Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методика лабораторных работ по ОХТ.doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
08.05.2019
Размер:
454.66 Кб
Скачать

3. Гетерогенные процессы в системах

ГАЗ – ТВЕРДОЕ, ТВЕРДОЕ - ТВЕРДОЕ

3.1. Восстановление диоксида углерода

Цель работы – исследовать влияние различных технологических параметров (температура, скорость газового потока) на технологические показатели процесса восстановления (степень превращения, выход, скорость взаимодействия).

3.1.1. Основные положения

Реакция восстановления диоксида углерода является одной из стадий газификации твердого топлива и заключается во взаимодействии угля с кислородом или водяным паром. Это обратимая эндотермическая реакция, которая протекает с заметной скоростью при высоких температурах:

С (Т) + СО2 (Г)  2СО (Г); Н298 = 172,58 кДж.

Согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции смещается в сторону образования оксида углерода при повышении температуры и при снижении давления. Константа равновесия реакции определяется уравнением

КР = Р 2СО / РСО2, (16)

где Р СО – парциальное давление СО, атм; РСО2 – парциальное давление СО2, атм.

Зависимость равновесной степени превращения (Х*) от КР выводится следующим образом. Пусть исходная смесь состоит из 100 молей СО2 и в момент равновесия достигнута степень превращения, равная Х*, %. Тогда состав смеси в момент равновесия следующий: 100 – Х* молей СО2; 2Х молей СО; всего = 100 + Х молей. Парциальные давления компонентов:

Р СО = 2Х  РО / (100 + Х); (17)

РСО2 = (100 – Х)  РО / (100 + Х); (18)

где РО – общее давление, атм.

Подставив уравнения (17) и (18) в уравнение (16), получим

КР = [2Х / (100 + Х)]2  РО2 / [(100 – Х)  РО / (100 + Х)] =

= 4Х2  РО2 / (1002 – Х2), (19)

отсюда ____________________ ____________________

Х =  10000  КР / ( 4  РО  КР) =  10000 / [( 4  РО / КР)+ 1]. (20)

В свою очередь, зависимость КР от температуры выражается следующим образом:

lg КР = - 8948 / Т + 2,467  lg Т + 2,772. (21)

Как вытекает из анализа уравнений (20) и (21), степень превращения будет повышаться при повышении температуры и понижении давления. Зависимость состава смеси от температуры в случае восстановления чистого СО2 при РО = 1 атм приведена в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость равновесного состава смеси от

температуры

Температура, К

Состав смеси, об. доля, %

СО2

СО

723

97,8

2,2

933

60,2

39,8

1023

24,1

65,1

1123

5,9

97,1

1173

2,9

98,8

1273

0,9

99,1

3.1.2. Описание лабораторной установки и порядок

выполнения работы

Схема установки по исследованию процесса восстановления СО2 приведена на рисунке 3. Процесс протекает в реакторе, который представляет собой кварцевую трубку, наполненную необходимым количеством угля. Реактор находится в вертикальной печи (9). Контроль и регулирование температуры в печи (9) осуществляется термопарой и регулирующим потенциометром (4). Наличие газа-носителя в линиях детектора контролируется манометрами. Концентрация СО2 в газовой смеси определяется с помощью хроматографа (10) и фиксируется самописцем потенциометра КСП-4. Расход газов (азот и диоксид углерода) регулируется вентилями, находящимися на соответствующих баллонах (1, 2). Расход СО2 контролируется ротаметром РС-3 (5) согласно калибровочным данным (6), находящимся на стенде.

1 – баллон с азотом; 2 – баллон с диоксидом углерода; 3 – блок управления хроматографом; 4 – регулирующий потенциометр; 5 – реометр; 6 – калибровочный график; 7 – потенциометр; 8 – блок управления печью; 9 – печь с реактором; 10 – хроматограф; 11 – дозатор; 12 – блок управления хроматографом; 13 – склянка Дрекселя.

Рисунок 3 – Схема лабораторной установки

ВНИМАНИЕ!! Не допускается попадание продуктов реакции в атмосферу лаборатории, т.к. оксид углерода (угарный газ) весьма опасен для здоровья.

Герметичность реактора контролируется с помощью поглотительной склянки Дрекселя (13). Загрузка реактора углям должна проводится при безопасно низких температурах (< 200 С).

Порядок выполнения работы

1) Вначале следует подать газ-носитель (азот) на детектор хроматографа. Для этого открывают вентиль на баллоне с азотом (1) и включают хроматограф (10).

2) После 30 мин прогревания хроматографа устанавливают на шкале потенциометра (4) заданную температуру и включают печь (9). По достижении заданной температуры открывают вентиль на баллоне с СО2 (2). Расход СО2 контролируется ротаметром (5). Включают самописец потенциометра.

3) После достижения заданной температуры ручками «грубо» и «точно», находящимися на передней панели хроматографа, устанавливают «ноль» на шкале потенциометра КСП-4, после чего берут контрольную пробу газа. Для этого ручку дозатора (11) нажимают до упора, удерживают ее в этом положении 5-7 с и возвращают в исходное состояние.

4) Опыт повторяют при другой температуре и расходе СО2.

5) После окончания работы следует выключить нагрев реактора (рукоятка блока нагрева переводится в положение «выключено»), затем следует выключить самописец потенциометра и хроматограф. Перекрыть подачу газа-носителя на хроматограф (закрыть вентиль на баллоне (1)). После охлаждения печи до 473-573 К выключить регулирующий блок потенциометра и прекратить подачу СО2. Обесточить установку.