Задание 6. Исследование процесса окисления диоксида серы в триоксид серыв многослойном реакторе




Реакция окисления SO2в SO3является экзотермической обратимой реакцией. Поэтому при росте температуры константа равновесия значительно уменьшается (Рис. 1). В этом случае можно использовать многослойный адиабатический реактор с охлаждением реакционной смеси после каждого слоя, что позволит достичь необходимую степень превращения.

1. Зависимость константы равновесия от температуры

В пакете программ COMSOL создана модель для расчета процесса окисления SO2 в SO3 в адиабатическом реакторе: SO2 – полочный реактор.mph.

Состав входной смеси задавался через мольные доли, так какв COMSOLе уравнения записаны через массовые доли, то они рассчитывались по формуле:

Для расчёта скорости реакции необходимо использовать мольные доли, поэтому мольные доли были введены в виде дополнительных переменных x i (во вкладке Variables), которые рассчитывались на каждом шаге по формуле:

Также было учтено изменение средней молярной массы и плотности смеси в каждой точке реактора. Для этого использовались переменные (во вкладке Variables):

 

Реакция:

SO2 + 0,5O2 «SO3

Кинетическое выражениескорости реакции[1]:

k = k0e-E/(RT),

где T – температура, К, PSO2, PO2 – парциальные давления веществ, атм, Kp–константа равновесия, k – константа скорости реакции, мл/(с×атм×г).

Параметры:

Значения кинетических параметров:

k0 = 5мл/(с×атм×г) при 485оС, E = 92 кДж/моль, Q1=95.73кДж/моль

k0– предэкспоненциальный множитель, E– энергия активации, Q – тепловой эффект реакции.

Входные параметры:

Температура на входе в 1-й реактор, Tin = 440оС

Температура на входе во2-й реактор, Tin = 530оС

Температуру на входе впоследующие реакторы необходимо подобрать

Мольные доли веществ на входе в реактор:

xSO2_0 – варьируется (6×10-2, 9×10-2, 12×10-2)

xO2_0 – 12×10-2

xSO3_0 – 0

xN2_0 – рассчитать

Расход газа, G = 0.035 кг/c

Скорость потока на входе в реактор, u – рассчитывается в COMSOLе

Температура стенки реактора, Tw = Tin

Давление, P0 = 1 атм

Теплофизические свойства и параметры массо- и теплопереноса:

Теплоемкость газовой смеси, Cp = 1100 Дж/(кгК)

Теплоемкость зерна катализатора, Cс = 231 ккал/(м3 К)

Порозность слоя, ε = 0.42

Эффективный коэффициент теплопроводности по радиусу реактора, λre = 0.167 Дж/(м·с·К)

Эффективный коэффициент диффузии по радиусу реактора, Dre = 4.73 м2/с Коэффициент теплообмена со стенкой реактора, αw = 0.

Размеры реактора и время процесса:

Радиус реактора, R = 0.5 м

Длина одного слоя реактора, L = 1 м

Время процесса, t = 20000 с

Необходимо:

1. Изучить сгенерированную модель «SO2 – полочный реактор.mph».

2. Рассчитать по ней процесс окисления SO2 в SO3 в многослойном реакторе. Для первого слоя входные данные задаются (температура и концентрации веществ). В качестве входных данных для расчета второго и последующих слоев берутся выходные данные с предыдущих слоев. Для этого необходимо экспортировать рассчитанные данные в файл и выходные значения брать из этого файла. Охлаждение реакционной смеси моделируется с помощью понижения значений выходных температур.

Определить количество слоев, необходимое для получения общей степени превращения > 95 %.Концентрация диоксида серы варьируется.

1. Построить зависимости общей степени превращения и температуры от длины слоя, а также степени превращения от температуры. Зависимости строить только по крайним точкам (по входным и выходным для всех слоев).

2. Для одного значения входной концентрации SO2провести расчет при длине одного слоя 0.5 м.

 

[1] Боресков Г.К., Буянов Р.А., Иванов А.А., Исследование кинетики окисления двуокиси серы на ванадиевых катализаторах, Кинетика и катализ, 8(1) 153-154, 1967.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: