Газбен келетін жылу

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 64 бет
Таңдаулыға:

7

8

9

10

АҢДАТПА

Дипломдыќ жоба мыс өндірісінде күкірт қышқылын автоматтандыру

жүйесін жобалауға арналған. Дипломдық жоба технологиялық, арнайы,

өміртіршілік қауіпсіздігі және техника-экономикалық бөлімдерден тұрады.

Технологиялық бөлімде күкірт қышқылын өндіру технологиясы,

контактілік аппаратының әрекет принципі қарастырылған. Бұл бөлімде

материалдық және жылу баланстарының есептелінуі берілген. Арнайы

бөлімде технологиялық ішкешеннің басқару нысаны, математикалық моделі,

тиімді басқару есебінің математикалық қойылымдары, техникалық құралдар-

мен, ақпараттық бағдарламамен қамтамасыз етілуі қарастырылған.

Техника-экономикалық бөлімде автоматтандыру жүйесінің өндіріске

енгізілуінің экономикалық тиімділігі мен өтеу мерзімі есептелінеді.

Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде қоршаған ортаны қорғау және

қауіпсіздік техникасы бойынша мәселелер қарастырылған.

АННОТАЦИЯ

В дипломном проекте расмотрены вопросы автоматизации серной

кислоты и состоит из технологической части, специальной части, разделов

охраны труда и экономической части.

В технологической части расмотрен процесс обработки серной кислоты

и расмотрен материальный и тепловой баланс. В специальной части проекта

разработана математическая модель, а также математическая постановка

выгодного управления. Предусмотрены технические средства и программное

обеспечение.

В экономической части рассчитана экономическая производительность

видимой системы автаматизации и рассчитан срок окупаемости.

В разделе охраны труда разработан ряд вопросов по технике

безопасности.

11

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ . . . 7

1 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ . . . 9

Жезқазған мыс зауытында күкірт қышқылын өндіруге арналған

шикізаты. 9

1. 1 Шығарылатын газдардан күкірт қышқылын өндіру технологиясы . . . 9

1. 2. 1 Жуу бөлімі . . . 9

1. 2. 2 Құрғату бөлімі . . . 10

1. 2. 3 Контактілі-компрессорлы бөлімі . . . 10

1. 2. 4 Абсорбциялыќ бөлімі . . . 11

1. 3 SO2 каталитикалық тотығу процесінің физика-химиялық

негіздері . . . 12

1. 4 Жабдықдар сипаттмасы . . . 19

1. 4. 1 Қысымдауыш құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша

сипаттау . . . 17

1. 4. 2 Контактілік аппаратының құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша

