Рассчитайте материальный баланс реактора окисления оксида серы (4). Степень превращения диоксида серы составляет 0,94. (Решение → 25772)

Заказ №38738

Задание 3 3. Рассчитайте материальный баланс реактора окисления оксида серы (4). Степень превращения диоксида серы составляет 0,94. Для окисления диоксида серы было использовано 4300 м3/ч кислорода. Концентрации компонентов в исходной смеси (объемные доли): оксид серы (4) 0,11; кислород 0,1; остальное - азот. Дополнительно рассчитайте молярную мощность реактора. Рассчитайте температуру смеси на выходе из реактора, если температура входной смеси составляет 395 °C, потери тепла в окружающую среду составляют 2% от теплоты, поступающее от потока исходных веществ, и 20% тепла химической реакции отводятся с помощью теплообменников.

Решение:

Составим уравнение химической реакции: 2SO2 + O2 → 2SO3 (N2) Исход. 0,11 0,1 0 0,79 Прореаг. 0,103 0,052 0,103 0 Конеч. 0,007 0,048 0,103 0,842 2A + B → 2C (I) Молярные массы компонентов равны: МА = 64 кг/кмоль; Мв = 32 кг/кмоль; Мс = 80 кг/кмоль; МI = 28 кг/кмоль; ZAI = 0,11 мольные доли; ZB2 = 0,048 мольные доли; ZCI = 0 мольные доли; VO2 = 4300 м 3 /ч. Составим балансовые уравнения по каждому веществу и суммарное уравнение мольных потоков: NA1 – 1/1·Y = NA2 (1), где Y – количество молей оксида серы (6), которое образовалось в ходе реакции NB1 – 2·Y = NB2 (2) NC1 + Y = NC2 (3) NI1 = NI2 (4) NA1 + NB1 + NC1 + NI1 – Y = NA2 + NB2 + NC2 + NI2 (5) Или N01 – Y = N02 (6) Преобразуем уравнение (3), выразив количество молей оксида серы (6) в начальной и конечной смеси через мольную (объемную) долю и суммарные мольные потоки: ZC1·N01 + Y = ZC2·N02 (7) Из уравнения (6) следует: N01 = N02 + Y (8) Подставим (8) в (7) и выразим Y: Y = N02(ZC2 – ZC1)/(ZC1 + 1) (9) Рассчитаем Y, подставив исходные данные: Y = 4300/22,4·(0,103 – 0)/(0 + 1) = 19,77 (кмоль/ч) Определим суммарный мольный поток исходной смеси по уравнению (8): N01 = 4300/22,4 + 19,77 = 211,7 (кмоль/ч) Количество молей каждого вещества в исходной смеси: NA1 = ZA1 ·N01 = 0,11·211,7 = 23,3 (кмоль/ч) NВ1 = ZВ1 ·N01 = 0,1·211,7 = 21,17 (кмоль/ч) NС1 = ZС1 ·N01 = 0·211,7 = 0 (кмоль/ч) Количество инертного вещества можно рассчитать по уравнению: NI1 = ZI1 · N01 = (1 – ZA1 – ZB1 – ZC1)·N01 Или NI1 = N01 – NA1 – NB1 – NC1 = 167,23 (кмоль/ч) Количество вещества в конечной смеси рассчитывают из уравнений (1-4), соответственно: NA2 = NA1 – 1/1·Y = 23,3 – 1/1 · 19,77 = 3,53 (кмоль/ч) NВ2 = NВ1 – 1/2·Y = 21,17 – 1/2 · 19,77 = 11,29 (кмоль/ч) NС2 = NС1 +Y = 0 + 19,77 = 19,77 (кмоль/ч) Для проверки правильности расчета определим количество инерта в конечной смеси по формуле: NI2 = N02 – NA2 – NB2 – NC2 = 4300/22,4 – 3,53– 11,29 – 19,77 = 167,4 (кмоль/ч)