Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
В промышленных масштабах используется только метод восстановления отходящих газов производства азотной кислоты с применением платинового или палладиевого катализатора вместе с топливным мазутом; эффективность метода превышает 90%. В ряде случаев считается достаточным восстановление до оксида азота (II), когда выхлопные газы становятся бесцветными. На это расходуется стехиометрическое количество горючего газа, например природный или доменный газ, CO, H2 и пары керосина. Для полного восстановления необходимо дополнительное количество горючего газа, который должен реагировать как с кислородом, так и с диоксидом азота. Температура процесса должна быть ниже 850 °С, и в случае присутствия больших количеств кислорода следует использовать двухстадийный процесс для того, чтобы температура во время реакции не превысила 850 °С. Температура зажигания изменяется от 150 (если в качестве топлива используют водород или оксид углерода) до 4000C (если используют метан).
196
Наиболее эффективным катализатором является палладий, нанесенный на поверхность сотовой структуры оксида алюминия или мюллита.
Чтобы предотвратить ухудшение свойств ванадиевого катализатора в производстве аммиака, необходимо удалить оксид углерода из синтез-газа при давлении 7-Ю5—14*IO5 кПа. Эффективным катализатором этого процесса является платина на подложке при 160 °С. Типичные результаты приведены ниже:
Оксид углерода
Концентрация, млн-1 на входе на выходе
Концентрация, млн—і на входе на выходе
CO O2 .
. 3000 8
. 4500 5
CO3*.
CH4
, 900 900
. 4600 4600
* Повышенные концентрации CO2 обусловлены присутствием большого количества CO в отходящих газах (особенно при наличии кислорода).
ГЛАВА IV
АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ ДВИЖЕНИЮ ЧАСТИЦ
Удаление молекул из газовых потоков, обсуждавшееся в предыдущей главе, определяется главным образом процессом диффузии. С другой стороны, при удалении частиц гораздо большую роль играют такие процессы, как гравитационное разделение и центрифугирование, перехват и инерционное столкновение, или действие электростатических, термических или магнитных сил.
В сущности установка для удаления частиц представляет собой систему, через которую проходит газовый поток и в которой частицы подвергаются воздействию некоторых сил, способствующих удалению этих частиц из потока. Для эффективности работы установки прилагаемые силы должны быть достаточно велики, чтобы удалить частицу из газового потока за время ее пребывания в улавливающей системе. Действующие силы придают частице составляющую скорости, отличающуюся по направлению от направления газового потока, и при движении частицы поперек движения потока они испытывают сопротивление газа. Движение частиц в движущихся средах недостаточно изучено, хотя совершенно ясно, что частицы вращаются и приобретают составляющие скорости, направленные вверх и в сторону, подобно нагрузкам, испытываемым любой несущей поверхностью. Вследствие ограниченности знаний о сопротивлении среды предполагается, что это сопротивление аналогично сопротивлению, испытываемому частицей при ее движении в стационарной среде.
Расчет сопротивления среды при наличии поперечного движе1 ния частицы является основополагающим для определения эффект тивности конкретного механизма удаления частицы из газовол} потока. Например, в простейшей очистной установке — пылеосадительной камере, представляющей собой замкнутое пространство, через которое проходит газовый поток, действующему на частицы полю тяготения Земли противостоит сопротивление газового потока падающим частицам. Крупные частицы, падающие быстрее, улавливаются, в то время как более мелкие частицы, которые не успевают оседать за время пребывания газового потока в камере, могут проскочить.
В этой главе обсуждаются методы расчета сопротивления средь* движению частиц под действием внешних сил. Следующие разде-
198
рис. IV-1. Соотношение между коэффициентом лобового сопротивления и числом Рейнольдса для сферических частиц [4931.
лы посвящены взаимодействию приложенных внешних сил с сопротивляющейся средой и методам применения этих расчетов для определения эффективности газоочистной установки.
Наиболее простым примером расчета системы газ — частица является расчет сферической частицы, движущейся с установившейся постоянной скоростью в непрерывном бесконечном потоке. Поэтому вначале будет рассмотрен этот случай, а другие типы частиц и другие факторы будут связываться с этой системой. Рассмотрим следующие варианты:
дискретный поток; частицы, движущиеся с ускорением; частицы, движущиеся вблизи стенки; взаимодействие друг с другом нескольких частиц; частицы несферические по форме; турбулентный поток.
Многие из этих факторов были более детально рассмотрены Хэппелем и Бреннером [337] и Торобиным и Говэном [805]. Тем не менее в последующих разделах приведены кратко наиболее важные необходимые для расчетов уравнения.
1. СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ В СЛУЧАЕ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ, ДВИЖУЩИХСЯ С ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТЬЮ
