硫酸生產(chǎn)的氧化工藝

硫酸工藝學(xué)之硫酸生產(chǎn)的氧化工藝

歡送聆聽1整理課件12—4二氧化硫的催化氧化過程12—4、1根本原理1.二氧化硫(SO2)又稱亞硫酸酐,硫的最重要氧化物，硫酸原料氣的主要成分。無色、有刺激性臭味、有毒的氣體，不可燃，易液化。其水溶液稱為亞硫酸。二氧化硫能被空氣中的氧氧化為三氧化硫，此反響是接觸法生產(chǎn)硫酸的根底。2.平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率SO2+0.5O2＝＝SO3+ΔH〔12—15〕根據(jù)定義,這一反響的定壓平衡常數(shù)Kp為：2整理課件P為平衡時(shí)的分壓，下標(biāo)表示各種組分。在400~700℃的范圍內(nèi)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系可根據(jù)下式計(jì)算：〔12—16〕由于入轉(zhuǎn)氣體中SO3和SO2的含量與其分壓成正比，所以平衡轉(zhuǎn)化率〔Xp〕可以用SO3和SO2的分壓表示：(12-⑴)將式〔12-16〕及式〔12-⑴〕進(jìn)行推導(dǎo)，可得出平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算式如下：3整理課件〔12-17〕式中：溫度為T(K)時(shí)的平衡轉(zhuǎn)化率；：平衡常數(shù)；：氣體混合物中SO2的起始濃度〔體積分?jǐn)?shù)〕，％；：氣體混合物中O2的起始濃度〔體積分?jǐn)?shù)〕，％；：氣體混合物的總壓力，atm4整理課件12_4.2反響速率1、生產(chǎn)上對(duì)催化劑有什么要求要求？有哪些常用的催化劑？2、SO2和O2在釩催化劑上的反響歷程是什么？3、催化反響速率式為反響速率；分別為正、逆反響速率；為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，其值取決于催化劑的性質(zhì)?！?2—21〕5整理課件對(duì)于目前使用的釩催化劑來說值約等于0.8此式氧的分壓指數(shù)為1，二氧化硫的為0.8，證明了提高樣的濃度對(duì)加快反響速率有較大的作用。〔12—22〕為了便于計(jì)算，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了以下反響速率式：為平衡時(shí)的SO2的濃度〔12—23〕6整理課件12—4.3工藝條件的優(yōu)化對(duì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)保持高轉(zhuǎn)化率的措施：正交實(shí)驗(yàn)法逐段最大溫差調(diào)節(jié)法舊催化劑的更換和利用方法1、反響溫度在催化劑的性能、數(shù)量和入轉(zhuǎn)化氣體的組分、凄涼基本穩(wěn)定的條件下，轉(zhuǎn)換器各段進(jìn)出口的溫度差直接反映出該段轉(zhuǎn)化率的上下，因此，只要調(diào)節(jié)各段進(jìn)口的氣體溫度，而后觀察進(jìn)出口的氣體溫度，根據(jù)兩者的溫度差就可反映出轉(zhuǎn)化的上下。7整理課件2、催化劑的粒徑：①催化反響時(shí)在催化劑活性外表上發(fā)生的。為了增加催化劑的活性外表積，所以把催化劑制成有許多微小內(nèi)孔的顆粒;②由于內(nèi)外表比外外表大很多倍，化學(xué)反響主要是在催化劑內(nèi)外表上發(fā)生的，因此必須考慮反響氣體和產(chǎn)物氣體在催化劑內(nèi)孔中的擴(kuò)散速率。