Предисловие .................................................... 7 Введение ....................................................... 9 Глава I. Общие закономерности реакции окисления двуокиси серы ........................................ 13 § 1. Строение молекул кислорода, двуокиси серы и трехокиси серы ........................................... 13 Кислород ................................................. 13 Двуокись серы ............................................ 14 Трехокись серы ........................................... 14 § 2. Равновесие реакции окисления двуокиси серы ............... 14 Константы равновесия ..................................... 14 Равновесная степень превращения .......................... 20 § 3. Гомогенное окисление двуокиси серы ....................... 22 Возможность некаталитического окисления в объеме ......... 22 Фотохимическое окисление двуокиси серы ................... 25 Окисление двуокиси серы в разряде ........................ 28 Возможность гомогенного каталитического окисления двуокиси серы ............................................ 29 § 4. Гетерогенное каталитическое окисление двуокиси серы ..................................................... 31 Каталитическая активность различных веществ в отношении окисления двуокиси серы .................................. 31 Механизм контактного окисления двуокиси серы ............. 36 § 5. Кинетика контактных реакций .............................. 47 Кинетика практически необратимых контактных реакций ...... 48 Кинетика обратимых контактных реакций .................... 54 Связь между формой кинетических уравнений и механизмом контактных реакций ....................................... 57 Возможные формы кинетических уравнений реакции окисления двуокиси серы ............................................ 61 § 6. Влияние процессов переноса вещества и тепла на скорость контактных реакций ....................................... 66 Обмен между газовым потоком и внешней поверхностью зерен катализатора ....................................... 67 Перенос вещества внутри зерен катализатора ............... 73 § 7. Влияние величины зерен на активность катализатора и гидравлическое сопротивление слоя катализатора ......... 83 § 8. Методика исследования активности катализаторов ........... 87 Литература .................................................... 90 Глава II. Платиновые катализаторы ............................. 93 § 1. Характеристика промышленных платиновых катализаторов ..... 93 Платинированный асбест ................................... 94 Платинированный сульфат магния ........................... 95 Платинированный силикагель ............................... 96 § 2. Отравление платиновых катализаторов ...................... 97 § 3. Кинетика окисления двуокиси серы на платиновых катализаторах ........................................... 101 § 4. Механизм каталитического окисления двуокиси серы на платине ................................................. 109 Взаимодействие платины с кислородом ..................... 109 Вывод общего кинетического уравнения .................... 112 Расчет количества катализатора .......................... 118 Литература ................................................... 122 Глава III. Катализаторы, содержащие окись железа ............. 124 § 1. Каталитическая активность природных материалов и отходов сернокислотных заводов, содержащих окись железа 124 § 2. Кинетика и механизм окисления двуокиси серы на окиси железа ............................................ 129 Изменение состава катализатора от зависимости от температуры ............................................. 129 Кинетика окисления двуокиси серы на окиси железа ........ 131 Механизм окисления двуокиси серы на окиси железа ........ 134 § 3. Область применения катализаторов, содержащих окись железа ............................................ 137 Литература ................................................... 140 Глава IV. Ванадиевые катализаторы ............................ 141 § 1. Краткий исторический обзор применения ванадиевых катализаторов ........................................... 141 § 2. Свойства ванадиевых катализаторов ....................... 145 Кинетика окисления двуокиси серы на ванадиевых катализаторах ........................................... 145 Влияние температуры на скорость окисления двуокиси серы на ванадиевых катализаторах ............................. 150 Термическая устойчивость ванадиевых катализаторов ....... 153 Температура зажигания ванадиевых катализаторов .......... 158 Устойчивость ванадиевых катализаторов по отношению к контактным ядам ......................................... 167 Сравнительная характеристика ванадиевых и платиновых катализаторов ........................................... 176 Литература ................................................... 181 Глава V. Механизм окисления двуокиси серы на ванадиевых катализаторах ....................................... 183 § 1. Механизм каталитического действия чистой пятиокиси ванадия ................................................. 183 § 2. Механизм каталитического действия промотированных ванадиевых катализаторов ................................ 191 Устойчивость различных соединений ванадия в условиях каталитического окисления двуокиси серы ................. 191 Влияние добавок на каталитическую активность пятиокиси ванадия ................................................. 196 Механизм промотирующего действия соединений щелочных металлов и двуокиси кремния ............................. 200 Литература ................................................... 208 Глава VI. Влияние процессов переноса на окисление двуокиси серы на ванадиевых катализаторах .......... 209 § 1. Использование внутренней поверхности зернистого катализатора ............................................ 211 § 2. Оптимальная пористая структура и оптимальный размер зерен катализатора ............................... 218 § 3. Влияние процессов переноса к внешней поверхности зерен на скорость реакции ............................... 223 Литература ................................................... 231 Глава VII. Оптимальные условия процесса контактного окисления двуокиси серы ........................... 232 § 1. Общая методика определения оптимальных условий осуществления обратимых экзотермических реакций ......... 232 Зависимость скорости реакции от степени превращения и условий равновесия ...................................... 232 Оптимальные температуры ................................. 234 Определение необходимого объема катализатора ............ 240 Расчет количества тепла, которое должно отводиться вдоль слоя катализатора ................................. 244 § 2. Определение оптимальных условий контактирования газовых смесей, получаемых из различного сернистого сырья ................................................... 247 Расчет равновесных степеней превращения ................. 247 Расчет оптимальных температур ........................... 248 Расчет необходимого количества катализатора ............. 257 Расчет оптимальных концентраций двуокиси серы ........... 262 Литература ................................................... 272 Глава VIII. Контактные аппараты для каталитического окисления двуокиси серы .......................... 273 § 1. Контактные аппараты с промежуточным теплообменом ........ 277 Контактирование в две стадии ............................ 277 Контактирование в три и более стадий .................... 282 Методика расчета контактных аппаратов с промежуточным теплообменом ............................................ 287 § 2. Контактные аппараты с внутренним теплообменом и расположением катализатора внутри теплообменных труб .... 294 Расчет теплообмена при одновременно протекающей реакции ................................................. 295 Характеристика работы простых трубчатых аппаратов ....... 299 Способы усовершенствования простых трубчатых аппаратов .. 304 Краткая схема расчета ................................... 313 § 3. Контактные аппараты с внутренним теплообменом в двойных теплообменных трубках и расположением катализатора в межтрубном пространстве .................. 314 Расчет теплообмена в двойных трубках .................... 317 Характеристика работы аппаратов с двойными теплообменными трубками ................................. 320 § 4. Контактные аппараты с регулированием температуры путем добавления холодного газа или воздуха ............. 323 Регулирование температуры путем добавления холодного газа .................................................... 323 Регулирование температуры путем добавления холодного воздуха ................................................. 327 § 5. Контактные аппараты для переработки концентрированных газовых смесей .......................................... 331 Литература ................................................... 336 Заключение ................................................... 338 Приложение: Краткий обзор некоторых патентов и рецептур приготовления ванадиевых катализаторов ........... 341