termodinami~ki model odre|ivawa tem per a ture...

Petko Stanojevi}1, Sa{a Brankov2

1 Saobra}ajni fakultet, Univerzitet u Isto~nom Sarajevu, Doboj, Bosna i Hercegovina2 Fakultet tehni~kih nauka, Univerzitet u Novom Sadu, Novi Sad, Srbija

Termodinami~ki model odre|ivawatem per a ture kondenzacije sumporne kiselineOriginalni nau~ni rad

U radu je prikazan termodinami~ki model odre|ivawa tem per a -ture kondenzacije (ta~ke rose) sumporne kiseline. Razmatra setermodinamika reakcije SO (g) H O(g) H SO (l)3 2 2 4+ � . Pri poznatimzapreminskim udelima SO3(g) i H2O(g) u dimnom gasu modelomogu}ava odre|ivawe tem per a ture kondenzacije sumpornekiseline. Temperatura kondenzacije sumporne kiseline dobijenaprimenom termodinami~kog modela je uglavnom ne{to vi{a odtem per a ture kondenzacije dobijene primenom empirijskih izrazakoje predlaù razni istraìva~i.

Kqu~ne re~i: termodinami~ki model, dimni gas, ta~ka rose,sumporna kiselina

Uvod

Pri sagorevawu ugqa u termoenergetskim postrojewima sumpor iz ugqa

reaguje sa kiseonikom iz vazduha stvaraju}i SO2 koji se pod odre|enim uslovima

jedini sa O2 stvaraju}i SO3. Kako je prob lem korozije materijala u termoenergetskim

postrojewima vezan prisustvom sumporne kiseline u dimnom gasu to se u

inèwerskoj praksi veliki zna~aj pridaje ta~nom odre|ivawu koncentracije SO3 i

vodene pare u dimnom gasu [1, 2]. Kondenzovana sumporna kiselina moè da bude

koncentracije 80% do 85% i sa snièwem tem per a ture dimnog gasa izaziva koroziju

na metalnim povr{inama hladnog dela kotla. Odre|ivawe tem per a ture konden-

zacije sumporne kiseline u dimnom gasu koji sadrì vodenu paru, SO3 i gasovitu

kiselinu predstavqa neophodan uslov za ta~no definisawe potencijala korozije

metalnih povr{ina kotla. U praksi se prob lem kondenzacije pare H2SO4 poku{ava

re{iti odràvawem tem per a ture dimnog gasa dovoqno visokom (iznad ta~ke rose

dimnog gasa). Ovo ima za posledicu ve}u potro{wu ugqa, umawuje stepen isko-

ri{}ewa kotlovskog postrojewa i pove}ava gubitke toplote. Ovi prakti~ni

problemi name}u pitawe da se pri poznatim zapreminskim udelima SO3 i H2O u

dimnom gasovima odredi ta~ka rose dimnog gasa (kondenzacija sumporne kiseline). U

P. Stanojevi} i dr.: Termodinami~ki model odre|ivawa temperature ...TERMOTEHNIKA, 2015, XLI, 1, 63-76 63

* Odgovorni autor; elektronska adresa: [email protected]

literaturi postoji niz empirijskih izraza za odre|ivawe tem per a ture kondenzacije

sumporne kiseline. Neki od wih su [3–9]:

Verhoff and Banchero [3, 4]:

10002 276 0 02943 0 0858 0 0062

Tp p p= - - +, , ln , ln , lnH O SO H2 3 2O SO3

ln p (1)

gde su T [K] ‡ temperatura kondenzacije sumporne kiseline, a p pH O SO2i

2 [mmHg] ‡

parcijalni pritisci vodene pare i sumpor-trioksida u dimnom gasu.

A. G. Okkes [5]:

T p p p= + + +365 6905 119864 4 70336 0 446, , ln , ln ( , lnH O SO SO2 3 3+ 52572 2 19. ) . (2)

gde su T [K] – temperatura kondenzacije sumporne kiseline, a r rH O SO2i

2 [mmHg] ‡

parcijalni pritisak vodene pare i sumpor-trioksida u dimnom gasu.

