5.Физические основы процесса адсорбции.Применение в промышленности.Устройство и основы расчета адсорберов с неподвижным слоем поглотителя.

Адсорбцией называют процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов (сорбтивов) из газовой смеси поверхностью твердого поглотителя-адсорбента. Используемые на практике адсорбенты обладают сильно развитой внутренней поверхностью (до 1000м² /г),образующейся путем специаль ной обработки или синтеза твердых материалов. Различают два основных вида адсорбции физическою и химическую (или хемосорбцию). Физическая адсорбция, характериз-ся и сохранением свойств адсорбента и адсорбата, вызывается силами взаимодействия их молекул (вандерваальсоными силами). Химическая адсорбция характеризуется химическим взаимодействием адсорбата и адсорбента, завершающимся образованием нового химического соединения на поверхности адсорбента. Оба вида адсорбции экзотермичны. Процесс адсорбции прекращается после заполнения активной поверхности адсорбента молекулами адсорбата, т. е. при достижении равновесия системы (или полного насыщения асорбента в данных условиях). сущность адсорбции состоит в пребывании молекул на поверхности в течение определенного времени, называемого временем адсорбции. Процесс адсорбции прекращается после заполнения активной поверхности адсорбента молекулами адсорбата, т.е. при достижении равновесия системы. Адсорбция газа твердым поглотителем (адсорбентом) протекает в три стадии: Внешняя диффузия, т.е. диффузия молекул газа из потока к внешней поверхности адсорбента; Внутренняя диффузия, т.е. диффузия молекул газа от внешней поверхности адсорбента вглубь, в поры адсорбента; Собственно сорбция, т.е. фиксация молекул газа на поверхности или в объеме пор адсорбента. Адсорберы с неподвижным слоем представляют собой цилиндрические вертикальные или горизонтальные емкости, заполненные слоем адсорбента. В таких аппаратах адсорбцию проводят по стадиям:1)адсорбция;2)десорбция;3)сушка адсорбента;4)охлаждение адсорбента. Необходимый диаметр адсорбера находят по заданному расходу газовой смеси V_г и скорости газа w_г: . Если масса адсорбента в слое равна , то количество поглощаемого компонента за один цикл Массу адсорбента легко определить по площади поперечного сечения F, толщине слоя и насыпной плотности . .Исходя из уравнения материального баланса количество поглощенного компонента равно убыли этого компонента в газовой смеси за время адсорбции . . Где - плотность газовой смеси, кг/м³; y₁ – средняя концентрация поглощаемого компонента газовой смеси при входе в слой, доли ед.; y₂ - то же, на выходе из слоя, доли ед.; W_г – скорость газа в адсорбере, м/с.

Получим . Продолжительность полного цикла в адсорбере складывается из продолжительностей отдельных стадий _{где -продолжит вспомогательных операций,опр. Опытным путем.}

6.Термическое обезвреживание и каталитическая очистка газовых выбросов.

Высокотемпературные химические реакции взаимодействия горючих веществ с кислородом в качестве окислителя широко используются в технике обезвреживания газовых выбросов.

По типу происходящих реакций методы термообезвреживания можно разделить на восстановительные и окислительные. Термовосстановительные методы специфичны и разрабатываются индивидуально для каждого конкретного загрязнителя. применяют способы термохимического (с использованием аммиака) и термокаталитического восстановления NO_х до N₂, термокаталитического восстановления SO₂ до S₂ некоторые другие. Из всех термоокислительных процессов для термообезвреживания пригодны исключительно реакции с кислородом(полученные продукты безопасны).Термоокисление газообразных загрязнителей может происходить в газовой фазе (в объеме) или на границе раздела фаз (на поверхности). Для организации используют катализаторы -Если концентрация горючих компонентов выбросов не достигает нижнего предела воспламенения ("бедные" горючим выбросы), то их огневая обработка требует дополнительного расхода топлива на прогрев выбросов до температуры самовоспламенения, которая для паров углеводородов составляет около 500...750°С. Температурный уровень процесса термокаталитического окисления несколько ниже (обычно 350...500°С), что также требует соответствующих затрат топлива.

Каталитические методы очистки основаны на взаимодействии удаляемых веществ с вводимым в очищаемую газовую среду веществом в присутствии катализатора. Благодаря применению катализаторов степень счистки газа-99,9 %,

Каталитическое термообезвреживание используют обычно тогда, когда содержание горючих органических продуктов в отходящих газах мало, и не выгодно использовать для их обезвреживания метод прямого сжигания. В этом случае процесс протекает при 200…300°С, что значительно меньше температуры, требуемой для полного обезвреживания при прямом сжигании в печах и равной 950…1100°С. При температуре 100…150°С процессы рассматриваются как необратимые, что позволяет получать газ с весьма низким содержанием примесей.

Схема этого процесса для газовой реакции АВС+→ в присутствии катализатора K может быть представлен в виде:

А+B+K→K[АВ]; K[AB]→C+K,

где K[АВ]- активированное промежуточное соединение на поверхности катализатора. Изменение пути химического взаимодействия в присутствии катализатора приводит к понижению его энергии активации, что выражается в ускоряющем действии катализатора. Это следует из уравнения Аррениуса:

k=k*exp(-E/RT)

где k - константа скорости реакции; k₀ - предэкспоненциальный множитель; Е - энергия активации; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура/

Катализаторы должны обладать высокой активностью и теплопроводимостью, развитой пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, иметь низкие температуры «зажигания», обладать низким гидравлическим сопротивлением, иметь низкую стоимость.

В процессах санитарной каталитической очистки отходящих газов высокой активностью обладают катализаторы на основе благородных металлов (платина, палладий, серебро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контактные массы, активированные благородными металлами (1,0…1,5%).

Основные недостатки: обычно установки для каталитической очистки сложны, громоздки; в качестве эффективных катализаторов приходится применять дорогостоящие вещества — платину, палладий, рутений; используют и более дешевые — никель, хром, медь, но они менее эффективны.