165718 (624865), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

1) 2V⁵⁺ + O^2- + SO₂ 2V⁴⁺ + SO₃

2) 2V⁴⁺ + 1/2O₂ 2V⁵⁺ + O^2- А

В первой стадии достигается равновесие, вторая стадия является медленной и определяет скорость процесса.

В области температур выше 420⁰С скорость каталитической реакции много больше скорости восстановления катализатора. В связи с этим вероятен механизм, в котором процесс протекает по пути, не связанному с изменением валентного состояния ванадия. Схема такого процесса:

1 ) V₂O₅*nSO₃ + SO₂ V₂O₅*(n - 1)SO₃*SO₂ + SO₃

2) V₂O₅*(n - 1)SO₃*O₂ V₂O₄*nSO₃ Б

3) V₂O₅*(n - 1)SO₃*SO₂ + O₂ + SO₂ V₂O₅*nSO₃ + SO₃

В случае Б скорость каталитической реакции пропорциональна доле активного компонента в окисленной форме. По этому механизму реакция протекает в присутствии триоксида серы в газовой фазе.

Скорости окисления ванадия (IV) кислородом и каталитической реакции в присутствии SO3 близки и при малых степенях превращения процесс протекает по окислительно-восстановительному механизму, который может быть представлен схемой:

1 ) V₂O₄*nSO₃ V₂O₄*(n - 2)SO₃ + 2SO₂

2) V₂O₄*(n - 2)O₃ + 1/2O₂ V₂O₅*(n - 2)SO₃ В

3) V₂O₅*(n - 2)SO₃ + SO₂ + SO₃ V₂O₄*nSO₃

Скорость реакции определяет стадия (2).

Таким образом, кинетические закономерности достаточно сложны.

На скорость реакции влияет также внутренняя диффузия. В реальных условиях контактного процесса влияние внешнедиффузионных факторов составляет менее 3%. Диффузионное сопротивление уменьшается с ростом массовой скорости газового потока при высоких парциальных давлениях реагентов, при малых значениях скоростей реакции и размера зерна катализатора.

Влияние давления на процесс окисления диоксида серы.

Повышение давления влияет как на скорость процесса, так и на состояние равновесия. Скорость реакции и выход продукта с повышением давления увеличиваются за счет повышения действующих концентраций SO2 и O2 и увеличения движущей силы процесса. Начальная температура (температура газа на входе в I слой катализатора) понижается с увеличением давления.

Температура газа на входе в I слой:

Значения температур, соответствующих равновесной степени превращения 0,998 при давлении в системе 1,0 МПа:

Технологическое оформление процесса окисления диоксида серы.

Технологическая схема и аппаратура контактного узла зависит от вида применяемого сырья, способов отвода тепла реакции, производительности установки и других факторов.

На рис. представлена схема контактного узла с одинарным контактированием, включая 4-слойный аппарат с промежуточными теплообменниками. Очищенный и осушенный сернистый газ подается газодувкой, нагревается во внешнем и промежуточных теплообменниках и поступает на I слой контактного аппарата. Пройдя все слои катализатора с промежуточным охлаждением в теплообменниках, прореагировавший газ покидает контактный аппарат, охлаждается во внешних теплообменниках и поступает на абсорбцию образовавшегося SO₃. оптимальный температурный режим поддерживается с помощью байпасных газоходов с задвижками на теплообменниках, которые обычно устанавливают последовательно по ходу газа, иногда – параллельно перед двумя последними слоями. Максимальная степень превращения в контактном аппарате 98,0 – 98,5%.

При двойном контактировании после первой стадии катализа из газовой смеси поглощается образовавшийся SO₃ и на вторую стадию катализа поступает неокисленная часть исходного SO₂. Степень превращения 99,5 – 99,8%.

В современном сернокислотном производстве наиболее широко применяются контактные аппараты с горизонтальными стационарными слоями катализатора и отводом тепла в выносных теплообменниках. Применяются также контактные аппараты с внутренними теплообменниками либо с поддувом воздуха или газа.

