>Курсовой проект
По дисципліни: Техніка й технологія очищення відведених газів
На тему: Очищення газів, джерело якої в каталіз
Зміст
Запровадження
1. Літературний огляд
1.1 Класифікація методів і апаратів для знешкодження газових викидів
1.2Каталитическая очищення газів. Суть методу.
1.3 Каталізатори очищення газів
1.4 Конструкція каталітичних реакторів
2. Технологічна частина
2.1 Технологічна схема і його опис
3. Розрахункова частина
Висновки
Список використаної літератури
Запровадження
Однією з наслідків техногенного впливу довкілля у низці країн час є помітна погіршення стану атмосферного повітря. Найбільш великотоннажні (млн. тонн на рік) глобальні забруднення атмосфери утворюють ЗІ2 (2*104), пил (250), ЗІ (200),SО2 (150), вуглеводні (> 50),NОx (50). Номенклатура забруднень дуже широка і включає, крім названих, сірководень, сірковуглець, аміак,галогени та його похідні, сажу, оксиди металів, різні солі та інші сполуки.
Усі викиди у повітря класифікують по агрегатному стану (газоподібні, рідкі, тверді і змішані), характером організації відводу і місцевого контролю (організовані і неорганізовані), за заданим режимом відводу (безперервні і періодичні), з температурного потенціалу - нагріті (температура викидів перевищує температуру повітря) і холодні, по локалізації (переважно, допоміжному, підсобному виробництві), за ознаками очищення -удаляемие без неї (організовані і неорганізовані) і після неї (організовані). Є також первинні викиди, які у атмосферу безпосередньо від джерел забруднень, і вторинні викиди, які, будучи продуктами перетворень первинних викидів, може бути токсичніші небезпечні.
Під очищенням газового потоку розуміють відділення від цього чи перетворення на нешкідливу форму забруднюючих речовин, що викидаються у повітря разом із газовим потоком.Воздушними масами забруднення можуть переноситися великі відстані й суттєво проводити стан атмосфери і душевному здоров'ї людини. Зокрема, події з інтенсивністю 0,4% на рік накопичення у атмосфері ЗІ2 внаслідок поглинання нимИК-излучения сонця може викликати глобальне підвищення ("парниковий" ефект). Трансформація у атмосферіSО2, NOx та інших аналогічної природи викидів може завершуватися освітою кислотних туманів і випаданням кислотних дощів (снігів), викликають корозію багатьох неорганічних матеріалів (об'єктів), і навіть пригнічення й знищення різних об'єктів флори і фауни. Розташовані в атмосферному повітрі аерозолі (пилу, дими, тумани) затримують падаючу на поверхні Землі сонячну радіацію, сприяючи похолоданню планети.Оседающая ж поверхні льодовиків пил прискорює їх танення внаслідок інтенсивнішої поглинання сонячної енергії. Атмосферні аерозолі унаслідок їх більш-менш тривалоїседиментации зумовлюють забруднення токсичними речовинами поверхневих і підземних вод, і навіть грунту.
Ця обставина зумовлюють жорсткі вимоги, які пред'являються виробничим викидам у повітря та змісту забруднень в атмосферному повітрі. Виконання цих вимог контролюється спеціальними службами підприємств, і навіть відомчих державних органів шляхом, зокрема, встановлення відповідності вимірюваних показниківрегламентируемим величинам ГДК і ПДВ.
Основними шляхами боротьби з пиловими викидами у повітря повинні залишатися вдосконалення технологічних процесів з доведенням до мінімуму шкідливих викидів й створення безвідхідних, замкнутих технологічних циклів. Однак тих, поки що численних, випадках, коли ці завдання неможливо знайти вирішені, необхідно застосовувати найефективніші й економічні кошти очищення повітря і газів від пилу перед викидом в атмосферу.
У курсовому проекті розглянуті методи очищення відведених газів у хімічної промисловості, саме каталітичну очищення газів. Розглянуто каталізатори і каталітичні реактори застосовувані при каталітичної очищення.
У технологічної частини розглянута схема.
У розрахункової частини представлений розрахунок каталітичного реактора.
1. Літературний огляд 1.1 Класифікація методів і апаратів для знешкодження газових викидів
Основними джерелами забруднення атмосферного повітря промислові підприємства, транспорт, теплові електростанції, тваринницькі комплекси.Загрязнения у повітря надходять із джерел безупинно чи періодично, залпами чи миттєво. Що стосується залпових викидів за стислий період часу у повітря виділяється багато шкідливих речовин.Залповие викиди можливі при аваріях, під час спалюваннябистрогорящих відходів виробництва на спеціальних майданчиках знищення. При миттєвих викидах забруднення викидаються за частки секунди іноді на значну висоту. Вони відбуваються при вибухових роботах, і аваріях.
