ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Производство аммиака из "Общая химическая технология и основы промышленной экологии" Термическое разложение пирита начинается уже при температурах около 200 С и одновременно воспламеняется сера. При температурах выше 680 °С интенсивно протекают все три реакции. В промышленности обжиг ведут при 850 - 900 °С. Лимитирующей стадией процесса становится массоперенос продуктов разложения в газовую фазу и окислителя к месту реакции. При этих же температурах твердый компонент размягчается, что способствует слипанию его частиц. Эти факторы определили способ проведения процесса и тип реактора. [c.423] ТО время как для гетерогенного процесса основной способ ускорения скорости превращения - дробление частиц. [c.425] Мелкие частицы можно перерабатывать в кипящем (псевдоожиженном) слое, что реализовано в печах КС - кипящего слоя (рис. 5.25,6). Пылевидный колчедан подается через питатель в реактор. Окислитель (воздух) подается снизу через распределительную решетку со скоростью, достаточной для взвешивания твердых частиц. Их витание в слое предотвращает слипание и способствует хорошему контакту их с газом, выравнивает температурное поле по всему слою, обеспечивает подвижность твердого материала и его переток в выходной патрубок для вывода продукта из реактора. В таком слое подвижных частиц можно расположить теплообменные элементы. Коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя сравним с коэффициентом теплоотдачи от кипящей жидкости, и тем самым обеспечены эффективные теплоотвод из зоны реакции, управление его температурным режимом и использование тепла реакции. Интенсивность гфоцесса повышается до 1000 кг/(м ч), а концентрация 802 в обжиговом газе - до 13-15%. Основной недостаток печей КС - повышенная запыленность обжигового газа из-за механической эрозии подвижных твердых частиц. Это требует более тщательной очистки газа от пыли - в циклоне и электрофильтре. Подсистема обжига колчедана представлена технологической схемой, показанной на рис. 5.26. [c.425] Состав обжигового газа определяется из стехиометрического уравнения (5.1). Выразим начальное и конечное количества компонентов в газе и его объем У через степень превращения кислорода X. [c.425] Здесь q - начальная концентрация кислорода (в воздухе Со = 0,21) /я - соотношение стехиометрических коэффициентов перед SO2 и О2 в уравнении реакции окисления [для реакции (5.1) т = 8/11]. Объем начального и конечного количеств компонентов в газе составляет соответственно 1 и 1 - Со л (1-/я). [c.426] Газ от сжигания серы богаче кислородом, чем от сжигания колчедана. [c.427] Вьфажение 1 - 0,5аХр показывает относительное изменение (уменьшение) объема реакционной смеси. Уравнение (5.9) определяет Хр в неявном виде и решается подбором. Зависимости Хр от температуры, состава реакционной смеси, получаемой при обжиге колчедана, и давления показаны на рис. 5.30. Необходимые степени превращения (около 99%) достигаются при температурах 400 - 420 °С. Давление не сильно влияет на Хр, поэтому в промышленности процесс проводят при давлении, близком к атмосферному. [c.429] Компоненты реакционной смеси взаимодействуют с катализатором и образуют соединения, которые, собственно, и катализируют реакцию. Состав и свойства, в том числе каталитические, образующихся соединений меняются с температурой. [c.429] Сложным образом меняется с температурой энергия активации Е протекающей на них реакции окисления, что показано на рис. 5.31. [c.430] Температурные границы и значения Е в них для разных катализаторов могут различаться. Для катализаторов И К-1-6 и СВД = 126 кДж/моль при Т 693 К. Это - низкотемпературные катализаторы. Активность промышленных катализаторов при температурах ниже 680 К весьма мала, а выше 880 К происходит их термическая дезактивация. Поэтому рабочий интервал температур эксплуатации большинства катализаторов - 680-880 К, а степень превращения в реакторе, определяемая нижней границей этого интервала, составляет 98%. [c.430] Зависимость скорости превращения от температуры характерна для обратимой реакции-(см. разд. 2.3.1 и рис. Z18). Рассчитанные из уравнения (5.10) оптимальные температуры Гопт показаны на рис. 5.32. В промышленности приближение к теоретической Гопт осуществляют в многослойном реакторе с адиабатическими слоями катализатора и промежуточным отводом тепла (см. рис. 2.2). Охлаждение между слоями осуществляют в теплообменниках или поддувом холодного газа (обычно только первого слоя). Наиболее распространенная схема реактора показана на рис. 5.33. [c.430] При выборе режима процесса в реакторе проверяют его устойчивость - первый слой с теплообменником после него есть система реактор с внешним теплообменником , рассмотренная в разд. 3.4.2. При некоторых условиях режим в такой системе может быть неустойчивым. [c.431] Равновесие газ-жидкость для системы Н20-Н2504-80з представлено на рис. 5.34. Особенностью этой системы является то, что в широком интервале концентраций раствора Н2504 в паровой фазе присутствуют почти чистые пары воды (левая часть фафика), а над олеумом (раствор 80з