сипаттау . . . 19

1. 5 Контактілік бөлімінің материалдық балансын есептеу . . . 21

1. 6 Жылулық балансын есептеу . . . 22

2 АРНАЙЫ БӨЛІМ . . . 25

2. 1 Технологиялық ішкешеннің басқару нысаны ретінде сипаттамасы . . . 23

2. 2 Бақылау және реттеу жүйесінің қысқаша сипатамасы . . . 24

2. 3Тарамдалған ішкешеніннің басқару мәселесінің құрылымын анықтау . . . 25

2. 3. 1 Басқару нысанының математикалық сипаттамасы . . . 28

2. 3. 2 Басқару жоспарының математикалық қойылымы . . . 30

2. 4 Басқару жүйесінің қызмет етуінің жалпы алгоритмі . . . 31

2. 5 Басқару нысанының параметрлік идентификациялау . . . 33

2. 6 Контактілік аппарат бойымен жүретін газдарды оптималды тарату

алгоритмі34

2. 7 Тікелей сандық басқару (ТСБ) жүйесінің синтезі . . . 40

2. 7. 1 ТСБ жүйесінің математикалық сипаттамасы. . 39

2. 7. 2 Кері байланыстың оптималды коэффициентін таңдау. . 41

2. 8 Ақпараттық қамтамасыздандыруы . . . 42

2. 9 ТПАБЖ техникалық қамтамасыздандыруы. 43

2. 9. 1 Бағдарламалық қамтамасыздандыруы . . . 44

2. 9. 2 Автоматтандырудың функционалдық сұлбасының сипаттамасы………46

3 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ . . . 51

ТПАБЖ ендірудің экономикалық тиімділігін негіздеу. 48

3. 1 Автоматтандырылған жүйені құруға жұмсалған шығындарды анықтау…48

3. 1. 1 Өңдеушілер жалақысы . . . 48

3. 2 ТПАБЖ эксплуатациясына жұмсалған шығындар49

3. 2. 1 Амортизациялық шығындар . . . 49

3. 2. 2 Күнделік жөндеуге жұмсалған шығындар. 50

12

3. 2. 3 Электр энергиясына жұмсалатын шығындар50

3. 2. 4 Қызмет көрсетуші персоналдың жалақысына жұмсалатын шығындар. . 50

3. 3 ТПАБЖ экономикалық тиімділігін және өтеу мерзімін есептеу51

4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ . . 57

4. 1 Өндірістік зияндар мен қатерлерді талдау56

4. 2 Қорғаныштық жерлендіруді есептеу. 58

4. 3 Желдетуді ұйымдастыру . . . 60

4. 5 Өртке қарсы шаралар . . . 63

ЌОРЫТЫНДЫ . . . 68

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ . . . 69

ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР . 70

13

14

КІРІСПЕ

Қазіргі кезде шикізатты кешенді түрде өндеу мәселесі - өндеу

өндірісінде маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Әсіресе, бұл мәселе

өңделіп, атмосфераға шығарылатын күкіртті газдарды бірегейлендіру

мәселесі маңызды орын алатын көптеген түсті металлургия өндірістеріне тән.

Қазіргі замандағы күкіртті газдарды бірегейлендірудің негізгі әдісі - күкірт

қышқылы өндірісі болып қала береді.

Өндіріс көлемі бойынша күкіртқышқылы химиялық заттар арасында

алғашқы орындардың бірінде тұр. Кез-келген елде оны өндіру көлемі сол

елдің өндірістік даму деңгейінің көрсеткіші ретінде қарастырылады. Күкірт

қышқылы бірталай маңызды өнімдерді алу үшін халық шаруашылығының

көптеген салаларында қолданылады және оған сұраныс үнемі артып отырады.

Сол себепті, күкіртқышқылы өндірісінің қуатын арттыруға көп көңіл бөлінді.

Түсті металлургиядан шығатын газдардан күкірт қышқылын алу күкірт

қышқылы өндірісінің маңызды шикізат қоры болып табылады.

Металлургиялық өндірістен шығатын газдарды өндеу ауа бассейнін

ластанудан қорғау мәселесімен байланысты. Күкірт қышқылы құрылғылары

түсті металлургияларда шығатын күкіртті газды күкірт қышқылына өңдей

отырып, негізгі өндірістің зиянды өндірістік қалдықтарынан атмосфералық

ауаны тазарту үшін қызмет ететін газтазарту құрылғысының функциясын

атқарады. Сондай-ақ, минералды шикізатты толығымен қолдану және

көтеріңкі кешендендіруге байланысты барлық өндірістің экономикалық

жұмыс көрсеткіштері жақсарады.

Металлургиялық газдардан алынатын күкірт қышқылының өз құны

химиялық өндірістің күкірт қышқылы цехтарында алынатын қышқылдың өз

құнынан әлдеқайда төмен. Пирит және күкірттен алғанға қарағанда, түсті

металлургиялық өндірістен шығатын газдардан күкірт қышқылын алу

артықшылығы - мұнда шикізатты алу үшін рудниктердің қажеттілігі тумайды,

көліктер сәйкес жүктемелерден босатылады, соның әсерінен қаржылық

шығындар азаяды. Түсті металлургияның алдындағы мәселелердің бірі -

шығарылатын газдар негізіндегі күкірт қышқылы өндірісін жақсарту.

