Каталитические методы очистки очистки газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые из газа соединения. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности твёрдых тел - катализаторов. Катализаторы должны обладать определёнными свойствами: активностью, пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, низким гидравлическим сопротивлением, иметь небольшую стоимость.
Особенность процессов каталитической очистки газов заключается в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Основным достоинством метода является то, что он даёт высокую степень очистки, а недостатком - образование новых веществ, которые надо удалять из газа адсорбцией или абсорбцией.
Различают три основные области протекания каталитических процессов: кинетическую, внешнедиффузионную и внутридиффузионную. В зависимости от стадии, лимитирующей общую скорость процесса, используются различные уравнения кинетики процесса.
Во внешнедиффузионной области скорость реакции определяется скоростью переноса компонента к поверхности зёрен катализатора:
где Fч
- внешняя поверхность частицы катализатора; bг
- коэффициент массоотдачи; Са
, Сар
- концентрации компонента А в газовом потоке и его равновесная на поверхности частицы катализатора соответственно.
В области химической кинетики скорость необратимой (обратимой) реакции первого порядка определяется по уравнениям:
Для необратимой реакции n-го порядка уравнение имеет вид:
Для внутри диффузионной области и реакции первого порядка суммарную скорость каталитического процесса находят, комбинируя уравнение массопередачи с уравнением диффузии и реакции внутри частицы:
Для частиц катализатора цилиндрической формы получают:
где Vч
- объём частиц катализатора; k - константа скорости реакции, отнесённая к 1 м3
катализатора; Э=Саср
/Саг
, Саср
- средняя концентрация компонента А внутри поры; Саг
- максимально возможная концентрация компонента А у поверхности катализатора; Са0 - начальная концентрация компонента.
Каталитические реакторы могут быть с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора. Они работают по принципу идеального вытеснения или идеального смешения. Для определения размеров реакторов производят кинетические расчёты, а также расчёт материальных и тепловых балансов.
При очистке газов реакции протекают главным образом в диффузионных областях. Длянахождения размеров реактора определяют число единиц переноса и высоту, эквивалентную единице переноса (ВЕП):
Рис. 5.20. Схемы каталитических реакторов:
а - с неподвижным слоем катализатора; б - то же, и охлаждением; в - многослойный с охлаждением;
г - с псевдоожоженным слоем; д - то же, и охлаждением; е - многоступенчатый с псевдоожиженным слоем; ж - с движущимся слоем; 1 - неподвижный слой; 2 - холодильник; 3 - взвешенный слой;
4 - регенератор; 5 - движущийся слой; 6 - элеватор.
Число единиц переноса рассчитывают по уравнению:
где Нр
- высота реактора; Gг
- массовая скорость газа, кг/(м2.
ч); Мср
- средняя молекулярная масса компонентов газового потока; а - удельная поверхность катализатора, м2
/м3
; Рср
- среднее логарифмическое парциальное давление компонента А в плёнке газа около поверхности катализатора; Ра
- парциальное давление компонента А, Па; Раi
- парциальное давление компонента на поверхности катализатора, Па; уа
- изменение числа молей компонента А в результате реакции (на 1 моль исходного вещества А); Ncp
=Pcp
/P - среднее логарифмическое значение концентрации реагента А в плёнке газа; Na
и Nai
- мольная доля компонента А в газе и на поверхности катализатора соответственно.
Для определения числа единиц переноса графическим интегрированием откладывают на оси ординат значения Ра
, а на оси абсцисс Рср
/[(P+Pa
*ya
)*(Pa
-Pai
)].
Значение ВЕП и N0 можно определить по формулам. Гидравлическое сопротивление реактора рассчитывают по разным формулам в зависимости от его конструкции.
Для реактора с неподвижным слоем катализатора
Для реактора со взвешенным слоем частиц скорость начала взвешивания находят по формуле:
Гидравлическое сопротивление взвешенного слоя рассчитывается по формуле:
Для отвода (подвода) тепла из реакторов с неподвижным слоем используют теплообменники, расположенные вне слоёв катализатора, а в реакторах со взвешенным слоем - теплообменники, расположенные внутри слоёв катализатора. Поверхность теплообмена рассчитывают по уравнению теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи от взвешенного слоя к поверхности теплообмена при оптимальной скорости газа рассчитывают по формуле:
Каталитическое окисление используют для удаления диоксида серы издымовых газов, а каталитическое восстановление для обезвреживания газов от оксидов азота. Окисление проводят на ванадиевом катализаторе при 450-480 С. После окисления газы направляют на абсорбцию.
Каталитическое восстановление оксидов азота производят до элементного азота в присутствии газа-восстановителя. В качестве восстановителей используют метан, коксовый и природный газ, оксид углерода, водород, аммиак. Катализаторами служат платиновые металлы, палладий, рутений, платина, родий либо сплавы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий и др. Степень очистки достигает 96%.
Другие работы по теме:
Лесопатологический мониторинг
"...17. Лесопатологический мониторинг (далее - ЛПМ) - система постоянных наблюдений за состоянием лесного фонда и лесов, не входящих в лесной фонд, а также за неблагоприятными факторами, влияющими на это состояние..."
Загрязнение воздуха и методы ее очистки
Количество вредных веществ, выделяемых в атмосферу. Подразделение атмосферы на слои в соответствии с температурой. Основные загрязнители атмосферы. Кислотные дожди, влияние на растения. Уровни фотохимического загрязнения воздуха. Запыленность атмосферы.
