Задача 1
Охарактеризовать метод кипящего слоя и принципы теплообмена, циркуляции и противотока.
Решение
Метод кипящего слоя. Измельчённое твёрдое сырьё (колчедан) продувают снизу воздухом под таким давлением, что частицы зависают в потоке и «кипят». Каждая частица со всех сторон омывается газом, поверхность соприкосновения огромная — обжиг идёт быстро и полно.
Принцип теплообмена. Теплоту горячих продуктов реакции передают холодным исходным веществам через стенки трубок теплообменника. Исходные газы нагреваются до нужной температуры «бесплатно», а продукты охлаждаются. Применяется в контактном аппарате (серная кислота) и в колонне синтеза аммиака.
Принцип циркуляции. Непрореагировавшие исходные вещества отделяют от продукта и снова возвращают в реактор. Так сырьё используется почти полностью, хотя за один проход реагирует лишь его часть: \(\mathrm{SO_2}\) и \(\mathrm{O_2}\) в производстве серной кислоты, \(\mathrm{N_2}\) и \(\mathrm{H_2}\) в синтезе аммиака.
Принцип противотока. Реагенты движутся навстречу друг другу: колчедан сыплется сверху, воздух подаётся снизу; в поглотительной башне кислота стекает вниз по керамическим кольцам, а газ с \(\mathrm{SO_3}\) поднимается вверх. Встречное движение увеличивает время и площадь контакта.
Ответ
Все четыре приёма ускоряют процесс, экономят энергию или сырьё — в этом смысл химической технологии.
Подробнее — в теме «Получение важнейших соединений неметаллов».