Haase and Borgman [6]:

T p p= + +255 27 6 18 7, log , logSO H O3 2(3)

gde su T [°C] ‡ temperatura kondenzacije sumporne kiseline, a p pH O SO2i

2 [atm] ‡

parcijalni pritisak vodene pare i sumpor-trioksida u dimnom gasu.

I. A. Ãaranova [7]:

T = + +186 20 263

log logj jH O SO2(4)

gde su T [°C] ‡ temperatura kondenzacije sumporne kiseline, a j jH O SO2i

3 [%] ‡

zapreminski udeli vodene pare i sumpor-trioksida u dimnom gasu.

U literaturi [8] prikazan je teorijski model odre|ivawa tem per a turekondenzacije u sistemu SO3 – H2O – H2SO4. Od istog autora [9] prikazan je

prora~un sniàvawa tem per a ture ta~ke rose dimnih gasova injektirawem gasovitog

amonijaka. U oba citirana rada autor koristi originalan teorijski model

sniàvawa ta~ke rose dimnih gasova.

Vrednosti tem per a ture kondenzacije sumporne kiseline dobijene primenom

izraza (1) do (4) se me|usobno razlikuju pa se u inèwerskoj praksi pri projektovawu

ure|aja i aparata u kojima dolazi do kondenzacije sumporne kiseline (kondenzatori,

skruberi, ekonomajzeri, kotlovi, elektrofilteri, dimni kanali) moraju uzeti sa

rezervom. U tom pogledu ciq ovog rada jeste izrada termodinami~kog modela

kondenzacije sumporne kiseline i wegova primena u inèwerskoj praksi.

Termodinamika hemijskih reakcija

SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g) � H2SO4(l)

Entalpija hemijske reakcije defini{e se na slede}i na~in [10, 11]:

D D DH b h b hjj

j ii

i= å - å (5)

P. Stanojevi} i dr.: Termodinami~ki model odre|ivawa temperature ...64 TERMOTEHNIKA, 2015, XLI, 1, 63-76

gde su bi ‡ broj kilomolova i-te komponente reaktanta, bj ‡ broj kilomolova j-te

komponente za produkte, Dhi ‡ entalpija veze i-te komponente i Dhj ‡ entalpija veze

j-te komponente.

Zavisnost entalpije reakcije od tem per a ture data je izrazom:

D D DH H c T TT mp

T

= + ò298298

( )d (6)

gde je

Dc b c b cmp j mpj

i mpi

j i= å - å (7)

a i predstavqa zbir specifi~nih molarnih toplotnih kapaciteta komponenata.

Zavisnost molarnog toplotnog kapaciteta od tem per a ture mo`e se

prikazati u obliku polinoma:

c T a b T c Tmp ( ) –= + × + × -10 103 5 2 (8)

gde su a, v i c ‡ koeficijenti polinoma koji se odre|uju eksperimentalno i T ‡

apsolutna temperatura.

Entropija reakcije defini{e se pomo}u izraza:

DS b s b sjj

j ii

i= -å å (9)

gde su si ‡ specifi~ne entropije veza i-te komponente i sj ‡ specifi~ne entropije veza

j-te komponente.

Zavisnost entropije reakcije od tem per a ture data je izrazom:

D DD

S Sc T

TTT

mpT

= + ò298298

( )d (10)

Slobodna entalpija reakcije defini{e se izrazom:

D D DG b g b gjj

j ii

i= -å å (11)

gde su Dgi ‡ specifi~ne slobodne entalpije i-te komponente i Dgi ‡ specifi~ne

slobodne entalpije j-te komponente.

