Реферат: Производство серной кислоты
1.Товарные и определяющие технологию свойства серной кислоты.
Серная кислота — один изосновных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют вразличных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексомособых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота недымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидкомсостоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то жевремя, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образуетмногочисленные устойчивые соли и дешева.
В технике под сернойкислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различногосостава: п SО3 · т Н2О.
При п = т = 1 этомоногидрат серной кислоты (100 % -ная серная кислота), при т > п – водныерастворы моногидрата, при т < п – растворы оксида серы (VI) в моногидрате(олеум).
Моногидрат серной кислоты– бесцветная маслянистая жидкость с температурой кристаллизации 10,37 оС,температурой кипения 296,2 оС и плотностью 1,85 т/м3. Сводой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидратысостава Н2SО4 · Н2О, Н2SО4· 2Н2О, Н2SО4 · 4Н2О и соединения соксидом серы Н2SО4 · SО3 и Н2SО4·2SО3.
Эти гидраты и соединенияс оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют рядэвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуляили близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются привыборе ее товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должныиметь низкую температуру кристаллизации.
Температура кипениясерной кислоты также зависит от ее концентрации, то есть состава системы «оксидсеры (VI) – вода». С повышением концентрации водной серной кислоты температураее кипения возрастает и достигает максимума 336,5 оС при концентрации98,3 %, что отвечает азеотропному составу, а затем снижается. Температуракипения олеума с увеличением содержания свободного оксида серы (VI) снижаетсяот 296,2 оС (температура кипения моногидрата) до 44,7 оС,отвечающей температуре кипения 100 %-ного оксида серы (VI).
При нагревании паровсерной кислоты выше 400 оС она подвергается термической диссоциациипо схеме:
400оС 700 оС
2 Н2SО4 <=> 2Н2О + 2SО3 <=> 2Н2О +2SО2 + О2.
Среди минеральных кислотсерная кислота по объему производства и потребления занимает первое место.Мировое производство ее за последние 25 лет выросло более чем в три раза исоставляет в настоящее время более 160 млн. т в год.
Области применения сернойкислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется впроизводстве минеральных удобрений (от 30 до 60 %), а также в производствекрасителей (от 2 до 16 %), химических волокон ( от 5 до 15 %) и металлургии (от2 до 3 %). Она применяется для различных технологических целей в текстильной,пищевой и других отраслях промышленности. На рис. 1 представлено применениесерной кислоты и олеума в народном хозяйстве.
Производство хроматов Производство сульфатов Минеральные удобрения Сульфат аммония Взрывчатые вещества Травление металлов Производство кислот, спиртов, эфиров и других органических веществ
Минеральные кислоты
Н3РО4
НF
Серная кислота Органические красители Металлургия цветных металлов Производство глюкозы и патоки Минеральные пигменты и краскиХимические волокна, текстильная промышленность Очистка нефтепродуктов и минеральных масел
/> /> /> /> /> /> /> />
Рис. 1. Применение сернойкислоты.
2.Сырьевые источники получения серной кислоты.
Сырьем в производствесерной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащиесоединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы(IV).
Природные залежисамородной серы невелики, хотя кларк ее равен 0,1 %. Чаще всего сера находитсяв природе в форме сульфидов металлов и сульфатов метало, а также входит всостав нефти, каменного угля, природного и попутного газов. Значительные количествасеры содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургиии в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.
Таким образом, сырьевыеисточники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих порв качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железныйколчедан. Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы тепловыхэлектростанций и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрациейв них оксида серы (IV).
При этом доля колчедана вбалансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.
В общей схемесернокислотного производства существенное значение имеют две первые стадии –подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурноеоформление существенно зависят от природы сырья, которая в значительной степени,определяет сложность технологического производства серной кислоты.
3. Краткоеописание современных промышленных способов получения серной кислоты. Путисовершенствования и перспективы развития производства.
Производство сернойкислоты из серусодержащего сырья включает несколько химических процессов, вкоторых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов.Это может быть представлено в виде следующей схемы:
/>
где I – стадия полученияпечного газа (оксида серы (IV)),
II – стадиякаталитического окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI) и абсорбции его(переработка в серную кислоту).
