- •Розділ 1 методи очищення і знешкодження відхідних газів
- •1.1 Процеси захисту атмосфери
- •Розділ 2 очищення відхідних газів від аерозолів
- •2.1 Основні властивості пилу і ефективність його вловлювання
- •2.2. Очищення газів в сухих механічних пиловловлювачах
- •2.3. Очищення газів у фільтрах
- •2.4 Очищення газів в мокрих пиловловлювачах
- •2.5 Очищення газів в електрофільтрах
- •2.6 Вловлювання туманів
- •2.7 Рекуперація пилу
- •Розділ 3 абсорбційні методи очищення
- •3.1 Очищення газів від оксиду сірки (IV)
- •3.2 Очищення газів від сірководню, сірковуглецю і меркаптанів
- •3.3 Очищення газів від оксидів азоту
- •3.4 Очищення газів від галогенів і їх сполук
- •3.5 Очищення газів від оксиду вуглецю (II)
- •Розділ 4 адсорбційне і хемосорбційне очищення газів
- •4.1 Адсорбція парів летких розчинників
- •4.2 Очищення газів від оксидів азоту
- •4.3 Очищення газів від оксиду сірки (IV)
- •4.4 Очищення газів від галогенів і їх сполук
- •4.5 Очищення газів від сірководню і сіркоорганічних сполук
- •4.6 Очищення газів від парів ртуті
- •Розділ 5 каталітичне і термічне очищення
- •5.1 Каталітичне очищення газів. Суть методу
- •5.2 Конструкція каталітичних реакторів
- •5.3 Твердофазне каталітичне очищення газів від оксидів азоту
- •5.4 Каталітичне очищення газів від оксиду сірки (IV)
- •5.5 Каталітичне очищення газів від органічних речовин
- •5.6 Каталітичне очищення газів від оксиду вуглецю (іі)
- •5.7 Високотемпературне знешкодження газів
- •Розділ 6 розрахунок обладнання по очищенню газів
- •6.1 Розрахунок пилоосаджувальних камер
- •6.2 Розрахунок циклонів
- •6.3 Вихрові пиловловлювачі
- •6.4 Розрахунок і вибір газових фільтрів
- •6.5 Мокрі скрубери
- •6.6 Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі)
- •6.7 Підбір і розрахунок електрофільтрів
- •6.8 Багатоступінчате очищення від пилу
- •6.9 Розрахунок насадкових абсорберів
- •6.10 Розрахунок тарілчатих абсорберів
- •6.11 Розрахунок адсорберів періодичної дії
- •6.12 Розрахунок каталітичного реактора
- •6.13 Формули для перерахунку основних характеристик газів при різних умовах
- •Література
- •Вязовик в.М., Коржик л.В., Столяренко г.С. Технології очищення газів
- •Вертикаль
- •18002, М. Черкаси, вул. Б. Вишневецького, 2, оф. 6
6.12 Розрахунок каталітичного реактора
1. Необхідне число одиниць перенесення:
(6.213)
де Сп, Ск, – початкова і кінцева концентрація видаляємої речовини, г/м3.
2. Коефіцієнт масопередачі визначають за формулами:
(6.214)
(6.215)
де D0 – коефіцієнт дифузії, м2/с;
ε – поруватість шару каталізатора, м3/м3;
v0 – кінематична в'язкість повітря при нормальній температурі, м2/с;
de – еквівалентний діаметр каналів шару каталізатора, м.
3. Коефіцієнт дифузії обчислюють з виразу:
(6.216)
де VА, VВ – молярні об’єми видаляємої речовини і повітря відповідно;
МА, МВ – молекулярні маси видаляємої речовини і повітря;
Р0 – атмосферний тиск, МПа.
4. Питома поверхня шару циліндричних часток:
(6.217)
де d, l – діаметр і довжина частки відповідно, м.
5. Еквівалентний діаметр каналів, утворених частками каталізатора:
(6.218)
6. Кінцева температура каталізатора Тк розраховується за формулою:
Тк=тн+gар(Сн-Ск), (6.219)
де qа.р. – питома величина адіабатичного розігрівання, м3·К/г.
Величину qа.р обчислюють за формулою:
(6.220)
де QH – теплота реакції перетворення речовини, кДж/моль;
cV – теплоємність повітря, кДж/(м3·К), рівна:
(6.221)
де ср – теплоємність повітря при постійному тиску, кДж/(моль·К),.
Теплоту згорання органічної речовини знаходять зі співвідношення:
Qн=393,6·nC+121,0·mH (6.222)
7. Питома доступна поверхня каталізатору:
а=а0(1-ε) φ, (6.223)
де а0 – питома поверхня шару каталізатору, м2/м3;
φ – коефіцієнт доступної поверхні, φ=0,85.