Зотходящими газами у повітря надходять тверді, рідкі,паро - і газоподібні неорганічні і органічні речовини, тому по агрегатному стану забруднення поділяють на тверді, рідкі, газоподібні і змішані.
>Отходящие гази промисловості, містять зважені тверді чи рідкі частки, єдвухфазние системи. Суцільний фазою у системі є гази, а дисперсною - тверді частки чи крапельки рідини. Такі системи називаютьаерозолями, котрі поділяють на пилу, дими, і тумани. Пилу містять тверді частки розміром від 5 до 50мкм, а дими - від 0,1 до 5мкм.Тумани складаються з крапельок рідини розміром 0,3-5мкм й утворяться внаслідок конденсації парів або за розпорошення рідини в газі.
Організований промисловий викид - це викид, що надходить у атмосферу через спеціально зведенігазоходи, повітроводи, труби, а неорганізованим викидом називають промисловий викид, що надходить у атмосферу якненаправленних потоків газу внаслідок порушення герметичності устаткування, відсутності чи невдоволеної роботи устаткування поотсосу газу місцях завантаження, вивантаження і збереження продукту.
Класифікація методів і апаратів представлена на схемою 1.
Для знешкодження аерозолів (>пилей і туманів) використовують сухі, мокрі і електричні методи. З іншого боку, апарати відрізняються одна від одну немов за конструкцією, і за принципом осадження зважених частинок. У основі роботи сухих апаратів лежать гравітаційні, інерційні і відцентрові механізми осадження чи фільтраційні механізми. У мокрихпилеуловителях здійснюється контакт запилених газів з рідиною (осадження відбувається на краплі, на поверхню газових бульбашок чи плівку рідини). Уелектрофильтрах відділення заряджених частинок аерозолю відбувається наосадительних електродах.
Вибір методу і апарата залежить від своїх дисперсного складу.
Для знешкодження відведених газів від газоподібних іпарообразних токсичних речовин застосовують методи: абсорбції (фізичним і хемосорбції), адсорбції, каталітичні, термічні, конденсації ікомпримирования.
>Абсорбционние методи очищення відведених газів поділяють за такими ознаками:
1) поабсорбируемому компоненту;
2) на кшталт застосовуваногоабсорбента;
3) характером процесу - з циркуляцією і циркуляції газу;
4) з використанняабсорбента - з регенерацією (поверненням її в цикл (циклічні) і регенерації (не циклічні);
5) з використання що вловлюються компонентів - зрекуперацией і рекуперації;
6) на кшталтрекуперируемого продукту;
7) з організації процесу - періодичні і безперервні;
8) по конструктивним типамабсорбционной апаратури.
Схема 1. Класифікація методів і апаратів для знешкодження газових викидів.
Для фізичної абсорбції застосовують воду, органічні розчинники, не котрі вступають у реакцію зизвлекаемим газом, і водні розчини цих речовин. При хемосорбції якабсорбента використовують водні розчини солей і лугів, органічних речовин і водні суспензії різних речовин.
Вибір методу очищення залежить від багатьох чинників: концентраціїизвлекаемого компонента в відведених газах, обсягу й температури газу, змісту домішок, наявностіхемосорбентов, можливості використання продуктів рекуперації, необхідної рівня очищення. Вибір виробляє виходячи з результатів техніко-економічних розрахунків.
>Адсорбционние методи очищення газів використовують із видалення їх газоподібних іпарообразних домішок. Методи засновані на поглинанні домішок пористимителами-адсорбентами. Процеси очищення проводять у періодичних чи безперервнихадсорберах. Перевагою методів є високий рівень очищення, а недоліком - неможливість очищення запилених газів.
>Каталитические методи очищення засновані на хімічних перетвореннях токсичних компонентів в нетоксичні лежить на поверхні твердих каталізаторів.Очистке піддаються гази, які містять пилу йкатализаторних отрут. Методи йдуть на очищення газів від оксидів азоту, сірки, вуглецю і зажадав від органічних домішок. Їх проводять у реакторах різної конструкції.
Урекуперационной техніці поряд з іншими методами для уловлювання парів летючих розчинників використовують методи конденсації ікомпримирования.
Метод конденсації - зменшення тиску насиченого пара розчинника при зниженні температури. Суміш парів розчинника з повітрям попередньо охолоджують втеплообменнике, та бувконденсируют.Достоинство: простота апаратурного оформлення; експлуатаціярекуперационной установки. Проте проведення процесу очищенняпаровоздушних сумішей методом конденсації сильно ускладнене, оскільки зміст парів летючих розчинників у тих сумішах зазвичай перевищує нижню межу їхвзриваемости. Недоліки: високі витрати холодильного агента, електроенергії та низький відсоток конденсації парів (вихід) розчинників (70-90%).
