Российский Химико-Технологический Университет имени д.И. Менделеева

Кафедра Общей Химической Технологии

Курсовая работа

«Реактор для окисления SO₂ : оптимизация режима и расчеты материального и теплового балансов.»

Вариант 4

Выполнила: Дементьева Елена Э-45

Проверил: Ванчурин

Москва - 2012

1. Пояснения к работе:

Перед подачей в реактор окисления SO2 обжиговый газ, полученный в результате обжига серосодержащего сырья, осушается и разбавляется сухим воздухом до содержания в нем рабочей концентрации SO2. Окисление SO2 осуществляется в полочном аппарате с 5 адиабатическими слоями катализатора. Первые 3 слоя составляют 1-ую ступень окисления, после которой газ направляют на абсорбцию. После абсорбции газ, свободный от SO3, поступает на 2-ую ступень окисления, состоящую из 2 слоев катализатора. Охлаждение газа после слоев катализатора можно осуществить поддувом холодного исходного реакционного газа после 1-го слоя катализатора и промежуточных теплообменников.

2. Исходные данные

1. Состав обжигового газа после обжига серосодержащего сырья в атмосфере воздуха:

Состав	Объемные %
SO2	14,3
SO3	0,12
Н2О	4,7
О2	3,4
N2	77,48

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 9,8

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) 800

Задание:

3.1. Определить степени превращения SO2 на входе и выходе из каждого слоя катализатора.

3.2. Составить тепловой баланс зоны охлаждения горячего реакционного газа и рассчитать количество холодного воздуха (газа).

3.3. Составить материальные балансы процесса окисления для 1 и 2 ступеней контактирования.

3.4. В координатах «x-T» изобразить диаграмму процесса.

3.5. Провести теоретическую оптимизацию режима реактора (программа «Оптимизация многослойного реактора») и отразить результаты машинного расчета на диаграмме «x-T».

3.6. Сопоставить реальный режим функционирования реактора с оптимальным.

3.7. Сделать выводы.

1. Состав реакционной смеси перед реактором.

SO₂ + 0.5 O₂ = SO₃

SO₃ + Н₂О = Н₂SO

1 кмоль SO₂ - 1 кмоль Н₂SO₄

22,4 м³ SO₂ - 98 кг Н₂SО₄

Х м³ SO₂ - 800 000 кг/сутки Н₂SO₄ (производительность)

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

=15%

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

15% SO2 – 7619м³/час

3,57% O2 – Y м³/час

Y=1813,3м³/час

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

15% SO2 – 7619 м³/час м³

77,48% N2 – Z м³/час

Z=41295 м³/час

Объем газовой смеси перед подачей в реактор после разбавления сухим воздухом до содержания SO2 – 9,8% (об.)

V_общ=V_SO2+V_O2+V_N2+ V_SO3=7619+1813,3+41295+66,03=50793,33 м³/час

V_доб.=77744,89-50793,33=26951,56 м³/час

Из них: 21% O2, 79% N2

V_доб.N2=0.79*26951,56 =21291,7 м³/час

V_доб.О2=0,21*26951,56 =5659,8 м³/час

Состав реакционной смеси перед реактором производительностью 800 т/сут 100%-ой H₂SO₄

Компонент	V, м3/час	% (об.)	Мольная доля
SO2	7619	9,8	0,098
O2	7473,1	9,61	0,0961
N2	62586,7	80,5	0,805
SO3	66,03	0,9	0,0009

3.1

Cp(SO2)=46,32Дж/моль*К

Cp(O2)=31,39 Дж/моль*К

Cp(N2)=32,04 Дж/моль*К

Cp(SO3)=50,21 Дж/моль*К

Cp(газ смеси)=0,098*46,32+0,0961*31,39+0,805*32,04+0,0009*50,21=34,26 Дж/моль*К

∆Тад= Qp*a/сp=(94400Дж/моль*0,098)/34,26Дж/моль*К=271град

Т=Тн + ∆Тад(x-xн)

Хн=0

X1н=(590-424)/271=0,571

Потом подается холодный газ:

Т2н=Тхг + β(Т1к-Тхг), β=x2н/x1к

β=(Т2н-Тхг)/(Т1к-Тхг)=(530-210)/(590-210)=0,842

x2н=0,842*0,571=0,498

x2к=0,498+(555-530)/271=0,59

x3н= x2к

x3к=0,59+(465-440)/271=0,68

x4н= x3к

x4к= 0,68+(441-420)271=0,7575

x5н= x4к

x5к= 0,7575+(433-421)/271=0,802

З.2

qхг + qрг = сp(Vхг + Vрг)T2н

Vрг*сp*(Трг-Т2н)=cp*Vхг(Т2н-Тхг)

Vхг=Vрг(Трг-Т2н)/(Т2н-Тхг)=77744,83(590-530)/(530-210)=14577 м3/час