Zavisnost slobodne entalpije reakcije od entalpije reakcije, tem per a ture i

entropije reakcije data je izrazom:

D D DG H T S= - (12)

Ako je DG > 0 reakcija se odvija sa desna na levo, tj. u smeru stvarawa

reaktanata reakcije. Ako je DG < 0 reakcija se odvija sa leva na desno, tj. u smeru

stvarawa proizvoda reakcije. Za hemijsku reakciju:

a A b Bii

i jj

jå å� (13)


konstanta hemijske ravnoteè izraèna preko parcijalnih pritisaka iznosi:

K

p

pp

Bb

j

Ab

i

j

j

i

i

=

Õ

Õ

( )

( )(14)

Vrednost konstante hemijske ravnoteè ¢Kp svedena na pritisak p0 = 1,013×105 Pa

odre|ena je izrazom:

¢ = =- - å -å

æ

èçç

ö

ø÷÷

K K pp

G

Tp

b au

jj

ii

e R

D

0(15)

gde je Ru = ×8 314, /kJ mol Kk ‡ univerzalna gasna konstanta.Kori{}ewem broj~anih termodinami~kih podatka za ~iste komponente koje

figuri{u u reakcijama SO (g) H O(g) H SO (g H SO l3 2 2 4+ � �) ( )2 4 pri 298 K i 1,013×105

Pa (tabl. 1 i 2) i kori{}ewem izraza od (5) do (15) mogu se izra~unati vrednostitermodinami~kih funkcije DH, DS, DG, Kp' razmatrane reakcije u zavisnosti odreakcione temperaure.

Reakcije stvarawa sumporne kiseline H2SO4(g) i H2SO4(l) su egzotermne urazmatranom temperaturskom intervalu (DH < 0), a DH i DS imaju isti znak pa je znakDG odre|en odnosom entalpijskog i entropijskog ~lana u jedna~ini (12). Kako surazmatrane reakcije stvarawa sumporne kiseline egzotermne, to termodinami~kiuslov DG < 0 bi}e ispuwen pri niìm temperaturama gasa (sl. 1 i 2).

Pri pove}awu tem per a ture gasa konstante ravnoteà reakcija SO (g) H O(g) H SO (g H SO3 2 2 4+ � �) ( )2 4 1 opadaju kao posledica pomerawa ravnoteèreakcije u smeru reaktanata reakcije (sl. 3).


Tablica 1. Entalpije veze, slobodne entalpije i entropije komponenatapri 1.013 ·105 Pa i 298 K [12]

Supstancija For mula Stawe Dh [kJkmol–1] Dg [kJkmol–1] s [kJkmol–1K–1]

Sumpor-trioksid SO3 Gas ‡395720 ‡371080 256,650

Voda H2O Gas ‡241820 ‡228590 188,715

Sumporna kiselina H2SO4 Gas ‡741000 ‡827320 289.308

Sumporna kiselina H2SO4 Te~nost ‡813990 ‡690060 156,900

Tablica 2. Broj~ane vrednosti koeficijenata a, b i c polinoma (8) [11]

Supstancija For mula Stawea

[kJkmol–1K–1]b

[kJkmol–1K–2)]c

[kJkmol–1K–1)]Temperaturski

opseg, [K]

Sumpor--trioksid

SO3 Gas 57,183 27,365 ‡12.920 298-2000

Voda H2O Gas 30,019 10,718 0,335 298-2500

Sumpornakiselina

H2SO4 Gas 94,831 52,594 ‡26,080 298-2000

Sumpornakiselina

H2SO4 Te~nost 157,005 28,320 ‡23,480 298-2000

Kondenzacija sumporne kiseline


Slika 1. Odre|ivawe reakcione oblasti egzotermne reakcije SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g)

Slika 2. Odre|ivawe reakcione oblasti egzotermne reakcije SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(l)

Slika 3. Zavisnost konstante ravnote`e reakcije od tem per a ture gasaSO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g) � H2SO4(l)

Proces stvarawa sumporne kiseline u parnoj (gasovitoj) fazi ikondenzacija pare sumporne kiseline moè se prikazati hemijskim reakcijama:

SO (g) H O(g) H SO (g3 2 2 4+ � ) (16)

H SO (g) H SO (l2 4 2 4� ) (17)

