Исходные данные

Производительность, т/ч H₂SO₄ 10

Концентрация, об.доли:

SO₂ в газе 0,073

O₂ в газе 0,11

Объемный расход газа V,м³/ч 30 000

Конечная степень превращения 0,98

Общее давление, атм 1

температура газа на входе в слой

I	II	II	IV
440	453	435	429

степень превращения, Х

I	II	III	IV
0,72	0,92	0,97	0,98

коэффициент запаса катализатора, С

I	II	III	IV
4	2	1,3	1,35

Расчет контактного аппарата

Требуемый объем контактной массы для каждого слоя находим по уравнению

υ=сVτ

Так как значение С известно, а величина V дается по условию, то для определения контактной массы необходимо установить время контакта τ для каждого слоя, а затем и для всего контактного аппарата.

Чтобы определить τ воспользуемся постадийным методом. Принимая для каждого участка dτ = ∆τ и dx = ∆x, уравнение

можно записать в виде ∆τ = ∆x * Z

Просуммировав полученные значения ∆τ для каждого участка, находят время для всего слоя по уравнению

где n – число участков.

Расчет первого слоя. Слой разбиваем на 5 участков; степень превращения х в каждом участке принимаем соответственно 0,14; 0,34; 0,54; 0,66; и 0,72. Для 1-го участка имеем: а=0,074, b= 0,1 , x= 0,14, ∆x= 0,14, коэффициент λ=212, t_1н=440 °С.

Тк = Тн + λ∆x = 440 + 212*0,14 = 470 °С

При t_1к= 470 °С значение Е=59871 и k₀=0,225

k= 0,225*exp(-59871/8,31(470+273))= 1,38*10^-5

Константа равновесия

lgK_p = 4905,5/T – 7,1479

lgK_p = 4905,5/(470+273) – 7,1479 = - 0, 548

K_p= 0,287

Аналогично рассчитываем время для каждого слоя.

	tн	tк	x	Δx	k	lgKp	Kp	β	Δτ
I слой
участок 1	440	470	0,14	0,14	1,383E-05	-0,54108	0,287684	0,105429	0,079203
участок 2	470	513	0,34	0,2	2,351E-05	-0,90224	0,125244	0,098816	0,088883
участок 3	513	556	0,54	0,2	3,783E-05	-1,22593	0,059438	0,092105	0,084852
участок 4	556	582	0,66	0,12	4,927E-05	-1,40586	0,039277	0,088031	0,071363
участок 5	582	595	0,72	0,06	5,59E-05	-1,49178	0,032227	0,08598	0,107355
								∑τ =	0,431656
II слой
участок 1	453	468	0,79	0,07	1,348E-05	-0,52327	0,299732	0,083575	0,185411
участок 2	468	485	0,87	0,08	1,676E-05	-0,67172	0,212949	0,080811	0,31212
участок 3	485	491	0,9	0,03	1,806E-05	-0,72254	0,189434	0,07977	0,173855
участок 4	491	495	0,92	0,02	1,897E-05	-0,75598	0,175396	0,079075	0,217567
								∑τ =	0,888953
III слой
участок 1	435	441	0,95	0,03	9,33E-06	-0,27295	0,533394	0,078031	0,581939
участок 2	441	444	0,962	0,012	9,732E-06	-0,3017	0,499234	0,077612	0,36859
участок 3	444	446	0,97	0,008	1,001E-05	-0,32073	0,477832	0,077333	0,496973
								∑τ =	1,447502
IV слой
участок 1	429	430	0,975	0,005	7,967E-06	-0,16546	0,683188	0,077158	0,330962
участок 2	430	431	0,978	0,003	8,084E-06	-0,17537	0,667774	0,077054	0,302569
участок 3	431	431	0,98	0,002	8,084E-06	-0,17537	0,667774	0,076984	0,313741
								∑τ =	0,947273
								∑τ =	3,715

Объем контактной массы

υ₁=с₁Vτ₁=4*30000*0,4317 /3600= 14,39 м³

υ₂=с₂Vτ₂=2*30000*0,8890 /3600= 14,82 м³

υ₃=с₃Vτ₃=1,3*30000*1,4475 /3600= 15,68 м³

υ₄=с₄Vτ₄=1,35*30000*0,9472 /3600= 10,66 м³

всего 55,55 м³

Если принять w= 0,3 площадь поперечного сечения реатора

F= V/3600*w = 30000/3600*0,3= 27,77 м²

Диаметр реактора

Высота слоя контактной массы

h₁= υ₁/ F= 14,39/27,77= 0,52 м

h₂= υ₂/ F= 14,82/27,77= 0,53 м

h₃= υ₃/ F= 15,68/27,77= 0,56 м

h₄= υ₄/ F= 10,66/27,77= 0,38 м

Общая высота всех слоев Н= 1,99 м

Скорость газа и его плотность при средней температуре в I слое равны

w_t= w*((t_cp + 273)/2+273)/273= 0,3*((440+595)/2+273)/273= 0,867 м/c

ρ= 1,4*273/( t_cp + 273)= 0,483

Гидравлическое сопротивление слоев контактной массы.

Δp₁= 9,8*A*w^1,74 ρ*h= 9,8*500*0,867 ^1,74*0,483*0,52= 960 Па

Аналогично находим

Δp₂=979 Па Δp₃=1034 Па Δp₄= 702 Па

Общее сопртотивление

Δp=960+979+1034+702= 3675 Па

11