Термодинамика реакции окисления сернистого газа

Составим термодинамический расчет реакции SO₂+0,5O₂→SO₃.

Расчет теплового эффекта реакции проводим, используя следствие из закона Гесса. На основе его же проводим расчет энтропии. При расчете используем зачения теплоемкостей, как функций от температуры.

Данные термодинамические расчеты обуславливают возможность протекания реакции в заданных условиях.

 

Материальный баланс

 

Материальный расчет 1-ого слоя

Для реакции окисления диоксида серы:

(16)

а     b    c

где а, b, c – количество (моль) компонентов исходной смеси SО₂, О₂ и N₂

(а + b+ c = 1).

Количество каждого компонента (моль) при достижении равновесной степени превращения х_А,е составит

SО₂               О₂                       N₂  SО₃

а – а · х_А,е    b – 0,5а · х_А,е       c   а · х_А,е  

(17)

Константа равновесия

 

(18)

может быть рассчитано по уравнению (стр. 502, [5]):

 

(19)

 

Из таблиц значений степеней превращения и соответствующих им оптимальным температурам выберем Т_опт=807К

 

При температуре 807К константа равновесия равна:

(19а)

Состояние равновесия реакции можно характеризовать значениями равновесной степени превращения

(20)

Обозначив общее давление через р, выразим равновесные давления компонентов:

 

  (21)

Тогда

 

(21а)

Отсюда

(22)

 

 

Учтем, что р = 0,1 МПа:

(22а)

 

 

Откуда методом итераций находим  и, следовательно, в равновесной смеси содержится:

;

;

;

;

SО₃ – 7,1 % (об.), SО₂ – 0,145 % (об.), О₂ – 7,8 % (об.), N₂ – 84,9 % (об.);

Практическая степень превращения равна:

;

Суммарное уравнение окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI) и абсорбции оксида серы (VI) с образованием серной кислоты:

Исходя из уравнения реакции, по формуле Менделеева-Клапейрона:

;

;

С учетом рассчитанной степени превращения, практически необходимо оксида серы (IV):      

 ;

;

Пересчитаем объемный состав газа в массовый.

Общее количество моль газовой смеси равно

;

Количество компонентов исходной смеси равно:

;

;

;

;

Количество компонентов полученного газа:

;

;

Общее количество моль газовой смеси равно

;

;

;

;

;

кмоль;

;

Результаты расчетов материальных балансов представлены на таблицах 10-13 [6].

 

Таблица 10 - Материальный баланс 1-ого слоя

Приход				Расход
Статья	кмоль/ч	об. %	кг/ч	Статья	кмоль/ч	об.%	кг/ч
SО2   О2 N2	404,8   636,1 4742	7   11 82	25907,2   20355,6 132774,5	SО2 SО3 О2 N2 Потери	8,1 396,56 435,66 4742 200,58	0,1 7,1 7,8 85	518 31725 13941,12 132774,5 78,68
Всего	5782,9	100	179037,3	Всего	5782,9	100	179037,3