Kombinacijim jedna~ina (16) i (17) kondenzacija sumporne kiseline moè

se prikazati hemijskom reakcijom:

SO (g) H O(g) H SO (l3 2 2 4+ � ) (18)

Uop{te pare nad te~nom fazom sistema SO3–H2O–H2SO4 sadrè istovremeno

gasovite komponente SO3, H2O, H2SO4 ~iji je odnos odre|en konstantom hemijske

ravnoteè reakcije (16):

Kp

p p p

y

y yp = = -H SO

SO H O

H SO

SO H O

2 4

3 2

2 4

3 2

Pa1 1, [ ] (19)

gde su p [Pa] ‡ ukupni pritisak parne faze, p p pH SO SO H O2 24 3, , [Pa] ‡ parcijalni

pritisci sumporne kiseline, sumpor-trioksida i vodene pre u parnoj fazi,

y y yH SO SO H O2 24 3, , [kmol/kmol] ‡ molski udeli sumporne kiseline, sumpor-trioksida i

vodene pare u parnoj fazi.

Pri temperaturi vi{oj od 673 K (400 ºC) dimni gas ne sadrì sumpornu

kiselinu u parnoj fazi. Pri tim uslovima para sumporne kiseline se u potpunosti

razlaè na SO3(g) i H2O(g) (sl. 3). Pri hla|ewu dimnog gasa ravnoteà reakcije (16)

pomera se u pravcu stvarawa pare sumporne kiseline (sl. 3), koja se kondenzuje pri

daqem hla|ewu gasa, jedna~ina (17).

Jedna~ine bilansa u~esnika u homogenoj gasovitoj me{avini reakcije:

SO (g) H O(g) H SO (g3 2 2 4+ � ) (20)

mogu se napisati na slede}i na~in:

sumpor trioksid n a xSO (g)3kmol= - ,[ ] (21)

vovodena para n b xH O(g)2kmol= - ,[ ] (22)

inertni gas n ci(g) kmol= ,[ ] (23)

sumporna kiselina u parnom stawu n xH SO (g)2 4kmol= ,[ ] (24)

gde su a ‡ broj kilomolova sumpor trioksida koji stu pa u reakciju (20), b ‡ broj

kilomolova vodene pare koja stu pa u reakciju (20), c ‡ broj kilomolova inertnog gasa


koji stu pa u reakciju (20), i x ‡ broj kilomolova pare sumporne kiseline u me{avini

posle uspostavqawa hemijske ravnoteè.

Ukupan broj kilomolova u me{avini u bilo kom vremenu konverzije je

jednak:

n n n n n

n a xiS

S

= + + +

= - +SO (g) H O(g) g H SO (g)3 2 2 4

kmol( ) ,[ ]

( ) ( ) ,[ ]b x c x a b c x- + + = + + - kmol(25)

Molski udeo u~esnika u me{avini posle uspostavqawa hemijske ravnoteè

iznosi:

yn

n

a x

a b c xSO (g)

SO (g)

3

3 kmol

kmol= =

-

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (26)

yn

n

b x

a b c xH O(g)

H O(g)

2

2 kmol

kmol= =

-

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (27)

yn

n

c

a b c xi

i(g)

(g) kmol

kmol= =

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (28)

yn

n

x

a b c xH SO (g)

H SO (g)

2 4

2 4 kmol

kmol= =

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (29)

Parcijalni pritisci komponenata u homogenoj me{avini (gasovita faza)

posle uspostavqawa hemijske ravnoteè su:

p y pa x

a b c xpSO SO (g)3 3

Pa= =-

+ + -,[ ] (30)

p y pb x

a b c xpH O H O(g)2 2

Pa= =-

+ + -,[ ] (31)

p y pc

a b c xp Pai i= =

+ + -( ) ,[ ]g (32)

p y px

a b c xpH SO H SO (g)2 4 2 4

Pa= =+ + -

,[ ] (33)

gde su p p p piSO H O H SO3 2 2 4

, , , [Pa] ‡ parcijalni pritisci sumpor-trioksida, vodene pare,

inertnog gasa i sumporne kiseline u ravnote`noj me{avini posle uspostavqawa

hemijske ravnoteè, p [Pa] ‡ ukupni pritisak u reaktorskom prostoru posle

uspostavqawa hemijske ravnoteè.

