Выбор реактора для проведения реакции окисления сернистого ангидрида в серный ангидрид - Курсовая работа

Химический реактор - это аппарат, в котором осуществляются химические процессы, состоящие из реакций массо-и теплопереноса. Все аппараты, расположенные до реактора, необходимы для подготовки сырья к химической обработке; аппараты после реактора - для разделения получившихся продуктов. От правильности выбора реактора и его совершенства зависит эффективность всего технологического процесса. Минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование теплоты , подводимой в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур Приходится вырабатывать наиболее рациональные и экономичные решения, обеспечивающие поддержание заданных значений основных параметров процесса: времени реакции, температуры в различных точках реакционной зоны, давления, степени перемешивания реагирующих веществ, изменения концентраций реагентов по высоте (длине) реактора.2SO2 O2 SO3 обратима и степень окисления газа любого состава строго определяется температурой и парциальными давлениями компонентов реакции: Уравнения для расчета теплового эффекта и константы равновесия реакции для интервала температур 400 - 625 и 650 0С имеют следующий вид: Для технических расчетов может быть использовано уравнение: Количество окисленного SO2 характеризуют долей общего содержания диоксида серы (сернистого ангидрида) в газе или в % (к общему первоначальному количеству SO2 в газе). Максимальная степень превращения диоксида серы в триоксид при заданных условиях (температуре, давлении, исходных концентрациях реагирующих компонентов) достигается в условиях равновесия. Для состояния равновесия с учетом уменьшения объема газовой смеси при протекании реакции выражения для парциальных давлений компонентов смеси принимают вид (выражение справедливо при общем давлении 1 атм): где a и b - исходные парциальные давления диоксида серы и кислорода, хр - равновесная степень превращения. Для этого газ приводят в соприкосновение с катализатором, находящимся в стационарном или «кипящем» состоянии. Применение этих катализаторов при концентрации газа 8 - 9% SO2 позволяет снизить температуру на входе в I катализатора до 405 - 410 0С.Центральным аппаратом в любой химико-технологической системе, включающей целый ряд машин и аппаратов, соединенных между собой различными связями, является химический реактор - аппарат, в котором протекает химический процесс. Под математической моделью понимается некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняется наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме. Идеально вытеснение предполагает, что любое количество реагентов и продуктов через реактор перемещается как твердый поршень, и по длине реактора (в пространстве) в соответствии с особенностями реакции и сопровождающих ее физических явлений устанавливается определенное распределение концентраций участников реакции, температуры и других параметров. Материальный баланс - вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому по всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате взаимодействия. Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется, как правило, для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата.Выбор реактораИз графика зависимости X-t (зависимость степени реактора от времени) видно, что она и в реакторе полного смешения, и в реакторе вытеснения имеет возрастающий характер, так как чем дольше время пребывания реакционной смеси в реакторе, тем больше образуется конечного продукта. При постоянной степени превращения х (например, х=0,4) ?RPS< ?RIV, то есть за меньшее время РПС быстрей достигает степени превращения х=0,4 и объем реактора при этом будет меньше, то есть РПС отвечает критерию экономичности в большей степени, чем РИВ. Проведя сравнение реакторов РИВ и РПС по технологическим параметрам, характеризующим реактор (время пребывания, скорость и степень превращения в ходе расчетов), приходим к выводу, что для окисления диоксида серы в триоксид выгоднее применять реактор полного смешения. Скорость - основной параметр, влияющий на время пребывания смеси в реакторе.При сравнении реактора полного смешения и идеального вытеснения пришли к выводу, что по технологическим и экономическим параметрам более целесообразным является применение реактора полного смешения (больше скорость и меньше время пребывания смеси в реакторе, следовательно, меньше объем реактора VP=V0*тпреб). При увеличении начальной температуры степень превращения уменьшается; по уравнению материального баланса Х прямо пропорциональна скорости реакции, которая с увеличением температуры (с увеличением начальной температуры возрастает общая температуры смеси) сначала возрастает до значения Umax (константа скорости реакции растет быстрее уменьшения движущей

Содержание

Введение

1. Краткие сведения о технологическом процессе

2. Математические модели химических реакторов

2.1. Реактор идеального вытеснения

2.2. Реактор полного смешения

3. Программы расчета и результаты

4. Обсуждение результатов

Выводы

Список использованной литературы

Одним из основных элементов любой химико-технологической системы является химический реактор. Химический реактор - это аппарат, в котором осуществляются химические процессы, состоящие из реакций массо- и теплопереноса. Типичные реакторы - промышленные печи, контактные аппараты, реакторы с механическим, пневматическим и струйным перемешиванием, варочные котлы, гидрататоры и др.

Все аппараты, расположенные до реактора, необходимы для подготовки сырья к химической обработке; аппараты после реактора - для разделения получившихся продуктов. От правильности выбора реактора и его совершенства зависит эффективность всего технологического процесса.

Основные требования к промышленным реакторам.

Максимальная производительность и интенсивность работы.

Высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса, обеспечиваемые оптимальным режимом работы реактора: температурой, давлением, концентрацией исходных веществ и продуктов реакции, применением подходящего катализатора.

Минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование теплоты , подводимой в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур

Легкая управляемость и безопасность работы, обеспечиваемые рациональной конструкцией реактора и малыми колебаниями параметров технологического режима.

Низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его, достигаемые простотой конструкции и применением дешевых конструкционных материалов: черных металлов, силикатных изделий, наиболее дешевых пластмасс.

Устойчивость работы реактора при значительных изменениях основных параметров режима.

Обычно не удается реализовать процесс в реакторе таким образом, чтобы были удовлетворены одновременно все предъявляемые к нему требования в виду их противоречивости. Приходится вырабатывать наиболее рациональные и экономичные решения, обеспечивающие поддержание заданных значений основных параметров процесса: времени реакции, температуры в различных точках реакционной зоны, давления, степени перемешивания реагирующих веществ, изменения концентраций реагентов по высоте (длине) реактора.

При исследовании работы реакторов составляется математическое описание, под которым понимается система уравнений, позволяющих определить изменение в нем концентраций, температуры, давления и других параметров.

Химические реакторы отличаются друг от друга по конструктивным особенностям, размеру, внешнему виду. Наиболее значимы следующие признаки классификации химических реакторов и режимов работы: режим движения реакционной смеси, условия теплообмена в реакторе, фазовый состав, способ организации процесса, характер изменения параметров процесса во времени, конструктивные характеристики.

Так в зависимости от режима движения реакционной смеси существуют реакторы смешения и вытеснения. Реакторы смешения - емкостные аппараты с механическим перемешивающим устройством (мешалкой) или циркуляционным насосом. Реакторы вытеснения - трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. По применяемому давлению различают вакуумные реакторы и реакторы, работающие под атмосферным и высоким давлением.

В зависимости от температурного режима выделяют реакторы адиабатические, изотермические и политермические. При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор называется адиабатическим. Вся теплота, выделившаяся или поглотившаяся в нем, идет на обогрев или охлаждение реакционной смеси. Существуют изотермические реакторы, в которых обеспечивается постоянство температуры за счет теплообмена с окружающей средой.

В политермическом режиме часть тепловой энергии химической реакции идет на изменение теплосодержания системы, а часть - на теплообмен с окружающей средой.

При проектировании реактора необходимы сведения о кинетике химической реакции и производительности реактора. Разрабатывая схему реактора, нужно решить, будет ли реактор работать непрерывно или периодически, определить модель реактора и указать способы подвода или отвода теплоты.