Вариант 14 14 2 14.

Расчетная часть

1) Рассчитаем состав смеси перед реактором.

Примем объем смеси равным 100 л. Перед подачей в реактор газ подвергается сушке и очистке от SO3. Объем добавляемого воздуха:

Как известно,в воздухе содержится 21%об. О2 и 79%об. N2. Тогда объемы кислорода и азота в 78.792 литрах воздуха:

V(O2)= литров

V(N2)= литров

Реакционная смесь перед реактором имеет следующий состав:

(SO2)=0.096=9.6%

(SO3)=0%

(H2O)=0%

(O2)==11.87%

(N2)==78.53%

Проверка: %

2) Рассчитаем значение равновесной степени превращения диоксида серы (Хравн) в зависимости от температуры. Диапазон температур 673 - 893 К.

Кр определим по уравнению:

Степень превращения рассчитаем по формуле:

где а - объемная доля SO2, b - объемная доля О2, Р - давление

Решив уравнения, получим следующие результаты и сведем их в таблицу и по полученным данным построим график зависимости Кр=f(Т).

3) Определим зависимость скорости реакции от температуры для 5 значений степени превращения и построим оптимальную температурную зависимость.

Используем следующие значения степени превращения: x=0.8, x=0.85, x=0.9, x=0.95, x=0.87

Тогда по уравнению:

где а, b - начальные концентрации SO2 и О2 в мольных долях; Р - общее давление, атм; Kp(T) - константа равновесия; K - константа скорости реакции [1/(атм сек)], определяемая из уравнений:

Решим это уравнение относительно Т при выбранных степенях превращения

Сведем полученные данные в таблицу.

На основании данных таблицы построим график зависимости r(T) для выбранных значений степени превращения.

График зависимости скорости реакции от температуры при выбранных значениях степени превращения.

4)Определим температуры (Торт), соответствующие максимумам скорости ( r max) для каждого выбранного значения х.

Оптимальные температуры найдем численными методами из соответствующего уравнения зависимости.

Сведем полученные данные в таблицу.

На диаграмму х - Т вместе с равновесной линией Xp(Kp(T)) нанесем найденные значения Topt и построим линию оптимальных температур.

5) Определим температурный режим окисления в каталитическом реакторе.

Когда в системе нет теплоотвода, температура возрастает с ростом степени превращения Х. Если пренебречь изменением теплоемкости газа с изменением температуры, то последняя будет связана со степенью превращения линейной зависимостью, а именно

T=Tn+λ(X-Xn)

где Tn- начальная температура при X=Xn;

λ- максимальное увеличение температуры газа (в град), отвечающее изменению степени превращения Х от 0 до 1 в адиабатических условиях.

При С(SO2)=9.6% λ=267.6 град. [2] стр. 521

Чтобы адиабатический процесс в слое мог интенсивно развиваться, начальная температура должна быть не ниже 713 К. Ее называют "температурой закипания". Она является нижней предельной температурой. Температуру холодного газа примем равной 493 К

После ввода холодного газа во втором слое катализатора объемная доля SO2 в смеси изменится, и соответственно наклон адиабаты будет другим.

Рассчитаем объемную долю SO2 после ввода холодного газа:

Объем газа, поступающего в контактный аппарат:

м3/ч

Температура на выходе после первого слоя катализатора равна 870 К, на входе во второй слой равна 749 К, а температура вводимого холодного газа равна 493 К. Из материального и теплового балансов определим объем газовых потоков, поступающих в аппарат на первый слой (V1) и после первого слоя катализатора (V2):

V1=232831-V2

870*V1=232831*749 - 493*V2

870*(232831-V2)+493*V2=232831*749

Получаем, что: V1=158110 м3/ч; V2=74721 м3/ч.

Таким образом, содержание SO2 в газе объемом 232831 м3/ч составляет 0.07%.

При C(SO2)=0.07%, λ=200 град. [2] стр. 521

На диаграмме Х-Т изобразим температурный режим окисления в каталитическом реакторе

6) Определим по графику значения степеней превращения и температуры на входе и на выходе каждого слоя катализатора.

слой

Тау,с

1

0.255

2

0.859

3

1.952

4

2.582

Расчет времени пребывания в каждом слое катализатора и суммарное время пребывания произвели при помощи лабораторной программы на кафедре ОХТ.

7) Рассчитаем объем катализатора в каждом слое.

Используем формулу: Vкат.=V0*∫(dx/t), где V0- объемный расход м3/с.

Рассчитаем объемный расход газа:

,

где P – производительность установки в тоннах 100% H2SO4 в сутки. P=2300 (по условию).

м3/с.

Теперь определим объем катализатора в каждом слое и занесем полученные данные в таблицу.

слой

Тау,с

Vк,м3

1

0.255

16.49

2

0.859

55.56

3

1.952

126.27

4

2.582

167

Сумма

5.648

365.31

Суммарный объем катализатора равен 365 м3.

Министерство образования и науки РФ

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Кафедра общей химической технологии

Дисциплина «Общая химическая технология»

Курсовая работа:

«Производство серной кислоты контактным методом. Термодинамические и кинетические расчеты. Определение контактной зоны промышленного реактора»

Выполнила: студентка группы Ф-45

Частухина Анна

Проверил: Сажин В.Б.

Вариант 14 14 2 14

Москва 2006 г.