Konstanta hemijske ravnoteè reakcije (20) odre|uje se pomo}u izraza:

Kp

p pp = -H SO

SO H O

2 4

3 2

Pa,[ ]1 (34)


Kada se jedna~ine (30), (31), i (33) smene u jedna~inu (34) dobija se:

Kp

x a b c x

a x b xp =

+ + -

- -

-1 1( )

( )( ),[ ]Pa (35)

Re{avawe jedna~ine (35) po nepoznatoj veli~ini x pri datom a, b, Kp

(temperatura) dobija se kvadratna jedna~ina:

Ax Bx C2 0+ + = (36)

gde su A = 1 + pKp, B = ‡pKp(a + b) ‡ (a + b + c) i C = abpKp.

Za c = 0 kmol posledwe jedna~ine predstavqaju izraze za odre|ivawe sastava

ravnote`ne me{avine bez dodatka inertnog gasa.

Zamenom re{ewa jedna~ine (36) u izraze (26) do (29) dobijaju se broj~ane

vrednosti molskih udela komponenata u homogenoj ravnote`noj me{avini

reakcijske SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g).

Stepen konverzije SO3(g) u H2SO4(g) odre|en je izrazima:

hSO (g)3

kmol

kmol=

- -=

é

ëêù

ûúa a x

a

x

a

( ), (37)

ili

hSO (g)3=

x

a100,[%] (38)

Jedna~ine bilansa u~esnika u heterogenoj me{avini:

SO (g) H O(g) H SO (l3 2 2 4+ � ) (39)

mogu se napisati na slede}i na~in:

sumpor-trioksid n a zSO (g)3kmol= - ,[ ] (40)

vode na para

inertni gas

n b z

n cH O(g)

(g)

2kmol

km

= -

=

,[ ]

,[i ol](41)

sumporna kiselina u te~nom stawu n zH SO (l)2 4kmol= ,[ ] (42)

gde su a ‡ broj kilomolova sumpor-trioksida koji stu pa u reakciju (39), b ‡ broj

kilomolova vodene pare koja stu pa u reakciju (39), c ‡ broj kilomolova inertnog gasa

koji stu pa u reakciju (39) i z ‡ broj kilomolova sumporne kiseline u te~nom stawu u

me{avini posle uspostavqawa hemijske ravnote`e.

Ukupan broj kilomolova u me{avini u bilo kom vremenu konverzije je

jednak:

‡ heterogena me{avina (te~na i gasovita faza)


n n n n n

n a ziS

S

= + + +

= - +SO (g) H O(g) g H SO (l)3 2 2 4

kmol( ) ,[ ]

( ) ( ) ,[ ]b z c z a b c z- + + = + + - kmol(43)

‡ homogena me{avina (samo gasovita faza)

n n n n

n a z b z c ziS

S

= + +

= - + - + + =SO (g) H O(g) g3 2

kmol( ) ,[ ]

( ) ( ) a b c z+ + - ,[ ]kmol(44)

Molski udeo u~esnika u me{avini posle uspostavqawa hemijske ravnote`e

iznosi:

‡ heterogena me{avina

xn

n

a z

a b c zSO (g)

SO (g)

3

3 kmol

kmol= =

-

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (45)

xn

n

b z

a b c zH O(g)

H O(g)

2

2 kmol

kmol= =

-

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (46)

xn

n

c

a b c zi

i(g)

(g) kmol

kmol= =

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (47)

xn

n

z

a b c zH SO (l)

H O(g)

2 4

2 kmol

kmol= =

+ + -

é

ëêù

ûúS

, (48)

‡ homogena me{avina

yn

n

a z

a b c zSO (g)

SO (g)

