Лабораторный практикум по дисциплинам "Технология и оборудование отрасли" и "Макрокинетика и расчет реакторов", страница 4

Примечание: , ,  и  - равновесные концентрации компонентов газовой смеси. Х_Р –равновесная  степень превращения SО₂  в SО_3.

          На основании данных, представленных в таблице 1.2. строятся графические зависимости:

          - степени превращения SО₂  в SО₃  от температуры Х_р = f(t) при постоянном давлении;

          - степени превращения SО₂  в SО₃  от  давления  Х_р = f(Р); при постоянных температурах (выбрать 3 температуры);

          - степени превращения SО₂  в SО₃  в зависимости от  концентрации кислорода в исходном газе;

           - степени превращения SО₂  в SО₃  в зависимости от  концентрации диоксида серы в исходном газе.

          По полученным результатам работы делаем выводы к первой части работы.

          Часть 2. Исследование кинетики      каталитического окисления SО₂  

                                 Теоретическое введение

Производительность  контактного аппарата для окисления диоксида серы помимо химического равновесия определяется кинетикой процесса. Объем катализатора, необходимый для обеспечения заданной производительности контактного аппарата вычисляется по формуле:

                                                  ,                                             (1.13)                                          

где V_кат – необходимый объем контактной массы, м³;  v₀ – объемная скорость исходной реакционной смеси, приведенная к нормальным физическим условиям, м³/с;  τ – условное время контакта реакционной смеси и катализатора, с.

                                              ,                                             (1.14)

где Х_н и Х_к – начальная и конечная степень превращения SО₂  в SО₃; r(X,t) – скорость химической реакции, определяемая кинетическим уравнением для данного процесса.

          Процесс окисления двуокиси серы на зернах катализаторов, используемых в промышленных контактных аппаратах, протекает в переходной области (между областями химической кинетики и внутренней диффузии). Процессы переноса к внешней поверхности зерен катализатора оказывают влияние на скорость окисления SО₂ лишь при высеких температурах, малых степенях превращения и высоком содержании двуокиси серы. При переработке газа, содержащего менее 10% об. SО₂, влияние внешней диффузии можно не учитывать.   

          Степень использования внутренней поверхности катализатора  зависит от пористости его структуры, крупности зерен и степени превращения.          

          Предложено несколько кинетических уравнений, описывающих зависимость скорости реакции окисления  SО₂ на ванадиевых катализаторах от состава газовой смеси и температуры. Более точно эта зависимость описывается уравнением Борескова-Иванова

        ,                  (1.15)

где X – достигаемая степень превращения, д. ед; Р – давление, ат; «а» и  «b»  объемные доли диоксида серы и кислорода в смесим на входе; k – константа скорости реакции,  с^-1ат; К_Р – константа равновесия, ат^-0,5.

          Если давление выражать в Па, уравнение (1.15) примет вид:

          ,       (1.16)

где Р – давление в Па; 318,3 – коэффициент пересчета константы равновесия.

          Константа равновесия в уравнении (1.16) может быть рассчитана по формуле:

           →  Па^-0,5                               (1.17)

          Константа скорости рассчитывается по уравнению Аррениуса:

          ,                                                                                (1.18)

где k₀ и E соответственно  предэкспоненциальный множитель и энергия активации, их значения для некоторых катализаторов приведены а таблице 1.3.

Таблица 1.3.

Значение предэкспоненциального множителя и энергии активации для ряда катализаторов окисления SO₂ в SO₃

Тип катализатора	Энергия активации, Е,  Дж/моль	Предэкспонента, k0, Па∙с-1
СВД	64000	96500
ИК-1-6.	61000	113000
Монтеканто LP-120	53240	13800
Монтеканто LP-110	52000	11500