Күкірт

қышқылы өндірісін жақсартудың маңызды элементі

автоматтандыру болып табылады. Ғылыми-техникалық прогрестің дамуының

негізгі шарты болып табылатын кешендік автоматтандыруға көп көңіл

бөлінді. Бақылау мен реттеу автоматтандыруы мен технологиялық процестер

арқылы автоматтандырылған басқару жүйелерін енгізу еңбек пен құрылғының

өнімділігін арттыруды және оның орнықты жұмыс істеуін, шығарылатын

өнімді арттыру, оның сапасын көтеру, өз құнын төмендетуді, шикізат

шығындарын азайтуды қамтамасыз етті, сондай-ақ, адамдарды өндіріс

процесіне тікелей қатысуынан босатты және химиялық, әсіресе күкірт

қышқылы өндірісінде аса маңызды орын алатын қауіпсіз және зиянсыз еңбек

жағдайларын құру мүмкіндігін береді.

15

Түсті металлургиялық өндірістен шығатын газдардан күкірт қышқылын

алу артықшылығы - оның металлургиялық шектік режиміне тәуелділігі.

Күкірт қышқылы цехына түсетін газдардың көлемі тұрақты емес, SO2

концентрациясы кең ауқымда өзгереді. Күкірт қышқылын алудың

технологиялық режимін орнықты етіп ендіру үшін кіріс айнымалыларының

ауытқулары болмауы керек, өйткені, олар контактілік аппаратының жылу

балансын бұзады, ал, оны қолдан реттеу мүмкін емес, себебі, оптималды

режимнен сәл ғана ауытқу процестің автотермиялығының бұзылуын, яғни,

көп шығындарды тудырады.

Осыған байланысты жұмысты орнықты ету үшін және тиімділікті

көтеру мақсатымен күкірт

қышқылы өндірісін басқарудың

автоматтандырылған жүйесін құру маңызды және қажетті мәселе болып отыр.

Бұл жобада Жезқазған мыс зауытында контактілік және компрессорлық

бөлімде ТПАБЖ құру қарастырылды.

16

1 Технологиялық бөлім

1. 1 Жезқазған мыс зауытында күкірт қышқылын өндіруге арналған

шикізаты

Күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат ретінде электрлік

пештерден (SO2 концентрациясымен 3%-ке дейін және 50 мың м3 газ

шығынмен) және конверторлардан (SO2 концентрациясымен 10%-ке дейін

және 60-70 мың м3 газ шығынмен) шығатын шаң ұстау бөліктерде шаңдардан

тазартылған газдар, сондай-ақ, күкірт жағушы құрылғыларда қарапайым

күкіртті жаққанда алынатын газдарды айтады.

Күкірт қышқылы өндірісіне келетін газдардың химиялық құрамы 1

кестеде келтірілген.

1. 1 кесте

1. 2 Шығарылатын газдардан күкіртқышқылын өндіру

технологиясы

ЖМЗ күкірт қышқылы цехы жуу бөлігінен (ЖБ), құрғату-абсорбциялық,

контактілі-компрессорлы бөлімінен және дайын өнімдер қоймасынан тұрады.

Контактілік әдісімен H2SO4 алу процесі келесідей негізгі амалдардан тұрады:

- тазартушы күкірт қышқылы мұнараларында шаңдарды, мышьяк, фтор

қоспаларын ұстау арқылы газдарды жуу және оларды дымқыл электро

сүзгілерде H2SO4 тұмандарынан тазарту;

- насадкамен толтырылған мұнараларда концентрацияланған күкірт

қышқылы влагасынан газдарды құрғату;

- контактілік аппаратында ванадий катализаторында күкірт диоксидін

триоксидке тотықтыру;

- моногидратты сорғышта SO3-ді жұту (абсорбция) .

1. 2. 1 Жуу бөлімі

Құрғақ электросүзгілерде тазартылған 200-350оС температурадағы газ

кіріс бойынша жуу бөлігіне түседі.

Жуу бөлімінде күкірт қышқылы қалдық шаңдарды, зиянды қоспалардың

(As, F, H2O булары) бөлінуін жою және құнды сыңарларды алу үшін

тазаланатын газға қарағанда температурасы анағұрлым төмен күкірт

қышқылы арқылы өңделеді.

17

Газды ерекше тазарту - мышьяк және фтор қоспалары үшін қажет. Олар

каталитикалық у бола отырып, катализатор белсенділігін және шығарылатын

қышқылдың сапасын төмендетеді.