3

3 kmol

kmol= =

-

+ + -

é

ëêù

ûúS 2,

(49)

yn

n

b z

a b c zH O(g)

H O(g)

2

2 kmol

kmol= =

-

+ + -

é

ëêù

ûúS 2, (50)

yn

n

c

a b c zi

i(g)

(g) kmol

kmol= =

+ + -

é

ëêù

ûúS 2, (51)

Parcijalni pritisci komponenata u homogenoj me{avini (gasovita faza)

posle uspostavqawa hemijske ravnote`e su:

p y pa z

a b c zpSO SO (g)3 3

Pa= =-

+ + - 2,[ ] (52)

p y pb z

a b c zpH O H O(g)2 2

Pa= =-

+ + - 2,[ ] (53)

p y pc

a b c zpi i= =

+ + -(g) Pa

2,[ ] (54)


gde su p p piSO H O3 2, i [Pa] ‡ parcijalni pritisci sumpor-trioksida, vodene pare i

inertnog gasa u ravnote`noj me{avini posle uspostavqawa hemijske ravnoteè i p

[Pa] ‡ ukupni pritisak u reaktorskom prostoru posle uspostavqawa hemijske

ravnoteè.

Konstanta hemijske ravnoteè reakcije (39) definisana je izrazom:

Kp p

p = -1 2

SO H O3 2

Pa,[ ] (55)

Kada se jedna~ine (52) i (53) smene u jedna~inu (55) dobija se:

Kp

a b c z

a z b zp =

+ + -

- -

-1 22

22( )

( )( ),[ ]Pa (56)

Re{avawe jedna~ine (56) po nepoznatoj veli~ini z pri datom a, b, Kp

(temperatura) dobija se kvadratna jedna~ina:

Az Bz C2 0+ + = (57)

gde su A = p2Kp ‡ 4, B = 4(a + b + c) ‡ p2Kp(a + b) i C = p2Kpab ‡ (a + b + c)2.

Za c = 0 kmol posledwe jedna~ine predstavqaju izraze za odre|ivawe sastava

ravnote`ne me{avine bez dodatka inertnog gasa.

Zamenom re{ewa jedna~ine (57) u izraze (45) do (48) dobijaju se broj~ane

vrednosti molskih udela komponenata u ravnote`noj heterogenoj me{avini

reakcijske SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(l).

Radi pore|ewa sa literaturom [13] na sl. 4 i 5 prikazan je odnos SO3(g),

H2SO4(g) i H2SO4 (te~nost) u stawu ravnoteè sistema SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(l) za

gasnu sme{u koja sadrì 6.29% SO3 i 10.09% H2O i stepen konverzije SO3(g) u

H2SO4(g). Iz dijagrama (sl. 4) se vidi da kondenzacija sumporne kiseline (kriva

H2SO4(l)) po~iwe pri 548 K (275 ºC) (ta~ka rose) i prakti~no se zavr{ava oko 423 K


Slika 4. Dijagram ravnote`nog sastava sistema SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g) � H2SO4(l) (gasna sme{a sadrì SO3 = 6,29%, H2O = 10,09%)

(150 ºC). Do po~etka kondenzacije sumporne kiseline oko 70% SO3(g) se konvertuje u

H2SO4(g) tj. oko 30% wenih para je disocirano (sl. 5). Pri 500 K (227 ºC) oko 95%

SO3(g) se konvertuje u H2SO4(g) tj. oko 5% wenih para je disocirano.

Na sli~an na~in odre|uje se temperatura kondenzacije sumporne kiseline u

zavisnosti od zapreminskih (molskih) udela SO3(g) i H2O(g) u dimnom gasu (sl. 6).