В реальном производстве кэтим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очисткипечного газа и другие механические и физико-химические операции. В общем случаепроизводство серной кислоты может быть выражено в следующем виде:
Сырье /> подготовка сырья /> сжигание(обжиг) сырья />
/>очистка печного газа /> контактирование /> абсорбция
контактированного газа /> СЕРНАЯ КИСЛОТА
Конкретнаятехнологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностейкаталитического окисления оксида серы (IV), наличия или отсутствия стадии абсорбцииоксида серы (VI).
В зависимости от того,как осуществляется процесс окисления SО2 в<sub/>SО3,различают два основных метода получения серной кислоты.
В контактном методеполучения серной кислоты процесс окисления SО2 в<sub/>SО3проводят на твердых катализаторах.
Триоксид серы переводят всерную кислоту на последней стадии процесса – абсорбции триоксида серы, которуюупрощенно можно представить уравнением реакции:
SО3 + Н2О/> Н2SО4
При проведении процессапо нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используютоксиды азота.
Окисление диоксида серыосуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:
SО3 + N2О3+ Н2О /> Н2SО4+ 2NО
В настоящее время впромышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты,позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.
Рассмотрим процесс получениясерной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного)колчедана и серы.
1) Химическая схемаполучения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:
— окисление дисульфидажелеза пиритного концентрата кислородом воздуха:
4FеS2 + 11О2= 2Fе2S3 + 8SО2,
— каталитическоеокисление оксида серы (IV) избытком кислорода печного газа:
2SО2 + О2/> 2SО3
— абсорбция оксида серы(VI) с образованием серной кислоты:
SО3 + Н2О/> Н2SО4
По технологическому оформлениюпроизводство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным исостоит из нескольких последовательно проводимых стадий.
Принципиальная(структурная) схема этого производства представлена на рис. 2:
/>
Рис. 2 Структурная схемапроизводства серной кислоты из флотационного колчедана методом одинарногоконтактирования.
I – получение обжиговогогаза: 1 – обжиг колчедана; 2 – охлаждение газа в котле-утилизаторе; 3 – общаяочистка газа, 4 – специальная очистка газа; II – контактирование: 5 – подогревгаза в теплообменнике; 6 – контактирование; III – абсорбция: 7 – абсорбцияоксида серы (IV) и образование серной кислоты.
Обжиг колчедана в токевоздуха представляет собой необратимый некаталитический гетерогенный процесс,протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциации дисульфидажелеза:
FеS2 = 2FеS +S2
и окисления продуктовдиссоциации:
S2 + 2О2= 2SО2
4FеS + 7О2 =2Fе2S3 + 4SО2
что описывается общимуравнением
4FеS2 + 11О2= 2Fе2S3 + 8SО2,
где ΔН = 3400 кДж.
Увеличение движущей силыпроцесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающей содержаниедисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом и применением избыткавоздуха при обжиге до 30 % сверх стехиометрического количества. На практикеобжиг ведут при температуре не выше 1000 оС, так как за этимпределом начинается спекание частиц обжигаемого сырья, что приводит куменьшению поверхности их и затрудняет омывание частиц потоком воздуха.
В качестве реакторов дляобжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические,пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слоя отличаются высокойинтенсивностью (до 10 000 кг/м2·сут), обеспечивают более полноевыгорание дисульфида железа (содержание серы в огарке не превышает 0,005 мас.долей) и контроль температуры, облегчают процесс утилизации теплоты реакцииобжига. К недостаткам печей КС следует отнести повышенное содержание пыли вгазе обжига, что затрудняет его очистку. В настоящее время печи КС полностьювытеснили печи в других типов в производстве серной кислоты из колчедана.
2) Технологическийпроцесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способомотличается от процесса производства из колчедана рядом особенностей. К нимотносятся:
– особая конструкцияпечей для получения печного газа;
– повышенное содержаниеоксида серы (IV) в печном газе;
– отсутствие стадиипредварительной очистки печного газа.
Последующие операцииконтактирования оксида серы (IV) по физико-химическим основам и аппаратурномуоформлению не отличаются от таковых для процесса на основе колчедана иоформляются обычно по схеме ДКДА. Термостатирование газа в контактном аппаратев этом методе осуществляется обычно путем ввода холодного воздуха между слоямикатализатора.
Принципиальная схемапроизводства серной кислоты из серы представлена на рис. 3:
/>
Рис. 3. Структурная схемапроизводства серной кислоты из серы.