Жуу мұнараларында газды жуу жағдайларында температураның

төмендеу кезінде шығарылатын газдардың құрамында мышьяк үштотығы буы

(As2O3) түрінде кездесетін мышьяктың бір бөлігі конденсацияланып, негіз

қышқылында ериді, қалған бөлігі күкірт қышқылы тұманына айналады да,

дымқыл электросүзгілерде бөлінетін газ ағынымен кетеді. Газ құрамында

фторлы сутек және төртфторлы кремний (HF, SiF4) түрінде кездесетін

фтордың пассивтенуі Рашиг сақиналары есебінен болады. Фтор белсенділігі

аз (SiF6) -2 ионына өтеді. Газ құрамында тотық түрінде кездесетін ренийді (Re)

экстрактылық жолмен алу үшін сирек кездесетін металл бөліміне түсетін

формұнараның жуу қоспасына өтеді.

Жуу бөлімінде газды тазарту жеке аппаратурада тізбектей келесі

ұстаным бойынша жүзеге асырылады.

Қалдық шаңның негізгі бөлігі 1-ші формұнарада жойылады. Осы

мұнарада газдан жылудың негізгі бөлігі алынады (газ 200-350оС-ден 50-80оС

температураға дейін төмендейді) .

Температураның күрт төмендеуі

нәтижесінде күкірт қышқылы, рений тотығынан және зиянды қоспалардан (F

өте аз көлемде) тұратын тұманның негізгі бөлігі түзіледі. Фтор қоспаларын

толығымен жою үшін газ формұнарадан керамикалық Рашиг сақиналарымен

толтырылған реакторға түседі. Газ реактордан бірінші және екінші жуу

мұнараларына өтеді (2 және 3) . Мұнда газ әрі қарай қоспалардан тазартылады,

суытылады да (І - жуғышта 40-60оС-қа дейін, ІІ - жуғышта 30-35оС-қа дейін)

тұманның қосымша бөлігі түзіледі (қышқыл газбен анағұрлым тығыз

байланысуы үшін ІІ жуу мұнарасы ангилиталық Рашиг сақиналарымен

толтырылған) . Бұл мұнараларда тұманның аз бөлігі ғана жұтылады. Бірақ

оның негізгі бөлігі бірінші сатылы дымқыл электросүзгілерде ұсталады, сонан

соң газ құрамында тұманның майда тамшылары ғана қалады. Әрі қарай

тазарту мақсатымен бұл тамшылардың өлшемін үлкейту үшін газ

дымқылдатушы мұнараға түседі. Бұл жерде ол қосымша суытылады, ал, тұман

судың буларын жұту есебінен үлкейеді. Тұманның үлкен тамшылары екінші

сатылы дымқыл электросүзгілерде жеңіл тұнады.

Күкірт қышқылы тазартылғаннан кейін формұнарадан және І жолмен

жуу мұнарасынан ағып келіп, кейіннен РМУ-да айдалатын шкамды тұндыру

үшін тұндырғышқа түседі. Қышқылдың ағартылған ерітіндісі жинағышқа

беріледі, сонан соң айналмалы насостар көмегімен тазарту тоңазытқыштарына

өтіп, қайтадан тазаруға бағытталады. Екінші дымқылдаушы мұнарада

тұндырғыштар жоқ. Бірінші және екінші сатыға электросүзгілердегі конденсат

екінші жуу және дымқылдау мұнарасын тазартатын қышқылға біріктіріледі.

Шаңнан және тұманнан тазартылған, бірақ дымқыл газ кептірілуге

жіберіледі.

18

1. 2. 2 Құрғату бөлімі

Күкірт қышқылын құрғатудың технологиялық әдісі су буларын

қарқынды жұтқыш күшті күкірт қышқылы қасиеттеріне негізделген. Құрғату

кептіргіш мұнараларда екі сатыда жүзеге асырылады. Ол мұнараларда газ

концентрациясы 93-93, 5 % тазартылушы күкірт қышқылына қарсы жылжып,

осы мұнараның қондырушыларының бетінде беттеседі.