Slika 5. Stepen konverzije SO3 u H2SO4 pri odvijawu hemijske reakcijeSO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g) (gasna sme{a sadr`i SO3 = 6.29%, H2O = 10.09%)

Slika 6. Temperatura kondenzacije sumporne kiseline u zavisnosti odzapreminskih udela SO3(g) i H2O(g) u dimnom gasu

Komparacija rezultata dobijenih primenom

termodinami~kog modela sa rezultatima

drugih istraìva~a

Termodinami~ki model odre|ivawa kondenzacije sumporne kiseline

prikazan u ovom radu testiran je pore|ewem rezultata izra~unavawa sa rezultatima

drugih istraìva~a (sl. 7). Rezultati dobijeni primenom termodinami~kog modela

daju ve}e vrednosti tem per a ture kondenzacije sumporne kiseline od vrednosti

drugih istraìva~a. Vrednosti tem per a ture kondenzacije sumporne kiseline

dobijene primenom termodinami~kog modela dobro se slaù sa vrednostima

prikazanih u [13]. Prema [13] pri zapreminskom udelu SO3 = 6.29% i H2O = 10.09% u

dimnom gasu temperatura kondenzacije sumporne kiseline (ta~ka rose) iznosi 273 ºC,

a primenom termodinami~kog modela temperatura kondenzacije sumporne kiseline

iznosi 275 ºC. Za razmatrane uslove SO3 = 6.29% i H2O = 10.09% vrednosti tem per a -

ture kondenzacije sumporne kiseline dobijene kod drugih istraìva~a su dosta

niè.

Zakqu~ak

Sagorevawem ugqa u termoenergetskim postrojewima sumpor iz ugqa

najve}im delom prelazi u SO2, a mawi wegov deo oksidira u SO3. Stvoreni

sumpor-dioksid (SO2) nema bitnog uticaja na rad parnog kotla ve} samo na emisiju u

okolinu, dok sumpor-trioksid (SO3) bitno uti~e na pogonsku raspoloìvost parnog

kotla zbog wegovog direktnog uticaja na tkz. nisko-temperatursku koroziju koja

nastaje na hladnijim povr{inama kotla. Korozija nastupa u uslovima kada do|e do

kondenzacije sumporne kiseline (H2SO4) prema reakcijama:

SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g), H2SO4(g) � H2SO4(l)


Slika 7. Komparacija vrednosti tem per a ture kondenzacije sumpornekiseline dobijene primenom termodinami~kog modela sa vrednostima drugih istraìva

(zapreminski udeo H2O = 10%)

Reakcije stvarawa H2SO4(g) i H2SO4(l) su egzotermne (DH < 0) u razmatranom

temperaturskom intervalu 298‡1000 K. Pri pove}awu tem per a ture dimnih gasova

vrednost konstante ravnoteè reakcija SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g) i SO3(g) +

H2SO4(g) � H2SO4(l) opadaju kao posledica pomerawa ravnoteè reakcija u smeru

reaktanata reakcije. Pri temperaturi dimnih gasova vi{oj od 673 K (400 ºC)

pokazano je da dimni gas ne sadrì sumpornu kiselinu u parnoj fazi. Pri tim

uslovima para sumporne kiseline se u potpunosti razlaè na SO3(g) i H2O(g).

Hla|ewem dimnog gasa ravnoteà reakcije SO3(g) + H2O(g) � H2SO4(g) pomera se u

pravcu stvarawa gasovite sumporne kiseline, H2SO4(g), a daqim hla|ewem dolazi do

kondenzacije sumporne kiseline.

Termodinami~ki model odre|ivawa kondenzacije sumporne kiseline

prikazan u ovom radu testiran je pore|ewem rezultata izra~unavawa sa rezultatima

drugih istraìva~a. Rezultati dobijeni primenom termodinami~kog modela daju

ve}e vrednosti tem per a ture kondenzacije sumporne kiseline od vrednosti drugih

istraìva~a, a dobro se slaù sa vrednostima prikazanim u [13] (odstupawe iznosi

0.73%), dok su vrednosti tem per a ture kondenzacije kod drugih istraìva~a dosta

niè. Razli~it pristup i kompleksan uticaj molskih udela SO3(g) i H2O(g) u dimnom

gasu na kondenzaciju sumporne kiseline jeste glavni uzrok nekonzistentnosti

rezultata koji su dali razni istraìva~i.

