氢气还原硫酸钠制硫化钠的反应速率及影响因素研究

氢气还原硫酸钠制硫化钠的反应速率及影响因素研究

(浙江工业大学化工学院，杭州)在610～700℃温度范围内研究了两种反应器中氢气还原硫酸钠的反应速率及影响因素。在固定床中，反应速率随温度的升高而增大，并能取得较高的转化率。在670℃以下为催化反应，在700℃以上为非催化反应。氢气浓度、硫酸钠的粒径对反应有一定影响。在流化床反应器中，只要控制好条件，可以避免烧结，并获得较高的反应速率。关键词：固定床，流化床，氢气还原硫酸钠，硫化钠。 目前国内外硫化钠生产基本采用煤粉还原法，即用煤等固体物质作还原剂，将硝酸盐与煤粉按100：22的比例混合，在还原炉中800～1100℃高温下煅烧，再经过一系列浸出、分离、蒸发等工序，即可得到含60%硫化钠的产品。此法的缺点是反应温度高，耗能大，产品受固体还原剂杂质影响生成不溶性硅酸盐等，降低质量。同时由于原料及固体还原剂成分复杂，会生成低熔点盐类，造成​​回转窑挂窑，影响正常生产。 采用气体还原剂(如CO发生剂气等)还原硫酸钠生产硫化钠，可得到不含杂质渣的硫化钠，省去了浸出、渣分离、碱液蒸发等工序，可充分利用资源，优于其他工艺。2、合成氨生产过程中的驰放气大部分未得到充分利用，造成了资源浪费。

因此开发以此还原剂生产高浓度高质量硫化钠的工艺具有很高的经济价值。原理及热力学分析氢气还原硫酸钠生产硫化钠按下列方程式进行。同时，还有副反应2H2O。根据理化数据，对该方程进行热力学计算，得表。1997年10月29日收到初稿，1998年2月9日收到修改稿。联系人及第一作者：19**生，副教授。本论文由浙江省教委科研项目资助。258化学反应工程与工艺1998氢气还原硫酸钠热力学数据方程～750温度范围内，说明反应能自发进行，同时数值很大，说明反应能完全进行。 实验还证明，只要选择适当的工艺条件和催化剂，氢气还原硫酸钠生成硫化钠的反应可以取得较高的转化率。如反应实验装置实验装置如图a2SO长度为300mm。测温热电偶置于反应器外壁，采用补偿法进行校准。实验时，将硫酸钠颗粒放入管式反应器中。为消除外扩散影响，防止颗粒硫酸钠的装填方法见图1。采用如图所示的实验装置时，考虑了以下几点：反应物料分段装填，各段用石棉隔开，防止气体窜流，起到气体重新分配的作用。总装填高度为12cm。为了使分析方法更加可靠，实验过程中通过重量损失计算转化率。反应结束时，再用化学分析法进行验证。

实验开始时，升温到一定温度后，先通入20℃的氮气，再通入氢气，用流量计控制氢气和氮气的流量。反应一定时间后，切断氢气，迅速将失重物连同反应管一起在天平上称量，然后装入管式炉中继续通入氢气，如此反复，直至反应完全。最后对样品进行化学分析，求出a2SO的含量以作验证。化学分析法按公式进行，转化率按公式计算：失重物硫酸钠样品原重64氢气还原硫酸钠制备硫化钠的研究259在610℃下进行反应，保持氢气流量、浓度、压力、催化剂用量、硫酸钠粒径不变，测试反应温度对反应转化率的影响，得到如图的结果。 反应条件为：催化剂氢气流量为浓度大于99。可以看出温度是影响硫酸钠转化率的主要因素，随着温度升高，反应速度加快，曲线斜率增大；在相同温度下，随着反应的进行，曲线斜率减小，反应速度减慢。其主要原因是绘制了产物层扩散阻力，在反应初期基本为一条直线，因此该过程受化学反应控制。-700、-670-640、-610在反应中后期基本为一条直线，说明在反应中后期产物层扩散的影响逐渐明显，呈混合控制。-700、-670-640、-700、-670-640、-610催化剂种类及用量对比了三种催化剂，发现活性最好。实验数据见表。 反应条件为：反应时间为60～时反应催化作用较明显。

无催化剂时转化率仅为。加催化剂时，随着催化剂用量的增加，转化率提高。但反应在700℃进行时催化效果不十分明显，是较为明显的无催化反应。260化学反应工程与工艺1998各种催化剂的比较e反应温度ƒ催化剂用量，硫酸钠转化率6400硫酸钠粒径对反应转化率的影响硫酸钠颗粒的大小对反应转化率有一定的影响。硫酸钠反应后时间与转化率的关系。反应条件为：催化剂为催化剂用量为氢气流量为。可见，粒径对反应转化率有一定的影响，进一步说明反应在一定程度上受内扩散的影响。 氢气浓度对转化率的影响 氢气浓度：- 氢气浓度及流量对反应转化率的影响 氢气浓度对转化率的影响 如图所示，氢气浓度对反应速率影响较大，列出了四种不同氢气流量下硫酸钠的转化率，反应条件为：反应时间40为催化剂，催化剂用量为不同氢气流量下硫酸钠的转化率 氢气流量ƒL60 从实验结果分析，氢气流量在低流量下对转化率有一定影响，在较高流量下影响不大。 氢气还原硫酸钠为硫化钠的研究261 流化床实验装置及结果 流化床实验装置ac