Производство серной кислоты контактным методом. Термодинамические и кинетические расчеты. Определение контактной зоны промышленного реактора
Расчет состава реакционной смеси обжигового газа, значений равновесной степени превращения оксида серы (IV), объема катализатора. Построение оптимальной температурной последовательности. Подсчет теплоемкости реагирующей смеси для получения кислоты.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.12.2013 |
| Размер файла | 46,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Министерство образования и науки РФ
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Кафедра общей химической технологии
Курсовая работа
по дисциплине «Общая химическая технология»
на тему:
Производство серной кислоты контактным методом. Термодинамические и кинетические расчеты. Определение контактной зоны промышленного реактора.
Выполнил: Ложкин Б.В.
Проверил: Сажин В.Б.
Москва 2008
Исходные данные:
Состав обжигового газа после обжига серосодержащего сырья в атмосфере воздуха в объемн. %:
c (SO2) = 15,0,
c (SO3) = 0,5,
c (H2O) = 7,0,
c (O2) = 2,8,
c (N2) = 74,7.
Перед подачей в реактор газ подвергается осушке и очистке от SO3, а также дополнительно разбавляется сухим воздухом до содержания SO2, равного 8,8 объемн. %.
Окисление SO2 осуществляется в несколько стадий контактирования в каталитическом реакторе с промежуточными теплообменниками между слоями катализатора.
Производительность установки составляет 1900 тонн 100 %-ной серной кислоты в сутки.
Температура зажигания 693К, давление 1 атм.
реакционный смесь теплоемкость обжиговый
Расчетная часть
1. Расчет состава реакционной смеси перед реактором
После очистки и осушки газа доли составляющих смеси будут следующими:
сSO2 = VSO2/(VSO2+VO2+VN2) = 15,0/(15,0+2,8+74,7) = 0,1621;
сO2 = VO2/(VSO2+VO2+VN2) = 2,8/(15,0+2,8+74,7) = 0,0303;
сN2 = VN2/(VSO2+VO2+VN2) = 74,7/(15,0+2,8+74,7) = 0,8076.
Тогда коэффициент разбавления воздухом газа равен:
х = 16,21/8,8 = 1,84.
Приняли, что в воздухе содержится 21% О2 и 79% N2, тогда доли составляющих смеси перед реактором:
сSO2 = 0,088,
cO2 = (3,03+0,84*0,21)/184 = 0,112,
cN2 = (80,76+0,84*0,79)/184 = 0.800.
2. Определение зависимости скорости реакции от температуры для следующих значений степени превращения 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,89; 0,92; 0,95; 0,99. ?Т=25 К.
Воспользуемся уравнением Иванова - Борескова:
r = ,
где: a, b _ начальные концентрации SO2 и O2, доли; Р - общее давление, атм; Кравн - константа равновесия, определяемая из уравнения:
lg(Kравн) = 4905,5/Т-4,6455;
где: К - константа скорости реакции, 1/(атм?с), определяемая из уравнений:
при 650 К? Т ? 803 К: lgK = ,
при Т > 803 К: lgK = 1.36.
