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1、关于硫酸生产的氧化工艺第1页，讲稿共16张，创作于星期二124 124 二氧化硫的催化氧化过程二氧化硫的催化氧化过程124124、1 1基本原理基本原理1.二氧化硫(SO2)又称亚硫酸酐又称亚硫酸酐,硫的最重要氧化物，硫的最重要氧化物，硫酸原料气的主要成分。无色、有刺激性臭味、有硫酸原料气的主要成分。无色、有刺激性臭味、有毒的气体，不可燃，易液化。其水溶液称为亚硫酸。毒的气体，不可燃，易液化。其水溶液称为亚硫酸。二氧化硫能被空气中的氧氧化为三氧化硫，此反应二氧化硫能被空气中的氧氧化为三氧化硫，此反应是接触法生产硫酸的基础。是接触法生产硫酸的基础。2.2.平衡常数与平衡转化率平衡常数与平衡转化率
2、 SOSO2 2 +0.5O+0.5O2 2 SOSO3 3 +H+H（1215）根据定义根据定义,这一反应的定压平衡常数这一反应的定压平衡常数KpKp为：为：第2页，讲稿共16张，创作于星期二P P为平衡时的分压，下标表示各种组分。在为平衡时的分压，下标表示各种组分。在400700400700的的范围内，平衡常数与温度的关系可根据下式计算：范围内，平衡常数与温度的关系可根据下式计算：（1216）由于入转气体中由于入转气体中SO3SO3和和SO2SO2的含量与其分压成正比，所以的含量与其分压成正比，所以平衡转化率（平衡转化率（XpXp）可以用）可以用SO3SO3和和SO2SO2的分压表示：的分
3、压表示：(12-)将式（将式（12-1612-16）及式（）及式（12-12-）进行推导，可得出平衡转）进行推导，可得出平衡转化率的计算式如下：化率的计算式如下：第3页，讲稿共16张，创作于星期二（12-17）式中式中 ：温度为：温度为T(K)T(K)时的平衡转化率；时的平衡转化率；：平衡常数；：平衡常数；：气体混合物中：气体混合物中SO2SO2的起始浓度（体积分数）的起始浓度（体积分数），；，；：气体混合物中：气体混合物中O2O2的起始浓度（体积分数）的起始浓度（体积分数），；，；：气体混合物的总压力，：气体混合物的总压力，atmatm第4页，讲稿共16张，创作于星期二12_4.2 12_4
4、.2 反应速率反应速率1 1、生产上对催化剂有什么要求要求？有哪些常用的催、生产上对催化剂有什么要求要求？有哪些常用的催 化剂？化剂？2 2、SO2SO2和和O2O2在钒催化剂上的反应历程是什么？在钒催化剂上的反应历程是什么？3 3、催化反应速率式、催化反应速率式 为反应速率；为反应速率；分别为正、逆反应速率；分别为正、逆反应速率；为实验常数，其值取决于催化剂的性质。为实验常数，其值取决于催化剂的性质。（1221）第5页，讲稿共16张，创作于星期二对于目前使用的钒催化剂来说对于目前使用的钒催化剂来说 值约等于值约等于0.80.8此式氧的分压指数为此式氧的分压指数为1 1，二氧化硫的为，二氧化硫
5、的为0.80.8，证明了提高，证明了提高样的浓度对加快反应速率有较大的作用。样的浓度对加快反应速率有较大的作用。（1222）为了便于计算，根据实验数据建立了下列反应速率式：为了便于计算，根据实验数据建立了下列反应速率式：为平衡时的为平衡时的SO2SO2的浓度的浓度（1223）第6页，讲稿共16张，创作于星期二124.3 124.3 工艺条件的优化工艺条件的优化对转化系统保持高转化率的措施：对转化系统保持高转化率的措施：正交实验法正交实验法逐段最大温差调节法逐段最大温差调节法旧催化剂的更换和利用方法旧催化剂的更换和利用方法1、反应温度、反应温度在催化剂的性能、数量和入转化气体的组分、凄凉基在催化
