Файл: Кузнецов И.Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2024
Просмотров: 119
Скачиваний: 0
Тогда
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^5 |
|
Плотность орошения |
|
в |
полых |
- |
|
|
|
•-2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
выносных |
|
абсорберах |
|
достигает |
|
|
|
|
|
||||||
18 м3/м2-час |
|
(по |
6 м3/м2-час |
|
на |
|
|
|
|
3^ |
|||||
каждом ярусе). Степень окисленно- |
|
|
|
їм л ^\ |
|||||||||||
сти газа с учетом его доокисления в |
_ |
|
|||||||||||||
полом |
аппарате |
составляет |
40%. |
|
|
|
|
|
|||||||
Подставив |
полученные |
значения |
в |
|
|
|
|
|
|||||||
уравнение |
(5), определим |
степень |
|
|
|
|
4 |
||||||||
очистки газа в полых выносных |
|
|
|
|
|
||||||||||
скрубберах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
а = |
13,807 -0,594-ГО-3 • 2,78• 10~4 |
+ |
Рис. |
4. |
Схема полого |
||||||||||
+ |
0,094-Ю-3 -13,9-Ю-4 |
+ |
1,5-18 + |
||||||||||||
|
|
+ |
1,037-40 = |
77,3о/о. |
|
|
аппарата |
с |
форсуночным |
||||||
|
|
|
|
распылением |
жидкости: |
||||||||||
Фактическая |
степень |
очистки |
в по |
/—корпус; |
|
2—форсунка; |
|||||||||
лых выносных скрубберах в произ |
3—коллектор; |
4—насос; |
|||||||||||||
5—распределительный эк- |
|||||||||||||||
водственных |
условиях |
составляет |
ран-каплеотбойник. |
||||||||||||
80%. |
Таким |
образом, |
полученная |
|
|
|
|
|
|||||||
нами математическая модель -про |
|
|
|
|
|
||||||||||
цесса |
с достаточной |
для |
практических |
целей |
|
точностью |
описывает процесс абсорбции газов в полых форсуночных аппаратах и может быть использована при проектирова нии аналогичных аппаратов.
Окисление и абсорбция окислов азота жидкими окислителями
Интенсификация процесса гомогенного окис ления окиси азота в жидкой фазе газообразными окислите лями (кислородом или озоном) связана с диффузией пос ледних в жидкую фазу. Диффузия кислорода в раствор, является наиболее медленной стадией гомогенного окисле ния окиси азота в жидкой фазе, и поэтому она контроли рует весь процесс.
Скорость диффузии газообразных окислителей в жид кую фазу зависит .от многих факторов: температуры, дав ления, концентрации компонентов, турбулентности пото ков и т. д. Чтобы увеличить скорость реакции гомогенного
2 Заказ 22 |
33 |
окисления NO в жидкой фазе, необходимо воздействовать на систему изменением одного или нескольких перечислен ных параметров. Выше были рассмотрены случаи, когда желаемый эффект достигался путем увеличения концент рации кислорода, используемого для насыщения растворов в выносных реакторах, и путем турбулизации газо-жидко- стных потоков в высокоскоростных абсорберах.
Как показали наши исследования, скорость реакции окисления N0 может быть увеличена, если ее проводить в жидкой фазе с помощью жидких окислителей. В этом случае окислители находятся в растворенном состоянии, и скорость реакции гомогенного окисления N0 в жидкой фа зе не будет зависеть от скорости диффузии окислителей в раствор. Таким образом, устраняется наиболее медленная стадия процесса.
Известен ряд жидких окислителей, превосходящих по своей активности кислород. К ним относятся водные рас
творы |
Н 2 0 2 , КМп04 |
, КВгОз, K2 Cr,07 , |
(NH4 ) 2 Cr2 0 7 , |
Na2 Cr04 , |
||
КСЮз, |
NaC103, K2 |
S2 03 , |
(NH 4 ) 2 S 2 0 3 , |
NH4 C104 , |
K2 S2 08 , |
|
HN0 3 . |
Некоторые |
из |
этих окислителей |
представля |
||
ют теоретический и практический интерес |
для |
процесса |
окисления окиси азота с целью |
санитарной очистки газа. |
|
Нами для процесса окисления N0 были изучены следую |
||
щие жидкие |
окислители: Н 2 0 2 , |
КМп04 , КВг03 , К2 Сг2 07, |
(NH 4 ) 2 Cr 2 0 7 , |
Na2 Cr04 , H N 0 3 и |
царская водка. |