І құрғату мұнарасында газ құрамындағы барлық ылғалдың 90 пайызы

жұтылады. Сонан соң, газ ІІ құрғату мұнарасына өтеді. Тазартылатын қышқыл

мұнараның төменгі жағына жиналып, өз бетімен жинағышқа түседі. Онан

кейін қышқыл тоңазытқыштары арқылы насостар көмегімен тазартылуға

жіберіледі. H2SO4 тұрақты концентрациясын сақтау үшін оны моногидратты

сорғыш циклындағы 98, 3 % концентрациялы моногидратпен біріктіреді. Газ

мұнарада кептірілгеннен кейін қондырғы типті бүркінұстағышқа бағытталады.

Қышқыл бүркіндері бүркінұстағышта тұнып, өзбетінше қышқылөткізгіш

бойынша ІІ кептіргіш мұнарасының жинағышына түседі. Бүркінұстағыштан

кейін газ сығу бөлімі алдындағы жалпы коллекторға өтеді.

1. 2. 3 Контактілі-компрессорлы бөлімі

Барлық жүйе бойынша газды тасымалдау үшін компрессорлы бөлімінде

65000 нм3/сағ өнімділікке ие Н-1050-12-1 - типті жеті газ айдағыш құбырлар

орналастырылған. Олардың төртеуі жұмыс істейді, үшеуі қосарда болады.

Жеті газ айдағыш түтіктің 630 кВт қуатты асинхронды қозғалтқышы бар және

ол абсорбциялық-қысымдау ұстанымы бойынша жұмыс істейді (контактілік

аппараттары және абсорбциялық бөлімі сығылған, газ жолының қалған бөлігі

сиретілген) . Компрессорлы бөлімінен кейін 50-60оС температуралы газ

контактілік аппаратының алдындағы жалпы коллекторға беріледі.

Контактілік бөлімінде 5 төртқабатты контактілік аппараттары

орналастырылған, олардың өнімділігі 305 т/тәул (100 % қайта санауда H2SO4) .

Контактілік аппараттарында екі сыртқы, екі шығарылған және бір ішіне

ендірілген жылуалмастырғыштары бар. Газ жүктемесі 35-50 мың м3/г. Жоба

бойынша БА алдындағы SO2 құрамы - 6 %, ал, практикада мысеріткіш

өндірістің жұмыс режіміне байланысты маңызды мәнге ауытқиды.

Контактілік әдісімен H2SO4 өндірісінде католизатор ретінде

байланысушы ванадий массасы БАВ (барий- сульфид- ванадий)

қолданылады. Оның құрамында V2O5 - 7, 5 % және жану температурасы 423оС.

Контактілік коэффициент жоғары дәрежесін алу үшін әрбір қабаттан

кейін газды 440-450оС температураға дейін суыту керек. Жалпы

о

қышқыл бүркінділері тұнады және І сыртқы жылу алмастырғыш (ЖА)

түтікаралық кеңістігіне беріледі. Жылу алмастырғышта 210оС-ге дейін

қыздырылып, сыртқы ЖА түтікаралық кеңістігіне (2) өтеді. Ол жерде газ

370оС-ге дейін қыздырылып, 2 қабаттан кейін шығарылған ЖА-ға беріледі.

19

Онда 400оС-ге дейін қыздырылып, 1 қабаттан кейін шығарылған ЖА-ға

келеді. Сонан соң 440-460оС температуралы газ БА-ның бірінші қабатына

бағытталады. Ол жерде SO2 SO3-ке тотығып, сондай-ақ, оның температурасы

520-580оС-ге дейін көтеріледі. Бірінші қабатта SO2 70 %-ға дейін тотығады. 1

қабаттан кейін газ шығарылған жылуалмастырғыштың түтік кеңістігіне

бағытталады. Онда 440-460оC-ге дейін суытылып, 2 қабатқа беріледі. Жылу

алмастырғыштың түтік кеңістігіне газ 440оС-ге дейін суытылып, 3 қабатқа

беріледі. Тотығу нәтижесінде температура қайта көтеріліп, 470оС-ге дейін

жетеді. Суыту ішіне ендірілген ЖА-да 430оС-ге жетеді. Сонан соң 4 қабатқа

беріледі. Контактілік пайызы 96-97 %-ды құрайды.

Төртінші қабаттан соң, газ (430-440оС) сыртқы ЖА (250-320оС) түтік

кеңістігінің (2) төменгі жағына, содан кейін сыртқы ЖА (120-150оС) жоғарғы

бөлігіне (1) бағытталады да, әрі қарай соруға жіберіледі.