Методкомпримирования - те явище, як і метод конденсації, але стосовно парам розчинників, що під надлишковим тиском. Проте методкомпримирования складніший ваппаратурном оформленні, позаяк у схемою уловлювання парів розчинників необхіднийкомпримирующий агрегат. З іншого боку, він зберігає всі недоліки, властиві методу конденсації, і забезпечує можливість уловлювання парів летючих розчинників за її низьких концентраціях.
>Термические методи (методи прямого спалювання) застосовують для знешкодження газів відлегкоокисляемих токсичних, а такождурнопахнущих домішок. Методи засновані на спалюванні горючих домішок в топках печей чифакельних пальниках. Перевагою методу є простота апаратури, універсальність використання. Недоліки: додатковий витрати під час спалюваннянизкоконцентрированних газів, і навіть, необхідність додатковоїабсорбционной чи адсорбційної очищення газів після спалювання.
1.2Каталитическая очищення газів. Суть методу.
>Каталитическая очищення газів полягає вгетерогенном каталіз і є для перетворення домішок або у нешкідливі сполуки, або у сполуки, легкоудаляемие з газової суміші.
Переваги методу:
– високий рівень очищення;
– компактність;
– невеличкаметаллоемкость;
– висока продуктивність;
– легкість автоматичного управління.
Недоліки:
– освіту нових речовин, які найчастіше треба видаляти з газу;
– високу вартість каталізаторів.
Особливість каталітичної очищення газів у тому, що очищаються більше об'ємів відведених газів малим змістом домішки. З іншого боку, в газах можуть утримуватися чимало, а кілька шкідливих компонентів.
Суть каталітичних процесів газоочистки залежить від реалізації хімічних взаємодій, що призводять до конверсії які підлягають знешкодженню домішок до інших продукти у присутності спеціальних каталізаторів. Останні не викликають зміни рівня молекул взаємодіючих речовин і усунення рівноваги простих реакцій. Їх роль зводиться до підвищення швидкості хімічних взаємодій.Каталитические взаємодіїгетерогенном каталіз відбуваються за українсько-словацьким кордоном розділу фаз конвертованій газової суміші і каталізатора. Останній забезпечує взаємодія з його поверхні конвертовані речовин із заснуванням активованих комплексів як проміжних поверхневих сполук каталізатора й реагують речовин, формують потім продукти каталізу, які звільняють (відновлюють) поверхню каталізатора. Схема цього явища для газової реакції >А+ВС у присутності каталізатора До то, можливо представлена так:
>А+В+К До [АВ], До [АВ] → >С+К,
де До [АВ] - активований проміжне з'єднання поверхніканализатора.
очищення газ каталіз викид
Нерідко функції поверхні каталізатора полягають у зародження реакційних ланцюгів, та розвитку потім у обсязі конвертованій газової фази, відбувається подальша конверсія цільового компоненти загетерогенно-гомогенному механізму.
Зміна реакційного шляху хімічного взаємодії присутності каталізатора відповідно до зазначеними механізмами призводить до зниженню його енергії активації, як і виявляється уускоряющем дії каталізатора, як це випливає з рівнянняАррениуса:
де >k - константа швидкості реакції; >k0 - >предекспоненциальний множник: Є - енергія активації; R - газова стала; Т - абсолютна температура.
У деякі типи каталітичних взаємодій зі зниженням енергії активації зменшуєтьсяпредекспоненциальний множник в рівнянніАррениуса.
Тому інтерв'ю, розраховане підставі зниження значення Є збільшення константи швидкості і швидкості каталітичного взаємодії кілька перевищує дійсне.
Що стосується каталітичних взаємодій, за яких відбувається зміни >k>Q протинекатализируемими,ускоряющее дію каталізатора висловлюють його активністю А, яка характеризується ставленням констант швидкостей реакцій, які з участю каталізатора >kДо без нього >k:
>Е=Е-Едо;
де Єдо - енергія активації реакції у присутності каталізатора.
Активність каталізатора зазвичай визначається сукупністю фізико-хімічних властивостей як найбільш каталізатора, і конвертованого газового потоку. У найбільшою мірою вона залежить від температури каталітичного перетворення, структури каталізатора, вмісту у ньому промоторів, тиску, об'ємного витрати, концентрації та молекулярних мас вихідних реагентів і продуктів конверсії у газовій суміші.
Активність різних каталізаторів при заданих умовах конвертування певної газової суміші найбільш просто можна зіставити за рівнем перетворення вихідних регентів. Оцінка активності одного каталізатора в різні умови проведення певного каталітичного перетворення має, наприклад, ставленням кількості які виникають в одиницю часу продуктів GП обсягу V, масі GK, працюючої P.S чи удільної P.SУД поверхні каталізатора:
>А=GП/V; А= GП/GДо; А= GП/P.S; АУД= GП/P.SУД ·V.
