Системы технологий (стр. 9 из 29)

Решение. Ванадий, широко применяемый для изготовления твердых сплавов, чугуна, сталей специального назначения, а также как катализатор при производстве серной кислоты, нафталина, анилиновых красителей, получают из ванадийсодержащего сырья (шлаков, концентратов, руды). Такие шлаки образуются при выплавке стали из чугуна, предварительно полученного из железных и ванадиевых руд. Ванадийсодержащие шлаки включают до 18% оксида ванадия /V/.

Сырье смешивают с NaCl, измельчают и подвергают окислительному обжигу во вращающихся печах при температуре 800 - 900°С.

На первой стадии идет окисление хлорида натрия по уравнению:

На основе проведенного расчета составляют таблицу материального баланса (табл. 2).

Таблица 2

Материальный баланс ванадийсодержащего сырья

Приход	Расход
Исходное вещество	кг	Полученное вещество	кг
Ванадиевый шлак	4966,70	Шлам (4966,7 - 745)	4221,70
Хлорид натрия	496,67	Ванадат натрия	1000,00
Воздух	Хлорид натрия	16,67
в том числе:	Хлор	290,00
Кислород	65,50	Азот	214,00
Азот	214,00
Итого	5742,87	Итого	5742,37

Невязка баланса 0,50 кг (9ДЗх10~3 %)

Пример 7. Рассчитать материальный баланс процесса электрокрекинга природного газа имеющего состав 98% (объемн.) метана (СН4), 2% (объемн.) азота (N2). В газе, выходящем из аппарата, содержится 14% ацетилена. Побочные реакции не учитывать. Расчет вести на 1000 м3 исходного природного газа.

Решение. Ацетилен получают из метана в газовой фазе при температуре 1200 - 1600°С в электродуговых печах. Процесс описывается уравнением:

Полученные данные используют для составления таблицы материального баланса (табл. 3).

Таблица 3

Материальный баланс процесса электрокрекинга метана

Приход			Расход
Исходное вещество	и»	кг	Продукты	и»	кг
сн4N2	980 20	702,46 25,00	С2Н2сн4 н2N2	214,3 551,4 642,9 20,0	247,19 395,24 57,78 25,00
Итого	1000	727,46	Итого	1428,6	725,21

* плотность метана - 0,7168 кг/м3; азота - 1,250 кг/м3; водорода - 0,08988 кг/м3; ацетилена - 1,1535 кг/м3. Невязка баланса составляет 2,25 кг (0,31 % масс).

Пример 8. Рассчитать количество теплоты, выделяющейся при образовании 200 л ацетилена из карбида кальция, если теплота образования (кДж/кмоль) равна: карбида кальция (СаС2) -62 700; оксида кальция (СаО) - 635 100; воды (НаО) - 241 840; ацетилена (С2Н2) - 226 750.

Решение. Разложение карбида кальция с образованием ацетилена описывается схемой:

СаС2 + Н20 = СаО + С2Н2 + Qp.

Согласно закону Гесса тепловой эффект реакции равен сумме теплоты образования конечных продуктов минус сумма теплоты образования начальных продуктов с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Тогда:

Qp= (635 100 + 226 750) - (62 700 + 241 840) = 557 310 кДж/кмоль.

Результаты расчета сводят в табл. 4.

Таблица 4 Тепловой баланс процесса пиролиза ацетона

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
С ацетоном При сжигании природного газа	98928,1 6308593,9	1,54 98,46	С ацетоном Теплота реакции С отходящими газами	1309968,4818560,04278993,6	20,44 12,78 бё,78
Итого	6407522,0	100	Итого	6407522,0	100

2.3 Контрольные задания к практическим занятиям

1. Сухой коксовый газ включает следующие компоненты (% объемн.): Н2 - 59%; СН4 - 25%; CnHm- 3,5%; СО - 7,5%; С02 - 3,6%; 02 - 0,7%; N2 - 6,7%. Какое количество сухого воздуха необходимо для полного сгорания сухого коксового газа?

2. Определить выход моногидрата серной кислоты из элементной серы.

3. Вычислить теоретические расходные коэффициенты для железного колчедана (Fe304) в процессе выплавки чугуна. Чугун включает 93% железа, а колчедан не содержит примесей.

4. Рассчитать расходные коэффициенты в производстве карбида кальция. Исходное сырье - известь - содержит 95% оксида кальция. Кокс включает 3% золы; 4,5% летучих веществ; 2,5% влаги. Готовый продукт содержит 78% карбида кальция, 15% оксида кальция, 3% углерода, 4% примесей.

