Методика расчета материального баланса контактного аппарата

Расчет материального баланса пятислойного контактного аппарата производится отдельно для каждого слоя катализатора.

На входе в КА: газ, состоящий из 12% SO₂, 9% - О₂, 79% - N₂, объемом 141838 м³/ч с температурой 405°С.

На выходе: газ, состоящий из SO₃, SO₂,O₂,N₂.

Цель расчета: 1) рассчитать равновесную степень превращения SO₂ в SO₃ для каждого слоя катализатора и общую степень превращения в КА; 2) определить расход и состав газа на выходе из каждого слоя катализатора.

Расчет

1. Определяем константу равновесия для температуры в интервале 400-650°С с шагом 25°С при помощи математического пакета MahtCad, дополнительно для температур 440 и 610°С c помощью формулы:

2. Заполняем таблицу «Состав газа, поступающий на 1 слой катализатора»

3. Определяем равновесную степень превращения по формуле:

4. Результаты расчета заносим в таблицу «Степень контактирования»

5. Строим график «x-t»

6. Определяем оптимальную температуру для каждой Xp по формуле:

Данные заносим в таблицу и строим аналогичный график

7. На полученный график наносим точку, соответствующую начальным условиям t=405°C, x=0.

Определяем увеличение температуры при окислении диоксида серы. Введем обозначение:

Q – тепло, выделяющееся при окислении SO₂, кДж/ч; m_i – масса каждого газа, присутствующего в смеси, кг/ч; m_SO2 – масса SO₂, поступающего на окисление, кг/ч; q – удельная теплота окисления SO₂, кДж/кг; tн, tк – температуры до и после окисления, °С; х – степень контактирования; Сi – средняя теплоемкость газов в смеси, кДж/(кг*К).

Принимаем, что q, mi, Ci – не зависят от температуры. Их значения берем при средней температуре в аппарате (500°С) и степени контактирования х=0,5.

Удельные теплоты окисления приведены в тетради в таблице и являются справочным материалом.

Находим из вышеуказанного уравнения tк.

Для газовой смеси данного состава при сохранении приведенных выше допущений, степень контактирования 0,5, температура повышается примерно на 179°С.

На графике «x-t» строим адиабаты для всех 5 слоев КА. На основании полученных данных выбираем оптимальные координаты процесса для каждого слоя: tн, tк, х.

Расчет материального баланса производится для каждого слоя катализатора по типовым формулам.

1. Количество SO₂, окислившееся в SO₃

- количество диоксида серы, поступающего на окисление;

- степень контактирования.

2. Количество SO₂ в газе, уходящем из слоя

3. Количество SO₃, образовавшееся в слое

молярные массы

4. Количество O₂, пошедшее на образование SO₃

5. Количество О₂, оставшееся в газе

количество O2, поступающего на слой

Результаты расчета сводим в таблицу материального баланса. Аналогичный расчет проводим для последующих слоев катализатора. Для 4 и 5 слоев учитывается абсорбция.