Порівняння ізотермічного реактора ідеального витіснення і реактора повного змішання в залежності від ступеня перетворення

Контрольнаробота

Порівнянняізотермічного реактора ідеального витіснення і реактора повного змішання вЗалежно від ступеня перетворення

Введення

Сірчана кислота єодним з великотоннажних продуктів хімічної технології. Сірчана кислотаставитися до числа сильних кислот і є найдешевшою. Вона реагує майжез усіма металами, вступає в реакції обмінного розкладання. Майже половинуусієї вироблюваної кислоти використовують для виробництва мінеральних добрив.Також сірчану кислоту застосовують в нафтохімічній, металургійній галузяхпромисловості, для виробництва хімічних волокон, барвників, вибуховихречовин та інших продуктів.

Окислення оксиду сірки (IV) є другою стадієювиробництва сірчана поліпшена кислоти. За методом окисленняоксиду сірки (IV) розрізняють контактний і нітрознихспособи виробництва сірчаної кислоти. У сучасних виробництвах окисленняпроводять у присутності твердого каталізатора, і спосіб виробництва називаютьконтактним. При нитрозному способу каталізатором служать оксиди азоту. Окисленняпроводять в рідкій фазі за допомогою нітрозо, що виконує функції передавачакисню.

Окислення оксиду сірки (IV) в оксид сірки (VI) - основний процес у виробництвісірчаної кислоти. Окислення проводять після ретельного очищення газу від пилу,туману сірчаної кислоти, контактних отрут і осушки.

Рівновага реакціїокислення SO 2 у відповідності з принципом Ле-Шательє зсувається вбік утворення SO 3 при зниженні температури і підвищеннятиску. Рівноважна ступінь перетворення реагентів залежить також відспіввідношення SO 2 і O 2 в газі. Некаталітичного окисленняоксиду сірки (IV) протікає настільки повільно, що ввиробничих масштабах його проводити недоцільно. Тому процес проводятьв присутності каталізаторів. У сірчанокислої промисловості в різний часзастосовували лише три види каталізаторів, основу яких складали металеваплатина, оксиди заліза і оксид ванадію (V). Самими активними каталізаторами є платинові. Однакчерез високу чутливості до контактних отрут, зокрема до миш'яковистимсполукам, ці каталізатори вже давно не застосовуються.

Каталізатори на основіоксидів заліза практично не отруюються, але достатню активність вінпроявляє лише при температурі вище 625С. При такій температурі рівноважнаступінь перетворення не перевищує 70%, і використання таких каталізаторівможливо лише для так званого попереднього окислення сірчистого газу зіступенем перетворення 50-60%.

ванадієві каталізатори вумовах роботи являють собою пористий носій, внутрішня поверхняякого змочена плівкою розчину V 2 O 5 в розплаві піросульфата калію.

У рамках даної роботи мирозглядаємо 2 типу реакторів: реактор ідеального витіснення і реактор повногозмішання.

Реактор ідеальноговитіснення. Припроходженні потоку через даний реактор всі частинки рухаються з однією швидкістю,не перемішуючись один з одним, тобто вихідні реагенти не змішуються зпродуктами реакції. У кожному поперечному перерізі потоку концентрації їхвирівняні, але плавно змінюються по довжині реакційної зони. Аналогічнозмінюється швидкість процесу.

За умовою завдання мивикористовуємо ізотермічний температурний режим, який характеризуєтьсясталістю температури по всій довжині реакційної зони. Даний режим вреакторі ідеального витіснення спостерігається в разі протіканняхіміко-технологічного процесу без теплового ефекту або коли швидкістьтепловиділення (теплопоглинання) мала, а теплопровідність середовища в реакційнійзоні висока.

Необхідний часперебування реагентів в реакційній зоні розраховують по рівнянню:

,

званому характеристичнимрівнянням реактора ідеального витіснення.

Реактор повногозмішання. Припроходженні потоку через даний реактор частинка, яка надходить в реакційнузону, миттєво змішуються з частинками, вже знаходяться в цій зоні, тобторівномірно розподіляються по всій довжині і у всьому об'ємі зони. В результаті підвсіх точках реакційної зони миттєво вирівнюються всі параметри,характеризують хіміко-технологічний процес.

Внаслідок повногоперемішування вирівнюється і температура у всьому об'ємі реакційної зони.Таким чином, хіміко-технологічний процес в потоці повного змішання можепротікати тільки при ізотермічному температурному режимі, незалежно відзначення теплового ефекту, концентрації і ступеня перетворення вихіднихречовин.

Час перебування частинок вреакційній зоні розподілено не рівномірно. Змішання вихідних реагентів зпродуктами реакції і нерівномірність часу перебування часток у реакційнійзоні призводить до зменшення рушійної сили процесу в порівнянні з проведеннямйого в потоці ідеального витіснення.

,

це вираз називають характеристичнимрівнянням реактора повного змішання.

Метою даної роботиє порівняння ізотермічного реактора ідеального витіснення і реактораповного змішання в залежності від ступеня перетворення, а також розрахуватипродуктивність по вихідному компоненту SO 2 .

Вихідні дані

SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3 - О”H 0

Вихідні концентраціїреагентів (мольна частка):

Швидкість реакціїрозраховується за виразом:

константа рівноваги: ​​

Розрахункова частина

реакторідеальний витіснення змішання

Висновок

У результаті проробленоїроботи ми з'ясували, що об'єм реактора ідеального витіснення менше обсягуреактора повного змішання при одній і тій же ступені перетворення, тобто приоднаковій швидкості реакції.

Продуктивністьреакторів змінюється від 0 до 9 м 3 /с з кроком 0,5 при відповідномузміні ступеня перетворення SO 2 від 0 до 0,9 з кроком 0,05.

При збільшенні ступеняперетворення SO 2 швидкість реакції падає.