CC BY
3
УДК 665.
Машукаев Б.Н. студент магистрант Нефтетехнологический факультет Самарский государственный технический университет
Россия, г. Самара РАСЧЕТ БЛОКА КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
Аннотация
В данной статье был произведен расчет блока каталитической очистки, а также кинетики процесса. Определены константы скорости.
Ключевые слова: Реакция, горение, расчет, объем, газ, процесс, температура.
Mashukaev B.N. magistrand
2 cours magistrature, faculty «Oil and gas department»
Samara State Technical University
Russia, Samara
CALCULATION OF THE CATALYTIC CLEANING UNIT
Abstract.
In this paper, the catalytic purification unit was calculated, as well as the process kinetics. The rate constants are determined.
Keywords: Reaction, combustion, calculation, volume, gas, process, temperature.
При горении углеводородного топлива в топочной камере, образуются продукты неполного сгорания такие как NOx и CO, являющиеся опасными загрязнителями атмосферы и окружающей среды в целом. Для предотвращения попадания токсичных веществ в атмосферный воздух, в работе принято спроектировать блок каталитической очистки дымовых газов от указанных веществ. Данный блок представляет собой химический реактор идеального вытеснения с расположенной внутри сотовой конструкцией с нанесенным на нее палладием, и располагающимся после камеры сгорания. Выбор палладиевого катализатора обусловлен тем, что данный катализатор подходит как для окислительных реакций с участием диоксида углерода (CO), так и для восстановительных реакций оксидов азота (NO).
Реакция восстановления NO на палладиевом катализаторе выглядит следующим образом:
NO + CO = N2 + C02. (1)
Как видно из реакции (1) оксиды азота восстанавливаются диоксидом углерода, что позволяет одновременно преобразовывать оба загрязнителя.
Кроме того, на палладиевом катализаторе возможна реакция окисления CO по следующей реакции:
что так же увеличивает степень очистки.
Целью расчета является нахождение геометрических размеров химического реактора, а также реакционного объема катализатора.
Исходные данные для расчета: температура выброса: Тв = 600°С; концентрация оксида углерода: СО = 10%;
концентрация оксида азота: N0 = 12,4; концентрация кислорода: О2 = 9,6%; концентрация азота: N2 = 68%;
объем газовых выбросов: Wг = 15500 м3/ч; энергия активации процесса: Еа = кДж/моль.
Кинетика процесса
Для реактора, работающего в режиме идеального вытеснения, справедливо выражение:
(3)
г /1
т = к = с
нач
[7»],
где т - время контакта газа с реакционным веществом, с; Ук-реакционный объем катализатора, м3;
Уг - объем смеси газа, подвергшегося очистке, м3/ч; Снач - начальная концентрация исходного вещества, моль/л; хнач, хкон - начальная и конечная степени превращения;
хА- степень превращения исходного вещества; иА- скорость реакции. Скорость реакции восстановления оксида азота на палладиевом катали заторе можно определить по уравнению Борескова:
к \ у хл0 8 . . 273 (4)
и
/к\ / зеч0'8 „ л 273
где а а - начальная концентрация N0 в газе, %; Ь - начальная концентрация СО в газе, %;
Т - температура дымовых газов на слое катализатора; х - степень превращения;
к - константа скорости химической реакции.
Подставив значение скорости из уравнения (4) в уравнение (3), получаем:
(5)
1С
т=к=
273
Определение константы скорости
Константа скорости процесса при температуре 600 °С вычисляется по
формуле:
= (6) к Я '
2,3 ¿д
' (г± Т2)'
где Еа - энергия активации процесса восстановления, кДж/моль; Т1-температура до начала реакции, К;
Т2- температура окончания реакции, К; R = 8,31 - газовая постоянная.
Принимаем,Т2 = 973 К, тогда:
^бООЛС
Использованные источники:
1. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. - М.: Наука, 1986. - с. 1-42
2. Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания. Технические условия: ГОСТ 27577-2000. — М.: Изд-во стандарты, 2001.
3. Духанин Г.П. Термодинамические расчеты химических реакций// Учебное пособие - 2010. - 96 с.
4. Соколов В.А., Бестужев М.А., Тихомолова Т.В. Химический состав нефтей и природных газов в связи с их происхождением. - М.: Недра, 1972.273 с.