Результаты вычислений занесли в таблицу:
Таблица 1
|
T |
650 |
675 |
700 |
725 |
750 |
775 |
800 |
825 |
850 |
875 |
900 |
|
|
К |
0,59 |
0,69 |
0,8 |
0,92 |
1,05 |
1,18 |
1,33 |
1,36 |
1,36 |
1,36 |
1,36 |
|
|
Кравн |
796 |
418 |
230 |
132 |
78 |
48 |
30 |
20 |
13,3 |
9,1 |
6,4 |
|
|
0,7 |
0,1959 |
0,2291 |
0,2654 |
0,3044 |
0,345 |
0,3808 |
0,4098 |
0,3783 |
0,2857 |
0,0972 |
-0,2649 |
|
|
0,75 |
0,1611 |
0,1883 |
0,218 |
0,2496 |
0,2815 |
0,3068 |
0,3187 |
0,2691 |
0,1401 |
-0,1227 |
-0,6274 |
|
|
0,8 |
0,127 |
0,1484 |
0,1716 |
0,1959 |
0,2187 |
0,232 |
0,2225 |
0,1457 |
-0,0399 |
-0,4181 |
-1,1445 |
|
|
0,85 |
0,0938 |
0,1096 |
0,1263 |
0,1429 |
0,1557 |
0,154 |
0,1142 |
-0,0078 |
-0,2906 |
-0,8666 |
-1,9731 |
|
|
0,89 |
0,0679 |
0,0792 |
0,0907 |
0,1008 |
0,1039 |
0,085 |
0,0062 |
-0,1817 |
-0,6086 |
-1,4781 |
-3,1485 |
|
|
0,92 |
0,0489 |
0,0567 |
0,0642 |
0,0686 |
0,0618 |
0,0225 |
-0,1073 |
-0,388 |
-1,0199 |
-2,3068 |
-4,7791 |
|
|
0,95 |
0,0301 |
0,0345 |
0,0373 |
0,0339 |
0,0103 |
-0,069 |
-0,3059 |
-0,7911 |
-1,877 |
-4,0889 |
-8,338 |
|
|
0,99 |
0,0047 |
0,0015 |
-0,0129 |
-0,064 |
-0,229 |
-0,6993 |
-2,0387 |
-4,7078 |
-10,663 |
-22,793 |
-46,095 |
3. Расчет значений равновесной степени превращения SО2 (чравн) в зависимости от температуры в диапазоне варьирования температуры 650_900 К
Вычисляем чравн методом последовательных приближений по формуле:
Kравн = xравн|(1-xравн)[(1-0,5*a*xравн)/(P(b-0,5*a*xравн))]^0,5
где: a _ объемная доля SO2, b - объемная доля О2, Р - давление, интервал варьирования температуры 25 К. Результаты вычислений занесли в таблицу:
Таблица 2
|
Т, К |
Кравн |
чравн |
|
|
650 |
796 |
0,99532 |
|
|
675 |
418 |
0,99113 |
|
|
700 |
230 |
0,98403 |
|
|
725 |
132 |
0,97260 |
|
|
750 |
78 |
0,95471 |
|
|
775 |
48 |
0,92893 |
|
|
800 |
30 |
0,89196 |
|
|
825 |
20 |
0,84782 |
|
|
850 |
13,3 |
0,79002 |
|
|
875 |
9,1 |
0,72364 |
|
|
900 |
6,4 |
0,65209 |
4. Построение оптимальной температурной последовательности
По данным таблицы построили графики зависимости r = f(T) и линию оптимальных температур (ЛОТ) r =maxf(T).
На диаграмму ч - Т вместе с равновесной линией чравн - Т нанесли найденные значения Топт и построили ЛОТ.
Ограничили область протекания процесса окисления в реакторе величиной скорости реакции r = 0.8rmax для каждого выбранного ч..
Результаты занесли в таблицу:
Таблица 3
|
ч |
rmax |
0.8rmax |
|
|
0,7 |
0,415 |
0,332 |
|
|
0,75 |
0,321 |
0,257 |
|
|
0,8 |
0,237 |
0,190 |
|
|
0,85 |
0,179 |
0,143 |
|
|
0,89 |
0,107 |
0,086 |
|
|
0,92 |
0,071 |
0,057 |
|
|
0,95 |
0,038 |
0,030 |
|
|
0,99 |
0,005 |
0,004 |
Отметили их на диаграмме r - T. На диаграмме ч - Т построили линии ч - Т0,8max
Для построения адиабаты по формуле T = T0 + Q*a/Cp необходимо посчитать тепловой эффект реакции и среднюю теплоемкость смеси. Тепловой эффект реакции Q считается по формуле:
Q(SO2 => SO3) = 24205 - 2.21*T = 24205 - 2.21*693 = 22675 кал/моль = 94775 Дж/моль.
