- •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
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
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:
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.
На виході із шару каталізатора досягається практично повне перетворення реагуючих компонентів.
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)
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).
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.