2.11. Теплота реакции. Адиабатический разогрев. Х-Т диаграмма и ее использование для анализа процесса. Пример производства серной кислоты

Теплота реакции – это количество энергии, которое выделяется или поглощается системой во время реакции. Реакции протекающие с выделением энергии называются экзотермическими, а с поглощением энергии эндотермическими.

Адиабатический разогрев

Адиабатическое сжатие (метод импульсного сжатия), используют для осуществления и исследования хим. реакций в газовой фазе при высоких давлениях и температурах. Основан на том, что при сжатии газа в цилиндре свободно летящим поршнем со скоростью порядка 10-20 м/с теплопередача к стенкам цилиндра не успевает происходить, и газ адиабатически нагревается.

Перспективность применения адиабатического сжатия метод в хим. технологии обусловлена возможностями: а) совмещения в одном аппарате нагревателя и реактора (при сжатии газовой смеси), а также закалочного устройства (при ее расширении); б) достижения большей, чем при использовании др. методов, производительности в расчете на единицу реакц. объема; в) работы при относительно низкой температуре ( < 400 °С) стенок рабочих цилиндров, что исключает их высокотемпературную коррозию.

 Адиабатические реакторы – при спокойном (без перемешивания) течении потока реагентов не имеют теплообмена с окружающей средой, хорошая теплоизоляция. Все тепло экзотермической реакции собирается (накапливается) потоком реагирующих веществ, то есть затрачивается на изменение температуры в реакторе.

Теплоту реакции используют для выработки пара путем помещения в зону реакции теплообменных элементов, которые подают воду, а получают пар.

Показатели эффективности химического процесса: 1) средняя скорость реакции 2) выход целевого продукта 3) степень превращения (конверсия)

Х-Т диаграмма: Для обратимых экзотермических процессов с повышением температуры снижается равновесный выход продуктов. Так как несмотря на повышение скорости прямой реакции, выход ограничивается равновесием, а при дальнейшем повышении температуры равновесие  сдвигается влево (интенсивно идет обратная реакция ). То есть необходимо подбирать для каждого конкретного случая оптимальную температуру. Так как одним из основных показателей процесса является выход продукта.

 

 Производства серной кислоты

 Основные стадии получения серной кислоты:

1) обжиг сырья с получением SO2;

Пример:

Сжигание серы S + O2 → SO2

Обжиг пиритов FeS2 +O2 → Fe3O4 +SO2

2) окисление SO2 до SO3 (конверсия);

SO2 + ½ O2 = SO3 + 99кДж/моль

Катализатор (V2O5 + K2S2O7)/SiO2

адиабатический разогрев

T = T0 + ΔTад ∙ x

ΔTад = QCSO2/CP      (≈30°C на 1% об. SO2)

3) абсорбция SO3.

SO3 + H2O → H2SO4 + Q

Для получения серной кислоты контактным способом на современных  заводах применяют ванадиевые катализаторы, низкоплавкие пиросульфованадаты (3К2S2О7 · V2О5, 2К2S2O7 · V2O5 и K2S2O7·V2O5, разлагающихся соотв. при 315-330, 365-380 и 400-405 °С). Активный компонент в условиях катализа находится в расплавленном состоянии.

Конструктор сайтов - uCoz