Расчетная часть. Четырехслойный контактный аппарат с промежуточным теплообменом загружен гранулированной контактной массой и работает по следующему режиму:

Четырехслойный контактный аппарат с промежуточным теплообменом загружен гранулированной контактной массой и работает по следующему режиму:

температура газа на входе в слой

I	II	II	IV

степень превращения, Х

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

коэффициент запаса катализатора, С

I	II	III	IV
		1,3	1,35

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.

Для практических расчетов окисления SO2 на ванадиевом катализаторе можно принять следующие значения E и k₀.

t	x	E	k0
<440	>0,6		3,74*10^14
440-530	>0,6		0,225
>530	>0,6		2,79*10^(-5)

1. 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

Константу равновесия определим по формуле

lgK_p = 4905,5/T – 7,1479

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

K_p= 0,285

В таблицах, приведенных ниже, результаты расчета остальных участков 1 слоя, а также 2-4 слоев, разделенных на 4, 3 и 3 участка соответственно.

С увеличением участков на каждом слое общее время контакта τ уменьшается.

1 слой:

	Tн	Tк	к	lgКр	Kp	Δx	β	Δτ	x
1 участок			1,38E-05	-0,546	0,285	0,14	0,09480	0,099	0,14
2 участок			2,35E-05	-0,907	0,124	0,2	0,08728	0,113	0,34
3 участок			2,79E-05	-1,231	0,059	0,2	0,07962	0,151	0,54
4 участок			2,79E-05	-1,410	0,039	0,12	0,07497	0,180	0,66
5 участок			2,79E-05	-1,496	0,032	0,06	0,07262	0,710	0,72

С.

2 слой:

	Tн	Tк	к	lgКр	Kp	Δx	β	Δτ	x
1 участок			1,35E-05	-0,528	0,297	0,07	0,06987	0,250	0,79
2 участок			1,68E-05	-0,676	0,211	0,08	0,06671	0,439	0,87
3 участок			1,81E-05	-0,727	0,187	0,03	0,06552	0,263	0,9
4 участок			1,90E-05	-0,761	0,174	0,02	0,06472	0,424	0,92

С.

3 слой:

	Tн	Tк	к	lgКр	Kp	Δx	β	Δτ	x
1 участок			9,33E-06	-0,277	0,528	0,03	0,06352	0,845	0,95
2 участок			9,73E-06	-0,306	0,494	0,012	0,06304	0,584	0,962
3 участок			1,00E-05	-0,325	0,473	0,008	0,06272	1,102	0,97

С.

4 слой:

	Tн	Tк	к	lgКр	Kp	Δx	β	Δτ	x
1 участок			4,40E-06	-0,170	0,676	0,005	0,06252	1,026	0,975
2 участок			4,69E-06	-0,180	0,661	0,003	0,06240	1,117	0,978
3 участок			4,69E-06	-0,180	0,661	0,002	0,06232	1,910	0,98

С.

2. Объем контактной массы определяем по уравнеию υ=сVτ, принимая значение коэффициента запаса в соответствии с вышеприведенными данными:

	ν	ν,%
ν1	42,91	13,603
ν2	47,11	14,936
ν3	86,66	27,472
ν4	138,76	43,989
∑ν	315,44

Или в расчете на 1 т/ч Н₂SO₄:

Если не учитывать изменение объема газа в результате окисления SO₂ и принять

w= 0,3м/с, то после подстановки в уравнение , получим:

м².

Внутренний диаметр контактного аппарата равен:

Высота слоев контактной массы составит:

h= υ / F:

h1	1,50
h2	1,65
h3	3,04
h4	4,87

Общая высота всех слоев: Н=11,06м.

3. Скорость газа и его плотность при средней температуре равны:

w_t= w*((t_cp + 273)/2+273)/273

ρ= 1,4*273/(t_cp + 273)

Результаты расчета:

w1	0,869
w2	0,821
w3	0,784
w4	0,773

ρ1	0,483
ρ 2	0,512
ρ 3	0,536
ρ 4	0,544

Гидравлическое сопротивление слоев контактной массы определяется по формуле:

Для массы БАВ с гранулами диматром 5мм значение А=500.

Δp= 9,8*A*w^1,74 ρ*h

Результаты расчета:

p1	2790,181
p2	2776,144
p3	4714,514
p4	7356,819

Общее гидравлическое сопротивление контактной массы составит:

∑p=17637,66 Па.

Заключение.

Принятые в данном расчете температура газа на входе в каждый слой и степень превращения как после каждого слоя, так и после каждого участка, установлены путем предварительных расчетов таким образом, чтобы общее время контакта для всего контактного аппарата (для четырех слоев) приближалось к минимальному значению.