Лабораторный практикум по дисциплинам "Технология и оборудование отрасли" и "Макрокинетика и расчет реакторов"

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Одним этапов обучения студентов специальности “Основные процессы химических производств и химическая кибернетика” (ОПХП и  ХК) является прохождение ими лабораторного практикума с целью закрепления теоретических основ курсов  «Технология и оборудование отрасли», «Макрокинетика и расчет реакторов». В связи со сложностью изучаемых процессов, высокими температурами и давлениями, токсичными веществами создание лабораторных стендов не представляется возможным. Для целей практического изучения реальных технологических процессов созданы виртуальные лабораторные работы в основе которых  лежат имитаторы рассматриваемых процессов и соответствующие математические модели.

Практикум  содержит 7 лабораторных работ, сгруппированных по трем разделам: контактное окисление диоксида серы; конверсия оксида углерода в диоксид; синтез аммиака на железном катализаторе. В каждом разделе изучается термодинамика и кинетика процесса.

Пособие имеет характер практического руководства. Излагается  необходимый теоретический материал, после чего     приводятся варианты заданий, которые выполняют студенты, пользуясь соответствующим имитатором и пояснениями к нему. Результаты работ представляются в виде таблиц  и обрабатываются   в виде графических зависимостей, вид которых студенты должны объяснить на основании теории данного процесса и сделать соответствующие выводы. Приводятся основные вопросы на коллоквиум.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Исследование равновесия  и кинетики реакции контактного  окисления SO₂ в SO₃ в производстве серной кислоты

Часть первая. Исследование равновесия

Теоретическое введение

По объему промышленного производства серная кислота занимает одно из первых мест среди продуктов, производимых химической промышленностью.

В основе всех технологических схем производства серной кислоты лежит обратимая реакция окисления диоксида серы в триоксид  кислородом воздуха:

                  SO₂ +  0,5O₂  = SO₃ + Q                                                   (1.1)

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры (кДж/кмоль) выражается уравнением:

Q = 92323,7 + 23,359Т - 43,8902∙10^-3Т² + 26,905∙10^-6Т³ – 6,905∙10^-9Т⁴           (1.2)

В интервале температур 400÷700 ^оС можно пользоваться упрощенным уравнением:

                  Q = 101419 - 9,26Т (кДж/кмоль)                                     (1.3)                               

Согласно принципа Ле-Шателье,  равновесие реакции (1) сдвигается в сторону продуктов реакции при понижении температуры и повышении давления. И то и другое в ощутимых пределах  трудно осуществимо, так как при температурах ниже 400 ⁰С скорость реакции мала даже в присутствии катализаторов, а повышение давления, которое вызвало бы  видимый эффект, сопряжено со значительными техническими трудностями.

На практике реакцию окисления SO₂ в SO₃ проводят при атмосферном давлении и температурах 400÷650 ^оС.

Константа скорости реакции,  выраженная через парциальные давления компонентов, определяется из уравнения:

                                                                                                             (1.4.)                     

Равновесная степень превращения сернистого газа в серный ангидрид:

                                                                          (1.5)               

Из уравнения константы равновесия следует, что:

                                                                                                            (1.6)