1 – осушка воздуха; 2 – сжиганиесеры; 3 – охлаждение газа, 4 –контактирование; 5 –абсорбция оксида серы (IV) иобразование серной кислоты.
Существует также способпроизводства серной кислоты из сероводорода, получивший название «мокрого»катализа, состоит в том, что смесь оксида серы (IV) и паров воды, полученнаясжиганием сероводорода в токе воздуха, подается без разделения на контактирование,где оксид серы (IV) окисляется на твердом ванадиевом катализаторе до оксидасеры (VI). Затем газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где парыобразующейся серной кислоты превращаются в жидкий продукт.
Таким образом, в отличиеот методов производства серной кислоты из колчедана и серы, в процессе мокрогокатализа отсутствует специальная стадия абсорбции оксида серы (VI) и весьпроцесс включает только три последовательные стадии:
1. Сжигание сероводорода:
Н2S + 1,5О2= SО2 + Н2О – ΔН1, где ΔН1= 519 кДж
с образованием смесиоксида серы (IV) и паров воды эквимолекулярного состава (1: 1).
2. Окисление оксида серы(IV) до оксида серы (VI):
SО2+ 0,5О2<=> SО3 – ΔН2, где ΔН2= 96 кДж,
с сохранениемэквимолекулярности состава смеси оксида серы (IV) и паров воды (1: 1).
3. Конденсация паров иобразование серной кислоты:
SО3 + Н2О<=> Н2SО4 – ΔН3, где ΔН3 = 92 кДж
таким образом, процессмокрого катализа описывается суммарным уравнением:
Н2S + 2О2= Н2SО4 – ΔН, где ΔН = 707 кДж.
Большие масштабыпроизводства серной кислоты особенно остро ставят проблему егосовершенствования. Здесь можно выделить следующие основные направления:
1. Расширение сырьевойбазы за счет использования отходящих газов котельных теплоэлектроцентралей иразличных производств.
2. Повышение единичноймощности установок. Увеличение мощности в два-три раза снижает себестоимостьпродукции на 25 – 30%.
3. Интенсификацияпроцесса обжига сырья путем использования кислорода или воздуха, обогащенногокислородом. Это уменьшает объем газа, проходящего через аппаратуру, и повышаетее производительность.
4. Повышение давления впроцессе, что способствует увеличению интенсивности работы основной аппаратуры.
5. Применение новыхкатализаторов с повышенной активностью и низкой температурой зажигания.
6. Повышение концентрацииоксида серы (IV) в печном газе, подаваемом на контактирования.
7. Внедрение реакторовкипящего слоя на стадиях обжига сырья и контактирования.
8. Использование тепловыхэффектов химических реакций на всех стадиях производства, в том числе, длявыработки энергетического пара.
Важнейшей задачей впроизводстве серной кислоты является повышение степени превращения SО2в SО3. Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнениеэтой задачи позволяет решить и экологические проблемы – снизить выбросы вокружающую среду вредного компонента SО2.
Повышение степенипревращения SО2 может быть достигнуто разными путями. Наиболее распространенныйиз них – создание схем двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДА).
4.Физико-химические свойства системы, положенной в основу химико-технологическогопроцесса окисления сернистого ангидрида.
Реакция окисления оксидасеры (IV) в оксид серы (IV), лежащая в основе процесса контактированияобжигового газа, представляет собой гетерогенно-каталитическую, обратимую,экзотермическую реакцию и описывается уравнением:
SО2+ 0,5О2<=> SО3 – ΔН.
Тепловой эффект реакциизависит от температуры и равен 96,05 кДж при 25 оС и около 93 кДжпри температуре контактирования. Система «SО2 – О2 – SО3»характеризуется состоянием равновесия в ней и скоростью окисления оксида серы(IV), от которых зависит суммарный результат процесса.
Константа равновесия реакцииокисления оксида серы (IV) равна:
/> (1)
где /> – равновесныепарциальные давления оксида серы (VI), оксида серы (IV) и кислородасоответственно.
Степень превращенияоксида серы (IV) в оксид серы (VI) или степень контактирования, достигаемая накатализаторе, зависит от активности катализатора, температуры, давления,состава контактируемого газа и времени контактирования и описывается уравнением:
/> (2)
где />– те же величины, что ив формуле (1)
Из уравнений (1) и (2)следует, что равновесная степень превращения оксида серы (IV) связана сконстантой равновесия реакции окисления:
/> (3)
Зависимость Хрот температуры, давления и содержания оксида серы (IV) в обжиговом газепредставлена в табл. 1 и на рис. 4.
