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气态污染物控制技术基础第二部分
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 三、气体催化净化 3、气-固相催化反应器的设计 催化剂装量的经验计算 催化床层高 其中空隙率 ρs,ρp----催化堆积密度与颗粒密度,kg/m3 * 三、气体催化净化 3、气-固相催化反应器的设计 催化剂装量的数学模型计算 绝热固定床或反应热效应小的催化床,轴向温差可忽略不计,以化学动力学为控制步骤 WR-催化剂装量 Q-气体体积流量,m3/h -反应体系中各种气体分子的总摩尔数 * 三、气体催化净化 3、气-固相催化反应器的设计 催化剂装量的数学模型计算 转化率较高的工业反应器,温度分布具有明显的轴向温差: -反应的热效应,kJ/mol;N0-总的分子流量,mol/h -混合气体的平均定压比热,kJ/(mol?K) yA0-物料A的初始摩尔分率 对总分子数不变的反应体系,反应气流温度变化 * 三、气体催化净化 3、气-固相催化反应器的设计 其它应该注意的问题 催化剂装填时自由落下的高度应小于0.6m,强度高的催化剂也不应超过1m;床层装填一定要均匀,床层厚度不要超过催化剂的抗压强度所能承受的范围; 反应床内气流分布要均匀,在进口前有10倍于管径的直管段,或采用气流分布器; 对正常运行条件下催化剂的逐渐失活,设计上要考虑补偿,或提供适当高度的保护层,或适当提高温度; 进行预净化,避免过多的外来物粘在催化剂表面。 对腐蚀气体要采用涂层或内衬结构,设计上要解决好涂层与内衬的修补和更换问题; 提供可靠的催化剂活化条件和再生条件。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 催化剂配方的实验室研制 基本原料的选择 杂质的去除 把提纯后的物质转变为所需要的化合物,使其成为微粒、颗粒或薄膜,或将其沉积在载体上 载体在使用前要经过一定的预处理,如水洗、酸洗、碱洗、煅烧等,以保证其稳定性 将成型后的催化剂进一步处理,如焙烧、还原、氧化、硫化、羟基化等,使之具有一定性质和数量的活性中心,即活化 三、气体催化净化 * 催化剂的制备 催化剂 1、催化原理和催化剂 制备方法:浸渍法、沉淀法、溶胶-凝胶法、喷涂法、微波法 浸渍法: 浸渍负载 活性物质——硝酸盐、醋酸盐、铵盐; 分步浸渍或将多种活性组分制成杂多酸溶液一次浸渍; 采用氧化铝载体时,载体应先用水处理。 煅烧活化 除掉易挥发组分,使催化剂有稳定的活性; 使催化剂形成一定的晶型结构,保持适宜的孔隙结构和比表面积 提高催化剂的机械强度; 煅烧温度过高可能出现烧结现象,使活性降低。 * 三、气体催化净化 催化剂的制备 催化剂 1、催化原理和催化剂 (1)反应物从气流主体?催化剂外表面 (2)进一步向催化剂的微孔内扩散 (3)反应物在催化剂的表面上被吸附 (4)吸附的反应物转化为生成物 (5)生成物从催化剂表面脱附下来 (6)脱附生成物从微孔向外表面扩散 (7)生成物从外表面扩散到气流主体 (1),(7):外扩散;(2),(6)内扩散 ;(3),(4),(5):动力学过程 主气流 微孔 固相 催化剂粒子示意图 三、气体催化净化 * 气固催化反应过程 2、气固催化反应动力学 催化剂中的浓度分布 三、气体催化净化 * 气固催化反应过程 2、气固催化反应动力学 气固催化反应的控制步骤:速度最慢的步骤 三、气体催化净化 * 气固催化反应过程 2、气固催化反应动力学 不同控制过程反应物的浓度 aA+bB lL+mM 动力学方程式:反应速度与反应物浓度间函数关系 基于非均匀表面的幂指数型 可逆反应速率方程为: 基元反应: A B n级不可逆反应,幂指数形式的动力学方程为: 非基元反应,幂指数需要实验测定 化学反应动力学方程 三、气体催化净化 * 2、气固催化反应动力学 SO2催化氧化动力学方程 如不考虑逆反应,以产物SO3生成表示的反应速率为: a、b、l—幂指数,对不同催化剂而言有不同值 当采用钒催化剂,实验测得:a=0.8,b=1,l=-0.8 : 三、气体催化净化 化学反应动力学方程 2、气固催化反应动力学 * 设SO2的转化率为x, a、b为SO2和O2的初始浓度,则: 以转化率来表示动力学方程: 影响反应速度的因素有:反应速度常数k、平衡转化率x*、瞬时转化率x和气体起始组成。 三、气体催化净化 SO2催化氧化动力学方程 化学反应动力学方程 2、气固催化反应动力学 * SO2在钒催化剂上的反应速度常数 温度,℃ k 温度,℃ k 温度,℃ k
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