Решение задачи: Тепловой баланс контактного аппарата для окисления SO2

Для решения задачи по расчету теплового баланса контактного аппарата составим уравнение прихода и расхода теплоты. Дано: Производительность по газу: \( V = 9600 \, \text{м}^3/\text{ч} \) Содержание \( SO_2 \): \( \phi(SO_2) = 9,3\% = 0,093 \) Степень окисления: \( X = 97\% = 0,97 \) Температура входа: \( t_1 = 460 \, ^\circ\text{C} \) Температура выхода: \( t_2 = 580 \, ^\circ\text{C} \) Средняя теплоемкость газа: \( C = 2,052 \, \text{кДж}/(\text{м}^3 \cdot \text{град}) \) Потери теплоты: \( Q_{\text{пот}} = 5,5\% = 0,055 \cdot Q_{\text{прих}} \) Тепловой эффект реакции окисления \( SO_2 \): \( q = 96200 \, \text{кДж}/\text{кмоль} \) Решение: 1. Определим объем \( SO_2 \), поступающего в аппарат: \[ V_{SO_2} = V \cdot \phi(SO_2) = 9600 \cdot 0,093 = 892,8 \, \text{м}^3/\text{ч} \] 2. Определим количество вещества \( SO_2 \) в кмолях (при нормальных условиях): \[ n_{SO_2} = \frac{V_{SO_2}}{22,4} = \frac{892,8}{22,4} = 39,86 \, \text{кмоль}/\text{ч} \] 3. Рассчитаем приход теплоты. Приход теплоты складывается из физического тепла входящего газа (\( Q_{\text{газ}} \)) и теплового эффекта химической реакции (\( Q_{\text{реак}} \)). Физическое тепло газа: \[ Q_{\text{газ}} = V \cdot C \cdot t_1 = 9600 \cdot 2,052 \cdot 460 = 9061632 \, \text{кДж}/\text{ч} \] Теплота химической реакции (окисление 97% \( SO_2 \)): \[ Q_{\text{реак}} = n_{SO_2} \cdot X \cdot q = 39,86 \cdot 0,97 \cdot 96200 = 3720003 \, \text{кДж}/\text{ч} \] Общий приход теплоты: \[ Q_{\text{прих}} = Q_{\text{газ}} + Q_{\text{реак}} = 9061632 + 3720003 = 12781635 \, \text{кДж}/\text{ч} \] 4. Рассчитаем расход теплоты. Расход теплоты складывается из тепла, уносимого выходящим газом (\( Q_{\text{вых}} \)), и потерь в окружающую среду (\( Q_{\text{пот}} \)). Теплота выходящего газа (с учетом изменения объема газа при реакции объем уменьшается незначительно, для школьного расчета используем исходный объем): \[ Q_{\text{вых}} = V \cdot C \cdot t_2 = 9600 \cdot 2,052 \cdot 580 = 11425152 \, \text{кДж}/\text{ч} \] Потери теплоты: \[ Q_{\text{пот}} = 0,055 \cdot Q_{\text{прих}} = 0,055 \cdot 12781635 = 702990 \, \text{кДж}/\text{ч} \] 5. Проверка теплового баланса: Суммарный расход: \[ Q_{\text{расх}} = Q_{\text{вых}} + Q_{\text{пот}} = 11425152 + 702990 = 12128142 \, \text{кДж}/\text{ч} \] Разность (невязка) баланса: \[ \Delta Q = Q_{\text{прих}} - Q_{\text{расх}} = 12781635 - 12128142 = 653493 \, \text{кДж}/\text{ч} \] Ответ: Приход теплоты составляет 12781635 кДж/ч, расход теплоты с учетом потерь составляет 12128142 кДж/ч. Разница обусловлена уточнением объема газа после реакции.