Literatura

[1] Blanco, J. M., Pena, F., In crease in the Boiler's Per for mance in Terms of the Acid Dew PointTem per a ture, Ap plied Ther mal En gi neer ing, 28 (2008), 7, 777-784

[2] Rockel, M. B., Bender, R., Cor ro sion Hand book, So ci ety for Chem i cal En gi neer ing and Bio -tech nol ogy, Frank furt, Ger many, 2008

[3] Verhoff, F. H., Banchero, J. T., Pre dict ing Dew Points of Flue Gases, Chem i cal En gi neer ingProg ress, 70 (1974), 8, 71-72

[4] Pierce, R. R., Es ti mat ing Acid Dew Points in Stack Gases, Chem i cal En gi neer ing, 84 (1977), 8,125-128

[5] Okkes, A. G., Get Acid Dew Point of Flue Gas, Hy dro car bon Pro cess, 66 (1987), 7, 53-55[6] Haase, R., Borgmann, H. W., Prazisionsmessungen Zur Ermittlung von Sauertaupunkten,

Korrosion, 15 (1961), 47-49[7] Zhi-Yong T., et al., The Con trast and Eval u a tion of the Cal cu la tion For mu las of Acid Dew

Point Tem per a ture of the Flue Gas, Jour nal of Power En gi neer ing, 25 (2005), 18-21[8] \uri}, S., \akovi}, D., Unapre|ewe energetike i ekolo{ke efikasnosti

termoelektrana sniàvawem tem per a ture ta~ke rose dimnih gasova, Termotehnika,36 (2010), 2-3, 233-245

[9] \uri}, S., i dr., Uticaj zapreminskih udela SO3 i vodene pare u dimnim gasovima natemperaturu kondenzacije u sistemu SO3–H2O–H2SO4, GAS, 3 (2000), 13-21

[10] Kuburovi}, M., et al., Ef fect of Tem per a ture on a Free En ergy and Equi lib rium Con stants dur -ing Dry Flue Gas De sul phuri sa tion Chem i cal Re ac tions, Ther mal Sci ence, 6 (2002), 2, 71-79

[11] Barin, I., Knacke, O., Thermochemical Prop er ties of In or ganic Supstances, Springer-Verlag,Berlin, 1973

[12] John son, D. A., Some Ther mo dy nam ics As pects of In or ganic Chem is try, 2nd Cam bridge Uni -ver sity Press, Cam bridge, Lon don, New Jork, ed., 1982

[13] Amelin, A., Proizvodstvo sernoikisloti, Himia, Moskva, 1964


Ab stract

A Ther mo dy namic Model for De ter min ingCon dens ing Tem per a ture of Sulphuric Acid

by

Petko STANOJEVI] 1 and Saša BRANKOV 2

1Fac ulty of Trans port and Traf fic En gi neer ing, Doboj, Bosnia and Herzegovina2Fac ulty of Tech ni cal Sci ences, Uni ver sity of Novi Sad, Novi Sad, Ser bia

This pa per pres ents a ther mo dy namic model for de ter min ing con dens ing tem per a ture(dew point) of sulphuric acid. Ther mo dy nam ics of re ac tion SO (g) H O(g)3 2+ � H SO (l)2 4 isbe ing dis cussed. When vol ume frac tions of SO3(g) and H2O(g) in flue gas are known, the modelen ables de ter min ing con dens ing tem per a ture of sulphuric acid. Con dens ing tem per a ture ofsulphuric acid ob tained by aplying ther mo dy namic model is usu ally a bit higher than the con dens -ing tem per a ture ob tained by us ing the em pir i cal equa tions sug gested by var i ous re search ers.

Key words: ther mo dy namic model, flue gas, dew point,sulphuric acid

Cor re spond ing au thor; e-mail: [email protected]

Rad primqen: 22. januara 2015.Rad revidiran: 2. aprila 2015.Rad prihva}en: 11. maja 2015.


termodinami~ki model odre|ivawa tem per a ture...

Documents