Контактілік аппараттарын жүктеу және қыздыру үшін 3 жүктеуші

қыздырғыштар орнатылған. Ол ЖА оттығынан, жүктеуші қысымдауыштан

және бусорғыштан тұрады. Жүктеуші қыздырғыштар оттығы мазутты жағу

үшін арналған. Түзілетін оттық газдары (660-650оС) ЖА түтік кеңістігіне

бағытталады және түтін түтігіне шығарылады. Контактілік аппаратын жүктеу

немесе тоқтату үшін күкіртті газ немесе ауа ЖА түтік аралық кеңістігіне

түседі. Түтін газдары есебінен 440-460оС температураға дейін қыздырылады,

сонан соң, контактілік аппаратына түседі.

1. 2. 4 Абсорбциялық бөлімі

Контактілік аппаратынан соң, SO3 және SO2 аз көлемінен тұратын газ

абсорбциялық бөліміне түседі. Онда SO3 моногидратты сорғышта H2SO4

моногидратымен 98, 3 %-ға дейін жұтылады.

Газ мұнараның төменгі жағындағы газ қорабына өтеді. Насос арқылы

қышқыл қысымды бакқа беріледі. Ол жерден сорғыштың барлық қимасы

бойынша таралады. H2SO4 тазартылғаннан кейін мұнараның төменгі жағында

жиналады да, өз бетінше жинағышқа беріледі. Сонан соң, тоңазытқыштар

арқылы насос көмегімен қайтадан тазартылуға жіберіледі. Құрамында азғана

SO2 және SO3 бар, сондай-ақ, бүркінді қышқылдан тұратын өңделген газ

қоспасы сорғыштан шығып, артқы бүркінді ұстағышқа бағыттылады. Сонан

соң, металлургиялық цехтың құбырана шығарылады.

Бүркінді

ұстағыштағы конденсат моногидратты

сорғыштың

жинағышына ағып келеді. Онда H2SO4 (98, 3 %) тұрақты концентрациясын

ұстау үшін, бірінші құрғату мұнарасы циклінен қышқыл беріледі. Сорғышты

тазарту циклінде түзілетін қышқылдың артық бөлігі кептіргіш мұнараның І

және ІІ жинағыштарына шығарылады. H2SO4 (98, 3 %) моногидраты бірінші

құрғату мұнарасының циклінен қоймаға түседі.

20

1. 3

негіздері

SO2 каталитикалық тотығу процесінің физика-химиялық

Контактілік әдісімен күкірт қышқылын өндіруде SO2 тотығуы төмендегі

реакция бойынша катализатор қатысуы арқылы жүреді.

SO2+1/2 O2 ⇔ SO3+Q

Ол үшін газ тұрақты күйдегі катализатормен әсерлеседі. Ванадий

катализаторының каталитикалық белсенділігі жоғары. Ол катализатор калий

немесе натрий пиросульфатты V2O5 ванадий бестотығының қоспасы -

белсенді зат қойылған ұсақ саңылаулы қатты жинақтағыш.

Тотығу реакциясының механизмі катализатор жұмысы кезінде белсенді

сыңар жинақтағыштың беті бойынша біркелкі таралып, ерігіш күйде

болатынын көрсетеді. Сонымен қатар, ол сорғыш катализатор ретінде жұмыс

істеп, SO2-нің SO3-ке тотығу процесінде белсенді сыңардың ішкі қабатында

жүреді. Процестің сұлбасы келесідей қалыптастырылуы мүмкін. Күкіртті газ

газ қоспасында бесвалентті ванадийді төртвалентті етіп қалпына келтіреді, ал,

газ қоспасындағы оттегі төрттотықты бестотыққа дейін тотықтырады:

2V5++O2++ SO2 → 2V4++ SO3,

1/2 O2+2V4+ → 2V5++O2-.

Бірінші кезең жылдам өтеді, ал, екінші кезең барлық процестің

жылдамдығын анықтауы есебінен жай жүреді. SO2 тотығу реакциясы

экзотермиялық болады. 400-700оС аралығында оның жылу эффектісі

жеткілікті дәлдікпен мына формула бойынша есептеліп шығарылуы мүмкін:

Q=24205-221T (ккал/моль)

мұндағы Т - температура, К.