>Гетерогенное каталітичне перетворення є багатоступеневим процесом, які мають як основних стадій дифузію вихідних реагентів з ядра газового потоку до гранул (зерен) каталізатора (зовнішня дифузія), проникання цих речовин, у порах каталізатора до активним центрам його поверхні (внутрішня дифузія), активовану адсорбціюпродиффундировавших реагентів поверхнею каталізатора із заснуванням поверхневих хімічних сполук, хімічне взаємодіяадсорбированних речовин із заснуванням продуктів,десорбцию продуктів та його перенесення до зовнішньої поверхні гранул каталізатора (внутрішня дифузії) і далі від цього поверхні в ядро газового потоку (зовнішня дифузія).
>Наблюдаемая швидкість такого комплексного процесу визначається швидкістю найбільш повільної,лимитирующей його стадії за умови практично миттєвого досягнення рівноваги за іншими стадіях. Що стосується зразкового рівності швидкостей кожної стадії процесу свідчать про протікання каталітичного перетворення на змішаної області.
1.3 Каталізатори очищення газів
Каталізатори повинні мати такими властивостями:
– активністю іселективностью доизвлекаемому компоненту;
– пористої структурою;
– стійкістю докатализаторним отрутам;
– механічної міцністю;
– низькою температурою запалювання;
– великим температурним інтервалом роботи;
–термостойкостью;
– низьким гідравлічною опором;
– мати невелику вартість.
Зазвичай каталізатор є сумішшю кількох речовин (контактна маса):каталитически активного речовини, активатора і носія.
>Каталитически активну речовину - основа каталізатора. І воно входять у реакцію обмінного дії. Нині нагромаджено досить великий політичний досвід виборукаталитически активних речовин проведення різних процесів. Яккаталитически активного речовини використовуються чисті метали, оксиди металів, і навіть дуже багато хімічних сполук. Основні матеріали, використовувані яккаталитически активних речовин, застосовуваних при очищенні газів: платинові метали, паладій, рутеній, родій, сплави, містять нікель, хром, мідь, цинк, ванадій.
>Активатори - речовини, що підвищують активність каталізаторів. У цьому самі активатори звичайно маютькаталитическими властивостями, але здатні посилювати діюкаталитически активних речовин.Активатори можуть посилювати діюкаталитически активних речовин, у сотні й тисячі раз. Їх дію остаточно не вивчено, припускають, що вступають у реакцію із каталітично активним речовиною. Як активатора можна використовувати найрізноманітніші речовини, вибір яких здійснюється найчастіше емпіричним шляхом.
Носії - підставу, яким наноситься каталізатор. Нерідко можуть впливати на активність і селективність каталізаторів. Як носіїв найчастіше використовують інертні пористі речовини, які мають розвиненою поверхнею:силикагели,алюмосиликати, цеоліти тощо.
Як контактної маси найчастіше використовують:
1. Активний металевий каталізатор на металевому носії. Наприклад, каталізатор - платина або інший шляхетний метал - разом ізактиваторами завдають на стружку з нікелевого сплаву. Розроблено спеціальні каталізатори для селективних реакцій. Звичайнакаталитическая установка є неглибоку матрицю, хоча до деяких операцій використовуються циліндричні патрони.
2. Активний металевий каталізатор на носії з оксиду металу. Наприклад, тонкий шар металу платинової групи завдають на носій - обпалений-оксид алюмінію або фосфор (свічкового типу). Носій виготовляють як циліндричних гранул, розташованих рядами, усунутими стосовно друг до друга.
Каталізатором може статися-оксид алюмінію з великою удільної поверхнею і платиновим покриттям. До цієї групи належитьпалладиевий каталізатор на носії з оксиду алюмінію.
3. Активний каталізатор - оксид металу на підкладці з оксиду металу. Активні оксиди (наприклад,-А12Про3), які мають високої удільної поверхнею, може бути завдані на носій з оксиду металу (наприклад, на-А12Про3). Така система має такими перевагами: вона може витримати високих температур; до її складу входять дешеві матеріали (проти каталізаторами з благородних металів); ще, може бути виготовлено як стрижнів чи таблеток.
До цієї категорії відносять також каталізатори, повністю які з активного матеріалу, зокрема й носій; такі каталізатори називають іноді ">бесподложечние". До до їх числа відносять суміш оксидів міді марганцю (">Хопкалит"), що забезпечує повне згоряння вуглеводнів при300-400°С, крім метану (30% при400°С).
4. Активний оксид металу на металевому носії. Наприклад,каталитическая система, що є металеву дріт як носія. У процесах очищення газів такі мало використовуються.
Нині розробляються комплексні каталізатори, які мають активністю до кількох реакцій (при знешкодженні кількох шкідливі речовини).
Температура, що зазвичай необхідна спершу каталітичної реакції (температура запалювання), залежить від присутніх в газі речовин та певного типу каталізатора. Для деяких речовин температура запалювання приведено в табл.1.
Таблиця 1 - Температура запалювання каталізаторів при каталітичному окислюванні.
