硫酸生產(chǎn)的氧化工藝

關于硫酸生產(chǎn)的氧化工藝第一頁，共十六頁，2022年，8月28日12—4二氧化硫的催化氧化過程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，此反應是接觸法生產(chǎn)硫酸的基礎。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,這一反應的定壓平衡常數(shù)Kp為：第二頁，共十六頁，2022年，8月28日P為平衡時的分壓，下標表示各種組分。在400~700℃的范圍內(nèi)，平衡常數(shù)與溫度的關系可根據(jù)下式計算：（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）進行推導，可得出平衡轉(zhuǎn)化率的計算式如下：第三頁，共十六頁，2022年，8月28日（12-17）式中：溫度為T(K)時的平衡轉(zhuǎn)化率；：平衡常數(shù)；：氣體混合物中SO2的起始濃度（體積分數(shù)），％；：氣體混合物中O2的起始濃度（體積分數(shù)），％；：氣體混合物的總壓力，atm第四頁，共十六頁，2022年，8月28日12_4.2反應速率1、生產(chǎn)上對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歷程是什么？3、催化反應速率式

為反應速率；分別為正、逆反應速率；為實驗常數(shù)，其值取決于催化劑的性質(zhì)。（12—21）第五頁，共十六頁，2022年，8月28日對于目前使用的釩催化劑來說值約等于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加快反應速率有較大的作用。（12—22）為了便于計算，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)建立了下列反應速率式：為平衡時的SO2的濃度（12—23）第六頁，共十六頁，2022年，8月28日12—4.3工藝條件的優(yōu)化對轉(zhuǎn)化系統(tǒng)保持高轉(zhuǎn)化率的措施：正交實驗法逐段最大溫差調(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)各段進口的氣體溫度，而后觀察進出口的氣體溫度，根據(jù)兩者的溫度差就可反映出轉(zhuǎn)化的高低。第七頁，共十六頁，2022年，8月28日2、催化劑的粒徑：①催化反應時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，化學反應主要是在催化劑內(nèi)表面上發(fā)生的，因此必須考慮反應氣體和產(chǎn)物氣體在催化劑內(nèi)孔中的擴散速率。催化劑粒徑越小，內(nèi)擴散路程越短擴散速率越大，但小粒徑催化劑構成的床層對氣流的阻力較大，因此粒徑的優(yōu)化必須兼顧擴散速率和床層阻力，其方法是把擴散速率定位于接近并略大于反應動力學所決定的反應速率；③在反應初期優(yōu)化反應溫度較高，化學動力學反應速率較低，所以應該使用粒徑較小的催化劑，以免降低實際反應速率：④在反應后期優(yōu)化反應溫度較低，化學動力學的反應速率較低，應該使用較大顆粒的催化劑以降低床層阻力。第八頁，共十六頁，2022年，8月28日3、最終轉(zhuǎn)化率請看課本例12—1（P124—126）4、反應壓力二氧化硫催化氧化是體積縮小的反應，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速率但兩者的濃度不能同時提高。兩者濃度不能同時提高的原因，首先是由于反應氣是用空氣做原料的，反應氣中的氧和二氧化硫中的氧一級進入礦渣的氧都來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，共十六頁，2022年，8月28日6、空間速度空間速度簡稱“空速”，是指單位時間內(nèi)通過單位體積催化劑的氣體體積（換算到標準狀況下）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，共十六頁，2022年，8月28日12—4.4反應器1.固定反應器軸向反應器：又稱填充床反應器。催化劑床層是鋪平在直立的圓筒形反應器內(nèi)，反應氣體由上而下流過催化層。由于氣流方向是軸向的，所以叫做軸向反應器。優(yōu)點：結構簡單、氣流分布均勻，基本上是平推流反應推動力較大。缺點是氣體要經(jīng)過很厚的床層，所以阻力大、能耗高第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日徑向反應器：是進年發(fā)展起來的一類新型的反應器。優(yōu)點（相比較于軸向反應器）：床層截面積大、床層厚度和氣流線速率減小。阻力小，通過單位面積催化劑的氣體量降低，催化劑結構不易受礦塵。屬于多釜串聯(lián)反應器類型，實際上返混的影響小，由于催化劑筐中的催化劑可在反應器外填裝或卸載，所以安裝、檢修或更換催化劑都比較方便第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日2、流化床反應器流化床反應器一細顆粒催化劑作床層。反應氣一較高的速率由下而上經(jīng)過床層時，就使催化劑處于流化狀態(tài)。反應氣在催化劑表面發(fā)生反應，所產(chǎn)生的反應熱能夠通過反應器壁上的冷卻箱及時引出。因此流化床反應器實際上是一個恒溫反應器。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的耐撞擊。耐磨損的性能。流化床反應器的優(yōu)越性：①使反應物在極短時間內(nèi)達到優(yōu)化的反應溫度和相應的轉(zhuǎn)化率；②氣體不需進過預熱就課進行反應；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催化劑處于流動狀態(tài)，操作簡易穩(wěn)定。第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日第十四頁，共十六頁，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，我國年排放量達1520萬t，排在世界第三位，造成了環(huán)境污染和硫資源浪費。工業(yè)生產(chǎn)硫酸時，二氧化硫