Курсовая работа: Применение катализа для защиты окружающей среды

Пк - пористость слоя катализатора;

S_эф =S_уд k_ф - эффективная удельная поверхность катализатора, м2/м3; 5удельная наружная поверхность катализатора, м² /м³ ;

S_уд - коэффициент формы зерна, учитывающий неравнодоступность всей поверхности зерна катализатора обдувающему потоку;

β - коэффициент массопередачи, отнесенный к единице поверхности катализатора, м/с.

Коэффициент массопередачи определяют в зависимости от режима течения газа:

Nu_д =0,515Re^0,35 Sc^0,33 при Re=0,01 ÷ 20;

Nu_д =0,725Re^0,47 Sc^0,33 при Re=2 ÷ 30;

Nu_д =0,395Re^0,64 Sc^0,33 при Re=30 ÷ 8000,

где Nu_д =β d_э /D - диффузионный критерий Нуссельта;

Re=ω _р d_э /ν - критерий Рейнольдса;

Sc = ν/D -критерий Шмидта (диффузионный критерий Прандтля);

ν - коэффициент кинематической вязкости газа при рабочих условиях, м² /с;

d_э - эквивалентный диаметр зерна катализатора, м;

D=D₀ (T/T₀ )^1,8 - коэффициент диффузии улавливаемого газового компонента в воздухе, м² /с;

D₀ - коэффициент диффузии при Т₀ =273 К и р₀ =101,3 кПа.

В задачу аэродинамического расчета входит определение гидравлического сопротивления слоя катализатора, которое находят по формуле

Δр/h=150(1-П_к )² /П³ _к μω_ρ /d² _э +1,75 1-П_к /П³ _к р_г ω² _ρ /d_э

где μ - коэффициент динамической вязкости газа при рабочих условиях, Н•с/м² .

Термический метод . Достаточно большое развитие в отечественной практике нейтрализации вредных примесей, содержащихся в вентиляционных и других выбросах, имеет высокотемпературное дожигание (термическая нейтрализация). Для осуществления дожигании(реакций окисления) необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Выбор схемы дожигания зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, кислорода и других компонентов. Если выбросные газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и С_Х Н_У ) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.

Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 3). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора.

Рис. 3 Установка для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов

Институтом газа АН УССР разработана и успешно прошла промышленные испытания установка очистки газовых выбросов лакокрасочного производства. Установка представляет собой циклонную топку (рис. 4), скомпонованную с газовой горелкой и камерой разбавления газов после их очистки. Воздух, загрязненный токсическими примесями органических веществ (толуол ксилол и др.), поступает в вихревую двух горелку 2 по каналу 6 и непосредственно во внутреннюю полость печи 4 по тангенциальным каналам 5. Природный газ подается в горелку 2 по трубе 3. Время пребывания в полости (не менее 0,5 с) и контакт их с раскаленными стенками камеры обеспечивают полноту их сгорания. Атмосферный воздух подается по центральной трубе 1 горелки 2 только при обезвреживании выбросов, содержащих менее 15% кислорода. Запуск установки, вывод на рабочий режим и его поддержание осуществляются с помощью блока автоматического управления и регулирования установки.

Рис. 4 Установка очистки газообразных выбросов лакокрасочного производства

Системы огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки 90-99%, если время пребывания вредностей в высокотемпературной зоне не менее 0,5 с и температура обезвреживаемых газов, содержащих углеводороды, не менее 500-650°С, а содержащих оксид углерода - 660-750° С.

катализатор обезвреживание токсичный сточный

Глава 3. Применение катализа для защиты окружающей среды

Универсальность каталитических методов позволяет решать самые сложные проблемы обезвреживания и утилизации антропогенных выбросов промышленных предприятий. Это касается как обезвреживания газовых выбросов, так и очистки сточных вод.