лекции / все лекции по охт
.pdfФункциональная производства серной кислоты
|
Воздух |
|
|
|
Н2О |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2SO4 |
FeS2 |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Fe2O3 (огарок) |
|
|
|
|
|
•1 –отделение (подсистема обжига колчедана), 2- отделение очистки обжигового газа, 3- подсистема окисления диоксида серы, 4- отделение абсорбции SO3.
•Обжиг серосодержащего сырья. Обжиг колчедана (пирита)
является гетерогенным химическим процессом, который описывается моделью «сжимающееся ядро».
•В промышленности обжиг ведут при 850-900 0C. Лимитирующая стадия процесса - внутренняя диффузия кислорода к поверхности свежего пирита и продуктов окисления в газовую фазу. При этих же температурах твердый компонент размягчается, что способствует слипанию его частиц. Эти факторы определили способ проведения процесса и тип реактора.
Организация процесса и реактор
Основной прием интенсификации гетерогенного процесса,
определяемый стадией внутренней диффузиейдробление
частиц. Мелкие частицы можно перерабатывать в кипящем (псевдоожиженном) слое, что реализовано в печах КС - кипящего слоя (рис.). Пылевидный колчедан подается через питатель в реактор. Воздух поступает через распределительную решетку со скоростью, достаточной для взвешивания твердых частиц. Их витание в слое предотвращает слипание и способствует хорошему контакту их с газом, выравнивается температурное поле по всему слою, обеспечивается подвижность твердого материала и его переток в выходной патрубок для вывода продукта из реактора. В слое подвижных частиц можно расположить теплообменные элементы, причем коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя сравним с теплоотдачей от кипящей жидкости. Тем самым обеспечено эффективные теплоотвод из зоны реакции, управление его
температурным режимом и использование тепла реакции.
Реактор «КС»
•Основной недостаток печей КС - повышенная запыленность обжигового газа из-за механической эрозии подвижных твердых частиц. Это потребует более тщательной очистки газа от пыли - в циклоне и электрофильтре.
•Зависимости Кр, xp от температуры, состава реакционной смеси и давления, состава газа показаны на рис. (см. лекцию
«термодинамические закономерности»)
Кинетика реакции
•Скорость реакции r описывается уравнением:
|
|
|
P |
|
|
P |
|
|
r kP |
|
|
SO 2 |
|
1 |
SO 3 |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
P |
A' P |
|
KpP |
P |
||
|
|
SO 2 |
SO 3 |
|
|
SO 2 |
O2 |
|
или более простой и удобный вид уравнения для анализа r = (k1 + k 1) с0 (xp x)
Зависимость скорости реакции (а) и степени превращения (б) от температуры, x1 x2 x3 x4
для обратимой экзотермической реакции
Схема реакционного узла
•В промышленности приближение к теоретической температуре Топт (ЛОТ) осуществляют в многослойном реакторе с адиабатическими слоями катализатора и промежуточным отводом тепла. Охлаждение между слоями проводят в теплообменниках или поддувом воздуха или холодного газа (обычно только после первого слоя).
схемы реакторов
Изменение температуры и степени превращения по высоте реактора (а)