Введение

Одной из основных задач инженерного исследования химических процессов является установление закономерностей их протекания, не­обходимых для разработки и проектирования новых и анализа работы существующих технологий с целью их совершенствования.

Закономерности химических процессов могут быть установлены экспериментально либо расчетным путем. И в том, и в другом случае определяется влияние параметров процесса на его эффективность.

При обработке экспериментальных данных чрезвычайно важно получение количественных соотношений между параметрами процесса, т.е. математической модели процесса, включающей в себя уравнения кинетики, гидродинамики, распределение концентраций, температур­ных полей и т.д.

Подобная модель может быть использована для практических це­лей. Однако применение математических моделей химико-технологи­ческих процессов в большинстве случаев связано с использованием вычислительных машин.

В данном лабораторном практикуме по курсу общей химической технологии используются персональные компьютеры (ПК). В каждой лабораторной работе формулируется ее цель, приводится математическое описание процесса, метод решения и задания, предлагаемые студентам для выполнения.

Использование ПК в расчетных занятиях по курсу ОХТ расширя­ет класс решаемых задач, позволяя дать оперативный ответ на вопрос о том, что произойдет с реактором или процессом в целом при тех или других изменениях параметров.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ

СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА НА ВАНАДИЕВОМ

КАТАЛИЗАТОРЕ В ПРОТОЧНОМ ТРУБЧАТОМ

РЕАКТОРЕ (4 часа)

1. Цель работы

Целью настоящей работы является анализ кинетических законо­мерностей процесса окисления сернистого ангидрида для установления технологических параметров его осуществления в промышленных ре­акторах.

2. Краткие теоретические сведения

Получение серной кислоты из колчедана и серы контактным способом по открытой (нециклической) схеме можно разделить на четыре крупные стадии (рисунки 1.1, 1.2):

- получение обжигового газа, содержащего диоксид серы;

- подготовку обжигового газа к контактному окислению;

- каталитическое окисление диоксида серы;

- абсорбцию триоксида серы.

При различном технологическом оформлении некоторые детали этих стадий, особенно второй, будут отличаться, однако принципиальный подход к их осуществлению и выбору технологического решения зависит от тех задач, которые решаются на рассматриваемом этапе, и в разных конкретных процессах получения серной кислоты будет одинаковым.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема производства серной

кислоты методом одинарного контактирования

Воздух

Рисунок 1.2 – Функциональная схема производства серной

кислоты из серы методом двойного контактирования

Процесс окисления сернистого ангидрида на ванадиевой контактной массе – важнейшая составная часть промышленного способа получе­ния серной кислоты. Суть его состоит в осуществлении реакции SO₂ + 1/2 О₂ SO₃.

Это гетерогенно-каталитический, экзотермический, обратимый процесс, протекающий с уменьшением объема, без побочных реакций. 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 избытке кислорода.

Обратимые экзотермические реакции необходимо проводить в соответствии с линией оптимальных температур (ЛОТ), т.е. понижая температуру в контактном аппарате по мере роста степени превращения реагентов.

Чаще всего в промышленности используют полочные контактные аппараты с наружным теплообменом. Схема теплообмена предполагает максимальное использование тепла реакции для подогрева исходного газа и одновременное охлаждение газа между полками.