Таблица 1. Зависимость Хрот температуры, давления и содержания оксида серы (IV) в обжиговом газе
Температура, оС
(при давлении 0,1 МПа и содержании SО2 0,07 об. долей)
Давление, МПа
(при температуре 400 оС и содержании SО2 0,07 об. долей)
содержание SО2
об. долей
1000 700 400 0,1 1,0 10 0,02 0,07 0,10 0,050 0,436 0,992 0,992 0,997 0,999 0,971 0,958 0,923/>
(об.дол.)
а б в
Рис. 4. Зависимостьравновесной степени превращения оксида серы (IV) в оксид серы (VI) оттемпературы (а), давления (б) и содержания оксида серы (IV) в газе (в).
Из уравнения (3) и табл.4 следует, что с понижением температуры и повышением давления контактируемогогаза равновесная степень превращения Хр возрастает, что согласуетсяс принципом Ле-Шателье. В то же время, при постоянных температуре и давленииравновесная степень превращения тем больше, чем меньше содержание оксида серы(IV) в газе, то есть чем меньше соотношение SО2: О2. Этоотношение зависит от вида обжигаемого сырья и избытка воздуха. На этойзависимости основана операция корректирования состава печного газа, то естьразбавление его воздухом для снижения содержания оксида серы (IV).
Степень окисления оксидасеры (IV) возрастает с увеличением времени контактирования, приближаясь кравновесию по затухающей кривой (рис. 5).
/>
Рис. 5. Зависимость Хрот времени контактирования.
Следовательно, времяконтактирования должно быть таким, чтобы обеспечить достижение равновесия всистеме. Из рис. 5 следует, что чем выше температура, тем скорее достигаетсяравновесие (t1 < t2), но тем меньше степеньпревращения (Х1 < Х2 при Т1 > Т2).Таким образом, выход оксида серы (IV) зависит как от температуры, так и отвремени контактирования. При этом, для каждого времени контактированиязависимость выхода от температуры выражается соответствующей кривой, имеющеймаксимум. Очевидно, что огибающая эти максимумы линия АА (рис. 6) представляеткривую оптимальных температур для различного времени контактирования, близкую кравновесной кривой.
η
/>
Рис. 6. Зависимостьвыхода оксида серы (IV) от температуры при различном времени контактирования.
От скорости окислениязависит количество оксида серы (IV), окисляющееся в единицу времени, и,следовательно, объем контактной массы, размеры реактора и другие характеристикипроцесса. Организация этой стадии производства должна обеспечить возможно болеевысокую скорость окисления при максимальной степени контактирования, достижимойв данных условиях.
Энергия активации реакцииокисления оксида серы (IV) кислородом в оксид серы (VI) весьма велика. Поэтому,в отсутствие катализатора реакция окисления даже при высокой температуре практически не идет. Применение катализатора позволяет снизить энергиюактивации и увеличить скорость окисления.
В производстве сернойкислоты в качестве катализатора применяют контактные массы на основе оксидаванадия (V) марок БАВ и СВД, названные так по начальным буквам элементов,входящих в их состав.
БАВ (барий, алюминий,ванадий) состава:
V2О5(7 %) + К2SО4 + ВаSО4 + Аl2(SО4)3+ SiО2 (кремнезем)
/>
катализатор активатор носитель
СВД(сульфо–ванадато–диатомовый) состава
V2О5(7 %) + К2S2О7 + диатомит +гипс
/>
катализатор активатор носитель
Для описания скоростиокисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI) на ванадиевом катализаторе принеподвижном слое катализатора предложены различные кинетические уравнения. Кним относится, например, уравнение (4), связывающее скорость реакции состепенью превращения оксида серы (IV), константой скорости реакции, константойравновесия и давлением газа:
/> (4)
/> (5)
где Х – равновеснаястепень превращения оксида серы (IV),
k – константа скоростиокисления,
а – начальнаяконцентрация оксида серы (IV) в газе,
b – начальнаяконцентрация кислорода в газе,
Р – общее давление вгазе,
Кр – константаравновесия реакции.
