dxso2 kp 1-xso2 x²so2

= · β- (1.1),

dτ a 1-0,2xso2 pK²p(1-xso2)²

b - 0,5axso2

где β = ; xso2 – степень превращения;

1 - 0,5axso2 τ – время контактирования;

k – константа скорости прямой реакции; Kp – константа равновесия реакции (III); р – давление.

Для упрощенных расчетов можно пользоваться уравнением Борескова:

0,8

dcso2 cso2 - cso2· e

ωrso2 = - = k co2 (1.2)

dτ cso3

Из уравнений (1.1) и (1.2) следует, что скорость реакции зависит от степени приближения к равновесию и как функция температуры проходит через максимум (с ростом температуры растет константа скорости прямой реакции и уменьшаются константа равновесия и равновесная степень превращения).

Скорость реакции повышается с ростом концентрации кислорода, поэтому процесс в промышленности проводят при его избытке.

Так как реакция окисления SO2 относится к типу экзотермических, температурный режим ее проведения должен приближаться к линии оптимальных температур. На выбор температурного режима дополнительно накладываются два ограничения, связанные со свойствами катализатора. Нижнем температурным пределом является температура зажигания ванадиевых катализаторов, составляющая в зависимости от конкретного вида катализатора и состава газа 400 - 440˚C. Верхний температурный предел составляет 600 - 650˚C и определяется тем, что выше этих температур происходит перестройка структуры катализатора и он теряет свою активность.

В диапазоне 400 - 600˚C процесс стремятся провести так, чтобы по мере увеличения степени превращения температура уменьшалась.

Одна из важнейших задач стоящих перед сернокислой промышленностью, - увеличение степени превращения диоксида серы и снижения его выбросов в атмосферу. Эта задача может быть решена несколькими методами.

Один из наиболее рациональных методов решения этой задачи, повсеместно применяемый сернокислой промышленности, - метод двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДА). Его сущность состоит в том, что реакционную смесь, в которой степень превращения SO2 составляет 90 – 95%, охлаждают и направляют в промежуточный абсорбер для выделения SO3. В оставшемся реакционном газа соотношение O2 : SO2 существенно повышается, что приводит к смещению равновесия реакции вправо (равновесная кривая 2 на рис. 2). Вновь нагретый реакционный газ снова подают в контактный аппарат, где на одном – двух слоях катализатора достигают 95% степени превращения оставшегося SO2. Суммарная степень превращения SO2 составляет в таком процессе 99,5-99,8%.

Рис.2 Ход каталитического окисления SO2 в полочном реакторе.

Равновесные кривые: 1 – для исходного реакционного газа (первая ступень контактирования в схемах ДКДА), 2 -–для реакционной смеси после промежуточной абсорбции SO3; адиабаты последнего слоя реактора, 3 – при одинарном контактировании, 4 – при двойном контактировании.

1.0

0,9

0,8

0,7

Степень 0,6

превращения SO2 0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

400 450 500 550 600

Температура, ˚C

АБСОРБЦИЯ ТРИОКСИДА СЕРЫ.

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную кислоту. При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO3 из газовой фазы. Для полного извлечения SO3 необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO3 над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции. Однако в качестве абсорбента нельзя использовать и такие растворы, над поверхностью которых велико равновесное парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO3 будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде – азоте, т. е. с образованием серно кислотного тумана:

SO3(Г) + H2O(Г) à H2SO4(Г) à H2SO4(ТУМАН); ∆Η < 0

Туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре м в основном уносится с отходящими газами в атмосферу, при этом загрязняется окружающая среда и возрастают потери серной кислоты.