Синтез оксида серы VI

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Синтез оксида серы VI

Задание на курсовую работу

Расчеты

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Химическая Технология - это наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырья в различные виды продуктов и энергию с применением химических реакций.

Химические процессы и реакторы, объединенные в химико-технологические системы, составляют основу производства во многих отраслях промышленности, в том числе химической, нефтехимической, минеральных удобрений, металлургии черных и цветных металлов, целлюлозной и лесохимической, строительных материалов, пищевой, химико-фармацевтической, фото- и киноматериалов. Продукты химической промышленности обеспечивают химизацию всего народного хозяйства, в том числе и агропромышленного комплекса.

Развитие химической промышленности требует все больше делать акцент на разработку и внедрение высокоэффективных энерго- и ресурсосберегающих, а также экологически чистых технологий.

Химико-технологическими методами производят десятки тысяч продуктов, изучение технологии которых в общем курсе химической технологии невозможно. В этом и нет необходимости, так как по мере развития химической технологии все более типизируются химические процессы и реакторы. Разработаны химико-технологические системы с однотипными процессами и реакторами, которые можно применять в производстве многих химических продуктов с учетом не принципиальной специфики. Поэтому инженерам-технологам-химикам необходимо твердое знание общих закономерностей химической технологии, наиболее типичных химико-технологических процессов и реакторов, принципов создания рациональных автоматизированных химико-технологических систем.

Центральным аппаратом в любой химико-технологической системе, включающей целый ряд машин и аппаратов, является химический реактор - аппарат, в котором протекает химический процесс. Выбор типа, конструкции и расчет химического реактора - одна из важных задач химической технологии.

В данной курсовой работе решается похожая задача с некоторыми упрощениями. Выбор реактора, адиабатического по условию, будет проводиться из 2х типов: реактора полного смешения и реактора идеального вытеснения.

Протекающие в реакторах химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами. При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор является адиабатическим. В нем вся теплота, выделяющаяся или поглощающаяся в результате химических процессов, расходуется на «внутренний» теплообмен - на нагрев или охлаждение реакционной смеси.

Реактор идеального вытеснения (РИВ) - реактор, в котором при прохождении потока идеального вытеснения через реакционную зону все частицы движутся с одной скоростью, не перемешиваясь друг с другом. Если выделить в потоке малый объем, то этот объем будет двигаться, как поршень, вытесняя предыдущие элементы потока. В реакторе идеального вытеснения перемешивание носит локальный характер: оно происходит в каждом элементе потока, а между соседними по оси реактора элементами перемешивания нет.

Идеальное вытеснение возможно при выполнении следующих допущений: 1) движущийся поток имеет плоский профиль линейных скоростей; 2) отсутствует обусловленное любыми причинами перемешивание в направлении оси потока, параметры процесса (концентрации, температуры и т.д.) полностью выровнены, но плавно изменяются по длине или высоте реакционной зоны.

Вследствие одинаковой скорости всех частиц время прохождения ими любого отрезка по длине реакционной зоны и время пребывания в ней одинаковы. В данном случае истинное время пребывания каждой частицы равно среднему времени пребывания, рассчитанного по отношению объема реакционной зоны к объемному расходу смеси.

В реальном реакторе можно приблизиться к режиму идеального вытеснения, если реакционный поток - турбулентный и при этом длина канала существенно превышает его поперечный размер.

Реактор полного смешения (РПС) - реактор, в котором при прохождении потока полного смешения частицы, поступающие в реакционную зону, мгновенно смешиваются с частицами, уже находящимися в этой зоне, т.е. равномерно распределяются по всей длине и во всем объеме реакционной зоны. Допускается, что в результате интенсивного перемешивания устанавливаются абсолютно одинаковые условия в любой точке реактора: концентрации реагентов и продуктов, степени превращения реагентов, температура, скорость химической реакции.

Чтобы перечисленные допущения могли быть выполнены, необходимо принять еще одно условие: переход от одной концентрации к другой не должен иметь протяженности во времени.

На входе в реакционную зону концентрации, степени превращения, скорость реакции изменяются скачкообразно вследствие мгновенного смешения компонентов, содержащихся в потоке до входа в реакционную зону, с компонентами, находящимися в реакционной зоне. Время пребывания частиц в реакционной зоне потока полного смешения распределено неравномерно. При среднем значении времени пребывания часть частиц покинет реакционную зону раньше, другие задержатся дольше. Смешение исходных реагентов с продуктами реакции и неравномерность времени пребывания частиц в реакционной зоне приводят к уменьшению движущей силы процесса по сравнению с проведением его в реакторе идеального вытеснения.

