiệt độ xét ảnh hưởng của giá trị K và Kp tới tốc độ phản ứng

ta có đồ thị bên Như vậy tốc độ phản ứng từ khi tăng đến lúc bằng 0 ( hệđạt trạng thái cân bằng ) thì phải qua một giátrị cực đại Kết luận này có ýnghĩa quan trọng trong việc chọn chế độ nhiệt làm việc cho tháp

a Nhiệt độ thích hợp

Nhiệt độ:

  4 , 937

x a 5 , 0 100

x a 5 , 0 b x 1

x lg

460540

Møc chuyÓn ho¸: %

21

43

Hình6 : Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp khí và mức chuyển hoá SO2 đến

nhiệt độ thích hợp

Trên hình vẽ ta thấy khi mức chuyển hoá SO2 tăng thì nhiệt độ thích hợpgiảm Do đó, giai đoạn cuối của quá trình ôxi hoá SO2 phải tiến hành ở nhiệt

độ thấp để vừa tăng mức chuyển hoá cân bằng, vừa tăng tốc độ phản ứng

b Nồng độ thích hợp.

Nồng độ SO2 thích hợp ứng với mỗi mức chuyển hoá nhất định là nồng

độ tại đó năng suất tháp tiếp xúc đạt giá trị cực đại

Ứng với nồng độ thích hợp thì trở lực các lớp xúc tác trong máy đạt giátrị cực tiểu Khi nguyên liệu ban đầu thay đổi ( tức số mol ôxy tiêu tốn đểtạo thành 1 mol SO2 thay đổi ) thì nồng độ SO2 thích hợp cũng bị thay đổi

1,8

1,6 2,0

10

2,2 2,4

Tuỳ theo tỷ lệ giữa lượng SO3 và H2O mà nồng độ a xít thu được sẽ khácnhau:

k0 : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của a xít

 : tốc độ giả của khí trong tháp ( m/s) Quá trình hấp thụ SO3 bằng axit sunfuric phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt

độ, quá trình hấp thụ SO3 tốt nhất là ở nhiệt độ thấp và nồng độ axit tưới là98,3% H2SO4 vì tại đó cả hiệu suất hấp thụ và tốc độ hấp thụ đều đạt giá trịcực đại

Khi nồng độ axit nhỏ hơn 98,3% thì hơi trên dung dịch axit gồm cả hơinước và hơi axit khi tưới axit này lên hỗn hợp khí SO3 thì đồng thời với quátrình hấp thụ SO3 trong pha lỏng còn có quá trình tạo thành hơi axit H2SO4

trong pha khí so SO3 tác dụng với hơi nước Do vậy, áp suất riêng phần củahơi axit rât lớn hơi axit H2 SO4 tạo thành càng nhiều sẽ xẩy ra hiện tượng tạo

mù Do đó, hiệu suất hấp thụ SO3 và gây tổn thất SO3 theo khí thải ra ngoài.Nếu dùng axit có nồng độ lớn hơn 98,3% thì hơi trên dung dịch có cả

SO3 Nồng độ axit càng lớn thì suất riêng phần của SO3 càng lớn Do đó,động lực hấp thụ và tốc độ hấp thụ giảm Mặt khác, áp suất riêng phần của

SO3 sau khi hấp thụ tăng làm tổn thất SO3 theo pha khí tăng và hiệu suất hấpthụ giảm

Nhiệt độ càng cao thì áp suất riêng phần của SO3 càng lớn Vì vậy, hiệusuất và tốc độ càng nhỏ

Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ axit tưới đến tốc độ hấp thụ và hiệusuất hấp thụ SO3

1- 40 C°C2- 60 C°C3- 80 C°C4- 100 C°C0,94

20

96 100

0,9 1,1

0,6

1 2

Hình 9: Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ axit đến tốc độ hấp thụ SO3

Từ hai đồ thị trên ta thấy quá trình hấp thụ SO3 tốt nhất là ở nhiệt độthấp và nồng độ axit tưới là 98,3 % H2SO4 vì tại đó tốc độ hấp thụ và hiệusuất hấp thụ đều đạt giá trị cực đại

PHẦN HAI

CHỌN VÀ BIỆN LUẬN DÂY TRUYỀN - THIẾT BỊ

TOÀN PHÂN XƯỞNG

I Lựa chọn dây chuyền công nghệ

Do nguyên liệu ta sử dụng là quặng Pyrít, do vậy để có khí nguyên liệusạch đến bộ phận oxi hoá cần phải là sạch hỗn hợp khí này Để làm sạch hỗnhợp khí chúng ta sử dụng dây chuyền cổ điển gồm có 1 số thiết bị chủ yếu sau :

1 Bộ phận kho chứa nguyên liệu.

- Cầu trục gầu ngoạm

- Máy nghiền quặng

Hệ số truyền dẫn nhiệt từ lớp sôi đến bề mặt trao đổi nhiệt ( và ngược lại) rất lớn vì thế giảm được bề mặt truyền nhiệt và thể tích của thiết bị.

