Курсовой проект производство серной кислоты вариант 2 Студент Горбунова Анна Группа мт43 Преподаватель Чабан Н. Г

• Название: Курсовой проект производство серной кислоты вариант 2 Студент Горбунова Анна Группа мт43 Преподаватель Чабан Н. Г
• Дата: 28.09.2021
• Размер: 227.91 Kb.
• Имя файла: 203615-57178.docx
• Тип: Курсовой проект; #238165
• страница: 3 из 5

Контактное окисление диоксида серы.

Реакция окисле­ния диоксида серы характеризуется очень высоким значением энергии активации и поэтому практическое ее осуществление воз­можно лишь в присутствии катализатора.

В промышленности основным катализатором окисления SO₂, является катализатор на основе пентоксида ванадия V₂О₅. Каталитическую активность в этой реак­ции проявляют и другие соединения, прежде всего платина. Одна­ко платиновые катализаторы чрезвычайно чувствительны к следам мышьяка, селена, хлора и других примесей и поэтому постепенно были вытеснены ванадиевыми катализаторами.

Каталитическую активность проявляет также оксид железа (III) Fe₂О₃, однако лишь в области высоких температур. Каталитиче­ской активностью Fe₂О₃, входящего в состав огарка, можно объяс­нить наличие в обжиговом газе неболь­ших количеств триоксида серы.

Реакция окисления диоксида серы — обратимая экзотермиче­ская. При 500°С тепловой эффект реакции ΔН =-94,23 кДж/моль. Константа равновесия



может быть рассчитана по уравнению



Равновесная степень превращения SO₂ выражается формулой



где p – общее давление; a и b – молярные доли SO₂ и О₂ в исходной реакционной смеси.

Зависимости равновесной степени превращения SO₂ от тем­пературы при разных давлениях построены для исход­ной реакционной смеси, содержащей 7% SO₂, 11% O₂, 82% N₂.



Рис. 3. Зависимости равновесной степени превращения SO₂ от температуры при давлении 0,1 МПа (1), 1 МПа (2), 10 МПа (3) (а), от молярного отношения О₂/SO₂ при температуре 475 ^оС и давлении 0,1 МПа (б).

Скорость реакции и вид кинетического уравнения зависят от типа применяемого катализатора. В промышленности это в ос­новном ванадиевые контактные массы, в сос­таве которых примерно 8% V₂О₅, нанесенного на пористый носитель.

Скорость каталитического окисления диоксида серы на вана­диевом катализаторе описывается уравнением



где Х_SО2 — степень превращения диоксида серы; τ — время; k — константа скорости прямой реакции; р — давление; β = (b - 0,5аХ_SО2)/(1 — 0,5аХ_SО2); К_р — константа равновесия.

Для упрощенных расчетов можно пользоваться уравнением Борескова



Из уравнений следует, что скорость реакции зависит от степени приближения к равновесию и как функция температуры проходит через максимум (с ростом температуры растет константа скорости прямой реакции и уменьшаются кон­станта равновесия и равновесная степень превращения).

Скорость реакции повышается с ростом концентрации кисло­рода, поэтому процесс в промышленности проводят при его из­бытке. Для осуществления реакции с высокой скоростью кислород берут почти в трехкратном избытке по отношению к сте­хиометрическому количеству. Для этого более концентрированный обжиговый газ (14—15% SО₂) разбавляют воздухом перед стадией контактного окисления.

Так как реакция окисления SО₂ относится к типу экзотерми­ческих, температурный режим ее проведения должен приближать­ся к линии оптимальных температур. На выбор темпе­ратурного режима дополнительно накладываются два ограничения, связанные со свойствами катализатора. Нижней предельной явля­ется температура зажигания ванадиевых катализаторов, состав­ляющая в зависимости от конкретного вида катализатора и соста­ва газа 400—440°С. Верхняя предельная температура составляет 600-650°С. Выше этих температур происходит перестройка струк­туры катализатора и он теряет свою активность. Если вести процесс при постоянной температуре 600^оС, то начальная скорость реакции будет высокой, но, в соответствии с состоянием равновесия, процесс закончится при достижении значительно меньшей степени превращения, чем при 400^оС. Для обеспечения и высокой интенсивности процесса, и высокого выхода необходимо проводить окисление при переменных условиях.

На рис. 4 приведен график зависимости равновесного и практического выхода от температуры при различных временах контактирования. С увеличением времени контактирования максимум на кривых смещается в сторону более низких температур. Кривую, соединяющую максимумы на различных кривых, называют линией оптимальных температур.


Рис. 4. Зависимость выхода продукта от температуры при различных временах контактирования.
При проведении процесса по ЛОТ окисление диоксида серы протекает с максимально возхможными скоростями в каждый момент. Понижение температуры к концу процесса с 600оС до 400оС позволяет получить высокий выход продукта при достаточной производительности процесса. Схема организации этого процесса приведена на рис. 5.



Рис. 5. Диаграмма пятиступенчатого процесса контактирования с промежуточным теплообменом

Чаще всего в промышленности используют полочные контак­тные аппараты с наружным теплообменом. Схема теплообмена предполагает максимальное использование теплоты реакции для подогрева исходного газа и одновременное охлаждение газа между полками. Одна из важнейших задач, стоящих перед сернокислотной про­мышленностью,— увеличение степени превращения диоксида серы и снижение его выбросов в атмосферу. Эта задача может быть решена несколькими методами.

Один из наиболее рациональных методов, повсеместно приме­няемый при производстве серной кислоты,— метод двойного кон­тактирования и двойной абсорбции (ДКДА). Его сущность состо­ит в том, что реакционную смесь, в которой степень превращения SО₂ составляет 90—95%, охлаждают и направляют в промежу­точный абсорбер для выделения SО₃. В оставшемся реакционном газе отношение О₂:SО₂ существенно повышается, что приводит к смещению равновесия реакции вправо. Вновь нагретый реакци­онный газ снова подают в контактный аппарат, где на одном-двух слоях катализатора достигают 95%-ной степени превращения ос­тавшегося SО₂. Суммарная степень превращения SO₂, составляет в таком процессе 99,5—99,8%.