Аппаратурное оформление реакций окисления аммиака (3.3)и (3.4)

Реакции (3.3)и (3.4) являются параллельными.

Рис. 3.2 Схема контактного аппарата для окисления аммиака.

1- элементы корпуса реактора;

2- катализатор;

3- тепловой аккумулятор

А- вход исходных реагентов (механически очищенная от примесей газовая смесь аммиака и воздуха).

В- выход реакционной смеси.

Режимные параметры окисления:

Р=0.76 МПа, Т≈850⁰С, d=2200мм, катализатор Pt,Rd (в виде сеток)

Рис. 3.3 К схеме набора платиновых сеток.

z- расстояние между сетками (характеристика ячейки). Количество до 12.

d=2200 мм

Принцип действия:

Очищенная газовая смесь, содержащая аммиак и воздух подается в реакционную зону (организована набором сеток), проходит далее через тепловой аккумулятор 2, слой керамических колец и поступает в котел- утилизатор.

Реакции (3.3)и (3.4) в общем виде записываются:

aA+bB → rR+sS (3.5)

aA+bB→ рР+sS (3.6)

Реакции (3.5)и (3.6), так же являются параллельными.

Для оценки эффективности служит селективность.

Селективность:

- интегральная φ

- дифференциальная φ

характеризует долю исходного реагента, израсходанного на целевую реакцию.

- - интегральная селективность;

0 ≤ φ ≤ 1,

Δn_A→R- количество исходных реагентов,

Δn_A- общее количество прореагированных реагентов

∆n_A’- количество вещества А, которое пошло на образование вещества R по целевой реакции

Рассмотрим составление ССС. За основу применим соотношение (2.4). Составим ССС для реакций (3.5), (3.6):

Для (3.5)

Δn'A- количество вещества А, которое пошло на образование вещества R по целевой реакции

Для (3.6)

Предполагая, что на входе А (рис.3.2) продукты NO,N₂ и H₂O отсутствуют.

(для незамкнутой технической схемы) (3.10)

С учетом (3.10) перепишем (3.8) и (3.9)

(3.11)

- кол-во в-ва А, кот пошло на образование побочного продукта P

(3.12)

Где, - нормирующий множитель

Ψ_AR= а/r

Ψ_AP= a/p

Согласно закону аддитивности

(3.13)

Где ∆n_A'- это количество вещества А, которое пошло на образование R.

∆n_A''- это количество вещества А,, которое пошло на образование побочного продукта Р.

Сложим соответственно левые и правые части уравнений (3.11) и (3.12) с учетом (3.13), имеем:

-для параллельных реакций.

Числитель в уравнение (3.7): рассмотрим выражение (3.11) и вместо

∆n_A→R= ∆n_A', тогда

Пример 3.1: Определить селективность φ_NO для реакции (3.3) и (3.4), если

n_NO,f = 2 кмоль, n_N2,f = 3 кмоль.

Рабочее уравнение (3.16)

При повышении селективности:

Т.е уменьшается скорость побочной реакции.С помощью катализатора увеличена скорость целевой реакции.

Катализатор – это вещества, целенаправленно ускоряющие целевую реакцию через образование промежуточных соединений на поверхности катализатора.

На рис.3.3 кривая 3.2

3. Выход целевого продукта. (Φ)

Φ характеризует степень приближения фактического количества продукта к теоретически возможному.

Установим связь: Φ(x_j,φ)в явном виде, т.е. получим количественное соотношение

Ф_R=n_R,F/n_R^max n_R,0=0 (3.17)

Для этого запишем ССС для реакции (3.5) и (3.6)

Получили (3.8) и (3.9)

Далее сделаем допущения:

1. , т.е. побочными реакциями при теоретическом рассмотрении можно пренебречь

Тогда

2.Все количество исходного реагента полностью израсходовано на целевой продукт

Теоретически max количество вещества

Числитель в уравнении (3.17)

использовано выражение для расчёта селективности формулой (3.15)

Решаем уравнения (3.15) относительное количество вещества R в виде:

Подставляем (3.19) и (3.18) в выражение (3.17)

Лекция 4.

4. Производительность реактора П_R

ПR- мгновенная производительность, определяющая временное пребывание в реакционной смеси в аппарате,

ΔnR- это количество целевого продукта, образующегося в единицу времени,

t - это среднее время пребывания частиц в аппарате,

τ=V/υ (4.2)

V- объем реактора, м³

υ - объемный расход реакционной смеси через реактор,м³/с

Пример 4.1: Определить производительность по NO для реактора (рис 3.2) и условия из примера 3.1 n_NO,f = 2 кмоль, n_NO,0=0, при условии достижения _opt.

К определению _opt.

Для случая лимитирующей стадии диффузии NH₃ к поверхности катализатора используют выражение Эйнштейна:

Z(рис.3.3)=10^-4 м – линейный размер сетки;

- коэффициент диффузии аммиака, при Т=700⁰ =1= 10^-4

Подставим (4.4) ®

Дата добавления: 2014-01-07