Có khả năng sử dụng các hạt quặng nhỏ do đó giảm được khuếch tánkhống chế nâng cao năng suất thiết bị

Do lớp sôi rất linh động cho nên có thể liên tục cho quặng vào và liêntục lấy sản phẩm ra

Trở lực của lớp sôi không lớn lắm và trong giới hạn của lớp sôi thìkhông phụ thuộc vào tốc độ thổi khí

Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản nên dễ cơ khí hoá và tự động hoá

2 Thiết bị làm sạch khí.

Tháp rửa 1 sử dụng tháp rửa kiểu rỗng, tưới nồng độ axít tương đối thấp.Các tạp chất trong hỗn hợp khí phần lớn được tách bỏ ở tháp này, một cáctạp chất còn lại cũng như lượng mù được sinh ra sẽ được tách ở các tháp rửa2-tăng ẩm và 2 cấp lọc điện ướt Tháp sấy khí với mục đích để hấp thụ hơinước trong hỗn hợp khí, sử dụng loại tháp đệm vì với loại tháp này có diện

tích bề mặt đệm lớn nên có bề mặt tiếp xúc pha giữa pha lỏng và pha khílớn, khí lưu lại trong tháp lâu nên khả năng hấp thụ hơi nước triệt để

3 Tháp chuyển hoá

Có nhiều loại tháp chuyển hoá:

a Tháp chuyển hoá kiểu tầng sôi.

Hỗn hợp khí thổi từ dưới lên lần lượt qua các lưới phân phối khí, trên đó

có đổ xúc tác Để rút nhiên liệu phản ứng người ta đặt các bộ phận làm lạnhbằng nước trong lớp xúc tác

Loại tháp này có ưu điểm sau:

Do xáo trộn mạnh giữa khí và xúc tác nên tăng cường được quá trìnhkhuếch tán SO2 và O2 đến bề mặt xúc tác

Hệ số truyền nhiệt từ lớp sôi đến bộ phận làm lạnh lớn, do đó có thể tiếnhành ôxy hóa hỗn hợp khí có nồng độ SO2 lớn mà không sợ xúc tác quánóng

Nhược điểm:

Cấu tạo phức tạp, chế độ điều chỉnh vận hành nghiêm ngặt

b Tháp chuyển hoá kiểu truyền nhiệt trung gian

Loại này dùng các ống trao đổi nhiệt sau mỗi lớp xúc tác để hạ nhiệt độkhí vào lớp xúc tác sau và nâng nhiệt độ hỗn hợp khí nguyên liệu vào lớp 1.Loại này có ưu điểm là dễ khống chế chế độ kỹ thuật

Nhược điểm:

Cấu tạo tương đối phức tạp

Nếu khí chứa nhiều hơi nước thì khi vào bộ phận truyền nhiệt sẽ ngưng

tụ hơi a xít gây ăn mòn đường ống

c Tháp chuyển hoá kiểu bổ xung không khí và có truyền nhiệt ngoài.

Khống chế nhiệt độ vào các lớp xúc tác bằng bổ xung không khí lạnhkhô và rút nhiệt ở trao đổi nhiệt ngoài Loại này có cấu tạo đơn giản, và dođặt trao đổi nhiệt ngoài nên việc sửa chữa thay thế thiết bị thuận tiện dễdàng

Nhược điểm:

Chiếm nhiều diện tích mặt bằng xây dựng

Qua xem xét các loại tháp chuyển hoá trên đây tôi chọn loại tháp chuyểnhoá kiểu truyền nhiệt trung gian và có trao đổi nhiệt ngoài vì nó có nhiều ưuđiểm phù hợp

Trên nóc tháp là hệ thống thiết bị tưới a xít xuống, khí đi từ dưới đáy tháplên

Loại này có cấu tạo đơn giản, năng suất lớn

Nhược điểm:

