- •1. Структура курсової роботи
- •2. Виконання розрахунків на пеом
- •3. Моделювання і аналіз процесу каталітичної очистки в стаціонарних умовах
- •3.1. Математична модель і методика розрахунку каталітичного процесу
- •3.2. Визначення параметрів теплообмінника-рекуператора
- •3.3. Аналіз автотермічного режиму
- •3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші
- •3.5. Аналіз схеми з підживленням пального компонента
- •4. Нестаціонарний метод очистки газів (реверс-процес)
- •4.1. Особливості реверса-процесу
- •4.2. Математичний опис реверс-процесу
- •4.3. Вплив технологічних параметрів на характеристики реверс - процесу
- •5. Оцінка еколого-економічної ефективності систем газоочищення
- •5.1. Розрахунок екологічного ефекту
- •5.2. Розрахунок витрат на впровадження та економічної ефективності очисних споруджень
- •Ціни на складові експлуатаційних витрат
- •6. Приклад виконання розрахунків
- •6.1. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у стаціонарному режимі
- •6.1.1. Розрахунок схеми з автотермічними умовами проведення процесу
- •6.1.2. Розрахунок схеми з додатковим підігрівом суміші
- •6.1.3. Розрахунок схеми з підживленням суміші, що очищається
- •6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів
- •6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників
- •6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників
- •6.3. Порівняння схем каталітичного газоочищення з реакторами, працюючими в стаціонарному режимі
- •Основні показники роботи схем очистки газових викидів
- •6. 4. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у нестаціонарному режимі (реверс-процес)
- •6.5. Розрахунок еколого-економічної ефективності схем каталітичного газоочищення
- •6.5.1. Розрахунок екологічного ефекту
- •6.5.2. Розрахунок економічної ефективності очисних споруджень
- •Основні технологічні показники схем каталітичного газоочищення
- •7. Рекомендована література
- •Додатки
6. 4. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у нестаціонарному режимі (реверс-процес)
Для очищення використовується суміш того ж складу, як і для стаціонарного способу здійснення процесу каталітичного газоочищення. Як ключовий компонент обраний бутан. Кінетичні характеристики реакції глибокого окислювання бутану беруться з табл. 3 додатка і складають відповідно:
предекспоненциальний множник К01 = 7,7105 1/с;
енергія активації Е = 16,6 ккал/моль,
величина адіабатичного розігріву 54о.
Увівши необхідні дані у файл вихідних даних WWOD.DAT, приступають до виконання розрахунків.
Результати розрахунків приведені в табл. 6.9.
Як основні показники процесу знешкодження розглядаються максимальна температура (Tmах) і середній ступінь перетворення токсичних домішок (х), у якості додаткового – гідравлічний опір реактора (ΔР).
Спочатку для фіксованих значень лінійної швидкості і висот шарів каталізатора та інертного засипання проаналізуємо вплив часу між переключеннями напрямку фільтрації газу (τц/2,) на показники процесу знешкодження.
Таблиця 6.9
Результати розрахунків для РЕВЕРС-ПРОЦЕСА.
Ключовий компонент – бутан; ΔТад = 540; Твх = 300С; Тнач = 3500С
№
|
Початкові дані |
Результати розрахунку |
Прим. |
||||||
τц/2, мин |
Uлин, м/с |
Hкат, м |
Hін, м |
№ пер. |
Х1 вих |
Тmax |
ΔР |
||
1 |
15,0 |
0,5 |
0,6 |
1,8 |
40 |
0,9947 |
508,0 |
318,9 |
|
2 |
17,5 |
- - |
- - |
- - |
36 |
0,9834 |
500,6 |
303,7 |
|
3 |
20,0 |
- - |
- - |
- - |
34 |
0,9457 |
485,6 |
285,5, |
мала х |
4 |
15,0 |
0,6 |
0,6 |
1,8 |
- |
- |
- |
- |
гасне |
5 |
15,0 |
0,5 |
0,6 |
2,4 |
44 |
0,9995 |
523,8 |
370,4 |
|
6 |
17,5 |
- - |
- - |
- - |
42 |
9983 |
523,9 |
362,2 |
|
7 |
20,0 |
