лекции / 12-15

ВЫВОД

•Последовательная и параллельная схемы реакторов идеального вытеснения сводятся к модели одного большого РИВ и по интенсивности одинаковые. Соответственно, и по показателю селективности для сложных реакций в этих условиях не будет разницы. Но в параллельной схеме поток распределен между реакторами, его линейная скорость в каждом из аппаратов меньше, чем в их последовательности. Поэтому меньше гидравлическое сопротивление и энергетические затраты.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ РЕАКТОРОВ ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ

Для сравнения схем воспользуемся графическим методом определения времени пребывания в реакторе идеального смешения. Предположим, что реакторы имеют равные объемы.

Определим объемы параллельно соединенных реакторов с

Такая схема работает так же, как один реактор идеального

смешения с ис = .

Необходимое время для К-РИС определяется как площадь соответствующего прямоугольника на графике "1/r(C) - C".

определение времени пребывания графическим методом

•Необходимое время для К-РИС определяется как площадь соответствующего прямоугольника на графике "1/r(C) - C".

•В последовательной схеме (каскад реакторов)

•Определим концентрации после реакторов С1, С2, С3, Площадь прямоугольника в интервале С0 – С1 есть1, в интервале С1 – С2 есть 2 и т.д. Площадь под ступенчатой линией равна i. Очевидно, что суммарные время и объем реакторов в последовательной схеме меньше, чем в

параллельной или в одном реакторе. Чем больше число реакторов в каскаде, тем меньше i в нем, приближаясь к ив в режиме идеального вытеснения.

ВЫВОДЫ

•Поскольку увеличение числа реакторов в каскаде приближает режим к идеальному вытеснению, то и характер влияния числа реакторов в каскаде на селективность процесса при протекании сложной реакции будет таким, как ее изменение при переходе от режима идеального смешению к вытеснению.

•Т.о. показатели процесса: интенсивность и селективность, - будут занимать промежуточное положение между крайними режимами смешения и вытеснения.

ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Производство серной кислоты

•Производства минеральных удобрений (суперфосфата, сульфата аммония), являются крупнейшим потребителем серной кислоты. Кислота используется также в нефтепереработке, производстве химических волокон, взрывчатых веществ, лаков красок цветных металлов. Высокая химическая активность и относительно небольшая стоимость предопределили большое разнообразие применения серной кислоты почти во всех промышленных отраслях.

Сырьевая база

•производства серной кислоты - серосодержащие соединения, из которых можно получить диоксид серы. В промышленности около 80% серной кислоты получают из природной серы и железного (серного) колчедана. Значительное место занимают отходящие газы цветной металлургии, получаемые при обжиге сульфидов цветных металлов и содержащие диоксид серы. Некоторые производства используют как сырье сероводород, образующийся в производстве кокса, при сероочистке в нефтепереработке. Первой стадией технологической системы является обжиг серосодержащего сырья для получения диоксида серы.

Химическая схема производства серной кислоты

Сравним 2 схемы производства,

•в которых в качестве сырья выступает серный колчедан или сера. Химическая схема включает реакции:

•обжиг серного

•колчедана:4 FeS2 + 11 O2 → 2Fe2O3 + 8 SO2+Qр

•окисление диоксида

•абсорбция триоксида

•С учетом требований по ресурсо-энергосбережению, минимизации отходов и затрат на оборудование сера как сырье – предпочтительнее.

Функциональная производства серной кислоты

•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.