Trở lực tháp tương đối lớn

b Tháp hấp thụ sủi bọt kiểu đĩa lỗ hay đĩa chóp

Loại này có hiệu suất hấp thụ cao, cấu tạo đơn giản song trở lực của tháplớn.Nó gồm 4-8 tầng đĩa, tiết diện tự do của các lỗ chiếm khoảng 15% tiếtdiện trong toàn tháp Làm lạnh trực tiếp a xít trên từng tầng đĩa

c Tháp hấp thụ làm lạnh

Loại tháp này có cấu tạo như bình làm lạnh ôlêum gồm có : các ốngtruyền nhiệt bằng thép không gỉ Hỗn hợp khí thổi từ dưới lên đi giữa khe hởcủa các ống Axít được tưới từ trên xuống ở bên ngoài ống tạo thành cáimàng hấp thụ SO3 Nhiệt toả ra trong quá trình hấp thụ được nước làm lạnh

đi trong ống thép không gỉ lấy đi

Ưu điểm:

Làm lạnh ngay được axít nên hiệu suất hấp thụ lớn

Nhược điểm:

Cấu tạo phức tạp, khó sữa chữa thay thế

Sau khi xem xét các loại tháp hấp thụ trên đây tôi chọn loại tháp để sấyhỗn hợp khí và hấp thụ khí SO3 là loại tháp có xếp đệm cho các tháp sấy 1 -

2, tháp Ôlêum và tháp Monohydrat

5 Tách tia bắn

Sau tháp sấy và tháp hấp thụ Monohydrat trước khi phóng không, hỗnhợp khí được đưa qua các bộ phận tách tia bắn để giữ lại các tia bắn axítkéo theo

6 Thiết bị làm lạnh axít

Để làm lạnh axít của các bộ phận như : rửa và hấp thụ SO3 hoặc sấy hỗnhợp khí, ta có thể dùng các thiết bị kiểu tấm - dàn tưới - ống chùm - ốnglồng ống - ống xoắn ruột gà

Thiết bị làm lạnh kiểu giàn tưới:

Gồm có các dàn ống bằng vật liệu chống ăn mòn phù hợp ở đầu vào và

ra dàn có ống góp, a xít đi trong ống, nước làm lạnh được tưới bên ngoàiống Hệ số truyền nhiệt K phụ thuộc nhiều vào tốc độ chuyển động của axíttrong ống làm lạnh

Tính toán tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng của việc tăng  tới tăng hệ số

k, tăng trở lực của thiết bị, tăng tốc độ ăn mòn Người ta thấy rằng tốc độthích hợp của a xít trong ống dàn làm lạnh là  = 0,5- 0,7 [m/s]

Nhược điểm:

Hiệu suất sử dụng nước làm lạnh thấp do khi tưới 1 phần nước bị văng

ra ngoài không tưới vào ống làm lạnh tầng dưới Để khắc phục hiện tượngnày có thể treo các tấm răng cưa dưới mỗi hàng ống

Nhược điểm nữa là loại dàn tưới sinh ra nhiều hơi nước làm ẩm khôngkhí xung quanh làm tăng tốc độ ăn mòn các thiết bị và công trình ở xungquanh

Ưu điểm:

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn, thiết bị gọn gàng, hệ số truyền nhiệtlớn

Nhược điểm:

Cấu tạo phức tạp, khó sửa chữa thay thế khi bị hỏng ống trao đổi nhiệt

Thiết bị làm lạnh kiểu ống xoắn:

Cấu tạo là các ống được gia công quấn lại theo các bước nhất định, cácdàn ống xoắn được đặt vào trong các bể ( hoặc thùng chứa ) nước làm lạnh

đi trong ống axít đi ngoài ống

Thiết bị có ưu điểm hiệu suất truyền nhiệt lớn, dễ gia công chế tạo, dễsửa chữa

Nhược điểm thiết bị cồng kềnh, khó kiểm tra

Qua phân tích xem xét các kiểu làm lạnh axít trên đây tôi chọn kiểu làmlạnh giàn tưới cho axít sâý, ôlêum và axít monohydrat của dây chuyền sảnxuất Chọn thiết bị kiểu ống xoắn cho bộ phận rửa

