Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Режим работы пятиполоч-ного аппарата с промежуточными теплообменниками для поступающего газа концентрацией 7% SO3 и 11% O2 представлен на диаграмме рис. 8. Равновесная кривая / рассчитана но формулам (1.4)—(1.7). Оптимальная кривая 2, соответствующая максимальной скорости реакции, рассчитана по уравнению (VI. 16) (см. ч. I). Для ванадиевых катализаторов — при энергии активации E = 90 кДж/г-моль SO3 и протекании процесса в кинетической области оптимальная температура (К) вычисляется по уравнению
V.
N.
^
0/
0.7
•0,8"
у/
2
0,9
Sy
400 420 440460480500 520540 560580 600620640 Температура, °С
Рис. 8. Диаграмма х — t для пятислой-иого аппарата с промежуточным теплообменом:
/ — равновесная кривая; 2 — оптимальная кривая; а — адиа'баты процесса в слоях катализатора; б — линии понижения температуры fe теплообменниках
T — -
л пп —
4905
(1-
' у юо-о,
— 0,5С; 5С,
- + 4,937
(1.17)
SO2-*
где 4905 ^ QPI2,2>R; 4,937 —функция константы равновесия, теплоты реакции и энергии активации; Qp —тепло реакции, которое при температуре зажигания катализатора можно рассчитать по упрощенной формуле ,
Qp= 10 140 — 9.26Г Дж/моль (24 205 — 2,21 Г кал/моль). (1.18)
Пунктирные кривые на рис. 8 соответствуют скоростям реакции, составляющим 0,9; 0,8; 0,7 и 0,5 от максимальной (на оптимальной кривой). Адиабаты а рассчитаны по формуле (VI. 13), а линии б —на основе теплового баланса теплообменников (см. ч. I). Как видно из рис. 8, для пятиполочного аппарата при исходном газе 7% SO3 четыре слоя катализатора могут работать при скоростях реакции не ниже чем 0,8 от максимальной и лишь первый слои имеет неудовлетворительный температурный режим. Однако в первом слое реакция происходит чрезвычайно быстро ввиду большой концентрации реагентов, поэтому количество катализатора в нем незначительно. Уменьшение числа слоев катализатора приводит к сильному отклонению от оптимальной кривой и понижению конечной степени окисления, а увеличение числа слоев катализатора усложняет конструкцию аппарата. Пять слоев считается оптиму-
мом. Производительность контактных аппаратов в пересчете на H2SO4 в зависимости от их размеров составляет от 50 до 1000 т/сут H2SO4. В аппарат загружают 200—300 л контактной массы на 1 т суточной выработки. Трубчатые контактные аппараты (см. ч. I, рис. 108 и 111) применяются для окисления SO2 реже, чем полочные.
На рис. 9 представлен современный контактный аппарат с выносными теплообменниками производительностью 1000 т/сут H2SO4. Диаметр- контактного аппарата 12, общая высота 22 м. Контактные аппараты с неподвижным слоем катализатора с достаточной для практических целей точностью можно рассчитать как адиабатические реакторы идеального вытеснения.
Для окисления двуокиси серы повышенной концентрации рационально применять контактные аппараты с кипящими слоями катализатора (см. ч. I, рис. 113). Для уменьшения содержания SO2 в отходящих газах широко применяется способ двойного контактирования, сущность которого состоит в том, что окисление SO2 на катализаторе осуществляется в два этапа. На первом этапе степень превращения составляет около 0,90. Перед вторым этапом контактирования из газа выделяют трехокись серы; в результате в оставшейся газовой смеси увеличивается соотношение O2 : SO2, а это повышает равновесную степень превращения (л'р). В результате в одном или двух слоях контактной массы второго этапа контактирования достигают степени превращения оставшейся двуокиси серы 0,95—0,97. Общая же степень превращения составляет 0,995—0,997, а содержание SO2 в отходящих газах снижается до 0,003%. При двойном контактировании газ нагревается от 50 до 420— 440° С два раза — перед первой и перед второй стадией контактирования, поэтому начальная концентрация двуокиси серы должна быть выше, чем при однократном контактировании в соответствии с уравнением адиабаты [см. ч. I, (III.90)].
На рис. 10 представлена схема контактного отделения с двойным контактированием. Газ проходит теплообменники 1 и 2 и поступает на первый, а затем на второй и третий слои контактной массы аппарата 3. После третьего слоя газ подается в промежуточный абсорбер 8, из него — 'в теплообменники 5 и 4, а затем — в четвертый слой контактной массы. Охлажденный в теплообменнике 5 Газ проходит абсорбер 6 и из него выводится в атмосферу.
Газ из теплообменника
Рис. 9. Контактный аппарат с выносными теплообменниками:
/ — JV — слои контактной массы
Абсорбцию трехокиси серы по уравнению реакции
SO3 + H2O -> H2SO4 + 9200 Дж
обычно проводят в башнях с насадкой, так как барботажные или пенные абсорберы при большей интенсивности работы обладают повышенным гидравлическим сопротивлением. Если парциальное давление водяных паров над поглощающей кислотой значительно, то SO3 соединяется с H2O в газовой фазе и образует мельчайшие капельки трудноуловимого сернокислотного тумана. Поэтому абсорбцию ведут концентрированными кислотами. Наилучшей по абсорб-