Каталитическое окисление используют для удаления диоксида серы из дымовых газов, очистки выбросов от окиси углерода, органических веществ, а каталитическое восстановление для обезвреживания газов от оксидов азота.

После каталитического окисления газы направляют на дальнейшую переработку, например, абсорбцию, с получением готового продукта. Для некоторых газов эта стадия не предусмотрена, так как загрязнитель превращается в безвредное соединение.

2. Технологическая часть

2.1 Технологическая схема и ее описание

Типичной является схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов в производстве клеенки, показанная на рис.5. В газовых выбросах этих производств, поступающих из камер сушки клеенки, присутствует пары керосина (100-1000 мг/м³ ), уайт-спирита (до 200 мг/м³ ) и ряда органических соединений.

Отходящие из сушильного агрегата газы при 80-200°С вентилятором через брызгоотбойник подают в теплообменник для предварительного подогрева теплом конвертированных газов до 200-220°С, а затем в подогреватель, где их температуру увеличивают до 250-327°С за счет тепла дымовых газов, получаемых сжиганием газообразного топлива. Для сжигания используют кислород, содержащийся в очищаемых газах. Сжигание органических примесей до СО₂ и Н₂ О проводят в реакторе на катализаторе. Конвертированные газы из реактора через теплообменник вентилятором возвращают в сушильный агрегат. С целью компенсации потерь кислорода и доведения температуры обезвреженных газов до уровня, соответствующего условиям сушки клеенки (120-170°С), перед поступлением в сушильный агрегат их разбавляют воздухом. Часть прошедших очистку газов сбрасывают в атмосферу. При использовании алюмоплатинового катализатора полная очистка при объемной скорости 40 тыс. ч‾¹ достигается при 290°С, более высокая температура (350°С) необходима для обеспечения того же эффекта при объемной скорости газа 60 тыс. ч‾¹ .

Рис.5. Схема установки каталитического дожигания отходящих газов:

1 - сушильная камера; 2, 7 - вентиляторы; 3 - брызгоотбойник; 4 - теплообменник; 5 - подогреватель; 6 - реактор

3. Расчетная часть

Определяем основные размеры реактора для каталитического окисления вредных примесей промышленного выброса.

Исходные данные: объем выброса G’= 12000 м³ /ч; температура выброса 15°С; температура в реакторе 250°С; ПДК фенола 0,01 мг/м³ ; катализатор - АП-56 имеет следующую характеристику: диаметр частиц 0,003 м, длина частиц 0,005 м, форма - цилиндрическая, порозность слоя катализатора e = 0,375; требуемая степень очистки по веществу с меньшей ПДК, т.е. по фенолу 0,997.

Химический состав выброса, % (об.): азот - 78, кислород - 21, пары воды - 0,5, диокид углерода - 0,5.

Концентрация вредных примесей, г/м³ : фенол - 1,45.

Расчет.

Кинетическое уравнение окисления фенола на катализаторе АП-56:

Фенол - АП - 56

k0 =1,06*107 ; Е=55268 кДж/моль; b0 =1, 19*10-7 ; Q=67829 кДж/моль

где r - скорость химической реакции, г/ (м³ *с);

k - константа скорости химической реакции, с^-1 ;

C - концентрация окисляемого вещества, г/м³ ;

b - коэффициент кинетического уравнения;

k₀ , b_{0 -} предэкспоненциальные множители

E - энергия активации, кДж/моль;

Q - энергия адсорбционных стадий, кДж/моль;

R - универсальная газовая постоянная, кДж/ (моль*К);

T - температура, К;

m, x - показатели степени в кинетических уравнениях.

1. Конечная концентрация фенола:

С_К = 1,45 (1 - 0,997) =0,00435 г/м³ .