5. Технологический процесс производства азотной кислоты характеризуется производительностью 50 000 т/год кислоты. На стадию окисления аммиачно-воздушная смесь подается с концентрацией аммиака 10% (объемн.). Выход оксида азота составляет 95%, степень абсорбции 89%. Рассчитать расход воздуха, требуемый для окисления аммиака, а также количество аммиака для получения азотной кислоты.

6. Для производства ванадата аммония применяют: ванадиевый шлак, включающий 14,5% масс, оксида ванадия /V/, хлорид натрия расходуемый в количестве 10% от массы шлака, воздух. Составить материальный баланс процесса окислительного обжига ванадийсодержащего сырья на 1 т продукта.

7. Рассчитать материальный баланс процесса электрокрекинга природного газа, имеющего состав (% объемн.): метана - 96, азота - 4. Газы, выходящие из аппарата, содержат 18% (объемн.) ацетилена.

8. Определить количество теплоты, выделяющейся при образовании 400 л ацетилена из карбида кальция.

9. Какое количество теплоты образуется при сгорании 2 кг (м3) этана, если теплота сгорания газа при стандартных условиях составляет 1 559 880 кДж/кмоль?

10.Сколько потребуется мазута для получения 1,5 т оксида алюминия из гидроксида алюминия?

11.Рассчитать тепловой баланс процесса пиролиза ацетона в производстве уксусного ангидрида, если производительность по уксусному ангидриду равна 20 т/сут, температура пиролиза 800°С, степень превращения ацетона в кетен 22%, состав пригодного газа: 98% метана, 2% азота.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА, ВОЗМОЖНОГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

РЕСУРСОВ И ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА ЗА СЧЕТ ИХ

ПРИМЕНЕНИЯ

3.1 Определение вторичных энергетических ресурсов, их

классификация и направления использования

Одним из направлений экономии топливно-энергетических ресурсов является использование вторичных (побочных) энергетических ресурсов (ВЭР). Под ВЭР понимают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических процессах (установках, агрегатах), который не применяется в самом процессе (агрегате), но может быть частично или полностью реализован для энергоснабжения других агрегатов, процессов.

Термин «энергетический потенциал» подразумевает наличие в перечисленных продуктах запаса энергии: физического тепла, химически связанного тепла, потенциальной энергии избыточного давления. Химически связанное тепло продуктов топливно-перерабатывающих установок (нефтеперерабатывающих, коксовых печей, газогенераторных, углеобогатительных) к ВЭР не относится.

ВЭР делятся на следующие группы:

1. Горючие (топливные) ВЭР. Это горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углеводородного сырья; твердые и жидкие топливные отходы, не пригодные для дальнейшей технологической переработки; отходы деревообработки; щелока целлюлозно-бумажного производства и т. д.

2. Тепловые ВЭР. Физическое тепло отходящих газов технологических процессов (агрегатов); физическое тепло основной, побочной и промежуточной продукции; отходов основного производства; тепло рабочих тел систем принудительного охлаждения установок, агрегатов; тепло горячей воды, пара, отработанных в технологических процессах, силовых установках.

3. ВЭР избыточного давления. Это потенциальная энергия газов, жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое нужно снижать перед следующей ступенью использования газов, жидкостей или при сбросе их в атмосферу либо очисткой.

Исходя из классификации ВЭР, выделяют направления их применения. Топливное - непосредственное использование горючих ВЭР в качестве топлива. Тепловое - использование тепла, получаемое непосредственно в качестве ВЭР или вырабатываемое за счет ВЭР в утилизационных установках. Сюда относят и выработку холода. Силовое направление включает применение механической (электрической) энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках. Комбинированное направление характеризует использование потребителями тепла, электрической (механической) энергии, одновременно вырабатываемых за счет ВЭР.

Для проведения расчетов используют следующие основные понятия. Выход ВЭР - количество ВЭР, образующихся в данном технологическом процессе (агрегате) в единицу времени. Выработка за счет ВЭР - это количество тепла, холода, электроэнергии, механической энергии (работы), получаемых за счет ВЭР в утилизационных установках. Различают возможную, планируемую, фактическую выработку за счет ВЭР. Возможная - максимальное количество холода, тепла, энергии, которое практически можно получить за счет данного вида ВЭР. Планируемая выработка - количество тепла, холода, энергии, которое предполагается получить за счет ВЭР. Фактическая - это фактически полученное количество тепла, холода, энергии за определенный период.

Использование ВЭР - количество используемой у потребителя энергии, вырабатываемой за счет ВЭР, а также топлива, тепла, получаемых непосредственно как ВЭР; Также как и выработка, использование ВЭР может быть возможным, планируемым, фактическим. Коэффициент выработки за счет ВЭР - это отношение фактической (планируемой) выработки к возможной.