- •Оглавление
- •I. Теория химических процессов 3
- •Вопросы для подготовки к экзамену по курсу охт, 2019
- •Балансовое :
- •Базисная система линейно независимых уравнений реакций.
- •4. Выход продукта:
- •Термодинамические закономерности. Константа равновесия и равновесная степень превращения. Способы управления равновесием химических реакций (температура, давление, избыток реагента и т.Д.), примеры.
- •Пример расчёта Хр (хАравн, хАmax)
- •Способы смещения равновесия
- •Кинетическая модель
- •Реакционная схема и ее отличие от базисной системы независимых уравнений
- •Иерархическая структура математической модели в химическом реакторе
- •Классификация хим процессов
- •Влияние с и т на r
- •Хим процесс с простой необратимой реакцией
- •Хим процесс с обратимой реакцией:
- •Хим процесс сложной реакции
- •Гетерогенный процесс “газ-твердое”. Модель “сжимающееся ядро”. Схема и математическое описание процессов. Наблюдаемая скорость и время полного превращения. Лимитирующая стадия. Способы интенсификации.
- •Общая схема модели „сжимающееся” ядро
- •Материальный баланс по
- •Частные случаи
- •Внешняя диффузия- лимитирующая стадия
- •Внутридиффузный режим
- •Кинетический режим.
- •Процесс на пористом катализаторе (
- •Математическое описание процесса
- •Классификация
- •Влияние на сильнее, чем влияние т
- •Характерный признаки хтс
- •Элементы хтс. Классификация.
- •Подситемы хтс
- •Типы технологических связей (назначение)
- •Синтез и анализ хтс
- •Модели хтс
- •Описательные модели хтс
- •Химическая схема
- •Операционная схема
- •Математическая модель
- •Графические модели
- •Функциональная схема
- •Структурная схема
- •Технологическая схема
- •Операторная схема
- •Синтез хтс Концепции синтеза хтс (обязательные требования)
- •Окисление диокисда серы
- •Абсорбция триоксида серы
- •Система двойного контактирования и двойной абсорбции (дк/да).
- •Окисление оксида азота
- •Абсорбция оксидов азота.
- •Энерготехнологическая система в производстве азотной кислоты.
Окисление диокисда серы
Физико-химические свойтва процесса
Реакция Является обратимой, экзотермической, протекает на катализаторы смешением объем. Тепловой эффект реакции при температуре составляет 94,2 кДж/моль. Константа равновесия зависит от температуры и в интервале описанной следующие зависимостью:
Согласно закону действующих масс, при равновесии
Где , -парциальные давления соответсвующ комп в сост равновесия, атм.
Равновесную степень превращения диоксиды серы получим из ур и усл равновес
Выражение () показывает относительное изменение (уменьшение) объема реакционной смеси. Уравнение (6.6) определяет x в неявном виде и решается путем подбора значений. Зависимости х, от температуры, состава реакционной смеси, полученной при обжиге пирита, и давления приведены на рис. 6.28. Степени преврашения промышленного интереса (около 99%) достигаются при температурах 675-695 К. Так как давление не сильно влияет на х в промышленности, то процесс проводят при давлении, близком к атмосферсному.
Катализаторы окисления получают на основе оксида ванадия с добавлением щелочных металлов, осажденных на оксид кремния.
Скорость реакции описывается уравнением Борескова-Иванова:
где )-константа скорости реакции; A' = 0,8-константа: , - парциальные давления соответствующих компонентов, атм.
Компоненты реакционной смеси взаимодействуют с катализатором и образуют соединения, которые фактически катализируют реакцию. Состав и свойства, в том числе каталитические, полученных соединений изменяются с изменением температуры. Энергия активации е реакции окисления изменяется сложным образом с температурой, как показано на рис. 6. 29.
На промышленном зерне катализатора окисление ингибируется реагентами в порах катализатора. Исследования показали, что наблюдаемая скорость трансформации может быть с достаточной точностью описана уравнением (6.7), но наблюдаемые значения константы скорости и энергии активации будут различны (линия 2 На фиг. 6.29). Например, для катализатора СВД:
Т,К………………………< 713 |
от 713 до 803 |
>803 |
E кДж/моль………………197 |
58.6 |
0 |
Температурные пределы и значения Е в них могут отличаться для разных катализаторов. Для катализаторов ИК-1-6 и СВД Е= 126 кДж / моль при Т < 693К. Это- низкотемпературные катализаторы. Активность промышленных катализаторов при температурах ниже 680К очень мала, а выше 880 К происходит их термическая деактивация. Поэтому диапазон рабочих температур большинства катализаторов находится в пределах 680-880 К, а степень конверсии в реакторе, определяемая нижней границей этого интевравала и составляет 98%.
Схема реакционного узла. Зависимость скорости превращения от температуры характерна для обратимой реакции. Рассчитанная по уравнению(6.7) оптимальная температура показана на рис. 6.30. В промышленности приближение к теоретической температуре реализуется в многослойном реакторе с адиабатическими слоями катализатора и промежуточным отводом тепла. Охлаждение между слоями осуществляется с помощью теплообменников или продувки холодным газом (обычно только верхнего слоя). Наиболее распространенная схема реактора приведена на рис. 6.31,
Исходная концентрация обрабатываемого газа выбирают таким образом, чтобы технологический режим находился в пределах рабочих температур катализатора. Большое значение Е при T < 713 К приводит к резкому снижению скорости реакции с понижением температуры.
Чтобы адиабатический процесс в первом слое мог интенсивно развиваться, начальная температура должна быть не ниже 713 К. Ее называют «температурой зажигания» (для низкотемпературных катализаторов она ниже). На диаграмме «Т-х» адиабатический процесс представлен прямой линией, ее наклон определен величиной адиабатического разогрева Для окисления 1% SO2, составляет приблизительно 28,2 градусов. Чем больше (или исходная концентрация ад диоксида серы а), тем больше разогрев (см. адиабаты на рис. 6.30 для различных значений а). Процесс может развиваться до установления в системе равновесия, а максимальная (равновесная) температура при этом не должна превышать допустимую. На рис. 6.30 этому соответствует значения исходной концентрации SO2, не превышающие 7-8%. Низкотемпературный катализатор позволяет поднять концентрацию до 9-10%. Температуры в остальных слоях определяют из оптимизации режима реактора.
При выборе режима процесса в реакторе необходимо проверить его устойчивость. Первый слой в реакторе с теплообменником является системой «реактор с внешним теплообменником», в которой существующий режим может быть неустойчивым.