При работе по короткой схеме на газах от сжигания серы или сероводорода применяется охлаждение газа между слоями в пароперегревателях, в газовоздушных теплообменниках или поддувом воздуха, что значительно упрощает конструкцию контактного узла.

Для устойчивой работы контактного аппарата необходимо равномерное распределение газа и температур по сечению аппарата, достаточная мощность теплообменников, надежная схема регулирования, простота обслуживании и ремонта и др. Наибольшая равномерность температур и концентраций газа в аппарате достигнута при использовании выносных теплообменников.

Использование аппарата ОТС – с отводом тепла серой позволяет путем использования высокотемпературного теплоносителя увеличить степень конверсии по сравнению с традиционными методами конверсии на 1,5 – 1,8% вследствие снижения градиента температур между стенками трубок и серединой слоя. Рабочая температура охлаждающего агента в ОТС совпадает с температурой зажигания катализатора, что позволяет исключить возможность инактивации катализатора при возрастании скорости газов. При этом в два раза меньше, чем у ПНР, расход металла.

Также используются кассетные аппараты (катализатор помещен в кассеты из проволоки).

По условиям осуществления процесса окисления SO2 и принципу теплоотвода контактные аппараты можно разделить на:

аппараты со стационарными слоями катализатора и промежуточным теплообменом (наиболее широко применяемые);

аппараты со стационарными слоями катализатора и непрерывным теплообменом;

аппараты с кипящими слоями катализатора и непрерывным теплообменом;

аппараты с нестационарным режимом окисления и теплоотвода в слоях катализатора.

2. Математические модели химических реакторов

Центральным аппаратом в любой химико-технологической системе, включающей целый ряд машин и аппаратов, соединенных между собой различными связями, является химический реактор - аппарат, в котором протекает химический процесс. Выбор типа, конструкции и расчет химического реактора, создание системы управление его работой – одна из важных задач химической технологии.

Как и в случае других аппаратов, используемых в химической промышленности (теплообменных, массообменных и др.), для изучения, расчета и проектирования химических реакторов применяется метод моделирования.

Под математической моделью понимается некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняется наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме. В зависимости от постановленной задачи математическая модель учитывает разное число признаков объекта и поэтому модель может быть широкой и узкой.

2.1 Модель реактора идеального вытеснения

Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. В трубчатых реакторах перемещение имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока и ее флуктуациями, а также завихрениями. Реакторы вытеснения бывают двух видов: идеального и полного вытеснения.

Идеально вытеснение предполагает, что любое количество реагентов и продуктов через реактор перемещается как твердый поршень, и по длине реактора (в пространстве) в соответствии с особенностями реакции и сопровождающих ее физических явлений устанавливается определенное распределение концентраций участников реакции, температуры и других параметров. К реакторам идеального вытеснения относятся те аппараты, в которых отсутствует радиальное и продольное перемешивание.

Материальный баланс

Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому по всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате взаимодействия. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию – приход, равна массе полученных веществ – расходу. Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.

Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется, как правило, для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Количество же всех веществ в аппарате постоянно, т. е. накопления или убыли суммарного количества веществ не происходит.[3]

Составим материальный баланс реактора идеального вытеснения.

d V ZNA

x x+dx

Реактор представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Изменение концентрации происходит по длине. Выделим элементарный объем dV, для которого считается материальный баланс, где ZNA-концентрация ключевого реагента.

[кг/c]=[(м³/с)∙(м³/кмоль)∙(кг/кмоль)]

- расход

-массовый расход химической реакции

[кг/с]=[(кмоль/м³∙с)∙(м³)∙(кг/кмоль)

-массовый расход на убыль

- объем реактора

[м³]=[(м³/c)∙(c)]

- уравнение материального баланса для реактора, работающего в режиме идеального вытеснения.

Характеристики

Список файлов курсовой работы