6、剂的性能、数量和入转化气体的组分、凄凉基本稳定的条件下，转换器各段进出口的温度差直接反本稳定的条件下，转换器各段进出口的温度差直接反映出该段转化率的高低，因此，只要调节各段进口的映出该段转化率的高低，因此，只要调节各段进口的气体温度，而后观察进出口的气体温度，根据两者的气体温度，而后观察进出口的气体温度，根据两者的温度差就可反映出转化的高低。温度差就可反映出转化的高低。第7页，讲稿共16张，创作于星期二2、催化剂的粒径：、催化剂的粒径：催化反应时在催化剂活性表面上发生的。为了增加催化催化反应时在催化剂活性表面上发生的。为了增加催化剂的活性表面积，所以把催化剂制成有许多微小内孔的颗剂的活性表面积
7、，所以把催化剂制成有许多微小内孔的颗粒粒;由于内表面比外表面大很多倍，化学反应主要是在催化由于内表面比外表面大很多倍，化学反应主要是在催化剂内表面上发生的，因此必须考虑反应气体和产物气体在剂内表面上发生的，因此必须考虑反应气体和产物气体在催化剂内孔中的扩散速率。催化剂粒径越小，内扩散路程催化剂内孔中的扩散速率。催化剂粒径越小，内扩散路程越短扩散速率越大，但小粒径催化剂构成的床层对气流的越短扩散速率越大，但小粒径催化剂构成的床层对气流的阻力较大，因此粒径的优化必须兼顾扩散速率和床层阻力，阻力较大，因此粒径的优化必须兼顾扩散速率和床层阻力，其方法是把扩散速率定位于接近并略大于反应动力学所决其方法是
8、把扩散速率定位于接近并略大于反应动力学所决定的反应速率；定的反应速率；在反应初期优化反应温度较高，化学动力学反应速率较在反应初期优化反应温度较高，化学动力学反应速率较低，所以应该使用粒径较小的催化剂，以免降低实际反应低，所以应该使用粒径较小的催化剂，以免降低实际反应速率：速率：在反应后期优化反应温度较低，化学动力学的反应速率在反应后期优化反应温度较低，化学动力学的反应速率较低，应该使用较大颗粒的催化剂以降低床层阻力。较低，应该使用较大颗粒的催化剂以降低床层阻力。第8页，讲稿共16张，创作于星期二3、最终转化率、最终转化率请看课本例请看课本例121121（P124126P124126）4、反应压
9、力、反应压力二氧化硫催化氧化是体积缩小的反应，所以加压可二氧化硫催化氧化是体积缩小的反应，所以加压可以提高平衡转化率。以提高平衡转化率。5 5、原料气组成、原料气组成按式（按式（12171217）所表述，提高氧的浓度有利于提高）所表述，提高氧的浓度有利于提高二氧化硫的转化率；按式（二氧化硫的转化率；按式（12221222），（），（12231223）所表述，提高氧的浓度也有利于提高反应速率但两所表述，提高氧的浓度也有利于提高反应速率但两者的浓度不能同时提高。者的浓度不能同时提高。两者浓度不能同时提高的原因，首先是由于反应气两者浓度不能同时提高的原因，首先是由于反应气是用空气做原料的，反应气中的
10、氧和二氧化硫中的是用空气做原料的，反应气中的氧和二氧化硫中的氧一级进入矿渣的氧都来自空气而空气的含氧量是氧一级进入矿渣的氧都来自空气而空气的含氧量是固定不变的；其次就是限于催化剂的耐热性能。固定不变的；其次就是限于催化剂的耐热性能。第9页，讲稿共16张，创作于星期二6 6、空间速度、空间速度空间速度简称空间速度简称“空速空速”，是指单位时间内通过单位体，是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体体积（换算到标准状况下）其单位为积催化剂的气体体积（换算到标准状况下）其单位为空间速度的大小决定于催化剂的活性，也决定于所采空间速度的大小决定于催化剂的活性，也决定于所采用的流程是一次通过流程还是循环流程，
