2. Выражение для константы равновесия.

Через равновесные концентрации компонентов:

.

Через парциальные давления компонентов:

.

3. Кинетическое уравнение.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс:

Зависимость скорости реакции от температуры отражено уравнением Аррениуса:

K = k₀·e^(–E/RT),

Тепловой эффект химической реакции при различных температурах вычисляется по уравнению Кирхгофа. Для некоторых реакций установлены эмпирические уравнения. Существует также эмпирическое уравнение для данной реакции:

Q = 101420 – 9,6T Дж\моль,

где Т = t + 273

Эта формула позволяет определить количество теплоты реакции в интервале температур 400 – 700°С.

Отсюда количество теплоты, выделяющееся при температуре 500°С или 773К равно Q_500°C = 94 кДж/моль или ∆Н_773К = – 94 кДж/моль

4. Выбор оптимальных условий ведения процесса.

Показателем эффективности промышленного процесса являются:

– высокая степень превращения SО₂ в SО₃.

– приемлемая скорость процесса.

Состояние равновесия зависит от концентрации реагирующих веществ, от температуры и от давления.

Рассмотрим влияние всех трёх факторов на равновесный выход SО₃.

4.1. Влияние состава исходной газовой смеси.

Влияние состава исходной газовой смеси на равновесную степень превращения SО₂ в SО₃ (Р = 0,1 МПа.; t = 475°С) представлено в табл.

,%(об.)	5	6	7	8	9	10
,%(об.)	13,86	12,43	11	9,58	8,15	6,72
Равновесная степень превращения SO2 → SO3 (Xp)	96,5	96,2	95,8	95,2	94,3	92,3

Из таблицы видно, что оптимальным является следующий состав: 7 – 7,7% SО₂; 11% О₂ и 82% N₂. Расчётная равновесная степень превращения SО₂ в SО₃ (при указанных условиях) равна 95,8%.

При более высоком содержании SО₂ значительно уменьшается равновесная степень превращения (вследствие уменьшения содержания О₂ в газе). При меньшем содержании SО₂ понижается производительность контактной массы (или уменьшается скорость реакции).

4.2. Влияние температуры.

Смещение равновесия в сторону образования триоксида серы происходит с понижением температуры.

Влияние температуры на равновесную степень превращения SО₂ в SО₃ для исходной газовой смеси состава (7% SО₂; 11% О₂ и 82% N₂ при Р = 0,1МПа) представлено в табл.

t, °C	400	450	475	500	530	550	600	1000
SO2 → SO3 (Xp)	92,2	97,5	95,8	93,5	89,2	85,6	73,7	5,6

Из таблицы следует, что при температуре 475°С. степень превращения достаточно высокая (95,8%).

Обратите внимание, что при температуре более низкой (400, 450°С) степень превращения высокая, НО при уменьшении температуры снижается скорость реакции. Увеличение температуры приводит к смещению равновесия влево, выход SО₃ значительно уменьшается (при 1000°С практически полная диссоциация).

На рисунке (Рис.22) графически представлена зависимость равновесного выхода SО₃ от температуры.

Из приведённых данных (таблица и рисунок) следует, что для достижения высокой степени (до 98%) превращения реакцию необходимо проводить при температурах ниже 440°С, по крайней мере к моменту её завершения.

Для того, чтобы увеличить скорость реакции, поступающий в контактный аппарат газ предварительно подогревается до требуемой температуры.

Для нагревания используется тепло прореагировавших газов, выходящих из контактного аппарата.

Рис. 22. Зависимость равновесного выхода SО₃ от температуры.

Процесс окисления SО₂ в SО₃ протекает автотермично, то есть без подвода тепла извне, за счёт тепла реакции.