Методы очистки отходящих газов
ведение Научно-техническая революция и бурный рост промышленного производства в ХХ веке способствовали не только росту благосостояния человека, но и отрицательно сказались на состоянии окружающей среды в ряде регионов нашей планеты, в том числе и на Урале. Ухудшение состояния окружающей природной среды обусловлено, в основном, образом жизни современного человека.
Каталитические методы газоочистки
Общая характеристика каталитических методов очистки. Каталитическая очистка газовых выбросов от оксидов азота и углерода. Существующие катализаторы и процессы нейтрализации оксидов азота и углерода. Перспективы каталитической очистки газовых выбросов.
Как устроены МСЗ
Устройство сжигателя мусора. Типичная схема современного мусоросжигательного завода с рекуперацией энергии и очисткой отходящих газов.
Кинетические методы анализа
ПЛАН: Теоретические основы кинетического метода анализа. Каталитические методы анализа. Основные методы обработки кинетических данных. Основные приемы кинетических методов анализа
Химические методы очистки отходящих газов
Процесс устранения нежелательных компонентов в газах с использованием химических методов. Каталитические и адсорбционные методы очистки. Окисление токсичных органических соединений и оксида углерода. Термические методы обезвреживания газовых выбросов.
Ферментоподобные полимеры
Гидролиз сложных эфиров в присутствии имидазола. Полимерные катализаторы реакции гидролиза п-нитрофенилацетата. Общие направления имитации энзимов синтетическими полимерами. Каталитические свойства полимеров. Синтез полимеров. Экспериментальные данные.
Гетерогенные реакции.
При гетерогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах, чаще всего катализатором является твёрдое тело, а реагирующие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии и реакция протекает на поверхности раздела двух фаз, то есть на поверхности катализатора. Поэтому гетерогенные каталитические процессы часто называют контактными, а твёрдые катализаторы – контактными веществами.
Элементарные стадии с участием координационных и металлоорганических соединений в растворах и
на поверхности металлов и оксидов Элементарные стадии органических реакций, катализируемых кислотами, основаниями, нуклеофильными катализаторами, комплексами металлов, твердыми металлами и их соединениями в газофазных или жидкофазных гетерогенных и гомогенных процессах, – это реакции образования и превращения различных органических и металлоорганических интермедиатов, а также комплексов металлов.
Эволюционная химия
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ХИМИЯ Эволюционная химия зародилась в 1950 - 1960 гг. Под эволюционными проблемами следует понимать проблемы самопроизвольного синтеза новых химических соединений (без участия человека). Эти соединения являются более сложными и более высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами.
Физико-химия конкретных промышленных каталитческих процессов
Окислительный аммонолиз пропилена и окислительное хлорирование этилена. Основные особенности процессов окисления в псевдоожиженном слое катализатора. "Воздушный" и "кислородный" процессы. Рециркуляционные технологии. Кинетика и механизм реакций.
Основные параметры технологических процессов
Процессы окисления этилена. Режимы, продукты, принципиальные типы и конструкции реакторов. Производство карбоновых кислот. Способы получения капролактама из первичного сырья (нефти, газа, угля). Процессы дегидрохлорирования в хлорорганическом синтезе.
Программа дисциплины "Энзимология"
Требования к теоретическим знаниям и практическим умениям студента-выпускника кафедры биохимии высшего учебного заведения. Цели и задачи дисциплины "Энзимология", ее место в профессиональной подготовке специалистов. Содержание лекций и их проведение.
Методы психологии труда
Метод наблюдения. Метод опроса. Лабораторный эксперимент. Методы построения простых и сложных теоретических объектов. Преобразующие или конструктивные методы психологии труда.
по спецкурсу физика поверхности. Каталитические реакции на поверхности
Катализ (от греч katalisis – разрушение) – изменение скорости химической реакции в присутствии веществ (катализаторов), вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав
Методология истории
План Введение 1 Методы исторического исследования Список литературы Введение Методология исторической науки (истории) — специальная историческая дисциплина, которая определяет предмет и объект исторической науки, цель научного исторического познания, изучает научный и социальный статус исторической науки, её дисциплинарное строение, разрабатывает теорию исторического познания (включая общефилософские, гносеологические и эпистомологические основы, принципы, уровни, виды и методы исторического познания).
Новый вид минерального сырья – «Карбосил»
Сотрудниками научно-производственной фирмы «Геос» исследована кора выветривания на мергельно-меловых породах сантонского яруса. В ходе изучения минерального вещества были определены его полезные свойства.
Живая система
Живая система в условиях Земли - это открытая система состоящая из органических в-в и их компонентов, основными из которых являются белки и нукл. кислоты, обладающая единым метоболизмом, который обеспечивает её саморегуляцию и самовоспроизведение.
РНК-мир: у истоков жизни
Происхождение жизни остается одной из самых интригующих тайн. В «домолекулярный» период развития биологии научные концепции возникновения живых организмов представляли собой в значительной мере непротиворечивые гипотезы.
Безопасность жизнедеятельности в разных сферах
Источники света и осветительные приборы. Способы защиты атмосферного воздуха. Поражающие факторы ядерного оружия и зоны разрушения. Принципы оказания первой помощи при кровотечении. Пути решения проблем эффективности природоохранных мероприятий.