>Загрязняющее речовина вочищаемих газах
Температура каталітичногоокисления,°С
>Альдегиди,антрацени, пари олії, вуглеводні
320-370
Водень, оксид вуглецю, метан, вуглець
650-980
>Оксид вуглецю, вуглеводні
340-450
>Парафини, пари масел
320-370
Водень, метан, оксид вуглецю, формальдегід
340
>Растворители, смоли
260-400
>Фенол
320-430
>Маленовая іфталевая кислоти,нафтахинони, оксид вуглецю, формальдегід
320-340
>Углеводороди
260-650
>Растворители
320
>Углеводороди
320-370
>Растворители, лаки
320-370
Найважливішим вимогою докатализаторам, які у очищенні газів, є стійкість до каталітичним отрутам.
Розглянемо основних каталітичних отрут на каталізатори при очищенні викидів.
>Фосфорорганические сполуки, які в аерозолях, утворених мастилами, при окислюванні дають фосфорну кислоту, що покриває каталізатор тонкимдезактивирующим шаром.
Важкі метали - свинець і миш'як - діють подібно фосфатам, створюючи тонкідезактивирующие плівки.Дезактивация і засмічення каталізатора може викликати присутністю пилу в очищеному газі.
Якщо це пил вогнетривка (оксиди алюмінію, кремнію і заліза), їїдезактивирующее дія може відбуватися бути постійним; а то й сталося агломерація, фільтруючі елементи може бути очищені і активність каталізатора частково відновиться.
Тимчасова втрата активності то, можливо викликана відкладенням дрібної вугільної пилюки і сажі внаслідок неповного згоряння. І тут вугілля випалюють з каталізатора при короткочасному підвищенні температури до350°С.
Вартість каталізатора залежить вартості вихідного сировини й технології його одержання. Часто на приготування каталізаторів використовують дорогоцінні і рідкісні метали: платину, срібло, радій, паладій, рутеній, церій та інші, і навіть кольорові метали: мідь, цинк, хром, нікель кобальт, олово, алюміній, титан, молібден та інші. З метою зниження вартості слід синтезувати, де може бути, каталізатори, які містять дорогоцінних металів чи знижувати їхній вміст. Нерідко такі каталізатори за активністю та інших показниками не поступаютьсякатализаторам, до складу яких входять дорогоцінні метали.
Важливе впливом геть вартість каталізаторів надає технологія їх приготування. Технологія отримання каталізаторів залежить від цього, у вигляді його отримують. Наприклад, як металевих сіток, гофрованої стрічки, керамічних блоків, таблеток, кілець, кульок та інших. Найчастіше контактні маси одержують у вигляді таблеток шляхом спільного осадженнякаталитически активних речовин з наступним додаванням активаторів і наповнювачів.
Виробництво таких каталізаторів входять такі стадії: підготовку сировини, розчинення, осадження, фільтрування, промивання, сушіння, депотріскування,формовку.
1.4 Конструкція каталітичних реакторів
Вимоги до конструкції:
– висока продуктивність;
– забезпечення безперервності процесу при оптимальних технологічних режимах;
– легкість під управлінням;
– можливість автоматизації;
– мале гідравлічне опір;
– доступність завантаження і вивантаження каталізатора;
– наявність устрою для підігріву газових сумішей і рекуперації тепла;
– невеличкаметаллоемкость, доступність монтажу, ремонту й транспортування.
По способу взаємодії газів з каталізатором апарати поділяються на 3 групи:
1.Каталитические реактори зфильтрующим шаром каталізатора. До апаратам зфильтрующим шаром ставляться ємнісні, трубчасті іполочние апарати, принцип дії яких грунтується на фільтрації газу через шар нерухомого каталізатора (мал.1). У цьому принципі заснована робота більшості контактних апаратів.
Причому каталізатор може у вигляді металевих сіток, натягнутих за рухом газу, трубчастих контактних апаратів або у вигляді твердих тіл різної форми, наявних на перфорованих ґратах. Переваги таких апаратів: простота конструкції. До вад слід віднести відсутність теплообміну, що дає змогу провадити у яких ті реакції, супроводжуваних невеликими тепловими ефектами.
Для повноти перебігу процесу у одному апараті може бути встановлене кілька шарів контактної маси.
>Многослойние контактні апарати найчастіше встановлюють, коли є необхідністьочищаемий газ піддавати додаткової обробці (нагріванню, охолодження тощо.). Це дозволяє вести процес за оптимального температурному режимі з кожної полиці.
