Кузьмина Р.И., Севостьянов В.П.

ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ:

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО КУРСУ “ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ”)

Саратов - 1999 год

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Г. Чернышевского

Кузьмина Р.И., Севостьянов В.П.

ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ:

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО КУРСУ “ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ”)

Саратов 1999

ББК 6П7.1:57(069)

УДК [551.510.42+628.15/16]:(075.8)

Р603

Кузьмина Р.И., Севостьянов В.П. Общая химическая технология: промышленная экология объектов окружающей среды.

/ Лабораторный практикум по курсу ”Промышленная экология”/ Саратов.: Изд-во СГУ, 1999. 44 с.

В лабораторном практикуме представлены разработки по основным методам защиты окружающей среды. Приведены теоретические основы для практического решения вопросов охраны окружающей среды в процессе производства. Представлены схемы процессов очистки газовых выбросов и сточных вод. Рекомендованы методы и средства защиты биосферы, а также предложены теоретические задания по расчетам процессов очистки.

Издание может быть использовано в качестве учебного пособия студентами химических и химико-технологических специальностей.

Введение

Современное производство и природопользование не мыслимо без экологической оптимизации процессов. Для того, чтобы сократить антропогенное воздействие на окружающую среду в соответствии с законами России об охране природы в промышленности необходимы меры по совершенствованию производства и рекуперации отходов, по созданию процессов на основе двух видов технологий: а) малоотходной; б) безотходной.

Более точным и актуальным является термин “малоотходные технологии”, поскольку в настоящее время любое производство не может полностью избежать отходов, хотя бы в виде энергии.

Малоотходные технологии – технологии, применение которых обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов или безвредный возврат сравнительно небольших количеств последних в окружающую среду.

Безотходная технология – совокупность технологических процессов и средств, предусматривающих максимально полное использование в процессе производства сырьевых и топливно-энергетических ресурсов без образования отходов, вредных для окружающей среды.

При современном уровне развития техники и технологии очистки загрязненных газов специалисты имеют возможность большого выбора методов, оборудования, аппаратов и технических решений, обеспечивающих заданную степень очистки газов.

Данная работа предусматривает изучение абсорбционного, каталитического методов очистки воздуха от вредных примесей, а также метод нейтрализации и адсорбционного при обезвреживании промышленных вод сточных вод.

Тема 1. Каталитическая очистка газов

Для снижения концентраций вредных органических компонентов, оксидов азота и углерода в промышленных газовых выбросах применяют каталитический метод, сущность которого заключается в обработке отходящих газов на катализаторе с целью превращения токсичных компонентов в безвредные вещества или получения полезных продуктов. В подавляющем большинстве именно каталитические технологии обеспечивают минимальные капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с другими методами.

Суть каталитической газоочистки заключается в реализации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию примесей в другие безвредные продукты в присутствии катализаторов (Kt). Последние не вызывают изменения энергетического уровня молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увеличению скорости химических взаимодействий. Каталитическое взаимодействие в гетерогенном катализе происходит на границе раздела фаз конвертируемой газовой смеси и катализаторов. Последний обеспечивает взаимодействие на поверхности конвертируемых веществ с образованием активированных комплексов в виде промежуточных поверхностных соединений Kt и реагирующих веществ, формирующих затем продукты катализа, освобождающие поверхность катализатора.

Активность катализатора обычно определяется совокупностью физико-химических свойств как самого катализатора, так и конвертируемого газового потока. В наибольшей степени она зависит от температуры каталитического превращения, структуры Kt, содержания в нем промоторов, давления в реакционной зоне, объемного расхода, концентраций и молекулярных масс токсичных веществ и продуктов конверсии в газовой смеси.

Гетерогенное каталитическое превращение является сложным многоступенчатым процессом, включающим в качестве основных стадий диффузию исходных реагентов из газового потока к поверхности гранул (зерен) катализатора (внешняя диффузия), проникновение этих веществ в порах Kt к активным центрам его внутренней поверхности (внутренняя диффузия), активированную адсорбцию продифундировавших реагентов поверхностью катализатора с образованием химических соединений, физико-химическое взаимодействие адсорбированных веществ с образованием продуктов, их перенос к наружной поверхности гранул Kt (внутренняя диффузия) и затем в газовый поток (внешняя диффузия). Ввиду того, что внешняя поверхность зерен Kt наиболее доступна для взаимодействующих веществ, рациональной областью реализации процессов каталитической газоочистки полагают внешнедиффузионную.

Свойственная отходящим газам особенность – низкие концентрации целевых компонентов благоприятствует осуществлению процесса в этой области, делая несущественным разогрев катализатора под действием тепла экзотермических превращений. Если в очищаемых потоках присутствуют примеси, в процессах каталитической газоочистки могут, во-первых, идти параллельные их превращения и, во-вторых, происходить их конкурентная адсорбция на активных центрах поверхности Kt, приводящая к тормозящему влиянию более активного компонента на каталитическое превращение менее реакционно-способной смеси.

Выбор химической реакции для реализации каталитического процесса газовой очистки должен основываться на требованиях, предъявляемых к содержанию обезвреживаемых примесей в конвертированном газовом потоке. Максимально возможная степень превращения и, следовательно, минимальная достижимая остаточная концентрация обезвреживаемой примеси лимитируются условиями равновесия соответствующей реакции. Поэтому при очистке промышленных газовых выбросов от токсичных веществ к выбору катализатора и условий проведения процесса следует подходить с обязательным учетом свойств каждого компонента смеси и предельно-допустимых концентраций их в воздухе. Необходимые для эффективного осуществления соответствующих процессов газоочистки Kt обычно подбирают экспериментальным путем.