硫酸生产的氧化工艺.ppt

硫酸工艺学之硫酸生产的氧化工艺,欢迎聆听,124二氧化硫的催化氧化过程,124、1基本原理1.二氧化硫(SO2)又称亚硫酸酐,硫的最重要氧化物，硫酸原料气的主要成分。无色、有刺激性臭味、有毒的气体，不可燃，易液化。其水溶液称为亚硫酸。二氧化硫能被空气中的氧氧化为三氧化硫，此反应是接触法生产硫酸的基础。2.平衡常数与平衡转化率SO2+0.5O2SO3+H,（1215）,根据定义,这一反应的定压平衡常数Kp为：,P为平衡时的分压，下标表示各种组分。在400700的范围内，平衡常数与温度的关系可根据下式计算：,（1216）,由于入转气体中SO3和SO2的含量与其分压成正比，所以平衡转化率（Xp）可以用SO3和SO2的分压表示：,(12-),将式（12-16）及式（12-）进行推导，可得出平衡转化率的计算式如下：,（12-17）,式中：温度为T(K)时的平衡转化率；：平衡常数；：气体混合物中SO2的起始浓度（体积分数），；：气体混合物中O2的起始浓度（体积分数），；：气体混合物的总压力，atm,12_4.2反应速率,1、生产上对催化剂有什么要求要求？有哪些常用的催化剂？,2、SO2和O2在钒催化剂上的反应历程是什么？,3、催化反应速率式,为反应速率；分别为正、逆反应速率；为实验常数，其值取决于催化剂的性质。,（1221）,对于目前使用的钒催化剂来说值约等于0.8,此式氧的分压指数为1，二氧化硫的为0.8，证明了提高样的浓度对加快反应速率有较大的作用。,（1222）,为了便于计算，根据实验数据建立了下列反应速率式：,为平衡时的SO2的浓度,（1223）,124.3工艺条件的优化,对转化系统保持高转化率的措施：,正交实验法逐段最大温差调节法旧催化剂的更换和利用方法,1、反应温度在催化剂的性能、数量和入转化气体的组分、凄凉基本稳定的条件下，转换器各段进出口的温度差直接反映出该段转化率的高低，因此，只要调节各段进口的气体温度，而后观察进出口的气体温度，根据两者的温度差就可反映出转化的高低。,2、催化剂的粒径：,催化反应时在催化剂活性表面上发生的。为了增加催化剂的活性表面积，所以把催化剂制成有许多微小内孔的颗粒;由于内表面比外表面大很多倍，化学反应主要是在催化剂内表面上发生的，因此必须考虑反应气体和产物气体在催化剂内孔中的扩散速率。催化剂粒径越小，内扩散路程越短扩散速率越大，但小粒径催化剂构成的床层对气流的阻力较大，因此粒径的优化必须兼顾扩散速率和床层阻力，其方法是把扩散速率定位于接近并略大于反应动力学所决定的反应速率；在反应初期优化反应温度较高，化学动力学反应速率较低，所以应该使用粒径较小的催化剂，以免降低实际反应速率：在反应后期优化反应温度较低，化学动力学的反应速率较低，应该使用较大颗粒的催化剂以降低床层阻力。,3、最终转化率,请看课本例121（P124126）,4、反应压力,二氧化硫催化氧化是体积缩小的反应，所以加压可以提高平衡转化率。,5、原料气组成,按式（1217）所表述，提高氧的浓度有利于提高二氧化硫的转化率；按式（1222），（1223）所表述，提高氧的浓度也有利于提高反应速率但两者的浓度不能同时提高。两者浓度不能同时提高的原因，首先是由于反应气是用空气做原料的，反应气中的氧和二氧化硫中的氧一级进入矿渣的氧都来自空气而空气的含氧量是固定不变的；其次就是限于催化剂的耐热性能。,6、空间速度,空间速度简称“空速”，是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体体积（换算到标准状况下）其单位为,空间速度的大小决定于催化剂的活性，也决定于所采用的流程是一次通过流程还是循环流程，二氧化硫催化氧化采用的是一次通过流程，所采用的空间速度不宜太大，通常约为600700h-1,或h-1,124.4反应器,1.固定反应器,轴向反应器：又称填充床反应器。催化剂床层是铺平在直立的圆筒形反应器内，反应气体由上而下流过催化层。由于气流方向是轴向的，所以叫做轴向反应器。优点：结构简单、气流分布均匀，基本上是平推流反应推动力较大。缺点是气体要经过很厚的床层，所以阻力大、能耗高,径向反应器：是进年发展起来的一类新型的反应器。优点（相比较于轴向反应器）：床层截面积大、床层厚度和气流线速率减小。阻力小，通过单位面积催化剂的气体量降低，催化剂结构不易受矿尘。属于多釜串联反应器类型，实际上返混的影响小，由于催化剂筐中的催化剂可在反应器外填装或卸载，所以安装、检修或更换催化剂都比较方便,2、流化床反应器,流化床反应器一细颗粒催化剂作床层。反应气一较高的速率由下而上经过床层时，就使催化剂处于流化状态。反应气在催化剂表面发生反应，所产生的反应热能够通过反应器壁上的冷却箱及时引出。因此流化床反应器实际上是一个恒温反应器。由于催化剂处于不断翻腾和相互撞击、摩擦的状态，因此所用的催化剂需有较强的耐撞击。耐磨损的性能。,流化床反应器的优越性：,使反应物在极短时间内达到优化的反应温度和相应的转化率；气体不需进过预热就课进行反应；有很大的传热面积和传热系数，能够保持床层温度基本不变；催化剂处于流动状态，操作简易稳定。,5、催化氧化与环保,SO2是目前大气污染物中危害最大的一种，我国年排放量达1520万t，排在世界第三位，造成了环境污染和硫资源浪费。,工业生产硫酸时，二氧化硫