III Thuyết minh dây truyền sản xuất

Quặng được gia công đạt yêu cầu (  6 mm ) được chuyển lên lò đốt, tạiđây quặng pyrít bị đốt tạo thành khí SO2 và xỉ quặng là oxýt sắt Xỉ quặngđược tháo ra ngoài qua hệ thống thải xỉ và đưa ra bãi thải Khí SO2 đượcmáy thổi khí của hệ thống hút theo ống công nghệ đến các bộ phận trong dâychuyền như qua Xiclon để lắng bụi, qua nồi hơi để hạ nhiệt độ sau đó qua bộphận lọc điện khô - rửa 1 - 2 - tăng ẩm - lọc điện ướt để tinh chế khí lọc bỏbụi xỉ và các tạp chất cũng như các khí có hại cho xúc tác

Hỗn hợp khí ra khỏi bộ phận tinh chế khí đến bộ phận sấy khí sau đóđến máy thổi khí, từ máy thổi khí hỗn hợp khí được đưa đến trao đỏi nhiệtngoài sau đó qua các trao đổi nhiệt trung gian rồi đến các lớp tiếp xúc, qualàm nguội SO3 sau đó qua tháp hấp thụ Ôlêum-mônô qua xử lí khí rồi theoống khói khí thải ra ngoài.

Axít ra khỏi tháp sấy và hấp thụ có nhiệt độ tăng lên do nhiệt hấp thụ toả

ra, axít hồi lưu về thùng chứa rồi dùng bơm, bơm lên qua các thiết bị làmlạnh hạ to

Axít rồi tưới vào trong tháp

Trong quá trình làm việc thì nồng độ a xít sấy giảm dần do hấp thụ hơi

H2O có trong hỗn hợp khí, nồng độ a xít Ôlêum và Monohydrat tăng dần dohấp thụ SO3, người ta bố trí đường ống công nghệ bổ xung cho nhau để duytrì nồng độ theo quy định, đồng thời để giữ ổn định nồng độ axít trong toàndây chuyền ta lắp đặt đường ống nước bổ xung vào thùng chứa monohydrat Lượng a xít dư trong dây truyền được đưa về kho chứa, tại đây axít 76%được đưa vào 1 thùng sau đó được bơm cấp cho xưởng sản xuất supe phốtphát Còn axít 95% được đưa vào 1 thùng để xuất axít thương phẩm, nếu còn

dư thì được đưa qua hệ thống trộn, trộn với axít rửa 1 để giảm nồng độxuống còn 76% để cấp cho sản xuất supe

Do hiệu suất chuyển hoá khí SO2  SO3 đạt 98,0% và mức hấp thụ đạt99,90%, nên khí thải còn chứa một lượng SO2 và SO3 theo ống khói khí thải

ra ngoài gây ô nhiễm môi trường Vì vậy cần phải xử lí khí thải trước khiphóng không ra ngoài môi trường

- Năng suất : 60000 tấn/năm.

- Nguyên liệu : Quặng pirit

+ Hàm lượng S trong quặng : 40%

+ Độ ẩm : 4%

* Các số liệu tự chọn:

- Nhiệt độ trung bình năm : 25oC

- Hiệu suất sử dụng S của cả dây chuyền : 90%

- Không khí:

+ chứa 79% N2 theo thể tích

+ Chứa 21% O2 theo thể tích

+ Độ ẩm trung bình năm : 85%

I.Lò lớp sôi đốt pyrit

A các số liệu ban đầu :

Nồng độ SO2 trong khí lò :14%.theo thể tích

Theo quan hệ giữa nồng độ SO2 và SO3 ta có nồng độ SO3

trong khí lò là 0,1%

Hàm lượng S trong bụi và trong xỉ : 0,7%

Nhiệt độ pyrit vào : 25oC

Nhiệt độ của lớp sôi : 830oC

Nhiệt độ của khí ra khỏi lò : 820 oC

Nhiệt độ của xỉ ra khỏi lớp sôi : 820 oC

Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh: 3%

Trong tính toán các ký hiệu bằng chữ của các đại lượng có ghi chỉ số bên trái phía trên có nghĩa như sau:

1 lưu huỳnh đưa vào theo pyrit

11.tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh

12 nhiệt được lấy đi bởi làm lạnh

B Tính toán cân bằng vật liệu:

Với các giả thiết:

Số ngày làm việc trong năm : 330 ngày

Hiệu suất sử dụng S của cả dây chuyền : 90%

Với năng suất 60000 tấn /năm ta tính được lượng S có trong axit sản phẩm:

2473 , 717

98 24 330

32 1000 60000

 (kg/h) Lượng S đưa vào theo pyrit:

1m = 2748 , 574

90

100 717 ,

100

1 3

100 435 , 6871 100

100

2

2

3 2

2748 , 574

100

40 435 , 6871 100

3

3 3

4 Tinh lượng xỉ tạo thành:

Trong điều kiện lớp sôi ,phản ứng xảy ra:

2FeS2 + 112 O2 → Fe2O3 + 4SO2

Lượng xỉ tạo thành từ 1 kg pirit:

x = 0 , 753

7 , 0 160

40 160 160

160 9

895 , 21 380 , 2712 ).

