Geum.ru

До курсового проектування за курсом "Моделювання І прогнозування стану навколишнього середовища" для студентів 4 курсу хіміко-технологічного факультету / Уклад

Вид материалаДокументы

Содержание


4. Нестаціонарний метод очистки газів (реверс-процес)
4.1. Особливості реверса-процесу
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

4. НЕСТАЦІОНАРНИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ ГАЗІВ (РЕВЕРС-ПРОЦЕС)



В останні роки був запропонований принципово новий спосіб здійснення гетерогенних каталітичних процесів у штучно створюваних нестаціонарних умовах. Реалізація цього способу дозволила розробити високоекономічний і ефективний метод проведення каталітичних реакцій у нерухомому шарі каталізатора при періодичній зміні напрямку подачі реакційної суміші в шарі – так званий реверс-процес. Принципова технологічна схема приведена на мал. 4.1.




Рис. 4.1. Принципова технологічна схема нестаціонарного процесу знешкодження газів:

1, 2 — перемикаючі пристрої; 3 — контактний апарат; К — шар каталізатора; А — газ на очищення; Б — очищений газ.


4.1. Особливості реверса-процесу



На мал. 4.2 приведені розрахункові профілі температури і ступеня перетворення по безрозмірній довжині шару каталізатора (ξ) у процесі пуску реактора знешкодження на основі реверса-процесу. У відповідності зі схемою (мал. 4.1) процес знешкодження здійснюється таким способом.


0

1 2 3 3 2 1

Р





а б
ис. 4.2. Профілі температури і ступеня перетворення по безрозмірній координаті шару каталізатора (ξ) протягом першого (а) і другого (б) напівциклів:

a — t, с: 0 (0), 180 (1), 720 (2), 1200 (3);

б — t, с: 1380 (1), 1920 (2), 2400 (3).


Спочатку шар каталізатора чи його частину нагрівають до температури, при якій каталітична реакція може протікати зі значною швидкістю (приблизно 300–350°С). Потім у реактор подається холодна реакційна суміш з температурою, при якій швидкість хімічного перетворення може бути дуже малою (приблизно 30°С). Ділянка шару каталізатора, що прилягає до входу, почне остигати, а вхідна суміш нагріватися. По мірі переміщення суміші по шару температура в ньому досягне такого значення, при якому хімічна реакція буде протікати з помітною швидкістю. Тому в центральній частині шару буде відбуватися інтенсивне виділення тепла, обумовлене протіканням хімічного перетворення домішок (мал.4.2, а).

Через якийсь час (у прикладі t = 1200 с) змінюють напрямок подачі вихідної реакційної суміші на протилежне. Після цього почне остигати частина шару, що у попередньому напівциклі була вихідною. Ділянка шару, що була раніше вхідною, почне нагріватися, тому що на неї буде надходити гаряча газова суміш з центральної частини шару. Через кілька переключень у шарі каталізатора встановлюються періодично повторювані температурні і концентраційні поля, приклад яких приведений на мал. 4.3. Для сталого циклічного режиму виконується інтегральний тепловий баланс:

Твих = Твх+ ΔТад  х,

де Твих і х – середні за цикл вихідна температура і ступінь перетворення. Це означає, що за час напівциклу кількість тепла, що надходить у реактор з вхідною реакційною сумішшю і, що виділяється за рахунок реакції, дорівнює кількості тепла, що відводиться з сумішшю, що прореагувала. Автотермічність циклічного режиму забезпечується тільки за рахунок тепла реакції.

Отриманий режим має наступні особливості: різниця між максимальною температурою в шарі каталізатора і температурою на вході реакційної суміші може набагато перевищувати величину адіабатичного розігріву суміші при повному ступені перетворення всіх реагуючих компонентів; теплові поля усередині шару каталізатора переміщаються зі швидкістю, приблизно на три порядки меншої, чим швидкість фільтрації реакційної суміші через шар каталізатора.

Реверс-процес перед іншими методами каталітичного знешкодження має наступні технологічні достоїнства:
  1. Автотермічність нестаціонарного процесу досягається при мінімальному адіабатичному розігріві суміші порядку 15 °С, що в 7–10 разів менше необхідного для проведення процесу в стаціонарних умовах. Це зв'язано з більш ефективним використанням тепла екзотермічних реакцій глибокого окислювання, що при періодичному реверсі суміші практично не виводиться із шару з газами, що відходять, а використовується для нагрівання холодного газу, що надходить.
  2. На виході із шару каталізатора досягається практично повне перетворення реагуючих компонентів.
  3. Коливання концентрації пальних домішок, температури вхідного потоку і його об'ємної витрати не роблять істотного впливу на основні параметри нестаціонарного режиму в реакторі – максимальну температуру, ступінь перетворення, час циклу й ін. Відзначена властивість дозволяє розглядати нестаціонарний спосіб знешкодження як найбільш прийнятний для очищення газових викидів зі змінними вхідними умовами.






Рис.4.3. Зміна температури і ступеня перетворення по безрозмірній координаті шару каталізатора (ξ) протягом напівциклу в сталому режимі (Висота шару каталізатора – 0,75 м, загальна висота шару інерта 3,6 м)

  1. Принципова особливість нестаціонарного способу – відсутність теплообмінників рекуперативного типу. Теплообмін відбувається в самому шарі каталізатора, при цьому каталізатор виконує не тільки свою основну функцію – прискорення реакцій, але і являється також регенератором тепла. Заміна рекуперативного теплообміну на регенеративний у сполученні з високою питомою поверхнею теплообміну різко підвищує ефективність процесів теплопереносу і скорочує габарити вузла знешкодження. Оскільки ділянки шару, що прилягають до місць вводу і виводу газу, в основному служать для нагрівання-охолодження газів, а частка хімічного перетворення в них невелика, то замість каталізатора тут можна помістити дешеву інертну насадку (кільця Рашига, кварц).
  2. Використання реверс-процесу для глибокого окислювання різних органічних речовин дозволяє застосовувати самі дешеві модифікації оксидних каталізаторів, тому що в нестаціонарних умовах удається дуже легко домогтися високих температур навіть для малоактивних каталізаторів.