Добавил:

Ecolog Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный университет инженерной экологии

Предмет:

Общая химическая технология

Файл:

Курсовая работа. Каталитическая очистка хвостовых нитрозных газов. Вариант 5.doc

Скачиваний:

Добавлен:

20.05.2014

Размер:

299.01 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

2. Аппаратурное оформление очистки

Принципиальная схема каталитической очистки включает в себя камеру подготовки газа (камера сгорания), камеру смешения и реактор.

Конструктивно аппараты на установках каталитической очистки отходящих газов могут использоваться в вертикальном или горизонтальном исполнении.

Для примера рассмотрим реактор каталитической очистки (полочного типа).

Хвостовые нитрозные газы (рис. 4.1) входят сверху при температуре 400 – 520 °С. Чтобы исключить локальный прогрев корпуса, внутреннюю корзину футеруют слоем каолиновой ваты толщиной 70 – 100 мм.

Рис. 4.1. Схема реактора каталитической очистки

3. Расчет реактора

3.1. Физико-химические основы процесса очистки.

Процесс каталитической очистки хвостовых нитрозных газов можно описать двумя основными суммарными реакциями:

СН₄ + 2О₂  CO₂ + 2H₂O + Q (1)

СН₄ + 4NO  СО₂ + 2H₂O + 2N₂+ Q (2)

В адиабатических условиях в реакторе с неподвижным слоем катализатора процесс может быть описан системой уравнений [3]:

(3)

(4)

(5)

, (6)

где V - объемный расход газа;С- концентрация соответствующего компонента;F- площадь проходного сечения реактора;W- скорость соответствующей химической реакции;С_р- теплоемкость газовой смеси;H- тепловой эффект химической реакции;l- высота слоя контактной массы.

Скорости реакций (1) и (2) выражают в виде зависимостей [3]:

(7)

(8)

Результаты исследований показали, что:

k₀₁= 2,4710⁵;k₀₂= 1,6310⁹;E₁= 11,8 кДж/моль;E₂= = 78,88 кДж/моль;H₁= 800 кДж;H₂= 956 кДж;С_р= 31,2 кДж/(мольК);i = 1,3;m= n=j= 1,0 [5].

Тогда уравнения математической модели процесса можно записать следующим образом:

(9)

(10)

(11)

(12)

3.2 Метод решения.

Для решения системы дифференциальных уравнений используем метод Рунге-Кутта 4-го порядка. Метод эффективен и реализуется программными средствами.

(13)

i= 1, 2, 3,…,n

3.3. Исходные данные.

ЗАДАНИЕ:

- определить высоту слоя контактной массы в каталитическом реакторе для обеспечения концентрации оксида азота в отходящих из аппарата очищенных газах не болев ПДК;

- составить материальный баланс для каталитического реактора.

В соответствии со списком № 3086-84 [1] максимально разовая ПДК окислов азота в атмосферном воздухе населенных мест;

ПДК_NO= 0,6 мг/м³= 0,44810^-6м³/м³= 0,44810^-4% об.

(ПДК_NO₂= 0,085 мг/м³= 0,63410^-7м³/м³= 0,63410^-5% об.) (14)

Исходные данные:

диаметр аппарата - 3,6 м

объемный расход газа н.у. - 82000 м³/ч,

температура на входе в аппарат - 700K

начальная концентрация (% об.):

метана - 1,4

кислорода - 2,6

оксида азота - 0,13

начальная температура - 700 К

шаг по высоте слоя - 0,1 м

3.4. Расчет высоты слоя контактной массы.

Результаты расчета по программе для решения системы дифференциальных уравнений, реализующей метод Рунге-Кутта четвертого порядка, приведены далее. Счет по программе заканчивается, когда концентрация NOстановится меньше ПДК.

Результаты расчета:

Высота слоя катализатора h = 0.6 м

Концентрации: С_О2= 0,222 % об.;С_NO= 2,250 % об.;С_СН4= 0,179 % об.

Температура Т = 1014,81 К

Таким образом, расчет показывает, что заданная концентрация NOдостигается при высоте контактной массы 0,6 м. В этом случае при диаметре контактного аппарата 3,6 м требуется объем контактной массы в 6,107 м³:

V=п *d^2 / 4 *h= 3.14 * 3.6^2 / 4 * 0.6 = 6.107 м³

3.5 Материальный баланс каталитического реактора.

Известно, что О₂иNOпоступают в аппарат с нитрозными газами, имеющими в своем составе такжеN₂, пары воды,NO₂,N₂O₄и т.п. [3]. Примем для упрощения расчетов, что нитрозные газы состоят из азота и паров воды. Пусть последних после смешения нитрозных газов с метаном в смеси содержится 18 % об., а остальное – азот.

Реакции (1)и (2) протекают без изменения объема, суммарные объемы на входе и на выходе из аппарата будут одинаковыми.

Концентрация азота в газе на входе в аппарат:

У = 100 - (18 + 2,6 + 0,13 + 1,4) = 77,87 %

Количества реагентов на входе в аппарат:

Объемные расходы:

м³/ч

Полученные значения вносим в таблицу 1. Затем по этим величинам с учетом соотношения (8) [1] рассчитаем массовые расходы каждого компонента и определяем суммарный расход смеси.

кг/м³