Используя уравнение (г) или (г*), по опытным данным определяют константу скорости kk, а при проектировании при известной kk определяют . Затем, задаваясь производительностью аппарата V и принимая коэффициент запаса, равный 1,3 - 2,0, находят объем катализатора vк.
Формула (г) удобна для анализа влияния на процесс различных параметров режима. Из анализа движущей силы процесса
^C=((C(SO2)-C*(SO2))/C(SO2))0.8*C(O2)
(ж)
видно, что наибольшее влияние оказывает концентрация кислорода. Таким образом, в процессе катализа наиболее медленной из кинетических стадий является сорбция кислорода. Для увеличения степени окисления SO2 следовало бы повышать концентрацию кислорода в газе, но при разбавлении газа воздухом уменьшается концентрация SO2 и производительность аппарата. Поэтому установлена наиболее рациональная концентрация SO2 в газе; при сжигании серы в воздухе она равна 9% SO2, а при обжиге колчедана - 7% SO2 и 11% О2. По мере протекания процесса возрастает Сso и снижается Сso , поэтому
С и общая скорость процесса и снижается по логарифмической кривой.
Рост температуры увеличивает С*so и соответственно снижает С. Однако kk повышается с ростом температуры . Поэтому в начале процесса при низкой степени окисления SO2 с ростом температуры скорость процесса увеличивается, а при приближении фактического выхода к равновесному сильнее сказывается влияние С*so и скорость процесса с дальнейшим ростом температуры снижается.
Для данного времени соприкосновения газа с катализатором при определенной оптимальной температуре получается максимальный выход SO3. Чем меньше время соприкосновения (и соответственно хso), тем выше оптимальная температура. Таким образом, в контактных аппаратах для достижения максимальной скорости процесса следовало бы начинать его при возможно более высоких температурах, около 600 оС, проводить по кривой оптимальных температур и заканчивать при 400 оС. Для этого необходим предварительный подогрев газа и непрерывный отвод тепла по ходу каталитического процесса . Этой задаче и подчинены в основном конструкции современных контактных аппаратов, однако решается она далеко не полностью. Свежий газ, содержащий SO2, подогревается за счет тепла прореагировавшего газа (тепло реакции) лишь до температуры зажигания (440-450 оС), а затем, во время каталитического процесса, температура сначала возрастает почти до 600 оС, а затем производится понижение ее. В трубчатых аппаратах тепло отводится непрерывно, но такие аппараты оказались неудобны в эксплуатации. Чаще применяются полочные аппараты со ступенчатым отводом тепла в теплообменниках между полками. При повышенной концентрации SO2 применяют также полочные аппараты, в которых температура между полками снижается добавлением холодного воздуха. Наиболее легкий теплоотвод и наивысшая активность катализатора достигаются в контактных аппаратах с четырьмя-пятью кипящими слоями катализатора и с холодильниками, помещенными непосредственно в слоях катализатора.
Вследствие разрушения и слеживания гранул, загрязнения слоя, отравления катализатора соединениями мышьяка и температурной порчи его при случайных нарушениях режима ванадиевая контактная масса заменяется в среднем через 4 года. Если же нарушена очистка газа, получаемая обжигом колчедана, то работа контактного аппарата нарушается вследствие отравления первого слоя контактной массы через несколько суток. Для сохранения активности катализатора применяется тонкая очистка газа мокрым способом.
Принципиальная технологическая схема производства серной кислоты контактным способом выглядит нижеуказанным образом.
Обжиговый газ после грубой очистки от пыли в огарковых электрофильтрах при температуре около 300 оС поступает в полуюпромывную башню, где разбрызгивается холодная серная кислота ( 75%-ная H2SO4 ). При охлаждении газа имеющиеся в нем серный ангидрид и пары воды конденсируются в виде мельчайших капелек. В этих капельках растворяется окись мышьяка. Образуется мышьяковокислотный туман, который частично улавливается в первой башне и во второй башне с керамиковой насадкой . одновременно улавливаются остатки пыли, селен и другие примеси. Образуется грязная серная кислота ( до 8% от общей выработки), которую выдают как нестандартную продукцию. Окончательная очистка газа от трудноуловимого мышьяковокислотного тумана производится в мокрых фильтрах, которые устанавливают последовательно (два или три). Принцип действия мокрых фильтров таков же, как и сухих. Капельки туммана осаждаются на трубчатых осадительных электродах, изготовленных из свинца или пластмассы «АТМ», и стекают вниз. Очистка газа завершается осушкой его от паров воды купоросным маслом в башне с насадкой. Обычно устанавливаются две сушильные башни. Башни, газоходы и сборники кислоты в отделении очистки обычно устанавливают стальные, футерованные кислотоупорным кирпичом или диабазовой плиткой. Сухой сернистый газ и серный ангидрид не агрессивны, поэтому всю последующую аппаратуру вплоть до моногидратного абсорбера можно монтировать из обычной углеродистой стали без защиты от коррозии.
Большое количество аппаратуры создает значительное сопротивление потоку газа (до 2 м вод.ст.), поэтому для транспортировки газа устанавливается турбокомпрессор. Компрессор, просасывая газ из печей через всю аппаратуру, нагнетает его в контактный узел.
[Предыдущая страница] [Следующая страница]
By Baranenko Denis