Мал.1. Схеми контактних апаратів зфильтрующим шаром каталізатора:
а - контактний апарат з каталізатором як сіток; б - трубчастий контактний апарат; в - контактний апарат зперфорированними гратами; р - багатошаровий контактний апарат; буд - контактний апарат з трубкамиФильда; е - контактний апарат з теплообмінником
Залежно від функціонального призначення контактні апарати зфильтрующим шаром каталізатора мають кілька варіантів конструктивного оформлення: реактори каталітичні компанії з рішучим каталізатором, розміщеному в окремому корпусі (тип До); реактори каталітичні, яких у загальному корпусі розміщені контактний вузол і підігрівник (тип ТК); реакторитермокаталитические, яких у загальному корпусі розміщені контактний вузол ірекуператор тепла (типKB); реактори каталітичні, яких у загальному корпусі розміщені підігрівник, контактний вузол ірекуператор тепла (типТКВ). Найперспективнішими є апаратиТКВ, які у у максимальному ступені відповідають екологічним вимогам.
Наприклад,термокаталитический допалювач конструкціїГипрогазочистка (мал.2).
Рис.2. Каталітичний допалювач конструкціїГипрогазочистка:
>1-горелка; 2-шар каталізатора; 3->теплообменник-рекуператор.
Газ, у якому шкідливі домішки, підігрівається очищеними газами втеплообменнике-рекуператоре. Потім змішується зтопочними газами, що утворюються під час спалювання палива на пальниках 1, після чого відбувається знешкодження лежить на поверхні каталізатора 2.
Недоліком апаратів зфильтрующим шаром є можливість засмічення каталізатора твердими частинками. І тут можна використовувати трубчасті реактори з нанесеними на внутрішню поверхню трубок каталізаторами.
Для відводу (підвода) тепла з реакторів з нерухомим шаром використовують теплообмінники, розташовані поза верств каталізатора.
2.Каталитические реактори зі зваженим шаром каталізатора. Недоліком фільтруючого шару служить наявність зон, погано омиваних газом у місцях дотику гранул каталізатора. Для усунення цих недоліків використовують киплячий шар, у якому кожна гранула каталізатора інтенсивно (рис.3), зусебіч зтикається з газом, що інтенсифікує процес очищення.
>Рис.3. Каталітичний реактор з бурхливим шаром каталізатора:
1 -цилиндрическая частина корпусу; 2 - зернистий каталізатор; 3 - верхня частина корпусу; 4 - циклон; 5 -шнековое пристрій; 6 - газорозподільна решітка.
Перевагою таких апаратів є й хороша теплопровідність шару, можливість механізувати і інтенсифікувати процес завантаження і вивантаження каталізатора, виняток можливості локального перегріву чи переохолодження, можливість вільно використовувати дрібний каталізатор (вфильтрующем шарі дрібнозернистий каталізатор немає через підвищеного опору і нерівномірності температурного шару).
До вад зваженого шару слід віднести стирання і віднесенняпилевидного каталізатора з апарату, що потребує установкипилеулавливающего апарату і негайно пред'являє підвищені вимоги до міцності каталізаторів, і навіть неможливість здійсненняпротивотока, що знижує рушійну силу процесу. Перелічені недоліки є визначальними і з них може бути в цілому або частково усунуті.
Для упорядкованого перемішування твердої фази в киплячому шарі іноді вводять механічні мішалки, що сприяєусреднению час перебування частинок в апараті.
Для збільшення рівня очищення газів використовуютьмногополочние апарати з киплячому шаром.
Для відводу (підвода) тепла з реакторів зі зваженим шаром використовують теплообмінники, розташовані всередині верств каталізатора.
3.Каталитические реактори зпилевидним каталізатором. У апаратах зпилевидним каталізатором подрібнений каталізатор розпорошують в робочу зону з допомогою спеціальних сопла (рис.4). Цим досягається повніше використання реакційного обсягу. Реакція відбувається у той час, коли частки каталізатора перебувають у польоті.
Зазвичай процеси каталітичного поновлення і окислення розглядають окремо.
>Рис.4. Каталітичний реактор зпилевидним реактором:
1 - циліндричний корпус; 2 - циклон; 3 - сопло; 4 - бункер; 5 - >ежекторное пристрій
>Каталитическое окислювання використовують із видалення діоксиду сірки з димових газів, очищення викидів від окису вуглецю, органічних речовин, а каталітичне відновлення для знешкодження газів від оксидів азоту.
Після каталітичного окислення гази направляють подальшу переробку, наприклад, абсорбцію, із отриманням готового продукту. Для деяких газів ця стадія не передбачена, оскільки забруднювач перетворюється на нешкідлива з'єднання.
2. Технологічна частина 2.1 Технологічна схема і його опис
Типовою є схема установки каталітичного знешкодження відведених газів у виробництві клейонки, показана на див. мал.5. У газових викидах цих виробництв, надходили з камер сушіння клейонки, присутній пари гасу (100-1000мг/м3), уайт-спіриту (до 200мг/м3) й низки органічних сполук.