11、二氧化硫催用的流程是一次通过流程还是循环流程，二氧化硫催化氧化采用的是一次通过流程，所采用的空间速度不化氧化采用的是一次通过流程，所采用的空间速度不宜太大，通常约为宜太大，通常约为600700h600700h-1-1或或h h-1-1第10页，讲稿共16张，创作于星期二124.4 124.4 反应器反应器1.1.固定反应器固定反应器轴向反应器：又称填充床反应器。轴向反应器：又称填充床反应器。催化剂床层是催化剂床层是铺平在直立的圆筒形反应器内，反铺平在直立的圆筒形反应器内，反应气体由上而应气体由上而下流过催化层。由于气流方向是下流过催化层。由于气流方向是轴向的，所以叫轴向的，所以叫 做轴向反应器
12、。做轴向反应器。优点：结构简单、气流分布均优点：结构简单、气流分布均匀，基本上是平匀，基本上是平 推流反应推动力推流反应推动力较大。较大。缺点是气体要经过很厚的缺点是气体要经过很厚的床层，所以阻力大、床层，所以阻力大、能耗高能耗高第11页，讲稿共16张，创作于星期二径向反应器：是进年发展起来的一径向反应器：是进年发展起来的一类新型的反应器。类新型的反应器。优点（相比较于轴向反应器）：优点（相比较于轴向反应器）：床层截面积大、床层厚床层截面积大、床层厚度和气流线速率减小。阻力小，度和气流线速率减小。阻力小，通过单位面积催化剂的通过单位面积催化剂的气体量降低，催化剂结构不易气体量降低，催化剂结构不
13、易受矿尘。属于多釜串联反应器受矿尘。属于多釜串联反应器类型，实际上返混的影响小，由类型，实际上返混的影响小，由于催化剂筐中的催化剂可在于催化剂筐中的催化剂可在反应器外填装或卸载，所以安反应器外填装或卸载，所以安装、检修或更换催化剂都比较装、检修或更换催化剂都比较方便方便第12页，讲稿共16张，创作于星期二2 2、流化床反应器、流化床反应器流化床反应器一细颗粒催化剂作床层。反应气一较高的速率由流化床反应器一细颗粒催化剂作床层。反应气一较高的速率由下而上经过床层时，就使催化剂处于流化状态。反应气在催化下而上经过床层时，就使催化剂处于流化状态。反应气在催化剂表面发生反应，所产生的反应热能够通过反应器
14、壁上的冷却剂表面发生反应，所产生的反应热能够通过反应器壁上的冷却箱及时引出。因此流化床反应器实际上是一个恒温反应器。由箱及时引出。因此流化床反应器实际上是一个恒温反应器。由于催化剂处于不断翻腾和相互撞击、摩擦的状态，因此所用的于催化剂处于不断翻腾和相互撞击、摩擦的状态，因此所用的催化剂需有较强的耐撞击。耐磨损的性能。催化剂需有较强的耐撞击。耐磨损的性能。流化床反应器的优越性流化床反应器的优越性：使反应物在极短时间内达到优化的反应温度和相应的转化使反应物在极短时间内达到优化的反应温度和相应的转化 率；率；气体不需进过预热就课进行反应；气体不需进过预热就课进行反应；有很大的传热面积和传热系数，能够
15、保持床层温度基本不变；有很大的传热面积和传热系数，能够保持床层温度基本不变；催化剂处于流动状态，操作简易稳定。催化剂处于流动状态，操作简易稳定。第13页，讲稿共16张，创作于星期二第14页，讲稿共16张，创作于星期二5 5、催化氧化与环保、催化氧化与环保 SO SO2 2是目前大气污染物中危害最大的一种，我国年是目前大气污染物中危害最大的一种，我国年排放量达排放量达15201520万万t t，排在世界第三位，造成了环境，排在世界第三位，造成了环境污染和硫资源浪费。污染和硫资源浪费。工业生产硫酸时，二氧化硫作为原料，如果泄露，那将会危工业生产硫酸时，二氧化硫作为原料，如果泄露，那将会危害我们的生活，如果遇到二氧化硫泄露我们该怎么办？害我们的生活，如果遇到二氧化硫泄露我们该怎么办？生活中二氧化硫的来源很广，为了我们美好的家园，环保生活中二氧化硫的来源很广，为了我们美好的家园，环保从点滴做起。减少二氧化硫的排放，我们该从哪些小事做起？从点滴做起。减少二氧化硫的排放，我们该从哪些小事做起？第15页，讲稿共16张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第16页，讲稿共16张，创作于星期二