лекции / 12-15
.pdfОрганизация 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.
Окисление диоксида серы
• . Физико-химические свойства процесса. Реакция
• SO2 + 1/2O2 SO3 + Qр
•является каталитической, обратимой, экзотермической, протекает на катализаторе с уменьшением объема. Константа равновесия Кр пределяется из уравнения:
•
|
|
P |
, p |
|
|
K |
|
|
SO |
, |
|
p |
3 |
|
|||
|
|
|
|
||
|
P |
|
P |
|
|
|
|
, p |
, p |
||
|
|
SO |
O |
||
|
|
2 |
|
2 |
|
•Равновесную степень превращения диоксида серы xр получим из стехиометрического уравнения и условия
равновесия : |
|
|
|
Kp |
|||
|
xp |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kp |
1 |
0,5axp |
|
|||
|
|
||||||
|
|
P b 0,5axp |
|||||
|
|
|
|
||||
•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)
Абсорбция триоксида серы
•- последняя стадия процесса, в которой образуется серная кислота. Взаимодействие
SO3 c H2O
•SO3 + H2O = H2SO4 + Qр
•протекает достаточно интенсивно как в жидкой, так и газообразной (паровой) фазах.
Кроме того, H2SO4 может растворять в себе SO3, образуя олеум. Этот продукт удобен для транспортировки, поскольку он не вызывает коррозии даже обычных сталей. Растворы же серной кислоты чрезвычайно агрессивны.