Курсовая работа / Производство серной кислоты контактным методом - Вариант 4424 - Сажин - Ларюшкин - 2006 / Курсовая по ОХТ Ларюшкин

Расчетная часть

1) Рассчитаем состав смеси перед реактором.

Пусть полный объем смеси равен 100 литрам. Перед подачей в реактор газ подваргается сушке и очистке от SO3. Определим объем добавляемого воздуха:

Vair = 76.25 литра

В воздухе содержится 21%об. О2 и 79%об. N2. Определим объем кислорода и азота в 76.25 литрах воздуха:

V(O2)= литров

V(N2)= литров

Таким образом реакционная смесь перед реактором имеет следующий состав:

(SO2)=0.076=7.6%

(SO3)=0%

(H2O)=0%

(O2)==10.3%

(N2)==82.1%

Проверка: %

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

Кр определим по уравнению:

[1] стр. 388

Xp определим по уравнению:

[1] стр 388

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

Решим последнее уравнение численным методом

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.

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

Воспользуемся следующим уравнением:

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 данных степенях превращения и 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.

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

Оптимальные температуры можно было бы определить из построенного графика, но для получения более точных результатов найдем их численными методами из соотведствующего 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.

График зависимости степени превращения от температуры

4) Ограничим область протекания процесса окисления в реакторе величиной скорости реакции r=0.8r(max) и найдем оптимальные температуры для этой скорости. Сведем полученные данные в таблицу.

X	Wmax	0.8Wmax	Topt
0.5	0.840	0.667	890	754
0.6	0.646	0.512	863	750
0.7	0.045	0.360	838	742
0.8	0.253	0.202	814	714
0.85	0.171	0.137	794	699
0.87	0.141	0.113	786	691
0.9	0.100	0.080	769	678
0.95	0.041	0.033	731	644
0.98	0.094	0.075	669

5) Определим температурный режим окисления в каталитическом реакторе.

При отсутствии 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

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)=7.6% λ=215.6 град. [2] стр. 521

(λ также можно рассчитать по формуле λ=q*a/ρ*c ,где q- тепловой эффект реакции кДж/м3; a- начальная концентрация SO2 в газе; с- теплоемкость газовой смеси, кДж/(кг*К); ρ- плотность газовой смеси, кг/м3.)

Чтобы адиабатический процесс в слое мог интенсивно развиваться, начальная температура должна быть не нижн 713 К. Ее называют "температурой закипания". Она является нижней предельной температурой. [1] стр.390. Температуру холодного газа примем равной 493 К [2] стр. 543

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:

Определим объем газа поступающего в контактный аппарат указанной производительностью:

м3/ч

Температура на выходе из первого слоя катализатора равна 854 К, на входе во второй слой равна 754 К, а температура вводимого холодного газа равна 493 К. На основании этого из материального и теплового балансов определим объем газовых потоков, поступающих в аппарат на первый слой (V1) и после первого слоя катализатора (V2):

V1=166232-V2

854*V1*0.34=166232*754*0.34-493*0.34*V2

854*(166232-V2)+493*V2=166232*754

Получаем, что: V1=120184 м3/ч; V2=46048 м3/ч. Содержание SO2 в газе объемом V1 после первого слоя составляет 0.0403 %об.(т.к степень превращения после первого слоя составила 47%),а в газе объемом V2 – 0.076%об. .

Таким образом, содержание SO2 в газе объемом 166232 м3/ч составляет 0.0502%.

При C(SO2)=0.0502%, λ=145.56 град. [2] стр. 521

На диаграмме Х-Т изобразим температурный режим окисления в каталитическом реакторе (см. приложение).

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

слой	Хн	Хк	Тн,К	Тк,К	Тау,с
1	0	0.645	713	854	0.377
2	0.47	0.825	754	805	0.314
3	0.825	0.95	708	723	0.451
4	0.95	0.98	642	646	0.637
					1.780

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 объем расход газа. При этом используем формулу из методички 3906:

, где P – производительность установки в тоннах 100% H2SO4 в сутки. P=1300 (по условию).

м3/с.

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

слой	Тау,с	Vк,м3
1	0.377	17.41
2	0.314	14.50
3	0.451	20.82
4	0.637	29.41
Сумма	1.780	82.14

Суммарный объем катализатора равен 83 м3.

Список литературы:

1. Бесков В.С. Общая химическая технология: Учебник для вузов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 452с.

2. Справочник сернокислотчика. Под ред. Проф. К.М. Малина. М.: «Химия», 1971 г. – 744 с.

3. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. – М.: Химия. 1983, - 360с.

4. Методичка №3906

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»

Выполнил студент группы Ф-40

Ларюшкин Андрей

Проверил: Сажин В.Б.

Вариант 4424

Москва 2006 г.