ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Закономерности управления простыми необратимыми реакциями из "Основы химической технологии" Простые необратимые реакции протекают без образования побочных продуктов при любых, представляющих практический интерес, условиях )авиовесие остается смещенным в сторону образования продуктов реакции. 1оэтому закономерности управления этими реакциями являются наиболее простыми и в то же время наиболее общими. Для получения высокого выхода продукта при высокой производительности аппаратуры необходимо, выбирать такие условия, при которых одна — единственная реакция идет с возможно большей скоростью. [c.31] Эта реакция практически необратима, образованием побочных продуктов можно пренебречь. [c.32] Скорость реакции растет с увеличением концентраций реагирующих веществ, например с увеличением концентрации кислорода в газовой смеси и при повышении температуры. Скорость ее растет с увеличением поверхности соприкосновения реагирующих веществ. [c.32] Выбор концентраций реагентов. Основной закон химической кинетики указывает путь к увеличению скорости рассматриваемой реакции желательно, чтобы начальные концентрации реагирующих веществ были возможно более высокими. Можно повысить концентрацию кислорода, беря для обжига не воздух, а кислород или обогащенный кислородом воздух. Скорость реакции возрастет, а вместе с ней — выход продукта и производительность аппаратуры. Этот прием, несомненно, в высшей степени эффективен. Если он не нашел пока широкого промышленного применения, то только потому, что стоимость кислорода в настоящее время еще высока. Применение его для обжига колчедана оказывается экономически целесообразным только при особо благоприятных условиях, например, если кислород получается в качестве отхода при разделении воздуха или электролизе воды, а также если целью производства является получение 100%-1ЮЙ двуокиси серы. В качестве источника кислорода в производстве серной кнслоты преимущественно пользуются воздухом. [c.32] Недостаточно решить вопрос об оптимальных начальных концентрациях реагирующих веществ. Необходимо определить, какие концентрации являются оптимальными в ходе реакции. Особенно важно установить, какие концентрации следовало бы поддерживать к моменту окончания реакции, когда один из реагентов (в данном случае серный колчедан) почти полностью израсходован. [c.32] По мере течения реакции содержание двусернистого железа в обжигаемом материале уменьшается, вследствие чего скорость обжига падает. К концу реакция становится настолько медленной, что возникает вопрос стоит ли доводить ее до конца Не лучше ли прекратить процесс, когда в огарке имеется еще довольно много серы Выход сернистого газа вследствие этого понизится, но производительность аппарата повысится, так как сократится время пребывания колчедана в печи. Экономические расчеты показывают, что действительно целесообразно не доводить реакцию до конца. В зависимости от других условий и в особенности от конструкции печи оставляют в огарке от 0,5 до 2% серы. Таким образом, оказывается, что при прочих данных условиях существует оптимальное время пребывания колчедана в печи, оптимальное время обжига. Это такое время (для данной конструкции печи), когда потери сырья экономически компенсируются повышением производительности аппарата. [c.32] Поставим еще один вопрос, относящийся к выбору концентраций. Нужно ли в данном случае брать исходные вещества в стехиометрическом отношении или целесообразью подавать воздух в избытке Напомним, что смещать равновесие в данном случае не требуется. Сначала попытаемся найти ответ применительно к только что рассмотренному устройству (рис. 13 б). [c.33] Если бы в печь поступило только такое количество кислорода, которое вступает в реакцию, то на выходе печного газа из аппарата содержание кислорода в газе приближалось бы к нулю. Очевидно, что вследствие этого обжиг в верхней части печи сильно замедлится. Целесообразно подавать в печь в данном случае воздух в избытке. Не обязательно, чтобы воздух поступал в печь целиком снизу, можно (с целью регулирования скорости обжига) вводить дополнительные количества воздуха в нескольких местах по высоте печи. Если, однако, реакция протекает быстро, как, например, при обжиге в печи с кипящим слоем , целесообразно отказаться от введения избыточного воздуха и благодаря этому значнтельрю повысить концентрацию двуокиси серы в печном газе. [c.33] Вопрос об избытке воздуха связан с вопросом о регулировании теплового режима, к которому мы и перейдем. [c.33] Особенно важно повышать температуру реакции в тот период, когда она течет медленно. Мы уже знаем, что реакция сильно замедляется к концу, когда в обжигаемом материале остается немного двусернистого железа. [c.34] Казалось бы, что обжиг должен завершаться при возможно более высокой температуре. Между тем в механической печи при противотоке газа и колчедана (см. рис. 13 б) огарок соприкасается с атмосферным воздухом обычной температуры, и температура на нижних сводах печи становится значительно ниже оптимальной. Очевидно, что это — недостаток данного устройства. [c.34] Теперь остается решить вопрос, какими средствами мы располагаем для поддержания избранного теплового режима. Рассматриваемая реакция сильно экзотер-мична, обжиг колчедана подобен горению топлива в печи. Находящаяся в действии печь не нуждается, разумеется, в подводе тепла со стороны. Тепла выделяется так много, что при обжиге колчедана со стехиометрическим количеством воздуха температура повышается до 1500° и выше. Необходимо, наоборот, отводить тепло. Регулирование температуры осуществляется прежде всего посредством изменения коэффициента избытка воздуха. (Коэффициентом избытка называется отношение количества поступающего в печь воздуха к количеству воздуха, вступающего в реакцию.) Увеличивая избыток воздуха, понижают температуру (тепло расходуется на нагревание избыточного воздуха). В печах с вращающимися гребками коэффициент избытка воздуха близок к 1,6. Можно регулировать температуру и иначе, например поместить в печь тенлообмен-ные устройства, омываемые снаружи образующимся горячим газом. Через них может пропускаться вода, и, таким образом, избыточное тепло реакции используется для получения водяного пара. [c.34] Взаимосвязанность условий, определяющих показатели работы производственной установ-к и. Выше были рассмотрены зависимости основных показателей от концентраций реагирующих веществ и температуры. Ход рассмотрения подводит нас к выводу, что окончательный выбор того или иного условия может быть сделан только при учете влияния его па остальные условия, к которым относится и тип конструкции аппарата. [c.34] Условия ведения процесса изменяют сначала в экспериментальном порядке на одном или нескольких аппаратах, и после подтвержде1Шя целесообразности их изменения вводят повсеместно. Таков общий путь рационализации производственных процессов. Социалистические условия труда в СССР открыли широкую дорогу рационализации производства. [c.35] Наряду с работами по постепенному совершенствованию и рационализации производственного процесса ведутся работы по коренному изменению условий ведения процесса. Примером может служить, например, переход от обжига колчедана в механических печах к обжигу в кипящем слое . [c.35] Многие явления, которые влияют на выбор оптимальных условий проведения обжига колчедана, характерны только для этой реакции, например спекание промежуточных продуктов в процессе обжига. Но основные выводы определяются не этими частными явлениями, а тем, что рассмотренная реакция — простая и необратимая. При выборе условий мы не были стеснены влиянием изменения их на равновесие и возможностью течения побочных реакций. Поэтому можно, пользуясь полученными данными, сформулировать закономерности управления простыми необратимыми реакциями. [c.35] Дальнейшее ознакомление с закономерностями управления химическими реакциями покажет, как осложняется выбор условий в связи с обратимостью и сложностью реакций. [c.35] Вернуться к основной статье