- - |
- - |
- - |
36 |
0,9976 |
524,5 |
354,1 |
|
8 |
22,0 |
- - |
- - |
- - |
32 |
0,9943 |
522,3 |
344,1 |
|
9 |
15,0 |
0,5 |
0,5 |
2,4 |
44 |
0,9956 |
512,3 |
320,1 |
|
10 |
17,5 |
- - |
- - |
- - |
40 |
0,9914 |
511 |
312,4 |
|
11 |
20,0 |
- - |
- - |
- - |
34 |
0,9837 |
509,2 |
304,6 |
мала х |
12 |
15,0 |
0,4 |
0,5 |
2,4 |
52 |
0,9994 |
510,5 |
219,7 |
|
13 |
17,5 |
- - |
- - |
- - |
48 |
0,9989 |
510,5 |
216,1 |
|
14 |
20,0 |
- - |
- - |
- - |
41 |
0,9984 |
513,2 |
213,42 |
|
15 |
15,0 |
0,6 |
0,5 |
2,4 |
40 |
0,9685 |
500,6 |
423,9 |
|
16 |
17,5 |
- - |
- - |
- - |
38 |
0,9072 |
483,0 |
400,9 |
|
17 |
20,0 |
- - |
- - |
- - |
- |
- |
- |
- |
гасне |
18 |
15,0 |
0,6 |
0,75 |
2,4 |
42 |
0,9994 |
524,4 |
592,0 |
|
19 |
17,5 |
- - |
- - |
- - |
38 |
0,9983 |
523,0 |
573,0 |
|
20 |
20,0 |
- - |
- - |
- - |
32 |
0,9953 |
521,2 |
552,4 |
|
Збільшення часу між переключеннями напрямку фільтрації суміші, що очищається, супроводжується зниженням температури в реакторі (варіанти 1-3). За рахунок витиснення теплової хвилі в інертний матеріал відбувається зниження максимальних температур, і в шарі каталізатора температура не встигає за час проходження теплової хвилі зрости до максимально можливих значень. Ступінь перетворення за рахунок виходу теплової хвилі знижується і у варіантах 2 і 3 стає нижче припустимої.
Очевидно, обрані параметри забезпечують стійкий режим тільки при мінімальному часі переключення. Спробуємо за рахунок збільшення лінійної швидкості підвищити максимальну температуру в шарі і за рахунок цього домогтися високих ступенів перетворення. Однак, при збільшенні Uлин з 0,5 до 0,6 м/с процес загасає (варіант 4). Отже, або час контакту по каталізатору недостатній, щоб за даних умов забезпечити необхідну ступінь перетворення, або температури на вході в шар каталізатора не дозволяють домогтися в зоні каталізатора високих температур і, відповідно, ступеня перетворення. За рахунок збільшення висоти інертного засипання можна збільшити і температуру на вході в шар каталізатора, і, відповідно, максимальні температури. Збільшимо висоту інертного засипання з 1,8 до 2,4 м (варіанти 5–8). Як видно з отриманих результатів, при тривалості напівциклу від 15 до 20 хв. ступінь перетворення не нижче 0,995. При цьому максимальні температури в шарі трохи зросли.
Для цих умов спробуємо зменшити висоту шару каталізатора з 0,6 до 0,5 м (варіанти 9–11). При цьому тільки для тривалості напівциклу 15 хв. ступінь перетворення не нижче 0,995. Максимальна температура при цьому знизилася в порівнянні з попереднім варіантом.
При висотах шару каталізатора 0,5 м і інертного засипання 2,4 м трохи зменшимо лінійну швидкість з 0,5 до 0,4 м/с (варіанти 12–14). При цих умовах і тривалістю напівциклу від 15 до 20 хв ступінь перетворення не нижче 0,995. Максимальна температура при цьому трохи знизилася. При цих же умовах для швидкості 0,6 м/с (варіанти 15–16) для часу переключення 15 і 17,5 хв. ступінь перетворення нижче 0,97, а при часі переключення 20 хв. режим загасає (варіант 17). При збільшенні висоти шару каталізатора з 0,5 до 0,75 м при інших однакових умовах ступінь перетворення не нижче 0,995 для тривалості напівциклу від 15 до 20 хв. (варіанти 18–20).
З порівняння отриманих результатів можна вибрати наступні варіанти, параметри яких забезпечують необхідний ступінь очищення при максимально можливій тривалості напівциклу і мінімальною висотою шару каталізатора – 7; 9; 14 і 20. При інших приблизно рівних показниках мінімальний гідравлічний опір досягається у варіанті 14. Його можна рекомендувати для подальшого порівняння з реактором, що працює в стаціонарних умовах.