ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Окисление оксида серы из "Основы химической технологии" Равновесие реакции окисления ЗОг в соответствии с принципом Ле Шателье сдвигается в сторону образования 50з при понижении температуры и повышении давления. Равновесная степень превращения X реагентов зависит также от соотношения ЗОг и О2 в газе, которое, в свою очередь, зависит от вида обжигаемого сырья и избытка кислорода. Характерные зависимости Гзоа от температуры, давления и состава газовой смеси приведены на рис. 9.8—9.10. [c.183] Зависимость Кр от температуры, вычисленная по уравнению Вант-Гоффа (3.53), показана иа рис. 9.11. [c.183] Катализаторы на основе оксидов железа (их вводят в виде колчеданного огарка) практически не отравляются, но их энергия активации велика ( 150 кДж/моль), и катализатор проявляет достаточно высокую активность лишь при температуре выше 625°С. При такой температуре равновесная степень преврашения не превышает 70%, и использование катализаторов на основе оксидов железа возможно лишь для так называемого предварительного окисления сернистого газа со степенью преврашения 50—60 %. [c.184] Здесь X — степень превращения, доли единицы т—время контактирования, с й —константа скорости реакции, с- -Па- Л зОа - Ог Ог в исходной газовой смеси, % общ — общее давление, Па /(р — константа равновесия, Па . [c.185] Из уравнений (9.4) и (9.5) следует, что скорость процесса сильно зависит от константы скорости реакции к, увеличивающейся с ростом температуры в соответствии с уравнением Аррениуса (4.11). [c.185] С увеличением температуры от 400 до 500 °С константа скорости возрастает более чем в 30 раз. Однако при этом уменьшается константа равновесия Кр. Противоположное влияние температуры на к и Кр обусловливает экстремальный характер зависимости и от Т. Из уравнения (9.4) следует, что скорость окисления ЗОг тем выше, чем меньше достигаемая степень окисления. Характерная серия кривых, выражающих зависимость скорости реакции от температуры и степени превращения для газовой смеси, содержащей 7% ЗОг и 11 % Ог, показана на рис. 9.12. [c.185] Линия АА, соединяющая максимумы, характеризует оптимальный температурный режим проведения процесса. Линии ВВ и СС ограничивают область допустимых колебаний температуры, в пределах которой скорость реакции составляет не менее 90 % от максимальных значений при оптимальных температурах. [c.185] Оптимальная температура зависит не только от X, но и от состава газовой смеси (рис. 9.13). [c.185] В современных сернокислотных системах перерабатывают сернистые газы с содержанием ЗОг не более 12%. При такой концентрации адиабатический разогрев контактной массы относительно невелик, и окисление оксида серы(IV) можно проводить при адиабатическом температурном режиме в контактных аппаратах с фильтрующими слоями (см. рис. 6.52). [c.186] В соответствии с линией оптимальных температур (см. рис. 9.13) процесс следует начинать с высокой температуры и понижать ее по мере роста степени превращения. Адиабатический температурный режим, однако, это выполнить не позволяет, так как с увеличением степени превращения температура в слое возрастает. Для приближения температурного режима к оптимальному газовую смесь после нагрева до определенной температуры выводят из слоя на охлаждение, а затем подают в следующий слой катализатора и т. д. На практике газ нагревают до температуры, несколько превышающей температуру зажигания катализатора, и направляют в 1-й слой контактной массы. Так как в аппаратах с фильтрующими слоями каждый слой работает в адиабатическом температурном режиме, то по мере окисления ЗОг температура растет вследствие выделения теплоты. Процесс проводят до тех пор, пока температура не превысит оптимальную, но при этом ие станет слишком близкой к равновесной. Обычно превышение температуры над оптимальной выбирают с таким расчетом, чтобы скорость реакции составляла не менее 70—80 % от максимальной. Затем газовую смесь охлаждают в промежуточном теплообменнике до такой температуры, чтобы процесс на следующей полке шел с начальной скоростью, составляющей не менее 70— 80 % от максимальной. После второго слоя газ опять охлаждают и подают на третий слой и т. д. На рис 9.14 изображена диаграмма X — Т, характеризующая протекание процесса в пятипо-лочиом контактном аппарате с фильтрующими слоями катализатора. [c.186] Конечная максимальная степень превращения Амакс на выходе из последнего слоя ограничивается равновесием, соответствующим минимальной температуре, при которой катализатор сохраняет актпвиост ). Для существующих катализаторов А макс в системах без промежуточной адсорбции 50., составляет 98—98,4 %. [c.186] При окислении высококонцентрированных газов с содержанием ЗОа более 15 % использование контактных аппаратов с фильтрующими слоями нецелесообразно из-за большого числа полок и опасности перегрева катализатора в условиях адиабатического проведения процесса. Отводить же избыточную теплоту непосредственно из слоев катализатора невозможно вследствие низкой теплопроводности контактной массы и неизбежности затухания катализатора в области расположения тенлообменных элементов. [c.187] В этом случае следует применять контактные аппараты с кипящими слоями катализатора (см. разд. 6.9.2 и рис. 6.59). Высокая теплопроводность кипящих слоев позволяет отводить избыточную теплоту реакции непосредственно из реакционной зоны. При этом становится возможным окисление сернистых газов с молярной долей ЗОг до 60 %. Независимость гидравлического сопротивления от размера частиц катализатора и линейной скорости газа обусловливает использование мелкозернистого катализатора и проведение процесса с высокой скоростью в кинетической области. Высокая пылепропускная способность кипящего слоя дает возможность перерабатывать запыленные газы без их предварительной тонкой очистки. [c.187] Возможность подавать газ с температурой ниже температуры зажигания катализатора и изотермический температурный режим позволяют достигать высоких степеней окисления при малом числе полок (см. рис. 6.60 и 6.61). [c.187] Вернуться к основной статье