Дифузійно-контрольований процес окислення низькоконцентрованого SO2 під тиском в автотермічному реакторі - Автореферат

Ефективність процесу може бути підвищена за умов його проведення під тиском в автотермічному режимі, але даних для розробки процесу окислення низькоконцентрованого SO2 під тиском при одностадійному контактуванні недостатньо. Таким чином, створення дифузійно-контрольованого процесу окислення низькоконцентрованого SO2 під тиском для одержання сульфатуючого агенту у виробництві ПАР в реакторі, де реалізується принцип автотермічності є актуальною науково-технічною задачею. Дисертаційна робота виконана на кафедрі автоматизації хіміко-технологічних систем та екологічного моніторингу НТУ “ХПІ” згідно науково-технічних програм МОН України «Математичне моделювання гетерогенних процесів з енергозбереженням як наукова основа екологічно орієнтованих і природоохоронних технологій» (ДР №0102U000971), «Створення науково обґрунтованих моделей фізико-хімічних процесів у перспективних технологіях з енергозбереженням» (ДР №0105U000583), де здобувач був виконавцем етапів робіт. розробити математичну модель автотермічного реактора для окислення низькоконцентрованого SO2 під тиском для одержання сульфатуючого агенту у виробництві ПАР; На основі отриманих в роботі наукових результатів: створено алгоритми і програми розрахунку автотермічного реактора; розроблено конструкцію автотермічного реактора з вбудованим теплообмінником як складову частину енергозаощадної схеми виробництва ПАР потужністю 10 тис.тон ПАР/рік; запропоновано процес окислення низькоконцентрованого SO2 (5% об.) проводити під тиском в адіабатичному режимі при температурі 727-800 К на першій стадії та в шарі з внутрішнім теплообміном в діапазоні температур 693-733 К на другій стадії з кінцевим ступенем перетворення не менш 99%; одержано рівняння для розрахунку коефіцієнту зовнішньодифузійного опору при окисленні низькоконцентрованого SO2 під тиском; розроблена енергозаощадна схема контактного відділення виробництва ПАР з використанням газотурбінної установки, що дозволяє рекуперувати затрачену енергію на компремування повітря, а також ефективно утилізувати надмірне реакційне тепло.В першому розділі виконано аналіз літературних даних та показано, що рівень забезпеченості ПАР, які широко застосовуються в багатьох галузях народного господарства, складає лише 50% від загальних потреб; виконано аналіз термодинамічних та кінетичних характеристик процесу окислення SO2 під атмосферним тиском, його існуючого апаратурно-технологічного оформлення, а також факторів, що позитивно впливають на швидкість процесу окислення та численних методів математичного моделювання каталітичних реакторів. 1) встановлено, що при начальній концентрації SO2 в газоповітряному потоці 5% об., тиску 0,6 МПА та температурі 708К може бути досягнутий кінцевий ступінь перетворення SO2 на рівні 99% (крапка А), забезпечуючи в приземному шарі атмосферного повітря вміст SO2 на рівні ГДК, що дозволяє виключити з технологічної схеми стадію санітарного очищення газоповітряного потоку від SO2. Далі було проведено теоретичний аналіз температурних режимів реакторів з фільтруючими шарами каталізатору, процес в яких протікає як в адіабатичному, так й в режимі з внутрішнім теплообміном. Модель може бути реалізована за двох граничних умов: перша гранична умова - початкове значення температури газової суміші , що подається до МТП (точка 3), повинна відповідати температурі хладогенту (в якості якої використовується газоповітряна суміш після першої стадії), тобто , друга гранична умова - значення температури газового потоку , що подається на вхід ПШК (точка 4) повинна дорівнювати температурі суміші двох частин: газової суміші - це частини з температурою , яка виступала в якості хладогенту та температура якої піднялась за рахунок тепла реакції з до , та частини з температурою , що відповідає температурі газової суміші байпасного потоку, а отже . , (19) де - довжина робочої частини теплообмінника, м; ,-температура гарячого та холодного потоків, відповідно, К; , - обєми гарячого та холодного газоповітряних потоків, ; , - теплоємності, що відповідають та , ; - частка потоку, що проходить через теплообмінник; - коефіцієнт теплопередачі через стінку теплообмінника, ; , - швидкість потоків в трубному та міжтрубному просторі, м/с; - поверхня теплообміну, м2; , - площа поперекового перетину потоку в трубному та міжтрубному просторі відповідно, м2; поч, кін, см - індекси, що визначають температури потоків на вході до теплообмінника, на виході з нього і їх суміші.В роботі наведено перспективне рішення науково-практичної задачі, що виражається в розробці обґрунтованих технічних рішень створення дифузійно-контрольованого процесу окислення низькоконцентрованого SO2 під тиском в автотермічному реакторі. Проаналізовано сучасний стан апаратурно-технологічного оформлення контактного вузла виробництва ПАР та встановлено, що від ступеню перетворення SO2 залежить якість готового продукту та екологічна безпека виробництва вцілому. Зроблено висновок про можливість підвищення ефективності роботи контактного вузлу за умови проведення процесу окис

Основний зміст