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谁有变换工段的资料? co变换工艺的基本原理 一、变换反应的化学平衡 变换反应的化学方程式如下: 这是一个可逆、放热、等体积的化学反应,从化学反应平衡角度来讲,提高压力对化学平衡没影响,但有利于提高反应速度。降低反应温度和增加反应物中水蒸气量均有利于反应向生成co2和h2的方向进行。 但是,co和h2o共存的系统是含有c、h、o三个元素的系统,从热力学角度来讲,不但可以发生上述的变换反应,还可能发生其他副反应。 如: co+3h2 ch4+ h2o co+h2 c+ h2o 2co c+ co2 由于所选用的催化剂对co变换反应具有良好的选择性,因而在计算反应的平衡时不必考虑。变换反应的化学平衡常数kp可以表示为各组分、浓度、体积或摩尔数的关系式。 nco2、nco、nh2o、nh2—分别为变换气中各组分的摩尔数; [co2]、[h2]、[co]、[h2o] —分别为变换气中各组分的体积或摩尔浓度; vco2、vco、vh2o、vh2—分别为变换气中各组分的体积; pco2、pco、ph2o、ph2—分别为co2、co、h2o、h2各组分的分压。 平衡常数kp表示反应达到平衡时,生成物与反应物之间的数量关系,因此,它是化学反应进行完全程度的衡量标志。从上式可以看出,kp值愈大,即nco2与nh2的乘积愈大,说明原料气中一氧化碳转化愈完全,达到平衡进变换气中残余一氧化碳量愈少。 由于变换反应是放热反应,降低温度有利于平衡向右移动,因此平衡常数随温度的降低而增大。平衡常数与温度的关系式很多,通常采用下列简化式: lgkp=1914/t—1.782 式中:t—温度,k 不同温度下一氧化碳变换反应的平衡常数值如下 温度℃ 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 kp 86.51 39.22 20.34 11.70 7.31 4.878 3.434 2.527 1.923 1.519 1.228 1.015 若已知温度,就能求出kp值,从而就可以计算出不同温度、压力和气体成分下的平衡组成。 二、co变换反应方程式分析 (1) 1、是放热反应 降低温度有利于反应向正方向进行,但太低的温度又不利于催化剂活性的发挥和反应速度的提高,因此必须选择合适的温度来保证反应的正常进行。 刘易斯-兰德乐反应热公式为: δh=9570+1.81t-4.45×10-3t2+13.6×10-6t3 δh—反应热,cal/mol; t—绝对温度,k。 表 1 变换反应的反应热 温度 ℃ 25 200 250 300 350 400 500 550 k 298 473 523 573 623 673 773 823 反应热q cal/mol 9389 9570 9474 9375 9263 9153 8909 8190 从表1中可以看出,反应热随温度升高而降低,也就是反应温度越高,反应放出的热越少,因此,很好地控制反应温度,利用反应热来维持反应系统平衡具有很重要的意义。在工业生产中,一旦升温硫化结束,转入正常生产后,即可利用其反应热维持生产过程的连续进行。 2、是可逆反应 一氧化碳与水蒸气的变换反应在开始时,由于一氧化碳及水蒸气浓度大,正反应速度最大,随着反应的进行,一氧化碳及水蒸气浓度逐渐减少,正反应速度也逐渐减少,同时在生成二氧化碳和氢的一瞬间,逆反应也就开始了,起始逆反应速度很慢,随着反应的进行,生成物的co和h2浓度逐渐增加。经过一段时间后,正反应速度和逆反应速度相等,反应处于平衡状态,这时称之为化学平衡。在一定反应条件下,达到平衡状态的反应混合物浓度是不变的。如果反应达到平衡状态以后反应条件有了改变,反应混合物的组成也就随着改变,而达到新的平衡,这叫做化学平衡移动。 因此在工业生产中,我们要尽可能地创造条件使反应向着有利于生成h2和co2的方向进行。 3、是在使用催化剂的情况下进行的反应 反应温度应维持在所用催化剂的活性温度范围以内,以利于有效地使用催化剂,确保生产中工艺指标的严格执行。 4、是体积不变的反应,从理论上讲,改变压力对反应的平衡没有影响,但提高压力,可加快反应速度,使设备体积减小,提高生产能力。因此工业上多采用加压变换。 5、反应的程度通过变换率来表示 定义为已变换的一氧化碳量与变换前的一氧化碳量的百分比率,若反应前气体中有a摩尔一氧化碳,变换后气体中剩下b摩尔一氧化碳,则变换率为: 实际生产中,变换气中除含有一氧化碳外,尚有氢、二氧化碳、氮等组分,其变换率可根据反应前后的气体成分进行计算。由变换反应式(1)可知,每变换掉一体积的一氧化碳,就生成一体积的二氧化碳和一体积的氢,因此,变换气的体积(干基)等于变换前气体的体积加上被变换掉的一氧化碳的体积。设变换前原料气的体积(干基)为1,并分别以vco,vco′表示变换前后气体中一氧化碳的体积百分数(干基)则变换气的体积为(1+ vco×e),变换气中的一氧化碳的含量为: 经整理,可得 式中:e—变换率 vco—煤气中co体积百分数 vco′—变换气中co的体积百分数 三、co变换反应机理 1、反应机理 一氧化碳和水蒸汽的反应如果单纯在气相中进行,即使温度在1000℃,水蒸汽用量很大,反应速率仍然是极其缓慢的。这是因为在进行变换反应时,首先要使蒸汽中的氧与氢联接的键断开,然后氧原子重新排到co分子中去而变成co2,两个h原子相互结合为h2分子。水分子中o与h的结合能力很大,要使h-o-h的两个键断开,必须有相当大的能量,因而变换反应进行是比较困难的。当有催化剂存在时,反应则按下述两步进行: [k]+h2o(汽)→[k]o+h2 [k]o+co→[k]+co2 式中:[k]—表示催化剂 [k]o—表示中间化合物 即水分子首先被催化剂的活性表面所吸附,并分解为氢与吸附态的氧原子。氢进入气相中,氧在催化剂表面形成氧原子吸附层。当co撞击到氧原子吸附层时,即被氧化成co2,随后离开催化剂表面进入气相。然后催化剂表面又吸附水分子,反应继续下去。反应按这种方式进行时,所需能量小,所以变换反应在有催化剂存在时,速度就可以大大加快。 在反应过程中,催化剂能够改变反应进行的途径,降低反应所需的能量,缩短达到平衡的时间,加快反应速度,但它不能改变反应的化学平衡。反应前后催化剂的数量和化学性质不变。 2、扩散过程的影响 一般对于变换反应来说,内扩散的影响不容忽视,内表面利用率不仅与催化剂的尺寸、结构及反应活性有关,而且与操作温度及压力等因素有关。对于同一尺寸的催化剂,在相同压力下由于温度的升高,co扩散速度增大,但催化剂内表面反应的速度常数增加更快,结果使内表面利用率降低。在相同温度和压力下,小颗粒的催化剂具有较高的内表面利用率,这是因为催化剂尺寸越小,毛细孔的长度越短,内扩散阻力减少,故内表面利用率就越高。对同一尺寸的催化剂,在相同温度下,压力提高,反应速度就增大,co有效扩散系数又显著变小,故内表面利用率随压力增加而迅速下降。查看更多
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简介
职业:浙江中欣氟材股份有限公司 - 销售
学校:云南民族大学 - 化学与生物技术学院
地区:江苏省
个人简介:手握冰淇淋,吃着棒棒糖,哼着小曲调,坐着摩天轮查看更多
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