Курсовая работа / Расчет окисления SO2 (подробно) - 2000.zip / course

Российский Химико-Технологический Университет имени Д.И. Менделеева

Кафедра Общей Химической Технологии

Курсовая работа

«Расчет контактного аппарата окисления SO₂ в SO₃»

Вариант

Выполнила:

Проверила: Давидханова М.Г.

Москва - 2000

Исходные данные

1. Состав обжигового газа после обжига серосодержащего сырья в атмосфере воздуха:

Состав	Объемные %
SO2	18.10
SO3	0.21
Н2О	4.60
О2	2.70
N2	74.39

2. Перед подачей в реактор газ подвергается осушке и очистки от SO₃, а также дополнительно разбавляется воздухом до содержания SO₂ (объемные %):

Концентрация в объемн.% SO₂ 8,00

3. Окисление SO₂ осуществляется в несколько стадий контактирования в каталитическом реакторе:

Каталитический реактор с вводом холодного сухого воздуха после 1 слоя катализатора и промежуточными теплообменниками между остальными слоями катализатора.

4. Заданная производительность установки (в тоннах 100%-ной серной кислоты в сутки):

П (H₂SO₄) 1000

Состав реакционной смеси перед реактором.

SO2	18.10	7.8
SO3	0.21
Н2О	4.60
О2	1.6
N2	80.2

C_SO =

Коэффициент разбавления =

SO₂ + 0.5 O₂ = SO₃

SO₃ + Н₂О = Н₂SO

1 кмоль SO₂ - 1 кмоль Н₂SO₄

22,4 м³ SO₂ - 98 кг Н₂SО₄

Х м³ SO₂ - 1.3*10⁶ кг/сутки Н₂SO₄ (производительность)

V _SO = Х = 29,71*104 м³/сутки = 3,44 м³/с

V _НО =

V_O =

V_N =

V после очистки = V_SO + V_N + V_O= 3.44 + 21.22 + 0.42 = 25.08

V после разбавления = V после очистки * коэффициент разбавления = 25,08 * 1,76 =44,14 (обозначим как Vп)

V_{(N + O)} = V после разбавления – V_SO = 44,14 – 3,44 =40,70

V_N = 0.79 * V_{(N+ O)} = 0.79*40.70 =32.153

V_O = 0.21 * V_{(N +O)} = 0.21*40.70 =8.5

C_SO =

C_N =

C_O =

C_SO + C_N + C_O = 7.79 + 72.84 + 19.37 = 100

Значение равновесной степени превращения диоксида серы (Хравн.) в зависимости от температуры.

Используем формулы:

Lg Кр =

И Х_SO =

Где Т = 650 –900К

Р = 1 атм

А = 0,0779

В = 0,1937

Дальше считаю по программе (которую делала сама) и получаю результат:

Оптимальная температурная последовательность.

R =

Где:

А = 0,0779

В = 0,1937

Т = 650-900К

Х = 0,8-0,99

Lg Кравн =

К-константа скорости реакции [1/(атм * сек)]:

1. Если Т<673К, то LgK = 21,9-

2. Если 673К <= Т => 803K, то LgК = 1,66-

3. Если Т > 803K, то К = 1,36

Для этого определим зависимость скорости реакции от температуры для 6 значений степени превращения (Х), выбранных в интервале от 0,8 до 0,99, установив интервал варьирования температуры 10 град.

Считаем по программе (делала сама) и получаем результат:

Построила зависимость r (T) для выбранных значений степени превращения и определила температуры Т (опт), соответствующие максимумам скорости (r мах) для каждого выбранного значения Х.

Х	R мах(1/с)	Т опт (К)
0,8	0,61587	804
0,83	0,49435	792
0,85	0,42030	782
0,87	0,34950	774
0,89	0,28206	764
0,9	0,24963	760

На диаграмму Х-Т вместе с равновесной линией Хравн (Т) наношу найденные значения Топт и строю линию оптимальных температур ЛОТ.

Чтобы точнее построить ЛОТ я беру Х = от 0,8 до 0,99 с шагом 0,01 и Т = 650-900К.

Пользуюсь программой лабораторного практикума по ОХТ.

