Зависимость равновесного выхода от температуры при различном давлении
t,°C |
Равновесный выход SO3 % при давлении (МПа) |
|||||
0.1 |
0.5 |
1 |
2.5 |
5,0 |
10,0 |
|
400 500 600 |
99,2 93,8 73,4 |
99.6 96,9 85,8 |
99,7 97.9 89.5 |
99,9 98,6 93.3 |
99.9 99,0 95,0 |
99.9 99.3 96.4 |
Исходный газ, поступающий в контактный аппарат, нагревают до температуры, несколько превышающей температуру зажигания ванадиевого катализатора (400-440°С) и направляют в первый катализаторный слой. Процесс окисления проводится как в первом слое, так и в последующих, в адиабатическом режиме (без отвода тепла) - прямые 1, 3, 5, 7. При окислении SO2 выделяется тепло, за счет которого повышается температура газовой смеси по линейной зависимости. Угол наклона прямой при этом зависит от концентрации SO2, поскольку с увеличением концентрации SO2 выделяется больше тепла и, следовательно, в большей степени повышается температура. В первом слое (прямая 1) процесс окисления ведут таким образом, чтобы температура газовой смеси на выходе не превышала предельную температуру активности катализатора. Затем, перед поступлением на второй и последующие слои катализатора, газовая смесь охлаждается в промежуточных теплообменниках - кривые 2, 4, 6. 8. Выход при этом остается постоянным. На рис. 2.3.4 видно, что при проведении процесса в неподвижном слое катализатора наблюдается значительное отклонение состояния системы от линии оптимальных температур, которое допускается в промышленности не более чем на 20%.
При проведении процесса в псевдоожиженном слое катализатора скорость теплоотдачи возрастает. Движение в кипящем слое не только потока газов, но и твердых частиц дополнительно способствует выравниванию температуры по всему слою. Это позволяет проводить реакцию в каждом слое при практически постоянной температуре, т.е. при более «правильном» температурном режиме, чем в случае неподвижного слоя. Соответственно и отклонения от линии оптимальных температур меньше.
Рис.2.3.4. Диаграмма t-η четырехступенчатого процесса контактирования с промежуточным теплообменом.
Газ, поступая из одного слоя в другой, быстро принимает температуру данного слоя. Избыточное тепло - тепло реакции и физическое тепло поступающего газа - отводится помещенными в слои катализатора теплообменниками. Однако, эти аппараты не нашли широкого применения из-за большого уноса катализатора и запыления газа.
2.3.5.Схема лабораторной установки
Контактное окисление оксида серы (IV) проводят на одноступенчатой установке (рис.2.3.5). Воздух, нагнетаемый воздуходувкой, и оксид серы (IV), подаваемый из газометра, освобождают от водяных паров в промывных склянках 1, заполненных концентрированной серной кислотой. Брызги серной кислоты улавливают стеклянной ватой в склянках 2. Расход оксида серы (IV) и воздуха измеряют реометрами 3 и 4. Газовая смесь заданного состава после смесителя 5 поступает в контактный аппарат 6. Выходящая из контактного аппарата газовая смесь поступает в сосуд 7, в котором улавливается серная кислота, далее в сосуд 8, где оксид серы (VI) абсорбируется серной кислотой, а затем направляется в вытяжной шкаф. Блок анализа состоит из поглотительной склянки Дрекселя 9, которую заполняют титрованным раствором йода, и аспиратора 10.
Рис.2.3.5. Схема установки контактного окисления оксида серы (IV) с одноступенчатым контактным аппаратом.
Одноступенчатый контактный аппарат представляет собой кварцевую трубку длиной 800 мм и диаметром 30 мм. Снаружи трубка по всей длине имеет электрообмотку, покрытую теплоизоляцией. Скорость нагревания регулируется ЛАТРом. Внутри контактного аппарата имеется решетка, которая снизу поддерживается кварцевой или фарфоровой трубкой диаметром 22-25 мм. Для лучшего распределения газового потока и его нагревания на сетке помещен слой битого кварца высотой 10 мм. На кварц положен тонкий слой асбестовых волокон, а затем насыпан катализатор. Температура в контактном аппарате определяется по милливольтметру. Датчиком служит термопара, помещенная в кварцевый чехол, впаянный сверху в контактную трубку и доходящий до середины слоя катализатора.