- •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
4.3. Вплив технологічних параметрів на характеристики реверс - процесу
Розглянемо нестаціонарний режим, що приведений на мал. 4.2 і 4.3.
Насамперед варто звернути увагу на зміну температури на виході з реактора. Протягом напівциклу теплова хвиля витісняється із шару каталізатора і температура на виході підвищується від величини, близької до вхідного, до деякого максимального значення, зв'язаного з адіабатичним розігрівом газу, що очищується. Після переключення температура на виході знову знижується до вхідної.
Як випливає з приведених на мал. 4.2 і 4.3 температурних і концентраційних профілів, значна частина шару каталізатора знаходиться при температурах, коли швидкість реакції практично дорівнює нулю. Це дозволяє по торцях шару замість каталізатора поміщати інертну насадку (наприклад, кільця Рашига), що дає можливість знизити гідравлічний опір каталітичного реактора і зробити дешевше процес очищення.
Розглянемо вплив умов здійснення процесу знешкодження на його показники. Ці умови визначаються наступними параметрами реакційної системи: тривалістю циклу переключення напрямку подачі реакційної суміші; адіабатичним розігрівом і швидкістю фільтрації суміші, що очищається; вхідною температурою газу; часом контакту по каталізатору і інерту. Крім того, значний вплив на показники процесу роблять кінетичні характеристики (енергія активації і предекспоненційний множник).
Як основні показники процесу знешкодження далі будемо розглядати максимальну температуру (Tmах) і середню ступінь перетворення токсичних домішок (х). Спочатку проаналізуємо вплив часу між переключеннями напрямку фільтрації газу на показники процесу знешкодження.
Збільшення часу між переключеннями напрямку фільтрації суміші, що очищається, супроводжується зниженням температури в реакторі. У результаті 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 в шар інерта знижується незначно. Зміна часу напівциклу позначається на характері поводження вихідних температур і ступенів перетворення. Середні за час напівциклу показники при цьому практично не змінюються. Так, для tц/2= 8 хв Твих=137,5°С, х=99,8 %, для tц/2 = 15 хв Твих=136,7°С, х = 99,3 %. При значному збільшенні часу напівциклу теплова хвиля, виходячи із шару каталізатора, зміститься в шар інертного матеріалу, що може привести до загасання процесу.
Адіабатичний розігрів і швидкість фільтрації суміші, що переробляється. Збільшення адіабатичного розігріву суміші, що переробляється, тобто концентрації в ній компонентів, що окислюються, приводить до росту максимальної температури в тепловій хвилі і зменшенню швидкості її руху. Для реалізації в шарі стійкого високотемпературного циклічного режиму при низьких адіабатичних розігрівах варто збільшувати лінійну швидкість газового потоку.
Перевага переробки газів з низкою концентрацією при високих лінійних швидкостях пояснюється характером впливу швидкості фільтрації на температуру в тепловій хвилі: чим вище перша, тим вище друга.
Час контакту по каталізатору і інерту. Мінімальна величина часу контакту по каталізатору визначається за умови формування високотемпературної зони реакції. При здійсненні Реверс-процесу тільки в шарі каталізатора час контакту, необхідне для повного перетворення вихідної речовини, оцінюється як відношення максимального перепаду температур у шарі до максимального градієнта температур у зоні реакції. При меншому часі контакту втрати тепла з газами, що відходять, перевищують тепловиділення за рахунок хімічної реакції глибокого окислювання, і процес при цьому загасає. При достатньому для існування високотемпературного режиму часу контакту його подальше збільшення практично не впливає на максимальну температуру і ступінь перетворення
Стабільність високого ступеня перетворення при широкому варіюванні часу контакту по каталізатору обумовлює можливість ефективного очищення газів при коливаннях їхніх обсягів у часі.
Використання завантажень інерта по торцях шару каталізатора дозволяє скоротити необхідний для глибокого очищення газів час контакту по каталізатору. При збільшенні кількості інерту вхідна суміш, що очищається, устигає нагріватися в шарі інерта до високих температур і навіть при малому часу контакту по каталізатору буде реагувати практично цілком. Зі збільшенням висоти шару каталізатора відпадає необхідність у великих завантаженнях інерта – за час напівциклу теплова хвиля не встигає залишити шар каталізатора.