(

2

6 5 6

S

so S S

A

v m m v

ở đây vso 2 là thể tích mol SO2 (m3/kmol)

AS là khối lượng mol nguyên tử S (kg/kmol)

8 SO3 tạo thành theo thể tích:

1 , 0 14

1 , 0 041 , 1852 ).

3 2

3

7 7

7 6 5 6

SO

C C

C V V

Theo khối lượng:

416 , 22

066 , 80 135 , 13 6





m (kg/h) Trong đó 22,4 là thể tích mol SO3

Lưu huỳnh có trong SO3 là:

066 , 64 591 , 2693

A

M m

1838 , 619

927 , 2

638 , 5381 5





V (m3/h) Trong đó 2,927 là khối lượng riêng của SO2

11 Thể tích khí lò khô thu được

13132 , 993

14

100 619 , 1838 100

.

2

7

5 7

100

) 1 (

N: nồng độ oxi trong không khí thổi vào lò đốt: 21%

M tỷ lệ giữa số phân tử O2 tham gia phản ứng và số phân tử SO2 tạo thành Theo phương trình cháy m = 1,375

1 , 0 ).

100

) 5 , 0 375 , 1 ( 21 5 , 0 375 , 1 ( 14 ).

100

) 1 375 , 1 (

21 375 , 1 (

2 7

7 0

7 0 7 7

100 335 , 10945 100

100

2 2

7 4

18 Lượng hơi nước trong khí lò :

m = 7157,745.0,04 + 305,015 = 591,325 (kg/h)

v = 735 , 479

804 , 0

325 , 591

 (m3/h)

19 Lượng tổng cộng khí lò:

m = 5381,638+46,916+480,007+13758,286+591,325

= 20258,172 (kg/h)

V = 13132,993 + 735,479 = 13868,472 (m3/h)

20 Lượng bụi và xỉ thu được:

Thừa nhận 90% xỉ bị cuốn theo khí :

a) Lượng xỉ bị cuốn theo khí :

Nhiệt dung của quặng ở 25oC

CFeS 2 = 14,84 (cal/mol độ) (bảng XVII) [ 1 - 208]

Hay C = 5,018 (kJ/kg độ)

Nhiệt hàm của không khỉ ẩm i = 16,53 (kcal/kg kkk)

(bảng XV) [ 1 - 205]

hay i = 69,211 (kj/kg)

4Q = 69,211.17942,036 = 1241786,254 (kJ/h) 1.5 Nhiệt do pirit cháy:

4 FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + 3415,7 KJ

nhiệt toả ra khi đốt cháy 1 kg S là :

q = 1000

32 2 4

7 , 3415

= 13342,578 (kJ)

5Q = 2693,591.13342,578 = 35939448,020 (kJ/h) 1.6 Nhiệt do phản ứng oxi hoá toả ra :

R

Q = ( 5381,638.0,852+480,007.1,102+13758,286.1,174+46,916.1,055).820 +591,325.4205,585

Q = 517,420.0,881.820 = 373794,556 (kJ/h) Tổng nhiệt theo xí :

Q2

R = 3737984,453 (kJ/h) 2.3 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh :

Q3

R = 0,03.QV = 0,03.37612571,780

= 1128377,153 (kJ/h) 2.4 Nhiệt lấy ra khỏi lớp sôi :

Q = QV – ( Q1

R+ Q2

R+ Q3

R ) = 37612,571,780 – (19965862,405 +3737984,453 +1128377,153) = 12780383,770 (kJ/h)

Bảng 2 Cân bằng nhiệt lò lớp sôi

Theo không khí 1241786 3,30 bụi theo khí 3364153 8,94

Do pirit cháy SO2 35939448 95,55 Xỉ hạt lớn 373794 0,1

Do pirit cháy SO3 342322 0,91 Trao đổi nhiệt 12780383 33,98

II Nồi hơi nhiệt thừa.

A Điều kiện làm việc:

Nhiệt độ hỗn hợp khí vào : 820oC

Nhiệt độ hỗn hợp khí ra : 400oC

Nhiệt độ xỉ thải : 400oC.