>Отходящие з сушильного агрегату гази при80-200°С вентилятором черезбризгоотбойник подають у теплообмінник для попереднього підігріву теплом конвертованих газів до200-220°С, потім у підігрівник, де з їхніми температуру збільшують до250-327°С з допомогою тепла димових газів, одержуваних спалюванням газоподібного палива. Для спалювання використовують кисень, який міститься уочищаемих газах. Спалювання органічних домішок до ЗІ2 і М2Про проводять у реакторі накатализаторе.Конвертированние гази з реактора через теплообмінник вентилятором повертають в сикатив агрегат. З метою компенсації втрат кисню і доведення температури знешкоджених газів рівня, відповідного умовам сушіння клейонки (>120-170°С), перед надходженням в сикатив агрегат їх розбавляють повітрям. Частина минулих очищення газів скидають у повітря. З використаннямалюмоплатинового каталізатора повна очищення при об'ємної швидкості 40 тис. год1 характеризується290°С, вища температура (>350°С) необхідна задля забезпечення тієї самої ефекту при об'ємної швидкості газу 60 тис. год1.
>Рис.5. Схема установки каталітичногодожигания відведених газів:
1 -сушильная камера; 2, 7 - вентилятори; 3 - >бризгоотбойник; 4 - теплообмінник; 5 - підігрівник; 6 - реактор
3. Розрахункова частина
Визначаємо основні розміри реактора для каталітичного окислення шкідливих домішок промислового викиду.
Вихідні дані: обсяг викиду G’= 12000 м3/год; температура викиду 15 °С; температура в реакторі250°С; ГДК фенолу 0,01мг/м3; каталізатор -АП-56 має таку характеристику: діаметр частинок 0,003 м, довжина частинок 0,005 м, форма -цилиндрическая,порозность шару каталізатора e = 0,375; необхідна ступінь очищення по речовини з не меншою ГДК, тобто. фенолом 0,997.
Щодо хімічного складу викиду, % (про.): азот - 78, кисень - 21, пари води - 0,5,диокид вуглецю - 0,5.
Концентрація шкідливих домішок,г/м3: фенолу - 1,45.
Розрахунок.
>Кинетическое рівняння окислення фенолу накатализатореАП-56:
>Фенол - АП - 56
>k0=1,06*107;
>Е=55268кДж/моль;
b0=1, 19*10-7;
>Q=67829кДж/моль
де >r - швидкість хімічної реакції, р/ (м3*з);
>k - константа швидкості хімічної реакції, з-1;
З - концентраціяокисляемого речовини,г/м3;
b - коефіцієнт кінетичного рівняння;
>k0, b0 - >предекспоненциальние множники
E - енергія активації,кДж/моль;
>Q - енергія адсорбційних стадій,кДж/моль;
R - універсальна газова стала,кДж/ (>моль*К);
T - температура, До;
>m, x - показники ступеня в кінетичних рівняннях.
1. Кінцева концентрація фенолу:
ЗДо = 1,45 (1 - 0,997) =0,00435г/м3.
2. Необхідна число одиниць перенесення
де Ззв, Здо, - початкова й кінцева концентраціяокисляемого речовини,г/м3.
3. Швидкість фільтрування приймаємо uф = 0,5 м/с.
4. Коефіцієнтмассопередачи визначають по формулам
де D0 - коефіцієнт дифузії, м2/з;
> -порозность шару каталізатора, м3/м3;
>0 -кинематическия в'язкість повітря при нормальної температурі, м2/з;
>dе - еквівалентний діаметр каналів шару каталізатора, м.
І тому розрахуємо деякі величини.
4.1 Коефіцієнт дифузії обчислюємо з висловлювання
де VА, VУ -мольние обсягиокисляемого речовини та повітря відповідно;
МА, МУ - молекулярні масиокисляемого речовини та повітря;
Р0 - атмосферне тиск,МПа.
>Мольний обсяг фенолу З6H6>O VA = 16,5 6 + 1,98 6 + 5,48 - 20 = 96,36,мольний обсяг повітря VB = 20,1, молекулярна маса фенолу МА = 94,12, молекулярна маса повітря МУ = 29, тиск Р0 = 0,1МПа.
4.2Удельная поверхню шару циліндричних частинок
деd, l - діаметр й довжину частки відповідно, м.
4.3 Еквівалентний діаметр каналів, освічених частинками каталізатора:
4.4 Кінцева температура каталізатора Тдо вираховується за формулою:
Тдо=Тзв+gа. р (Ззв-Здо),
де >qа. р. - питома величинаадиабатического розігріву, м3К/г.
Значимістьqа. р обчислюють за такою формулою
де >QH - теплота згорянняокисляемого речовини,кДж/моль;
зV - теплоємність повітря,кДж/ (м3 До), рівна
де зр - теплоємність повітря при постійному тиску,кДж/ (міль До), зр = 30кДж/ (міль > До).
>Теплоту згоряння органічного речовини знаходять з співвідношення
>Qзв=393,6·nЗ+121,0·>mH
де nЗ, >mH - число атомів вуглецю і водню в молекулі речовини.
