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	14.5
SO3	0.13
Н2О	4.9
О2	2.4
N2	78.07

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 9,5

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) 1400

1. Состав реакционной смеси перед реактором.

SO₂ + 0.5 O₂ = SO₃

SO₃ + Н₂О = Н₂SO

1 кмоль SO₂ - 1 кмоль Н₂SO₄

1. Расчет количества SO2, необходимого для производства 1400 т 100%-ой серной кислоты в сутки

22,4 м³ SO₂ - 98 кг Н₂SО₄

Х м³ SO₂ - 1.4*10⁶ кг/сутки Н₂SO₄ (производительность)

2. Состав газовой смеси (SO2, N2, O2) после сушки и очистки от SO3

==15.27%

3. Объем кислорода в газовой смеси после осушки и очистки от SO₃:

15.27% SO2 – 320000м³

2,53% O2 – Y м³

Y=53018.99м³

4. Объем азота в газовой смеси после осушки и очистки от SO₃:

15.27% SO2 – 320000 м³

82.2% N2 – Z м³

Z=1722593,32м³

5. Объем газовой смеси перед подачей в реактор после разбавления сухим воздухом до содержания SO2 – 9.5% (об.)

V_общ=V_SO2+V_O2+V_N2=320000+53018,99+1722593,32=2095612,31 м³

V_доб.=1272808,74м³

Из них: 21% O2, 79% N2

V_доб.N2=0,79*1272808,74м³=1005518,91м³

V_доб.О2=0,21*1272808,74м³=267289,84м³

Состав реакционной смеси перед реактором производительностью 1400 т/сут 100%-ой H₂SO₄

Компонент	V, м^3	% (об.)	Мольная доля
SO2	320000	9,5	0,095
O2	320308,83	9,5	0,095
N2	2728112,23	81	0,81
Итого	3368421,06	100	1

Расчет равновесной степени превращения диоксида серы.

Степень превращения SO2 достигается на катализаторе, зависит от его активности, состава газа, продолжительности контакта газа с катализатором, давления и др.

T, к	Xравн	Кр
693	0.9838	270.66
713	0.9748	171.35
733	0.9620	111.22
753	0.9442	73.87
773	0.9206	50.11
793	0.8905	34.66
813	0.8533	24.42
833	0.8092	17.49
853	0.7589	12.73
873	0.7035	9.4

По полученным данным строим диаграмму X*(T)

Расчет скорости реакции в зависимости от температуры и степени превращения.

где А-начальная концентрация SO2 (A=0.085)

B-начальная концентрация O2 (B=0.1288)

P-общее давление (Р=1атм)

r-скорость

K-константа скорости

K_p-константа равновесия

Пользуюсь программой лабораторного практикума по ОХТ,

для пяти значении степени превращения – 0,6 ; 0,7 ; 0,8 ; 0,9 ; 0,95, интервал варьирования температуры 20 ^оК. Результаты свели в таблицу:

	Скорость W(X,T)
T, ^oK	X=0,6	X=0,7	X=0,8	X=0,9	X=0,95
693	0.104	0.074	0.047	0.022	0.010
713	0.246	0.176	0.110	0.050	0.019
733	0.321	0.229	0.143	0.061	0.015
753	0.413	0.293	0.179	0.065	-0.011
773	0.523	0.366	0.214	0.046
793	0.648	0.443	0.234	-0.034
813	0.703	0.457	0.040
833	0.664	0.385	-0.225
853	0.593	0.253
873	0.467	0.019

4. Построили зависимость W (T) для выбранных значений степени превращения и определили температуры Т (опт), соответствующие максимумам скорости (W мах) для каждого выбранного значения Х.

Х	W мах	Т опт (К)
0,6	0.703	803
0,7	0.457	803
0,8	0.234	794
0,9	0.065	750
0,95	0.019	713

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

6 Ограничиваем область протекания процесса окисления в реакторе величиной скорости реакции W = 0.8*W мах для каждого выбранного Х. Наносим их на диаграмму W – Т, определяем температуру, соответствующую W = 0.8*W мах.

Находим значения температур:

Wmax	0.8 Wmax	Т1	Т2
0.703	0.562	778	858
0.457	0.366	770	838
0.234	0.187	758	799
0.065	0.052	718	768
0.019	0.015	697	738

7. На диаграмме Х-Т изображаю температурный режим окисления в каталитическом реакторе. Для этого определим адиабатическое изменение темппературы, используя формулу:

Тад =

где: Qр – тепловой эффект реакции, Qр = -Н

С_SO2 – концентрация SO2 = 0,08

Cр – средняя теплоемкость реакционной смеси

Н = - 101420 + (9,26*Т) = -101420 + (9,26*713) = -94817,62 Дж/моль

Ср = С_SO2 * Ср_SO +С_O * Cp_O + С_N * Cp_N

Cp берем из справочника при Т = 713 С в Дж/(моль*К) [2]

Ср = (0,095 * 46,32) + (0,095 * 31,39) + (0,81 * 30,04) = 31,71Дж/(моль*К)

Тад = = 284,06 К

Изображаем на графике Х-Т температурный режим для определения количества слоев катализатора

по уравнению Тк = Тн + Тад ( Хк-Хн) строим промежуточные точки:

Слои	Тн	Хн	Тк	Хк
1	713	0	866	0.54
2	782	0.54	832	0.72
3	768	0.72	794	0.81
4	754	0.81	773	0.88
	724

Получили 4 слоев катализатора