催化劑粒徑越小，內(nèi)擴(kuò)散路程越短擴(kuò)散速率越大，但小粒徑催化劑構(gòu)成的床層對(duì)氣流的阻力較大，因此粒徑的優(yōu)化必須兼顧擴(kuò)散速率和床層阻力，其方法是把擴(kuò)散速率定位于接近并略大于反響動(dòng)力學(xué)所決定的反響速率；③在反響初期優(yōu)化反響溫度較高，化學(xué)動(dòng)力學(xué)反響速率較低，所以應(yīng)該使用粒徑較小的催化劑，以免降低實(shí)際反響速率：④在反響后期優(yōu)化反響溫度較低，化學(xué)動(dòng)力學(xué)的反響速率較低，應(yīng)該使用較大顆粒的催化劑以降低床層阻力。8整理課件3、最終轉(zhuǎn)化率請看課本例12—1〔P124—126〕4、反響壓力二氧化硫催化氧化是體積縮小的反響，所以加壓可以提高平衡轉(zhuǎn)化率。5、原料氣組成按式〔12—17〕所表述，提高氧的濃度有利于提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；按式〔12—22〕，〔12—23〕所表述，提高氧的濃度也有利于提高反響速率但兩者的濃度不能同時(shí)提高。兩者濃度不能同時(shí)提高的原因，首先是由于反響氣是用空氣做原料的，反響氣中的氧和二氧化硫中的氧一級(jí)進(jìn)入礦渣的氧都來自空氣而空氣的含氧量是固定不變的；其次就是限于催化劑的耐熱性能。9整理課件6、空間速度空間速度簡稱“空速〞，是指單位時(shí)間內(nèi)通過單位體積催化劑的氣體體積〔換算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下〕其單位為空間速度的大小決定于催化劑的活性，也決定于所采用的流程是一次通過流程還是循環(huán)流程，二氧化硫催化氧化采用的是一次通過流程，所采用的空間速度不宜太大，通常約為600~700h-1或h-110整理課件12—4.4反響器1.固定反響器軸向反響器：又稱填充床反響器。催化劑床層是鋪平在直立的圓筒形反響器內(nèi)，反響氣體由上而下流過催化層。由于氣流方向是軸向的，所以叫做軸向反響器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、氣流分布均勻，根本上是平推流反響推動(dòng)力較大。缺點(diǎn)是氣體要經(jīng)過很厚的床層，所以阻力大、能耗高11整理課件徑向反響器：是進(jìn)年開展起來的一類新型的反響器。優(yōu)點(diǎn)〔相比較于軸向反響器〕：床層截面積大、床層厚度和氣流線速率減小。阻力小，通過單位面積催化劑的氣體量降低，催化劑結(jié)構(gòu)不易受礦塵。屬于多釜串聯(lián)反響器類型，實(shí)際上返混的影響小，由于催化劑筐中的催化劑可在反響器外填裝或卸載，所以安裝、檢修或更換催化劑都比較方便12整理課件2、流化床反響器流化床反響器一細(xì)顆粒催化劑作床層。反響氣一較高的速率由下而上經(jīng)過床層時(shí)，就使催化劑處于流化狀態(tài)。反響氣在催化劑外表發(fā)生反響，所產(chǎn)生的反響熱能夠通過反響器壁上的冷卻箱及時(shí)引出。因此流化床反響器實(shí)際上是一個(gè)恒溫反響器。由于催化劑處于不斷翻騰和相互撞擊、摩擦的狀態(tài)，因此所用的催化劑需有較強(qiáng)的耐撞擊。耐磨損的性能。流化床反響器的優(yōu)越性：①使反響物在極短時(shí)間內(nèi)到達(dá)優(yōu)化的反響溫度和相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率；②氣體不需進(jìn)過預(yù)熱就課進(jìn)行反響；③有很大的傳熱面積和傳熱系數(shù)，能夠保持床層溫度根本不變；④催化劑處于流動(dòng)狀態(tài)，操作簡易穩(wěn)定。13整理課件14整理課件5、催化氧化與環(huán)保SO2是目前大氣污染物中危害最大的一種，我國年排放量達(dá)1520萬t，排在世界第三位，造成了環(huán)境污染和硫資源浪費(fèi)。工業(yè)生產(chǎn)硫酸時(shí)，二氧