После двух слоев контактной массы

Диоксид серы взаимодействует с кислородом по реакции

(1.1)

При проведении данной реакции в промышленных условиях скорость ее должна быть максимальной. Скорость окисления диоксида серы определяется по уравнению Борескова-Иванова[1] которое, если обозначить концентрацию диоксида серы в мольных долях буквой «», а концентрацию кислорода «» и степень превращения диоксида серы - , может быть преобразовано к виду:

, (1.2)

где - условное время контакта, ; - общее давление, ; - константа скорости прямой реакции; - константа равновесия.

Для контактной массы СВД (гранулы ):

, при (1.3) (уравнение получено авторами[3] по данным[2] при использовании метода наименьших квадратов).

Значения константы равновесия в интервале температур от 390 до 650 могут быть вычислены по уравнению[1,2]:

.

Процесс окисления диоксида серы начинают при температуре 420-440 , а на выходе из первого слоя контактной массы температура не должна превышать значение, при котором скорость процесса равна нулю (по достижению равновесной степени превращения). Для применяемых в производстве серной кислоты указанных контактных масс температура контактирования изменяется в пределах от 420-440 до 600-620 . В данном интервале температур при нескольких значениях степени превращения рассчитываем относительную скорость окисления диоксида серы по уравнению (1.2). Эти трудоёмкие расчеты целесообразно выполнять с помощью ЭВМ.

По полученным значения строим график зависимости , проводим линию оптимальных температур, строем две линии , ограничивающие рабочую зону (рис. 2) и показываем эти три кривые в координатах X – t (рис. 3).

При температурах в заданном интервале рассчитываем значения равновесной степени превращения по уравнению[1,2]

(a=0.08 b=0.13)

Пример распечатки данных при расчёте по программе для расчета процесса каталитического окисления диоксида серы (Пикулин Ю. Г. 1998)

	Wr,a при степенях превращения
T (K)	Kp	X,e	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
	440,1	0,996	14,94	13,18	11,44	9,72	8,02	6,35	4,71	3,10	1,52
	271,1	0,994	2,23	1,97	1,71	1,45	1,20	0,95	0,70	0,46	0,23
	171,6	0,991	2,50	2,21	1,91	1,63	1,34	1,06	0,79	0,52	0,25
	111,4	0,984	2,79	2,46	2,13	1,81	1,49	1,18	0,87	0,57	0,27
		0,979	3,09	2,72	2,36	2,01	1,65	1,31	0,96	0,62	0,27
	50,2	0,969	3,40	3,00	2,60	2,21	1,82	1,43	1,05	0,66	0,23
	34,7	0,956	0,73	3,29	2,85	2,42	1,99	1,56	1,13	0,67	0,12
	24,5	0,939	3,95	3,48	3,02	2,55	2,09	1,62	1,14	0,60
	17,5	0,917	3,95	3,48	3,01	2,54	2,06	1,57	1,03	0,40
	12,7	0,89	3,95	3,48	3,00	2,51	2,01	1,47	0,85	0,02
	9,4	0,858	3,95	3,47	2,97	2,46	1,91	1,29	0,52

Рис. 2. Зависимость относительной скорости окисления диоксида серы

от температуры при различных степенях превращения: ЛОТ – линия

оптимальных температур.

Рис. 3. Зависимость степени превращения диоксида серы от температуры.

(на миллиметровке)

При адиабатическом процессе на каждом слое катализатора температура возрастает с увеличением степени превращения диоксида серы. Если пренебречь зависимостью теплоемкости газа от температуры, то последняя будет связана со степенью превращения линейной зависимостью

,

где - начальная и конечная степени превращения в одном слое контактной массы; - начальная температура при ; - максимальный нагрев в адиабатических условиях (в градусах) при измерении степени превращения от 0 до 1 (адиабатический разогрев - ). В результате обработки данных[2] методом наименьших квадратов получено регрессионное уравнение

,

где мольная (объемная) доля в исходной газовой смеси. Коэффициент корреляции при этом составляет 0,99994.

Для находим

В координатах (рис. 3) строим график линейной зависимости (адиабату)

(для первого слоя контактной массы ). Температуру на выходе из первого слоя контактной массы определяем как проекцию на ось абсцисс точки пересечения адиабаты с верхней границей рабочей зоны. Через точку пересечения двух указанных линий проводим горизонтальную прямую, отражающую охлаждение газов в промежуточном теплообменнике, до пересечения с нижней границей рабочей зоны. Выполнив данные построения получаем рабочую линию процесса на первом слое контактной массы.

Продолжая аналогичные построения с проведением через последнюю точку пересечения двух линий прямой, параллельной предыдущей адиабате, получаем рабочую линию процесса на втором слое контактной массы. Определяем степени превращения на выходе из каждого слоя:

;

а также температуры для каждого слоя контактной массы:

.