Из уравнений (4) и (5)следует, что скорость окисления зависит от константы скорости реакции, сильновозрастающей при повышении температуры. Однако при этом уменьшается константаравновесия Кр и уменьшается значение члена /> в уравнении (4). Таким образом,скорость процесса окисления оксида серы (IV) зависит от двух величин, изменяющихсяс ростом температур в противоположном направлении. Вследствие этого криваязависимости скорости окисления от температуры должна проходить через максимум.Из уравнения (4) также следует, что скорость окисления оксида серы (IV) тембольше, чем меньше достигаемая в этом процессе степень превращения оксида серы(IV) в оксид серы (VI). Вследствие этого для каждой степени превращения зависимостьскорости реакции от температуры будет выражаться индивидуальной кривой, имеющеймаксимум. На рис. 7 представлена серия подобных кривых, соответствующихразличные степеням превращения для газа постоянного состава. Из него следует,что скорость реакции окисления достигает максимума при определенных значенияхтемператур, которая тем выше, чем меньше эта степень превращения, и представляют,очевидно, оптимальные температуры.
/>
Рис. 7. Зависимостьскорости окисления оксида серы (IV) от температуры при различных степеняхпревращения Х1 < Х2 < Х3 < Х4
Линия АА, соединяющаяточки оптимальных температур, называется линией оптимальной температурнойпоследовательности (ЛОТ) и указывает, что для достижения наилучших результатовпроцесс контактирования следует начинать при высокой температуре, обеспечивающейбольшую скорость процесса (на практике около 600 оС), а затем длядостижения высокой степени превращения снижать температуру, выдерживая температурныйрежим по ЛОТ. Линии ВВ и СС на рис. 7 очерчивают область допустимых температурв реальном технологическом процессе контактирования.
В таблице 2 представлентемпературный режим работы 4-х слойного контактного аппарата с промежуточнымтеплообменом, установленный в соответствии с изложенным выше принципом:
Таблица 2. Температурныйрежим контактного узла
Слои I II III IVТемпературный режим в контактном аппарате, оС
440–600 460–500 440–450 420–425Температурный режим в теплообменнике, оС
600–460 500–440 450–420 420Хр
0,70 0,90 0,96 0,98Таким образом,противоречие между кинетикой и термодинамикой процесса процесса окисленияоксида серы (IV) достаточно успешно снимается конструкцией и температурнымрежимом работы контактного аппарата. Это достигается разбивкой процесса настадии, каждая из которых отвечает оптимальным условиям процессаконтактирования. Тем самым определяются и начальные параметры режимаконтактирования: температура 400 – 440 оС, давление 0,1 МПа,содержание оксида серы (IV) в газе 0,07 об. долей, содержание кислорода в газе0,11 об. долей.
5.Аппаратурно–технологическая схема тонкой очистки сернистого газа и окислениясернистого ангидрида в четырехслойном контактном аппарате с фильтрующими слоямикатализатора.
Реакторы или контактныеаппараты для каталитического окисления оксида серы (IV)по своей конструкцииделятся на аппараты с неподвижным слоем катализатора (полочные илифильтрующие), в которых контактная масса расположена в 4-5 слоях, и аппаратыкипящего слоя. Отвод тепла после прохождения газом каждого слоя катализатораосуществляется путем введения в аппарат холодного воздуха или газа, или спомощью строенных в аппарат или вынесенных отдельно теплообменников.
В настоящее время впроизводстве серной кислоты и олеума контактным методом наиболеераспространенной является технологическая схема с использованием принципадвойного контактирования «ДКДА» (двойное контактирование – двойная абсорбция).Часть подобной схемы, за исключением печного отделения и отделения общейочистки газ, технологически однотипных для всех схем, представлена на рис. 9.
Производительностьустановки до 1500 т/сут по моногидрату. Расходные коэффициенты (на 1 тмоногидрата): колчедан 0,82 т, вода 50 м3, электроэнергия 82 кВт·ч.
/>
Рис. 9. Технологическаясхема производства серной кислоты из колчедана двойным контактированием ДКДА.
1 – полая промывная башня,2 – промывная башня с насадкой, 3 – увлажнительная башня, 4 – электрофильтры, 5– сушильная башня, 6 – турбогазодувка, 7 – сборники 75 %-ной кислоты, 8 –сборник продукционной кислоты, 9 – теплообменники, 10 – контактный аппарат, 11– олеумный абсорбер, 12 и 13 – моногидратные абсорберы. Потоки продуктов: I –печной газ при 300 оС, II – 75 %-ная серная кислота, III –охлажденная 98 %-ная кислота, IV – продукционная кислота на охлаждение, V –охлажденный олеум или моногидрат, VI – продукционный олеум на охлаждение, VII –выхлопные газы.