8. Висота шару каталізатору:
(6.224)
де N – необхідне число одиниць перенесення;
β – коефіцієнт масопередачі, м/с;
а – питома доступна поверхня каталізатора, м2/м3;
uф – швидкість фільтрування, м/с;
Тн – температура в реакторі, К; Т0 =273 К.
9. Константа швидкості реакції :
(6.225)
де kо – константа швидкості хімічної реакції, с-1;
Е – енергія активації, кДж/моль;
R – універсальна газова стала, кДж/(моль·К);
T – температура, К.
10. Коефіцієнт кінетичного рівняння:
(6.226)
12. Швидкість реакції окиснення фенолу:
, (6.227)
де C – концентрація окислюваної речовини, г/м3;
b – коефіцієнт кінетичного рівняння.
13. Висота шару каталізатору за кінетикою розраховується за формулою:
(6.228)
14. Робоча висота шару каталізатора:
h=(1,25… 1,45)∙hр. (6.229)
15. Необхідна поверхня фільтрування:
(6.230)
де G' – об'єм промислового викиду, м3/год.
16. Об'єм каталізатора складе Vк:
, (6.231)
де Н – робоча висота корзини, м;
Dср – середній діаметр апарату, м.
Приклад 21. Визначити основні розміри реактора для каталітичного окиснення фенолу промислового викиду.
Об'єм викиду G'= 12 000 м3/год; температура викиду 15°С; температура в реакторі 250С ГДК фенолу 0,01 мг/м3 каталізатор – АП-56 має наступну характеристику: діаметр частинок 0,003 м, довжина частинок 0,005 м, форма – циліндрична, поруватість шару каталізатора = 0,375, необхідний ступінь очищення за речовиною з меншою ГДК, тобто за фенолом 0,997.
Хімічний склад викиду % (об.): азот – 78, кисень – 21, пари води – 0,5, оксид вуглецю (IV) – 0,5.
Концентрація шкідливих домішок, г/м3 : фенол – 1,45.
Розрахунок.
Визначаємо швидкість реакції окиснення фенолу на каталізаторі АП-56 за рівнянням (6.227). Для цього використовуємо значення:
k0 = 1,06∙107;
Е = 55268 кДж/моль;
b0 = 1,19∙10-7;
Q = 67829 кДж/моль;
1. Кінцева концентрація фенолу:
СК = 1,45(1 - 0,997)=0,00435 г/м3.
2. Необхідне число одиниць перенесення:
3. Швидкість фільтрування приймаємо uф = 0,5 м/с.
4. Для визначення коефіцієнту масопередачі розрахуємо деякі величини.
4.1. Коефіцієнт дифузії обчислюємо за виразу (6.216).
Молярний об'єм фенолу С6H6O VA = 16,5 6 + 1,98 6 + 5,48 - 20 = 96,36, молярний об'єм повітря VB = 20,1, молекулярна маса фенолу МА = 94,12, молекулярна маса повітря МВ = 29, тиск Р0 = 0,1 МПа. Тоді:
4.2. Питома поверхня шару циліндричних часток відповідно до формули (6.217):
4.3. Еквівалентний діаметр каналів, утворених частинками каталізатора згідно з формулою (6.218):
4.4. Кінцеву температуру каталізатору Тк розраховуємоза формулою (6.219).
Теплоту згорання органічної речовини знаходять із співвідношення (6.222):
Qн=393,6·6+121,0·6=3087,6 кДж/моль,
За формулою (6.221) знаходимо:
де Ср = 30 кДж/(моль·К).
За формулою (6.220) визначаємо питому величину адіабатичного розігрівання:
Тоді:
Тк=523+33,96·(1,45-0,0084)=572,09 К.
4.5. Визначаємо середню температуру каталізатору:
Тс = 0,5·(Тн + Тк)= 0,5·(523+572,09)=547,58 К.
Коефіцієнт масопередачі визначаємо за формулами (6.214) і (6.215):
5. Визначаємо питому доступну поверхню каталізатору за формулою (6.223):
а=1733·(1-0,375)·0,85=920,66 м2/м3.
6. За формулою (6.224) визначаємо висоту шару каталізатору:
7. За формулою (6.225) визначаємо константу швидкості реакції окиснення фенолу:
8. Коефіцієнт кінетичного рівняння відповідно до рівняння (6.226) становить:
9. Тоді швидкість реакції окиснення фенолу:
10. Висоту шару каталізатору по кінетиці розраховуємо за формулою (6.228):
11. Робочу висоту шару каталізатору розраховуємо за формулою (6.229):
h=1,35·0,06208=0,083808 м,
hр=hв+hr = 0,0441+0,01798=0,06208 м.
12. Необхідну поверхню фільтрування визначаємо за формулою (6.230):
13. Об'єм каталізатора визначаємо за формулою (6.231). Приймаємо кільцеву корзину, у якої відношення H/Dср = 2, тоді:
м,
Н=2·1,03=2,06 м,
.