Химический реактор. Фунциональные элементы реактора. Мат.Моделирование процессов и реакторов.

Химич.реактор-устройство, аппарат для проведения хим. превращений: 1.емкостной2.емкостной, проточный,3.колонный4.насадочный5.трубчатый,6 многослойный, многослойный для жидкостных процессов.

1-реакционн.зона2.устройство ввода реакц.смеси.3.смеситель4.теплообменник5.выходное уст-во

Моделирование-метод исследов. объекта на модели. Модель-спец.созданный объект любой природы, более простой по сравнению с исследуемым по всем св-вам, кроме тех, которые надо изучить и способный заменить исследуемый объект так, чтобы можно было получить новую инфу о нем.

Физическое моделирование –природа модели используемого объекта одна и таже. Применяется в хим технологии при исследовании тепловых и диффузионных процессах.

Математическое моделирование-модель и объект имеют разную физическую природу, но одинаков. св-ва.

Хтс серной кислоты. Обжиг колчедана.

Получение серной кислоты включает несколько этапов. Первым этапом является получение диоксида серы окислением (обжигом) серосодержащего сырья . Следующий этап — превращение оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Этот окислительный процесс характери­зуется очень высоким значением энергии активации, для понижения ко­торой необходимо, как правило, применение катализаторов. В зави­симости от того, как осуществляется процесс окисления SO₂ в SO₃, различают два основных метода получения серной кислоты.

В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SO₂ и SO₃ проводят на твердых катализаторах.

Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса — абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции

SO₃+H₂O -> H₂SO₄

При проведении процесса по нитрозному методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота.

Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конеч­ным продуктом является серная кислота:

SO₂ + N₂O₃ + H₂O --> H₂SO₄ + 2NO

ΔH= -853,8 кДж/моль FeS₂, Фактически она проте­кает через несколько последовательно-параллельных стадий. Сначала происходит медленная эндотермическая реакция термического разло­жения дисульфида железа, а затем начинаются сильно экзотермичес­кие реакции горения паров серы и окисления сульфида железа FeS. Часть кислорода воздуха расходуется в реакции на окисление же­леза и поэтому максимально возможная концентрация диоксида серы в обжиговом газе в этом случае ниже, чем при сжигании серы. Ее можно определить следующим образом. В воздухе на каждый моль кислорода приходится 79/21 моль азота и инертов. Если на реакцию (I) воздух взят в соответствии со стехиометрическим уравнением, то в реакционной смеси будет присутствовать на каждые 8 моль SO₂ 11 * 79/21 = 41.4 моль азота. Следовательно:

C_{SO2, max} = 8 / (8 + 41.4) * 100 = 16.2 %

Обычно воздух берется в избытке к стехиометрическому количеству, тогда концентрация SO₂ в обжиговом газе будет тем меньше, чем боль­ше коэффициент избытка. Теоретическую концентрацию SO₂ в газе (при условии 100%-ного использования серы колчедана) можно рас­считать по уравнению

C_SO2 = 8 / (52.4m – 3) * 100 % где т — коэффициент избытка воздуха по отношению к стехиометрическому.

Колчедан, применяемый для обжига, предварительно обогащают флотацией. Флотационный колчедан кроме пирита FeS₂ содержит ряд примесей, которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде окси­дов As₂O₃, SeO₂, TeO₂ и фторсодержащих газообразных соединений HF, SiF₄. Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа.

В состав обжигового газа входит также небольшое количество триоксида серы SO₃, так как оксид железа при высоких температурах является катализатором окисления SO₂ в SO₃.

Для увеличения скорости процесса стремятся прежде всего уменьшить сопротивление диффузионных стадий, т. е. не проводить обжиг колчедана в диффузионной области.

Это может быть достигнуто измельчением твердой фазы и интенсивной турбулизацией потока. Наиболее удобным аппаратом для этой цели является печь печь «кипя­щего слоя» .

Температура процесса должна быть достаточно большой для обес­печения высокой скорости реакции. При низких температурах (ниже 500 °С) не сможет протекать эндотермическая реакция термического разложения дисульфида железа. Однако проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный физический про­цесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Следствием этого явится увеличение времени полного превращения твердых частиц и понижение производительности печи. Температура спекания колеблется в зависимости от состава колчедана в пределах от 800 до 900 °С.

В настоящее время в сернокислотной промышленности для обжи га колчедана применяют в основном печи кипящего слоя с псевдоожиженным слоем твердого материала. В псевдоожиженном слое обеспечивается высокая скорость диффузионных и теплообменных процессов (подвод кислорода к поверхности колчедана, отвод ди­оксида серы в газовый поток, отвод теплоты от поверхности сырья к га­зовому потоку). Отсутствие тормозящего влияния массо- и теплообме­на позволяет проводить обжиг колчедана в таких печах с высокой скоростью. Печи КС характеризуются максимальной интенсивностью в сравнении с другими конструкциями.