Для подсчета теплоемкости смеси сначала посчитаем теплоемкость каждого её компонента:
Ср(N2) = a + bT = 27.9 + 4.3*10-3*693 = 30.8 (Дж/К*моль)
Ср(O2) = a + bT + c/T2 = 31.5 + 3.4*10-3*693 - 3.8*105/6932 = 33 (Дж/К*моль)
Cp(SO2) = a + bT + c/T2 = 46.2 + 7.9*10-3*693 - 7.7*105/6932 = 50 (Дж/K*моль)
Ср(смеси) = pi*xi = 30.8*0.8 + 33*0.112 + 50*0.088 = 32.7 (Дж/K*моль)
Таким образом, для адиабаты получаем формулу T = T0 + 94775*0.088/32.7 = T0 + 255 K. Тангенс угла наклона прямой с учетом масштаба будет равен tgб = 10/(ДT*0.1) = 0.3925. Таким образом, угол б ? 22 градуса. На диаграмме ч - Т изобразили температурный режим окисления в каталитическом реакторе.
5. Определение графически значения ч и Т на входе и выходе каждого слоя катализатора.
Таблица 4
|
Слой |
чн |
чк |
Тн |
Тк |
|
|
1 |
0 |
0,63 |
693 |
849 |
|
|
2 |
0,63 |
0,84 |
750 |
803 |
|
|
3 |
0,84 |
0,95 |
705 |
733 |
6. Расчет объема катализатора.
Для расчета объема катализатора в каждом слое воспользуемся формулой:
где: V0 - объемный расход (или объемная скорость), м3/с; = ф - время пребывания в каждом слое катализатора.
Производительность установки (V0) в 1900т 100% H2SO4 в сутки соответствует 1900000*22.4/98/24/3600 = 5 м3/сек SO3 что соответствует 5/0.088/0.95 = 60.12 м3/сек газовой смеси.
Для нахождения ф построили график зависимости 1/r - ч по следующим данным:
Таблица 5
|
x |
r |
1/r |
|
|
0,97 |
0,02 |
50 |
|
|
0,95 |
0,038 |
26,31579 |
|
|
0,92 |
0,065 |
15,38462 |
|
|
0,89 |
0,105 |
9,52381 |
|
|
0,85 |
0,16 |
6,25 |
|
|
0,8 |
0,237 |
4,219409 |
|
|
0,75 |
0,32 |
3,125 |
|
|
0,7 |
0,412 |
2,427184 |
|
|
0,6 |
0,59 |
1,694915 |
|
|
0,5 |
0,774 |
1,29199 |
|
|
0,37 |
1 |
1 |
|
|
0,2 |
1,34 |
0,746269 |
|
|
0,1 |
1,535 |
0,651466 |
|
|
0,05 |
1,635 |
0,611621 |
Численные значенияd ч/r находили графически. Результаты записали в таблицу:
Таблица 6
|
Слой |
ф, с |
Vк, м3 |
|
|
1 |
0,63 |
37,88 |
|
|
2 |
0,683 |
41,06 |
|
|
3 |
1,32 |
79,36 |
|
|
? |
2,633 |
158,30 |
Итак, суммарный объем катализатора составляет ~158,3 м3.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Технология получения серной кислоты контактным методом. Разработка технологической схемы включающей, сжигания серы, окисления диоксида серы и его абсорбции с получением товарной серной кислоты. Выбор и расчет основного аппарата – контактного аппарата.
дипломная работа [551,2 K], добавлен 06.02.2013Анализ технологического процесса производства серной кислоты. Получение обжигового газа из серы. Контактное окисление диоксида серы. Материальный баланс для печи сжигания серы. Расчет сушильной башни, моногидратного абсорбера, технологических показателей.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.06.2014Применение, физические и химические свойства концентрированной и разбавленной серной кислоты. Производство серной кислоты из серы, серного колчедана и сероводорода. Расчет технологических параметров производства серной кислоты, средства автоматизации.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 24.10.2011Структурная, химическая формула серной кислоты. Сырьё и основные стадии получения серной кислоты. Схемы производства серной кислоты. Реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе. Получение серной кислоты из железного купороса.
презентация [759,6 K], добавлен 27.04.2015Описание промышленных способов получения серной кислоты. Термодинамический анализ процесса конденсации и окисления диоксида серы. Представление технологической схемы производства кислоты. Расчет материального и теплового баланса химических реакций.
реферат [125,1 K], добавлен 31.01.2011Виды сырья, используемого в производстве, и его классификация. Технологическая схема, химическая, функциональная и структурная система производства серной кислоты контактным способом. Основные физико-химические процессы производства серной кислоты.
