توضیحات
فرآیند تولید اسید سولفوریک از گوگرد
در حال حاضر مهمترین روش تولید اسید سولفوریک، فرایند اول یعنی تولید از گوگرد عنصری است. دی اکسید گوگرد ممکن است از اکسیداسیون گوگرد خام و یا اکسیداسیون سولفیدهای فلزی گوگرد نظیر سولفید مس، سولفید سرب، سولفید نیکل، سولفیدهای آهن، سولفید روی و یا سولفید مولیبدیم تولید شود. اکسیداسیون سولفید هیدروژن نیز منجر به تولید دی اکسید گوگرد می شود. تبدیل دی اکسید گوگرد به تری اکسید گوگرد در فرایند اکسیداسیون کاتالیستی با کاتالیست سزیم و یا پنتا اکسید وانادیم اصلاح یافته انجام می شود. در نهایت از هیدراسیون تری اکسید گوگرد اسید سولفوریک تولید می شود.
اصلی ترین روش تولید تجاری اسید سولفوریک به این صورت است که ابتدا دی اکسید گوگرد از گوگرد تهیه می شود. سپس دی اکسید گوگرد در فرایند اکسیداسیون کاتالیستی به تری اکسید گوگرد تبدیل می شود و سپس از واکنش تری اکسید گوگرد با آب اسید سولفوریک غلیظ تولید می شود.
شمای کلی فرایند تولید اسید سولفوریک از این روش در شکل زیر ارائه شده است:
از دیگر روش ها دی اکسید گوگرد به عنوان یک محصول فرعی در اکثر فرایندهای تولید مس و برخی دیگر از فلزات محسوب می شود. دی اکسید گوگرد تولید شده با هوا رقیق می شود. اکسیژن و دی اکسید گوگرد وارد راکتور کاتالیستی شده و واکنش اکسیداسیون انجام می گردد. در این راکتور دی اکسید گوگرد به تری اکسید گوگرد تبدیل می شود. تری اکسید گوگرد بوسیله اسید سولفوریک جذب شده و اسید با غلظت بالا ( ٩٨,۵ درصد وزنی) تشکیل می شود.
اهداف پروژه
در این پروژه هدف محاسبات موازنه انرژی و مواد برای ۲ مرحله اصلی فرایند می‌باشد که به اختصار آنها را توضیح خواهیم داد:
1. راکتور تبدیلی R-102 (مبدلی)
2. راکتور اولیه ترکیب گوگرد و هوا R-101 (گوگرد سوز)
ابتدا از مخازن گوگرد مذاب خوراک ورودی در راکتور اولیه به همراه هوای خشک ترکیب شده و باعث تولید مقداری SO2 و SO3 میشود. سپس جهت افزایش تبدیل همین گاز به بخش راکتور کاتالیستی R-102رفته که باعث تبدیل نهایی 96 درصدی واحد میشود. که دراین پروژه هدف محاسبات این ۲ واحد عملیاتی می‌باشد.
بخش اول راکتور اولیه (گوگرد سوز)
این راکتور تبدیلی یک راکتور آدیاباتیک می‌باشد که موازنه های آن به صورت زیر است:
بخش دوم راکتور ثانویه (۴ مرحله ایی) تبدیلی
این راکتور به صورت یک بستر ۴ حاله می‌باشد.اما به علت آنکه در هر بستر شرایط مختلفی وارد و خارج میشود بایستی هر کدام از بستر ها را به عنوان یک راکتور مجزا مدل شود و برای هر مرحله موازنه مختلفی انجام شود.هر کدام از پکیج های کاتالیستی شرایطی مشابه به هم را دارند و معادلات حاکم بر آن ها و فیزیک مسئله آنها یکسان است. پس ما ابتدا برای یک بستر کاتالیستی به صورت مجزا معادلات را درایو میکنیم و سپس برای هر بستر جداگانه ورودی ها را داده و خروجی های بعد را محاسبه میکنیم. مُسلم است که خروجی مرحله اول ورودی مرحله دوم است اما با این تفاوت که در میان راه حرارت ایجاد شده به صورت انتگرالی (Heat Integration) بازیابی میشود(از نقشه فرایند مشخص است). لذا ورودی بستر دوم را بعد از انجام بازیابی حرارتی در نظر میگیریم نه خروجی قبل از آن را.
معادلات حاکم بر هر بخش راکتور:
راکتور کاتالیستی است ، همچنین میدانیم که راکتور به صورت کاملا آدیاباتیک عمل می‌کند. پس معادلات این بخش با تغییرات کوچکی همانند مبحث راکتور قبل درایو میشود. فرض میکنیم فقط یک بستر داریم:
تمامی موازنه ها و محاسبات در فایل گزارش این پروژه موجود می باشد. همچنین این پروژه دارای یک فیلم آموزشی در مورد نحوه انجام محاسبات می باشد. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.