Контрольнаяработа
Сравнениеизотермического реактора идеального вытеснения и реактора полного смешения взависимости от степени превращения
Введение
Серная кислота являетсяодним из крупнотоннажных продуктов химической технологии. Серная кислотаотноситься к числу сильных кислот и является самой дешёвой. Она реагирует почтисо всеми металлами, вступает в реакции обменного разложения. Почти половинувсей вырабатываемой кислоты используют для производства минеральных удобрений.Также серную кислоту применяют в нефтехимической, металлургической отрасляхпромышленности, для производства химических волокон, красителей, взрывчатыхвеществ и других продуктов.
Окисление оксида серы (IV) является второй стадиейпроизводства cерной кислоты. По методу окисленияоксида серы (IV) различают контактный и нитрозныйспособы производства серной кислоты. В современных производствах окислениепроводят в присутствии твердого катализатора, и способ производства называютконтактным. При нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Окислениепроводят в жидкой фазе с помощью нитрозы, выполняющей функции передатчикакислорода.
Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) – основной процесс в производствесерной кислоты. Окисление проводят после тщательной очистки газа от пыли,тумана серной кислоты, контактных ядов и осушки.
Равновесие реакцииокисления SO2 в соответствии с принципом Ле-Шателье сдвигается всторону образования SO3 при понижении температуры и повышениидавления. Равновесная степень превращения реагентов зависит также отсоотношения SO2 и O2 в газе. Некаталитическое окислениеоксида серы (IV) протекает столь медленно, что впроизводственных масштабах его проводить нецелесообразно. Поэтому процесс проводятв присутствии катализаторов. В сернокислой промышленности в разное времяприменяли лишь три вида катализаторов, основу которых составляли металлическаяплатина, оксиды железа и оксид ванадия (V). Самыми активными катализаторами являются платиновые. Однакоиз-за высокой чувствительности к контактным ядам, в частности к мышьяковистымсоединениям, эти катализаторы уже давно не применяются.
Катализаторы на основеоксидов железа практически не отравляются, но достаточную активность онпроявляет лишь при температуре выше 625С. При такой температуре равновеснаястепень превращения не превышает 70%, и использование таких катализатороввозможно лишь для так называемого предварительного окисления сернистого газа состепенью превращения 50-60%.
Ванадиевые катализаторы вусловиях работы представляют собой пористый носитель, внутренняя поверхностькоторого смочена пленкой раствора V2O5 в расплаве пиросульфата калия.
В рамках данной работы мырассматриваем 2 типа реакторов: реактор идеального вытеснения и реактор полногосмешения.
Реактор идеальноговытеснения. Припрохождении потока через данный реактор все частицы движутся с одной скоростью,не перемешиваясь друг с другом, то есть исходные реагенты не смешиваются спродуктами реакции. В каждом поперечном сечении потока концентрации ихвыровнены, но плавно изменяются по длине реакционной зоны. Аналогичноизменяется скорость процесса.
По условию задания мыиспользуем изотермический температурный режим, который характеризуетсяпостоянством температуры по всей длине реакционной зоны. Данный режим вреакторе идеального вытеснения наблюдается в случае протеканияхимико-технологического процесса без теплового эффекта или когда скоростьтепловыделения (теплопоглощения) мала, а теплопроводность среды в реакционнойзоне высока.
Необходимое времяпребывания реагентов в реакционной зоне рассчитывают по уравнению:
/>,
называемому характеристическимуравнением реактора идеального вытеснения.
Реактор полногосмешения. Припрохождении потока через данный реактор частица, поступающая в реакционнуюзону, мгновенно смешиваются с частицами, уже находящимися в этой зоне, то естьравномерно распределяются по всей длине и во всем объёме зоны. В результате вовсех точках реакционной зоны мгновенно выравниваются все параметры,характеризующие химико-технологический процесс.
Вследствие полногоперемешивания выравнивается и температура во всём объёме реакционной зоны.Таким образом, химико-технологический процесс в потоке полного смешения можетпротекать только при изотермическом температурном режиме, независимо отзначения теплового эффекта, концентрации и степени превращения исходныхвеществ.
Время пребывания частиц вреакционной зоне распределено не равномерно. Смешение исходных реагентов спродуктами реакции и неравномерность времени пребывания частиц в реакционнойзоне приводит к уменьшению движущей силы процесса по сравнению с проведениемего в потоке идеального вытеснения.
/>,
это выражение называют характеристическимуравнением реактора полного смешения.
Целью данной работыявляется сравнение изотермического реактора идеального вытеснения и реактораполного смешения в зависимости от степени превращения, а также рассчитатьпроизводительность по исходному компоненту SO2.
Исходные данные
SO2 + 0,5O2 = SO3 — ∆H0
/>
Исходные концентрацииреагентов (мольная доля):
/>
Скорость реакциирассчитывается по выражению:
/>
константа равновесия:
/>
/>
Расчетная часть
реакторидеальный вытеснение смешение
/>
/>
/>
/>
/>
Вывод
В результате проделаннойработы мы выяснили, что объём реактора идеального вытеснения меньше объёмареактора полного смешения при одной и той же степени превращения, то есть приодинаковой скорости реакции.
Производительностьреакторов изменяется от 0 до 9 м3/с с шагом 0,5 при соответственномизменении степени превращения SO2 от 0 до 0,9 с шагом 0,05.
При увеличении степенипревращения SO2 скорость реакции падает.