6.Материальный баланс 1 ступени контактного аппарата окисления сернистого газа.
Данные для расчета:
1. Общаяпроизводительность по серной кислоте в пересчете на моногидрат – 127 т/час;
2. полнота абсорбциисерного ангидрида – 99,8 %;
3. состав исходного газа:
SО2 – 6,82 %(об.), О2 – 10,4 % (об.), СО2 – 0,4 % (об.), N2– 82,38 % (об.);
температура 520 оС;
степень достиженияравновесия – α = 0,650
1. Рассчитаем равновеснуюстепень превращения SО2 в SО3. Рассмотрим расчетравновесия по известным значениям Кр для реакции окисления диоксидасеры:
SО2 + 0,5О2+ СО2 +N2 <=> SО3 + СО2 +N2
а b т п
где а, b, т, п –количество (моль) компонентов исходной смеси SО2, О2, СО2и N2 (а + b+ т + п = 1).
Количество каждогокомпонента (моль) при достижении равновесной степени превращения хА, есоставит
SО2 О2 СО2 N2 SО3
а – а · хА, е b – 0,5а · хА, е т п а · хА, е
Общее число равновеснойсмеси:
а – а · хА, е+ b – 0,5а · хА, е+ т + п + а · хА, е = 1 – 0,5а · хА, е
Константа равновесия
/>
может быть рассчитано поуравнению (стр.433, [1]):
/>
При температуре 520оС(793 К) константа равновесия равна:
/>
Состояние равновесияреакции можно характеризовать значениями равновесной степени превращения
/>
Обозначив общее давлениечерез р, выразим равновесные давления компонентов:
/> /> />
Тогда
/>
отсюда
/> (6)
Подставляя исходныеданные в уравнение (6), получим (р = 0,1 МПа):
/>
Откуда методом итерацийнаходим /> и,следовательно, в равновесной смеси содержится:
/>
/>
/>
SО3 – 6,38 %(об.), SО2 – 0,688 % (об.), О2 – 7,54 % (об.), СО2– 0,412 % (об.), N2 – 84,98 % (об.);
2. Практическая степень превращенияравна:
/>
3. Суммарное уравнениеокисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI) и абсорбции оксида серы (VI) собразованием серной кислоты:
SО2 + 0,5О2+ Н2О /> Н2SО4
64г/моль 98 г/моль
Исходя из уравненияреакции для получения 127 кг/ч серной кислоты необходимо оксида серы (IV):
/> кг
С учетом рассчитаннойстепени превращения и заданной полноты абсорбции, практически необходимо оксида серы (IV):
/> кг
/> моль
4. Пересчитаем объемныйсостав газа в массовый.
Общее количество мольгазовой смеси равно
/> моль
Количество компонентовисходной смеси равно:
/>моль
/> кг
/> моль
/> кг
/> моль
/> кг
Количество компонентовполученного газа:
/> моль
/> кг
/> моль
/> кг
Общее количество мольгазовой смеси равно
/> моль
/> моль
/> кг
/> моль
/> кг
/>моль
/> кг
Результаты расчетовсведем в таблицу 3
Таблица 3. Материальныйбаланс процесса контактного аппарата окисления сернистого газа.
Приход Расход Статья моль/ч об. % кг/ч Статья моль/ч об.% кг/чSО2
О2
СО2
N2
2207,42
3366,17
129,47
26664
6,82
10,4
0,4
82,38
141,275
107,717
5,697
746,590
SО2
SО3
О2
СО2
N2
215,87
2002
2365,82
129,47
26664
0,688
6,38
7,54
0,412
84,98
13,815
160,160
75,706
5,697
746,590
Всего 32367,06 100 1001,279 Всего 31377,16 100 1001,279Литература.
1. Кутепов А. М.Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. М. Высш. школа.1990.
2. Соколов Р. С.Химическая технология. – М: Гуманит. изд. Центр БЛАДОС, 2000.
3. Расчетыхимико-технологических процессов // Под общ. ред. И. П. Мухленова. — Л.: Химия,1976
4. Бесков В. С., СафроновВ. С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. — М.: Химия,1999.
5. Общая химическаятехнология и основы промышленной экологии.// под ред. В. И. Ксензенко. — М.: «КолосС»,2003.