в 1 2804) в газовой фазе преобладает 80з (правая часть фафика). Одинаковый состав жидкой и паровой з (азеотропная точка) будет при концентрации серной кислоты 98,3%. Если 80з поглощать раствором с меньшей концентрацией, то реакция (5.11) будет протекать и в паровой фазе - будет образовываться туман серной кислоты, который уйдет из абсорбера с газовой фазой. А это - и потери продукта, и коррозия аппаратуры, и выбросы в атмосферу. Если 80з абсорбировать олеумом, то поглощение будет неполным. [c.432] Образование серной кислоты и абсорбция триоксида серы -экзотермические процессы. Их тепло снимается в оросительных теплообменниках 3 на линии циркуляции жидкости в абсорберах. При температуре менее 100 °С 80з поглощается практически на 100%. Диоксид серы практически не абсорбируется. [c.433] В этой схеме для проведения реакции окисления также используют многослойные реакторы с промежуточными теплообменниками, но реакционную смесь приходится нагревать дважды - в первом реакторе и после ее охлаждения для промежуточной абсорбции 8О3 - перед вторым реактором. Нагрев осушествляется за счет тепла реакции в промежуточных теплообменниках, как в реакторе в схеме одинарного окисления (рис. 5.33). Но во второй ступени окисляется низкоконцентрированный газ, теплоты реакции недостаточно, и для нагрева реакционной смеси необходимы теплообменники с большой поверхностью. Увеличить количество выделяющегося тепла можно за счет увеличения начальной концентрации 802- Поэтому в системах ДК/ДА используют газ, содержащий не менее 10% 8О2. Во избежание перефева катализатора в первом слое температура на входе не должна превышать 695 К, для чего используют низкотемпературные катализаторы. Кроме того, для нафева газа во втором реакторе частично используют теплоту реакции, вьщеляющуюся в первом реакторе. [c.434] Как видим, количество непревращенного 802 (и, следовательно, выбросов в атмосферу) в системе ДК/ДА уменьшается почти в 10 раз по сравнению с системой однократного контактирования. Но для этого приходится поверхность теплообменников увеличивать в 1,5 - 1,7 раза. [c.435] Азот широко распространен в природе, он является одним из основных элементов белковых тел - животных и растений. В основном он находится в атмосфере в виде свободных молекул. Подсчитано, что над 1 га поверхности Земли находится около 80 тыс. т азота. Но растения не могут непосредственно усваивать атмосферный азот. Для их питания необходимы неорганические соединения, растворимые в воде или в слабых кислотах. Минеральное сырье очень офаниченно используется для производства азотных удобрений. Главным сырьевым источником остается азот атмосферы. Перевод азота из свободного (молекулярного) состояния в химически связанную форму определил название области химической технологии - производство (или технология) связанного азота . [c.435] В отличие от азота водород в молекулярном виде почти не встречается в природе, но в связанном виде - вода и органическое сырье (нефть, газ) - его запасы весьма велики. Из воды водород извлекали через газификацию угля (2С + О2 = 2СО -газификация, СО + Н2О = СО + Н2 - конверсия СО) и электролизом воды. В настоящее время основным источником водорода являются природный газ (СН4) и вода - из обоих компонентов извлекают Нг- Получаемый аммиак стал практически единственным источником связанного азота для многих других производств азотсодержащих соединений. Ежегодное потребление аммиака составляет десятки миллионов тонн в год. Его использование не ограничено производством удобрений. Основные пути переработки ННз представлены на рис. 5.38. [c.436] Очистка природного газа от серосодержащих соединений. Природный газ содержит примеси серосодержащих соединений -меркаптаны (RSH), тиофен (гетероциклическое соединение 4H4S), сероуглерод ( S2), сульфиды (R2S), сероводород (H2S) и др. Кроме того, газ одорируют - добавляют этилмеркаптан, обладающий сильным запахом. Одорирование придает специфический запах природному газу (метан - газ без запаха). Это делается в целях безопасности - утечка взрывоопасного газа должна ощущаться окружающими. Содержание серы невелико, в среднем - несколько десятков мг/м . Но сера в любом виде отравляет катализаторы, используемые в производстве аммиака. Ее содержание не должно превышать 0,5 мг S/m . [c.437] Полная, или статическая, сероемкость промышленного поглотителя при 670 К составляет 28% от его массы. Поглошение серы пористым зерном происходит послойно (рис. 5.41,а) и описывается моделью с невзаимодействующим ядром процесса газ-твердое . Абсорбер - однослойный реактор с неподвижным слоем зернистого поглотителя. Зона реакции (сорбции) занимает только часть высоты слоя, которая продвигается по слою по мере насыщения сорбента серой (рис. 5.41,6). Когда концентрация на выходе превышает допустимую (примерно через 2-3 месяца), поток переключают на другой абсорбер, а отработанный поглотитель заменяют свежим. Поскольку при этом не весь сорбент насыщен (ненасыщенная часть заштрихована на рисунке), то фактическая, или динамическая, сероемкость составляет 15 - 18%. [c.438] Вернуться к основной статье