курсовая работа [143,9 K], добавлен 26.12.2011Общая схема сернокислотного производства. Сырьевая база для производства серной кислоты. Основные стадии процесса катализа. Производство серной кислоты из серы, из железного колчедана и из сероводорода. Технико-экономические показатели производства.
курсовая работа [7,1 M], добавлен 24.10.2011Химические свойства и области применения серной кислоты, используемое сырье и этапы ее производства. Процесс получения серной кислоты контактным методом из серного (железного) колчедана. Расчет параметров работы четырехслойного контактного аппарата.
контрольная работа [159,5 K], добавлен 07.08.2013Товарные и определяющие технологию свойства серной кислоты. Сырьевые источники. Современные промышленные способы получения серной кислоты. Пути совершенствования и перспективы развития производства. Процесса окисления сернистого ангидрида. Катализатор.
автореферат [165,8 K], добавлен 10.09.2008Технология производства уксусной кислоты из метанола и оксида углерода. Материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты. Получение уксусной кислоты окислением ацетальдегида, н-бутана, н-бутенов, парафинов С4-С8. Применение уксусной кислоты.
курсовая работа [207,3 K], добавлен 22.12.2010Производство серной кислоты. Материальный тепловой баланс печи для обжига колчедана. Система двойного контактирования и абсорбции. Обжиг серного колчедана, окисление диоксида серы, абсорбция триоксида серы. Влияние температуры на степень выгорания серы.
курсовая работа [907,6 K], добавлен 05.02.2015Методика отбора проб технической серной кислоты и олеума - раствора триоксида серы в серной кислоте. Методы анализа технической улучшенной аккумуляторной кислоты и олеума: определение моногидрата, свободного серного ангидрида, железа, мышьяка, меди.
реферат [49,1 K], добавлен 05.01.2011Физические и химические свойства серной кислоты, методы ее получения. Сырьевые источники для сернокислотного производства. Технологический расчет печи обжига колчедана, котла-утилизатора и контактного аппарата. Техника безопасности на производстве.
дипломная работа [9,5 M], добавлен 25.05.2012Свойства, области использования, сырье и технология изготовления серной кислоты, а также характеристика прогрессивных способов и перспектив развития ее производства. Анализ динамики трудозатрат при развитии технологического процесса серной кислоты.
контрольная работа [228,6 K], добавлен 30.03.2010Основные сведения о серной кислоте. Сырье, топливо, основные и вспомогательные материалы. Описание и параметры технологического процесса, получение обжигового газа из руды. Инструкция по эксплуатации и обслуживанию нагнетателя и контактного аппарата.
курсовая работа [264,0 K], добавлен 22.10.2011Расчет материального баланса печи кипящего слоя в процессе обжига колчедана, теплового баланса печи обжига колчедана. Вычисление концентраций в обжиговом газе перед контактным аппаратом. Сравнительное описание катализаторов производства серной кислоты.
контрольная работа [94,4 K], добавлен 18.10.2012Расчет одной из стадий процесса производства азотной кислоты - окисление оксида азота. Составление материального баланса для контактного аппарата, котла-утилизатора и окислителя. Определение температуры газа на выходе из окислителя, вычисление его объема.
курсовая работа [306,1 K], добавлен 20.10.2011Применение серной кислоты. Природные серосодержащие соединения. Обжиг пирита, контактное окисление SO2 в SO3, абсорбция триоксида серы. Устройство печи для обжига в "кипящем слое". Очистка от крупной и мелкой пыли. Теплообменник и контактный аппарат.
презентация [2,0 M], добавлен 10.05.2015Определение состава продуктов полного сгорания газа. Расчет адиабатной температуры горения газовой смеси при постоянном объеме и при постоянном давлении. Кинетические константы реакции самовоспламенения природного газа. Предел воспламенения газовой смеси.
курсовая работа [724,4 K], добавлен 19.02.2014Синтез фосгена через конверсию угарного газа с паром. Расчёты равновесной температуры, давления, объёма адиабатического реактора по степени превращения. Определение себестоимости производства, график зависимости данных переменных от степени превращения.
курсовая работа [50,2 K], добавлен 16.05.2012
