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.
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.