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:
Возможно вы искали - Реферат: Оптимальная частотно-временная фильтрация
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:
Похожий материал - Реферат: Проблема "Глубокой реальности"
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.
Очень интересно - Реферат: Явление запаздывания потенциала
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:
Вам будет интересно - Реферат: Оптимизация системы сигналов
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:
Похожий материал - Реферат: Экспериментальное исследование нелинейных эффектов в динамической магнитной системе
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: