Окисление диокисда серы

Физико-химические свойтва процесса

Реакция Является обратимой, экзотермической, протекает на катализаторы смешением объем. Тепловой эффект реакции при температуре составляет 94,2 кДж/моль. Константа равновесия зависит от температуры и в интервале описанной следующие зависимостью:

Согласно закону действующих масс, при равновесии

Где , -парциальные давления соответсвующ комп в сост равновесия, атм.

Равновесную степень превращения диоксиды серы получим из ур и усл равновес

Выражение () показывает относительное изменение (уменьшение) объема реакционной смеси. Уравнение (6.6) определяет x в неявном виде и решается путем подбора значений. Зависимости х, от температуры, состава реакционной смеси, полученной при обжиге пирита, и давления приведены на рис. 6.28. Степени преврашения промышленного интереса (около 99%) достигаются при температурах 675-695 К. Так как давление не сильно влияет на х в промышленности, то процесс проводят при давлении, близком к атмосферсному.

Катализаторы окисления получают на основе оксида ванадия с добавлением щелочных металлов, осажденных на оксид кремния.

Скорость реакции описывается уравнением Борескова-Иванова:

где )-константа скорости реакции; A' = 0,8-константа: , - парциальные давления соответствующих компонентов, атм.

Компоненты реакционной смеси взаимодействуют с катализатором и образуют соединения, которые фактически катализируют реакцию. Состав и свойства, в том числе каталитические, полученных соединений изменяются с изменением температуры. Энергия активации е реакции окисления изменяется сложным образом с температурой, как показано на рис. 6. 29.

На промышленном зерне катализатора окисление ингибируется реагентами в порах катализатора. Исследования показали, что наблюдаемая скорость трансформации может быть с достаточной точностью описана уравнением (6.7), но наблюдаемые значения константы скорости и энергии активации будут различны (линия 2 На фиг. 6.29). Например, для катализатора СВД:

Температурные пределы и значения Е в них могут отличаться для разных катализаторов. Для катализаторов ИК-1-6 и СВД Е= 126 кДж / моль при Т < 693К. Это- низкотемпературные катализаторы. Активность промышленных катализаторов при температурах ниже 680К очень мала, а выше 880 К происходит их термическая деактивация. Поэтому диапазон рабочих температур большинства катализаторов находится в пределах 680-880 К, а степень конверсии в реакторе, определяемая нижней границей этого интевравала и составляет 98%.

Схема реакционного узла. Зависимость скорости превращения от температуры характерна для обратимой реакции. Рассчитанная по уравнению(6.7) оптимальная температура показана на рис. 6.30. В промышленности приближение к теоретической температуре реализуется в многослойном реакторе с адиабатическими слоями катализатора и промежуточным отводом тепла. Охлаждение между слоями осуществляется с помощью теплообменников или продувки холодным газом (обычно только верхнего слоя). Наиболее распространенная схема реактора приведена на рис. 6.31,

Исходная концентрация обрабатываемого газа выбирают таким образом, чтобы технологический режим находился в пределах рабочих температур катализатора. Большое значение Е при T < 713 К приводит к резкому снижению скорости реакции с понижением температуры.

Чтобы адиабатический процесс в первом слое мог интенсивно развиваться, начальная температура должна быть не ниже 713 К. Ее называют «температурой зажигания» (для низкотемпературных катализаторов она ниже). На диаграмме «Т-х» адиабатический процесс представлен прямой линией, ее наклон определен величиной адиабатического разогрева Для окисления 1% SO₂, составляет приблизительно 28,2 градусов. Чем больше (или исходная концентрация ад диоксида серы а), тем больше разогрев (см. адиабаты на рис. 6.30 для различных значений а). Процесс может развиваться до установления в системе равновесия, а максимальная (равновесная) температура при этом не должна превышать допустимую. На рис. 6.30 этому соответствует значения исходной концентрации SO₂, не превышающие 7-8%. Низкотемпературный катализатор позволяет поднять концентрацию до 9-10%. Температуры в остальных слоях определяют из оптимизации режима реактора.

При выборе режима процесса в реакторе необходимо проверить его устойчивость. Первый слой в реакторе с теплообменником является системой «реактор с внешним теплообменником», в которой существующий режим может быть неустойчивым.