Задаю:

Т = 650-900К

Х = 0,8-0,99

А = 0,0779

В = 0,1937

Р = 1 атм

И получаю значения:

Ограничиваю область протекания процесса окисления в реакторе величиной скорости реакции r = 0.8*r мах для каждого выбранного Х. Наношу их на диаграмму r – Т, определяю температуру, соответствующую r = 0.8*r мах.

1. R = 0.8 * 0.61587 = 0.4927

2. R = 0.8 * 0.49435 = 0.39548

3. R = 0.8 * 0.42030 = 0.33624

4. R = 0.8 * 0.34950 = 0.2796

5. R = 0.8 * 0.28206 = 0.2256

6. R = 0.8 * 0.24963 = 0.1997

Находим значения температур:

Т1	Т2
736	832
723	823
715	816
710	802
701	798
690	792

На диаграмме Х-Т изображаю температурный режим окисления в каталитическом реакторе. Для этого определим положение адиабаты, соответствующей разогреву в 1-ом слое катализатора, используя формулу:

Тад =

где: Qр – тепловой эффект реакции

А – концентрация SO2 = 0,0779

Cр – теплоемкость смеси

Qр = -Н

Н = - 101420 + (9,26*Т) = -101420 + (9,26*693) = -95*103 Дж/моль = -95 КДж/моль

Qp = 95 КДж/моль * 44,64 моль/м³ = 4240,8 КДж/м³

Ср = А_SO * Ср_SO +В_O * Cp_O + Y_N * Cp_N

Cp берем из справочника при Т = 500 С в КДж/м³*С

Ср = (0,0779 * 2,068) + (0,1937 * 1,403) + (0,7284 * 1,331) = 0,1611 + 0,2718+0,9695 = 1,4024 КДж/м³*С

Тад =

Чтобы построить адиабату использую программу лабораторного практикума с кафедры ОХТ.

Задаю:

Хн = 0

Хк = 0,99

Тн = 693К

Тх.г. = 473К

А = 0,0779

В = 0,1937

Р = 1 атм

Тад = 235,6

и получаю результат:

Слой	Хн	Хк	Тн	Тк		V
1	0	0.7230	693.0	863.3	0.195	0.621
2	0.4488	0.8815	715.0	817.3	0.358	1.000
3	0.8815	0.9674	719.4	739.6	0.536	1.000
4	0.9674	0.9848	707.3	711.4	0.757	1.000
5	0.9848	0.9900	689.6	690.8	1.579	1.000

Объем катализатора в каждом слое

V(катализатора) = V_SO *

Где V_SO– объемный расход (или объемная скорость) м³/сек = 3.44 м³/сек

Сначала я нахожу объем маленькой клеточки.

20 клеток – 1 20 клеток – 0,1

1 клетка –Х 1 клетка - у

Х = 0.05 –ось у у =0.005 – ось х

Тогда площадь одной клеточки будет:

S₀= Х *У = 0.05 * 0.005 = 0.00025 сек.

Находим площадь каждого слоя по формуле: S = S₀ * число клеточек;

А затем находим объем катализатора по формуле: V = V_SO * S, где [V_SO] = [м³/сек], а [S] = [сек]

В первом слое:

S₁ = 1027 * 0.00025 = 0.257 сек.

V₁ = 3.44 *0.257 = 0.88 м³

Во втором слое:

S₂ = 1948 * 0.00025 = 0.487 сек.

V₂ = 3.44 * 0.487 = 1.675 м³

В третьем слое:

S₃ = 1664 * 0.00025 = 0.416 сек.

V₃ = 3.44 * 0.416 = 1.431 м³

В четвертом слое:

S₄ = 440 * 0.00025 = 0.11 сек.

V₄ = 3.44 * 0.11 = 0.378 м³

В пятом слое:

S₅ = 323 * 0.00025 = 0.081 сек.

V₅ = 3.44 * 0.081 = 0.279 м³

Список используемой литературы

1. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. М. Химия, 1983, 360с.

2. Общая химическая технология в 2-х частях (под ред. Мухленова) М. Высшая школа. 1977,288с.

3. Бесков В.С., Давидханова М.Г., Царев В.И. Автоматизированная система расчетных работ в общеинженерных курсах по химической технологии. Учебное пособие (РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1997, 83с.)

4. Общая химическая технология. Под редакцией проф. Амелина А.Г. М., Химия, 1977