Задача 3

Рассчитать степень окисления NO в NO₂ для следующих исходных данных:

1. Расход нитрозных газов (НГ), нм³/ч 60000

2. Окислительный объем, м³ 50

3. Давление, ат 7

4. Температура, ^оС 110

5. Начальная концентрация NO в НГ, % об. 4

6. Начальная концентрация O₂ в НГ, % об. 5

Решение:

1) Т.к. реакция 2NO + O₂ ↔ 2NO₂ медленная, окисление NO будет продолжаться в течение времени пребывания газового потока в металлическом окислительном объеме. Вычислим это время пребывания τ. Для этого необходимо вначале рассчитать расход газа с учетом реальных температуры и давления. Используем уравнение Клайперона:

(10)

12025,118/3600 = 3,340 м³/с.

τ = 50/3,34 = 14,970 с.

2) Константа скорости реакции окисления при 110 ^оС равна: К₁₁₀ = 0,00171 .

3) Рассчитаем а – половину начальной концентрации NO в газе, % об.:

а = 4/2 = 2 % об.

4) Определим γ = b/а – отношение концентрации О₂ к половине концентрации NO:

γ = 5/2 = 2,5

5) Вычислим левую часть уравнения:

, (11)

где a - степень окисления NO, доли ед.; t - время окисления, с; K – константы скорости реакции, 1/[(% об.)²×с]; а – половина начальной концентрации NO, % об.; Р – общее давление

 

газа, ат; - отношение концентрации кислорода к половинной концентрации NO.

6) Решением уравнения (11) является такое значение величины a, при котором левая часть равна правой части. Т.к. уравнение (11) нелинейное, величину a определяем методом итераций (подбора). Приблизительные значения a установим при помощи номограммы Каржавина:

a ≈ 0,88 – 0,89.

7) Уточняем величину a подстановкой a = 0,88; 0,885; 0,89 в правую часть уравнения (11), строим зависимость и определяем a.

Таблица 5.

a	0,88	0,885	0,89
Правая часть	4,139	4,363	4,609

 

Из рисунка 2 следует: a = 0,899.

8) Рассчитаем состав нитрозного газа на входе в окислитель в нм³/ч:

NO: 0,04ּ60000 = 2400 нм³/ч;

О₂: 0,05ּ60000 = 3000 нм³/ч.

Принимаем, что остальное в нитрозном газе – азот.

N₂: 60000 – (2400 + 3000) = 54600 нм³/ч.

 

9) Изменения в составе нитрозного газа, связанные с протеканием реакции окисления NO:

Окислилось NO: 2400ּ0,899 = 2157,6 нм³/ч.

Осталось NO: 2400 – 2157,6 = 242,4 нм³/ч.

Затратилось О₂: 2157,6/2 = 1078,8нм³/ч.

Осталось О₂: 3000 – 1078,8 = 1921,2 нм³/ч.

Образовалось NO₂: 2157,6 нм³/ч.

10) Состав нитрозного газа на выходе в нм³/ч и в % об.:

Таблица 6.

Компонент	В нм3/ч	В % об.
NO	242,4	0,41
NO2	2157,6	3,66
O2	1921,2	3,26
N2		92,67
Всего	58921,2	100,00