них заводів і підвищенню її якості.
Метою проекту є розробка окислення двоокису сірки за системою ДК-ДА з потужності 495 000 т/рік.
окислення абсорбція сірчаний кислота
. Фізико-хімічні основи процесу
Реакція окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI), що лежить в основі процесу контактування обжигового газу, являє собою гетерогенно-каталітичну, оборотну, ізотермічну реакцію і описується рівнянням:
SO 2 + 0,5 O 2=SO 3,
Це реакція екзотермічна - протікає з виділенням тепла. Реакцію ведуть з надлишком кисню, тому рівновагу її зміщений вправо.
. 1 Розрахунок основних термодинамічних величин
Розрахунок всіх необхідних величин проводимо по основній реакції:
Основні термодинамічні параметри представлені в таблиці 1 [4].
Таблиця 1 - Термодинамічні величини простих речовин і сполук
ВеществоКоеффіціенти рівняння кДж/моль Дж/(моль K) SO 3 (г) 64,9811,75-16,37-395,85256,69SO 2 (г) 46,197,87-7,7-298,90248,07O 2 (г) 31,463,39-3,770205,04
Знаючи теплоти утворення речовин для основної реакції визначаємо і.
, (1)
де - ентальпія хімічної реакції, кДж/моль;
-сумма ентальпій продуктів реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів, кДж/моль;
-сумма ентальпій вихідних речовин реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів, кДж/моль.
, (2)
де - ентропія хімічної реакції, Дж/(Молька);
- сума ентропій утворення продуктів реакції з урахуванням їх стехіометричних коефіцієнтів, Дж/(Молька);
- сума ентропій утворення вихідних речовин реакції з урахуванням їх стехіометричних коефіцієнтів, Дж/(Молька).
Знаходимо коефіцієнти,,, за формулою (3):
, (3)
де - сума термодинамічних коефіцієнтів рівняння продуктів реакції з урахуванням їх стереохімічних коефіцієнтів, Дж/(Молька);
- сума термодинамічних коефіцієнтів рівняння вихідних речовин реакції з урахуванням їх стереохімічних коефіцієнтів, Дж/(Молька).
Аналогічно для,:
;
Знаходимо зміну енергії Гіббса за формулою (4):
(4)
Тепловий ефект реакції при різних температурах розраховуємо по рівнянню:
, (5)
де - тепловий ефект хімічної реакції при даній температурі, Дж/моль;
- тепловий ефект хімічної реакції при нормальних умовах, Дж/моль;
,, - термодинамічні коефіцієнти рівняння, Дж/(Молька);
T - температура, К.
Аналогічно для і
.
Слід зазначити, що з ростом температури величини теплових ефектів змінюються незначно і можуть вважатися постійними в значних інтервалах зміни температури.
Для протікає основної реакції, отже, вона є екзотермічної.
Зміна ентропії при різних температурах розрахуємо за формулою (6):
; (6)
Аналогічно для і
.
Зробимо розрахунок енергії Гіббса за формулою (7):
; (7)
;
;
.
Отримані дані зведені в таблицю 2.
Таблиця 2 - Залежність значень зміни енергії Гіббса від температури
Температура, дозміни енергії Гіббса, Дж/моль693-29600,76783-20693,94873-12233,80
Аналіз даних таблиці 2 показує, що lt; 0, отже, процес може протікати мимовільно.
.2 Розрахунок константи рівноваги реакції
Тепер розрахуємо константу рівноваги реакції. Константа рівноваги реакції Кр є безрозмірною величиною, залежною тільки від температури.
У відповідності з рівнянням ізотерми хімічної реакції:
, (8)
де - енергія Гіббса, Дж/моль;
- універсальна газова постійна, 8,314 Дж/Молька;
- температура, К;
-константа рівноваги хімічної реакції, безрозмірна величина.
Тоді з рівняння (8) маємо
, (9)
де - енергія Гіббса, Дж/моль;
- універсальна газова постійна, 8,314 Дж/Молька;
- температура, К;
-константа рівноваги хімічної реакції, безрозмірна величина.
Рівняння (9) визначає зв'язок константи рівноваги реакції зі зміною вільної ентальпії системи.
У відповідності з рівнянням (9)
, (10)
де - енергія Гіббса, Дж/моль;
- універсальна газова постійна, 8,314 Дж/Молька;
- температура, К;
-константа рівноваги хімічної реакції, безрозмірна величина.
За даними таблиці 2 для 693 К матимемо:
Аналогічно розраховуємо і з використанням по таблице2. Результати розрахунків наведені в ...