При отсутствии теплообмена с окружающей средой изменение энтальпии реакционной смеси определяется лишь тепловыми эффектами реакций, протекающих в потоке. В реакционной зоне реакторов полного смешения всегда устанавливается изотермический температурный режим независимо от значений теплового эффекта, концентраций исходных веществ и степеней превращения вследствие полного перемешивания и выравнивания температуры во всем объеме реактора.

Синтез оксида серы VI

Оксид серы (VI) SО3) (cемрный ангидримд, треомкись cемры) SO3 -- в обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом. Температура плавления 16,9 °C, кипения 45 °C. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO3. При охлаждении из пара сначала образуется бесцветная, похожая на лёд, масса, которая затем переходит в белые «шёлковистые» кристаллы. Обе модификации на воздухе «дымят» (образуются капельки H2SO4) вследствие высокой гигроскопичности SO3.

SО3 получают окислением SО2 только в присутствии катализатора (Рt или \/2О5) и высоком давлении to

2SO2 + O2 = 2SO3 + Q

Необходимость использования катализатора в этой обратимой реакции обусловлена тем, что сместить равновесие вправо можно только при понижении температуры (поскольку реакция экзотермическая!), однако при низких температурах сильно падает скорость протекания реакции. Поэтому, так же, как в случае синтеза аммиака приходится искать компромиссное решение. Поскольку для оптимального сдвига равновесия (1) вправо требуется низкая температура, а для достижения удовлетворительной скорости - высокая температура, на практике процесс проводят при температуре 400-450 °С.

Задание на курсовую работу

Проанализировать изменение скорости окисления SO2 от T, P и концентрации SO2

2SO2 + O2 = 2SO3 + Q

Исходные концентрации реагентов: Z0SO2 = 0.07; Z0O2 = 0.09; Z0SO3 = 0.02; остальное инертное вещество (N2)

Кинетическое уравнение:

;

T = 400-1200К; Р = 1-10 атм

Сравнить объем адиабатического реактора идеального вытеснения и полного смешения зависимости от степени превращения, если объемный расход газовой смеси 100 м3/с.

Построить графики скорости реакции и объема реактора от степени превращения.

Посчитать производительность.

Расчеты

2SO2 + O2 = 2SO3 + Q

Расчет изменения температуры через адиабатический коэффициент L:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Вычисление равновесных концентраций веществ:

3. Вычисление парциальных давлений:

4. Вычисление константы равновесия:

5. Вычисление скорости реакции:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

6. Реактор идеального вытеснения:

окисление реактор вытеснение давление

7. Реактор полного смешения (РПС):

Выводы

Из использованной литературы известно, что при одинаковых условиях проведения одной и той же реакции для достижения равной глубины превращения среднее время пребывания реагентов ф в реакторе полного смешения больше, чем в реакторе идеального вытеснения (мои расчеты показали то же самое). Следовательно, при равном объемном расходе для достижения одинаковых результатов РИВ должен иметь меньший объем, чем РПС, что говорит о пользе выбора РИВ.

Также известно, что при средних и ниже среднего значениях адиабатического коэффициента L (в расчетах L=444.305, а теоретически изменяется в пределах 100-2000) большую роль играет движущая сила (ДС), а ДС РИВ больше ДС РПС, что естественно предпочтительнее. При проведении экзотермической реакции, необходимо проводить анализ выбора реактора:

1. Константа равновесия реакции Kp с увеличением температуры уменьшается (видно из расчетов), что говорит о том, что реакция экзотермическая.

2. Скорость реакции сначала увеличивается, так как k - кинетический параметр увеличивается быстрее, чем падает движущая сила, далее скорость реакции резко падает, так как движущая сила падает быстрее, чем увеличивается k

3. Сравнивая график объемов реакторов, делаем вывод, что сначала объемы реакторов приблизительно равны, а затем объем РПС резко возрастает, в то время как объем РИВ много меньше, поэтому использование РПС становится невыгодным.

На основе знаний из книг и собственного анализа, сделаем вывод о предпочтительном использовании РИВ.

Список использованной литературы

1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. - М.:АКАДЕМКНИГА, 2003.

2. Сороко В.Е., Вечная С.В., Попова Н.Н. Основы химической технологии. - Ленинград: Химия, 1986.

Размещено на Allbest.ru