SO2-нің SO3-ке тотығу реакциясы қайтымды болады. Массалардың

әрекеттесу заңына сәйкес, бұл реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы келесі

теңдеумен сипатталады.

K p =

РSO 3

PSO 2 P 20, 5

мұндағы PSO 3, PSO 2, PO 2 - SO3, SO2, O2 үшін тепе-тең үлестік қысымдар, Па.

Kp тепе-теңдік тұрақтысының температураға тәуелділігі келесі теңдікпен

анықталады:

21

d lg K p Q p

dT RT 2

мұндағы R - универсал газ тұрақтысы, оның мәні - 8, 3 Дж/оС моль.

400-700оС аралығындағы Kp мәні келесі теңдеуден табылады:

lg K p =

5074, 81

Т

≈ 4, 81

немесе нақтырақ

lg K p = 4812, 2 T −1 − 2, 825 lg T + 2, 284 ×10−3 T − 7, 012 ×10−7 T 2 + 1, 197 ×10−10 T 3 + 2, 23

Жоғарыдағы теңдеулерден температураның өсуінен тепе-теңдік

тұрақтысының шамасы кемитінін көреміз. Тотыққан SO2 мөлшерінің оның

бастапқы газ қоспасына қатынасы айналу дәрежесі немесе тотығу дәрежесі

деп аталады. Нақты жағдайларда (температурада және сыңарларға әсер ететін

бастапқы концентрацияларда) ең жоғарғы айналу дәрежесі тепе-теңдік

жағдайларда алынады және айналудың тепе-тең дәрежесі деп аталады.

Катализаторда алынатын SO2 айналу дәрежесі катализатордың белсенділігіне,

газ құрамына, температураға және т. б. тәуелді болады. Осы құрамдағы газ

үшін айналудың тепе-тең дәрежесі келесі теңдеумен өрнектеледі:

Х p =

РSO3

PSO2 PSO2

немесе тепе-теңдік тұрақтысының теңдеуін есепке алғанда:

X P =

K P

K P +

1

PO2

Егер оттегінің тепе-тең үлестік қысымын күкірт қостотығы және

оттегінің бастапқы концентрациялары арқылы өрнектесек:

PO 2 =

P ( в − 0, 5 aX P )

100 − 0, 5 aX P

Онда XP-ді анықтау үшін теңдеу келесі түрге ие болады:

22

X P =

K P +

K P

100 − 0, 5 aX P

P ( в − 0, 5 aX P )

мұндағы Р - газдың жалпы қысымы, Па;

а және в - бастапқы қоспадағы SO2 мен SO3-тің сәйкесінше

бастапқы концентрациялары, % (көлем) .

Бұл теңдеу бойынша айналудың тепе-тең дәрежесін анықтау тізбектік

жақындатулар әдісі арқылы жүзеге асырылады. Теңдеудің оң жағына Хр

күтілетін мәндерін қойып, есептеулерді жүргіземіз. Егер табылған мән алдын-

ала қабылданған мәндерден ерекшеленсе, онда есептеулер қайталанады.

Температураның төмендеуіне байланысты Хр мәні артады. Тепе-тең Хр

және нақты Хф айналу дәрежесінің температураға тәуелділігі 1. 1 суретте

көрсетілген.

Практикада газ құрамының Хр мәніне әсері газдағы оттегі мен SO2

қатынастары арқылы көрінеді: яғни, ол жоғары болған сайын, соғұрлым

айналу дәрежесі жоғары. Өндірістік жағдайларда SO2 тотығу жылдамдығы

маңызды мәнге ие. Бұл реакцияның жылдамдығына уақыт бірлігінде

катализатордың бір массасына тотығатын күкірт диоксиді мөлшері тәуелді

болады, осыдан катализатор шығыны, контактілік аппаратының мөлшері және

процестің басқа да техника-экономикалық көрсеткіштері тәуелді болады.

Ванадий катализаторында (қозғалыссыз қабатта) SO2-нің SO3-ке тотығу

процесінің жылдамдығы келесі теңдеумен өрнектеледі:

dx

d τ