第07章_催化法净化气态污染物课件精品.ppt

催化反应动力学方程 宏观动力学方程 内扩散反应速率 内外扩散的影响 外扩散控制 降低催化剂表面反应物浓度，从而降低反应速度 表现因数：以浓度差为推动力的外扩散吸附系数KG 消除方法 提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度 气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外扩散影响消除－下限流速 内外扩散的影响 内扩散控制 降低催化剂内反应物浓度，从而降低反应速度 表现因数：η 消除方法 尽量减小催化剂颗粒大小 粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影响消除 催化净化工艺 催化转化可分为催化氧化和催化还原两类。 催化氧化法，是使废气中的污染物在催化剂的作用下被氧化。 催化还原法，是使废气中的污染物在催化剂的作用下，与还原性气体发生反应的净化过程。 四、催化净化工艺与反应器设计 段间冷却的四层催化床 第二级 催化床 预除尘和水分 填充床吸收塔 填充床吸收塔 来自冶炼厂或硫磺燃烧的富含SO2的尾气 水 含有约为初始进气SO2浓度3%的尾气 含有约为初始进气SO2浓度0.3%的尾气 水 单级吸收工艺 二级吸收工艺 SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420～550℃ 催化净化工艺 催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等 VOCs的催化氧化 催化净化工艺 NOx NH3 过滤器 燃烧器 混合器 反应器 NOx的选择性催化还原（SCR） 催化净化工艺 车用催化转化器 排气管 相变材料 催化床 可变导管 真空绝热 波纹管 三、催化反应器及其设计 （一）气固催化反应器类型及选择 1、气固催化反应器类型 工业应用的气固催化反应器 按颗粒床层的特性可分为固定床催化反应器和流化床催化反应器两大类。其中环境工程领域采用最多的是固定床催化反应器。 按温度条件和传热方式可分为绝热式与连续换热式； 按反应器内气体流动方向又可分为轴向式和径向式。 它具有以下优点： ① 床层内流体的轴向流动一般呈理想置换流动，反应速度较快，催化剂用量少，反应器体积小； ② 流体停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性； ③催化剂不易磨损，可长期使用。但床层轴向温度分布不均匀。 2. 固定床催化反应器的选择 对于固定床催化反应器，一般应遵循以下原则： （1）根据催化反应热的大小及催化剂的活性温度范围，选择合适的结构类型，保证床层温度控制在许可的范围内。 （2）床层阻力应尽可能小，气流分布要均匀。 （3）在满足温度条件前提下，应尽量使单位体积反应器内催化剂的装载系数大，以提高设备利用率。 （4）反应器应结构简单，便于操作，造价低廉，安全可靠。 1. 停留时间与流体的流动模型 连续式反应器有两种理想流动模型，即活塞流反应器和完全混流式反应器。在活塞流反应器中，物料以相同的流速沿流动方向流动，而且没有混合和扩散。而在理想混合流反应器中，物料在进入的瞬间即均匀地分散在整个反应空间，反应器出口的物料浓度与反应器内完全相同。 固定床的停留时间可按下式来计算 （二）气固相催化反应器设计基础 停留时间 决定反应的转化率 由催化床的空间体积、物料的体积流量和流动方式决定 （二）气固相催化反应器设计基础 2. 空间速度 在连续催化反应器中，常用空间速度Vsp表示度量反应器的生产强度，其定义是单位时间内，单位有效容积反应器处理的反应混合物的体积多少。例如空间速度为10h-1，则表示反应器每小时能处理10倍于反应器有效容积的体积物料。对气固相反应过程则用单位时间内，单位催化剂床层体积处理的反应混合物体积来定义空间速度WSP。 为了比较和计算方便起见，还常将操作条件下反应混合物的初始体积流量换算为标准状况（273K，101.325kPa）下的初始体积流量来计算空间速度，即 3. 接触时间 空间速度的倒数称为接触时间，定义为 上式中如果用标准状况下的体积流量来计算，则得到标准接触时间 （二）催化反应器的设计 气固相催化反应器设计，大致可以分为经验法与数学模型法两种。 1。经验计算法 思路：a.将催化床作为一个整体；b.利用经验参数设计；c.通过中间实验确定最佳工艺条件. （1）催化剂体积用量 若已知空间速度Vsp或接触时间τ，则可算出催化剂体积VR为： （2）催化剂床层直径和床层高 由对应的气流空塔速度可得出反应器直径D，再根据VR和D求出床层高L。 固定床反应器 最主要的气固相催化反应器 优点: 流体接近于平推流，返混小，反应速度较快 固定床中催化剂不易磨损，可长期使用 停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性