硫酸生產(chǎn)的氧化工藝

關(guān)于硫酸生產(chǎn)的氧化工藝第一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日12—4二氧化硫的催化氧化過(guò)程12—4、1基本原理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(wú)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，此反應(yīng)是接觸法生產(chǎn)硫酸的基礎(chǔ)。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,這一反應(yīng)的定壓平衡常數(shù)Kp為：第二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日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：第三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日（12-17）式中：溫度為T(mén)(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，atm第四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日12_4.2反應(yīng)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在釩催化劑上的反應(yīng)歷程是什么？3、催化反應(yīng)速率式

為反應(yīng)速率；分別為正、逆反應(yīng)速率；為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，其值取決于催化劑的性質(zhì)。（12—21）第五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于目前使用的釩催化劑來(lái)說(shuō)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)加快反應(yīng)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)建立了下列反應(yīng)速率式：為平衡時(shí)的SO2的濃度（12—23）第六頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日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、反應(yīng)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)化率的高低，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)化的高低。第七頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2、催化劑的粒徑：①催化反應(yīng)時(shí)在催化劑活性表面上發(fā)生的。為了增加催化劑的活性表面積，所以把催化劑制成有許多微小內(nèi)孔的顆粒;②由于內(nèi)表面比外表面大很多倍，化學(xué)反應(yīng)主要是在催化劑內(nèi)表面上發(fā)生的，因此必須考慮反應(yīng)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應(yīng)動(dòng)力學(xué)所決定的反應(yīng)速率；③在反應(yīng)初期優(yōu)化反應(yīng)溫度較高，化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)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)際反應(yīng)速率：④在反應(yīng)后期優(yōu)化反應(yīng)溫度較低，化學(xué)動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)速率較低，應(yīng)該使用較大顆粒的催化劑以降低床層阻力。第八頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日3、最終轉(zhuǎn)化率請(qǐng)看課本例12—1（P124—126）4、反應(yīng)壓力二氧化硫催化氧化是體積縮小的反應(yīng)，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應(yīng)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，首先是由于反應(yīng)氣是用空氣做原料的，反應(yīng)氣中的氧和二氧化硫中的氧一級(jí)進(jìn)入礦渣的氧都來(lái)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。第九頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日6、空間速度空間速度簡(jiǎn)稱“空速”，是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(guò)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(guò)流程，所采用的空間速度不宜太大，通常約為600~700h-1或h-1第十頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日12—4.4反應(yīng)器1.固定反應(yīng)器軸向反應(yīng)器：又稱填充床反應(yīng)器。催化劑床層是鋪平在直立的圓筒形反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)氣體由上而下流過(guò)催化層。由于氣流方向是軸向的，所以叫做軸向反應(yīng)器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、氣流分布均勻，基本上是平推流反應(yīng)推動(dòng)力較大。缺點(diǎn)是氣體要經(jīng)過(guò)很厚的床層，所以阻力大、能耗高第十一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日徑向反應(yīng)器：是進(jìn)年發(fā)展起來(lái)的一類新型的反應(yīng)器。優(yōu)點(diǎn)（相比較于軸向反應(yīng)器）：床層截面積大、床層厚度和氣流線速率減小。阻力小，通過(guò)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)反應(yīng)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應(yīng)器外填裝或卸載，所以安裝、檢修或更換催化劑都比較方便第十二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2、流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器一細(xì)顆粒催化劑作床層。反應(yīng)氣一較高的速率由下而上經(jīng)過(guò)床層時(shí)，就使催化劑處于流化狀態(tài)。反應(yīng)氣在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)，所產(chǎn)生的反應(yīng)熱能夠通過(guò)反應(yīng)器壁上的冷卻箱及時(shí)引出。因此流化床反應(yīng)器實(shí)際上是一個(gè)恒溫反應(yīng)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。流化床反應(yīng)器的優(yōu)越性：①使反應(yīng)物在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到優(yōu)化的反應(yīng)溫度和相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率；②氣體不需進(jìn)過(guò)預(yù)熱就課進(jìn)行反應(yīng)；③有很大的傳熱面積和傳熱系數(shù)，能夠保持床層溫度基本不變；④催化劑處于流動(dòng)狀態(tài)，操作簡(jiǎn)易穩(wěn)定。第十三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日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(guó)年排放量達(dá)1520萬(wàn)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)，二氧化硫