Hiệu suất lọc bụi : 20% (theo tổng xỉ)

Nhiệt tổn thất : 3% nhiệt vào

Bảng 3 Cân bằng chất nồi hơi nhiệt thừa

Nhiệt của bụi trong khí: 3364153,897 (kJ/h) (theo bảng 2)

Tổng nhiệt vào:

Qv = 19965862,405+3364153,897=23330016,302 (kJ/h)

2 Nhiệt ra

2.1 Nhiệt do hỗn hợp khí mang ra

Tại 4000c ta tra được Cp của các khí

Cp (kcal /kg.độ) 0,1870 0,2445 0,2584 0,2200 782,6

CP (kJ/kg.độ) 0,783 1,023 1,082 0,921 3276,746 BảngX [1-193]

1

R

Q = ( 5381,638.0,783+480,007.10,23+13758,286.1,082+46,916.0,921).400 +591,325.3276,746

= 9791439,750 (kJ/h)

2.2 Nhiệt do xỉ theo khí mang ra

Khối lượng xỉ theo khí: m = 3725,427 (kg/h)

Nhiệt dung của xỉ tại 400oC : Cp = 35,215 cal/mol.độ (bảng XIX) [1-209] Hay Cp = 0,921 ( kJ/kg.độ)

2.3Nhiệt do xỉ lắng mang ra:

Theo giả thiết nhiệt độ của xỉ lắng là 400oC ta có:

, 23330016

03 ,

Bảng 4: Bảng cân bằng nhiệt nồi hơi nhiệt thừa

Hiệu suất lắng bụi : 90%

Nhiệt tổn thất : 4% nhiệt vào

2.1.Khí và hơi nước ra:

lượng khí ra khỏi cyclon giống như khí vào:

Lượng vào Lượng ra

1.1 Nhiệt do khí và hơi nước mang vào:

Bằng nhiệt do khí và hới nước mang ra khỏi nồi hơi:

2.1 Nhiệt do khí và hơi nước mang ra mang ra.

Giả thiết nhiệt độ khí ra bằng 3850C

Tại 385oC ta có nhiệt dung của các khí: ( bảng X ) [1-193]

078 , 1 283 , 13758 019

, 1 007 , 480 917 , 0 916 , 46 778 , 0 638

2.2 Nhiệt do xỉ theo khí mang ra.

Nhiệt độ giả thiết 385oC

Nhiệt dung của xỉ ở 385oC :

Cp = 35,002 (cal/mol.độ)

(bảng XIX) [1-209]

Hay Cp = 0,916 (kJ/kg.độ)

Q2

R= 372,452.0,916.tR = 341,151.tR (kJ/h)

2.3.Nhiệt do xỉ lắng mang ra

Giả thiết nhiệt độ xỉ lắng là 380oC

Nhiệt dung của xỉ ở 380oC :

Bảng 6 Cân bằng nhiệt xyclon





IV.Lọc điện khô

A Điều kiện làm việc.

Nhiệt độ hỗn hợp khí vào : 385oC

Nhiệt độ hỗn hợp khí ra : 375oC ( giả thiết)

Bảng 7 Cân bằng chất lọc điên khô

Q2

V = 131343,135 (kJ/h)

1.3 Tổng nhiệt vào :

QV = 9446178,522 +131343,135 = 9577521,657 (kJ/h)

2 Nhiệt ra.

2.1 Nhiệt do hỗn hợp khí mang ra

Gỉa thiết nhiệt độ hỗn hợp khí ra là 375oC, ta có nhiệt dung riêng Cp

Q1

R = (5381,638.0,775+46,916.0,903+480,007.1,013+13758,286.1,074).tR

+591,325.3225,036 (kJ/h)

= 19475,781.tR + 1907044,856 (kJ/h)

2.2 Nhiệt do xỉ lắng mang ra.

Giả thiết nhiệt độ xỉ lắng là 370o

C

Nhiệt dung của xỉ ở 370oC :

Cp = 34,370 (cal/mol.độ) (bảng XIX) [1-209] Hay Cp = 0,899 (kJ/kg.độ)

Q2

R= 371,156.0,899.370 = 123457,620 (kJ/h)

2.3 Bụi theo khí mang ra ở 375 0 C.

Nhiệt độ giả thiết 3750C

Nhiệt dung của xỉ ở 375oC :

Cp = 35,576 (cal/mol.độ) (bảng XIX) [1-209] Hay Cp = 0,905 (kJ/kg.độ)

→ 19477,036.tR = 7259693,532 (kJ/h)