Механизм и кинетика окисления серы[3].
Катализаторы окисления диоксида серы в триоксид имеют различный состав. Так, в СВД установлено присутствие трех соединений: 3K2S2O7*V2O5, 2K2S2O7*V2O5 и K2S2O7*V2O5, разлагающихся при температурах соответственно 315 – 330, 365 – 380 и 405 – 400 0С. Активный компонент ванадиевых катализаторов в температурной области их применения находится в расплавленном состоянии, возникает специфическая особенность в механизме их действия. Катализаторы работают как абсорбционные и процесс окисления протекает внутри слоя активного компонента. В области высоких значений поверхности реакция протекает во всем объеме расплава вследствие его малой величины, со снижением поверхности катализатора толщина пленки расплава увеличивается и скорость реакции лимитируется диффузией газообразных компонентов в объеме расплава.
Схема процесса может быть сформулирована следующим образом:
 |
1) 2V5+ + O2- + SO2 2V4+ + SO3
2) 2V4+ + 1/2O2 2V5+ + O2- А
В первой стадии достигается равновесие, вторая стадия является медленной и определяет скорость процесса.
В области температур выше 4200С скорость каталитической реакции много больше скорости восстановления катализатора. В связи с этим вероятен механизм, в котором процесс протекает по пути, не связанному с изменением валентного состояния ванадия. Схема такого процесса:
1) V2O5*nSO3 + SO2 V2O5*(n - 1)SO3*SO2 + SO3
2) V2O5*(n - 1)SO3*O2 V2O4*nSO3 Б
3) V2O5*(n - 1)SO3*SO2 + O2 + SO2 V2O5*nSO3 + SO3
В случае Б скорость каталитической реакции пропорциональна доле активного компонента в окисленной форме. По этому механизму реакция протекает в присутствии триоксида серы в газовой фазе.
Скорости окисления ванадия (IV) кислородом и каталитической реакции в присутствии SO3 близки и при малых степенях превращения процесс протекает по окислительно-восстановительному механизму, который может быть представлен схемой:
1) V2O4*nSO3 V2O4*(n - 2)SO3 + 2SO2
2) V2O4*(n - 2)O3 + 1/2O2 V2O5*(n - 2)SO3 В
3) V2O5*(n - 2)SO3 + SO2 + SO3 V2O4*nSO3
Скорость реакции определяет стадия (2).
Таким образом, кинетические закономерности достаточно сложны.
На скорость реакции влияет также внутренняя диффузия. В реальных условиях контактного процесса влияние внешнедиффузионных факторов составляет менее 3%. Диффузионное сопротивление уменьшается с ростом массовой скорости газового потока при высоких парциальных давлениях реагентов, при малых значениях скоростей реакции и размера зерна катализатора.
Смотрите также
Технология неконцентрированной азотной кислоты
Азотная
кислота по объему производства занимает среди других кислот второе место после
серной кислоты. Все возрастающий объем производства HNO3
объясняется огромным значением азотной кислот ...
Поиск новых фторидофосфатов лития и переходных металлов
Для современной техники очень
важны энергоемкие и портативные аккумуляторы. Используемые в них электродные
материалы обладают рядом недостатков и поэтому актуален поиск новых материалов.
В ...
Синтез и анализ ХТС в производстве ацетона
Задание
Какое количество гидроперекиси
изопропилбензола необходимо, если известно, что в процессе разложения
получается 6 т. толуола, степень разложения 80 %
...