>Qзв=393,6·6+121,0·6=3087,6 >кДж/моль,
Тдо=523+33,96· (1,45-0,0084) =572,09 До
4.5 Середня температура каталізатора:
Тз = 0,5· (Тзв + Тдо) = 0,5· (523+572,09) =547,58 До
5.Удельная доступна поверхню каталізатора:
>а=а0 (>1-),
де а0 - питома поверхню шару каталізатора, м2/м3;
> - коефіцієнт доступною поверхні,=0,85.
>а=1733· (1-0,375) ·0,85=920,66 м2/м3.
6. Висота шару помассопередаче:
де N - необхідну кількість одиниць перенесення;
> - коефіцієнтмассопередачи, м/с;
а - питома доступна поверхню каталізатора, м2/м3;
uф - швидкість фільтрування, м/с;
Тзв - температура в реакторі, До; Т0 =273 До.
7.Константа швидкості реакції окислення фенолу:
8. Коефіцієнт кінетичного рівняння:
9. Швидкість реакції окислення фенолу:
10. Складова висота шару по кінетиці вираховується за формулою:
11. Робоча висота шару каталізатора:
h= (>1.251.45) hр = 1,35·0,06208=0,083808 м
hр=h>+h>r = 0,0441+0,01798=0,06208 м
12. Необхідна поверхню фільтрування:
де G' - обсяг промислового викиду, м3/год.
13. Обсяг каталізатора становитиме Vдо (м3):
де М - робоча висота кільцевої кошика, м; Dпорівн - середній діаметр кільця, м. Приймаємо кільцеву кошик, що має ставленняH/Dпорівн = 2, тоді >Н=2·1,03=2,06 м
Висновки
У курсової роботі проведено аналіз стану і вивчений каталітичний метод очищення відведених газів. Цей метод очищення засновані на хімічних перетвореннях токсичних компонентів в нетоксичні лежить на поверхні твердих каталізаторів.Очистке піддаються гази, які містять пилу йкатализаторних отрут. Методи використовується очищення газів від оксидів азоту, сірки, вуглецю і зажадав від органічних домішок.
Також розглянуті каталізатори, застосовувані при цьому методу. Каталізатори для таких процесів готують з урахуванням міді, хрому, кобальту, марганцю, нікелю, платини, паладію та інших металів. У окремих випадках використовують деякі природні матеріали (боксити, цеоліти).
Вивчено конструкції різних каталітичних реакторів.Рассмотрена і подана схема установки каталітичного знешкодження.
>Произведен розрахунок каталітичного реактора з каталізатором -АП-56.Вичислени його основні розміри: діаметр, висота і обсяг.
Використовувані у промисловій практиці установки каталітичної очищення газових викидів від парів органічних речовин різняться конструкцією контактних апаратів, способами підвищення до необхідного рівня температури що у них газових потоків, використовуваними каталізаторами, прийомами рекуперації тепла, наявністюрецикла знешкоджених газів.
Список використаної літератури
1. Родіонов А.І.,Клушин В.М.,Торочешников М.С. / Техніка захисту довкілля / - М.: Хімія, 1989. - 511 з.
2. Родіонов А.І.,Клушин В.М., Сістер В. Г. /Технологічні аспекти екологічну безпеку - Калуга:изд.Н.Бочкаревой, 200. - 800 з.
3.Юшин В.В., Попов В.М.,КукинП.П. та інших. /Техніка й технологія захисту повітряної середовища - М.:Висш. шк., 2005. - 391 з.
4. Захист атмосфери від промислових забруднень /Справ. вид. в2-х год. під ред.Калверта З.,Инглунда Р. / - М.: Металургія, 1988. - 758 з.
5. Страус У. /Промислова очищення газів/ перекл. з анг. - М.: Хімія, 1981. - 616 з.
6. КузнєцовИ.Е., Троїцький Т. М. /Захист повітряного басейну від забруднень підприємствами хімічної промисловості / - М.: Хімія, 1974. - 474 з.
7. Павлов К.Ф.,РоманковН.Г., Носков А.А. Приклади і завдання курсу процесів і апаратів хімічної технології. Л.: Хімія, 1981, 560 з.
8. ЙоффеИ.Л. Проектування процесів і апаратів хімічної технології. Підручник для технікумів. - Л.: Хімія, 1991 р. -352с.
9.Дитнерский Ю.І. Основні процеси та апарати хімічної технології: Допомога за проектування. - М.: Хімія, 1991 р. -496с.
10.Плановский О.Н.,Рамм В.М., Каган С.З. Процеси і апарати хімічної технології. Підручник для технікумів. - М.: Хімія, 848 з.
11.Дитнерский Ю.І. Процеси і апарати хімічної технології: Підручник для вузів.Изд.3-е. У2-хкН. М.: Хімія, 2002 р.