Взаимодействие окиси азота с исследуемыми жидкими окислителями в зависимости от условий реакции протекает по следующим суммарным уравнениям:
1. KBr0 3 |
+ 2N0 + |
H 2 0 - ^ 2 H N 0 ; ) + |
KBr |
|||||
2. |
КВгОз + 2N0 + 2Na0H - » KBr + 2NaN03 -f Н 2 0 |
|||||||
3. |
3 H 2 0 2 |
4- 2N0 |
2HN0 3 |
+ 2 Н , 0 |
|
|||
4. |
З Н 2 0 2 |
+ 2N0 + 2Na0H |
2NaN03 + 4 Н 2 0 |
|||||
5. К М п 0 4 |
+ NO ~+ K N 0 3 + М п 0 2 |
|
||||||
6. |
3KMn04 |
+ 5NO + |
4 H C l - » 2 M n C l 2 - r - M n ( N O a ) 2 4 - |
|||||
|
+ 3KN03 |
4- 2 Н 2 0 |
|
|
|
|||
7. |
K M n 0 4 |
+ 3N.O-b2NaOH-^Mn02 + 2NaN02 4-KN02 + |
||||||
|
+ Н 3 0 |
|
|
|
|
|
|
|
8. |
К 2 С г 2 0 , + |
2N0 + |
З Н 2 0 - » 2 K N 0 3 |
+ 2Сг ( 0 Н ) 3 |
||||
9. |
К 2 Сг 2 0 7 |
+ |
2N0 + |
6НС1 |
2СгС13 |
4- 2KN08 + З Н 2 0 |
||
10. |
(NH4 )2 |
C r 2 0 7 + 2N0 + |
З Н 8 0 - » 2 N H 4 N 0 3 + 2Сг(0Н)3 |
11. |
( N H 4 ) 2 C r 2 0 7 + 2NO + 6HCl->2CrCl3 + 2NH4 N03 |
+ |
|||||||
|
+ 3H 2 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
. 12. |
Na2 Cr0.4 |
+ |
N O + 2 H 2 0 - > Cr ( O H ) 3 + N a N 0 3 |
+ |
NaOH. |
||||
13. |
Na2 Cr04 |
+ |
3NO + NaOH + H 2 0 - > Cr (OH)3 |
+ |
|
||||
|
+ 3NaN02 |
|
|
|
|
|
|
||
14. |
Na2 Cr04 |
+ |
NO + 4HC1 -»• CrCl3 |
+ NaN03 |
+ |
NaCl |
+ |
||
|
+ 2H 2 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
15. |
KC103 |
+ 2NO + H 2 0 - » KC1 + |
2HN03 |
|
|
|
|
||
16. |
KC103 |
+ 2NO + 2NaOH - > KC1 + 2NaN03 |
+ |
|
H 2 0 |
|
|||
17. |
H N 0 3 |
+ |
NO - > N 0 2 + UNO, |
|
|
|
|
|
Анализируя экспериментальные данные, полученные при абсорбции окислов азота жидкими окислителями, был уста новлен ряд активности жидких окислителей, который убы вает в следующей последовательности:
К В Ю 3 |
> H N 0 3 |
> KMnO.( > Н , 0 2 |
> N a 2 C r 0 4 > |
( N H 4 ) 2 C r 2 0 7 > |
|
1,0 |
0,59 |
0,54 |
0,33 |
0,097 |
0,048 |
|
|
|
> K2 Cr2 Ov . |
|
|
|
|
|
0,045 |
|
Коэффициенты скорости реакции для 3%-ных водных рас творов приведенных окислителей соответственно имеют следующие значения в моль/л. сек.
620- Ю - 6 > 365- Ю - 6 > 338- Ю - 6 > 204-10~6 > 60-10~6 > > 3 0 - Ю - 6 > 28 - Ю - 6 .
Приведенные данные свидетельствуют о том, что окисли тельная способность различных жидких окислителей зна чительно отличается (на целый порядок). Наиболее актив ным из испытанных окислителей по отношению к NO оказался водный раствор КВгОз. Несколько меньшей окис лительной активностью обладает HNOa, КМ.ПО4 и Н2О2. Другие жидкие окислители окисляют NO с недостаточной для практических целей скоростью. Царская водка ведет себя аналогично HNO3, а окислитель 1КСЮ3 в приведенных условиях взаимодействует с NO с Очень малой скоростью,
В результате обработки экспериментальных данных по лучены уравнения, описывающие скорость процесса окис ления NO жидкими окислителями в зависимости от кон центрации растворов, температуры и рН среды. Эти урав нения имеют вид:
2 |
35 |
И К В г о . = |
[432,65 + 76,25 С К в г о 3 - 4,4371° + |
4,17рН] • |
|
• 10~6 моль/л -сек. |
(7) |
Икм„о. = |
[137,5 + 64,75 С К М п о . +"1,1371° + |
2,833рН] • |
|
• Ю - 6 моль/л-сек. |
(8) |
И Н Л = |
[29,99 +176,25 Сн ,о, + 183,75t° + |
69,99рН]. |
|
• 10~6 моль/л-сек. |
(9) |
Окисление окиси азота на низкотемператур ных катализаторах
Известно, что скорость реакции окисления окиси азота газообразным кислородом увеличивается в присутствии твердых тел и некоторых катализаторов. Наи большую активность проявляют катализаторы, приготов ленные на основе драгоценных металлов. Большинство ли тературных данных указывает лишь на качественную ха рактеристику влияния различных веществ на этот процесс.
Нами была поставлена задача исследовать каталитиче
ские свойства ряда природных и искусственных |
материа |
||||
лов и катализаторов с целью использования их в |
промыш |
||||
ленности для увеличения скорости окисления N0, |
|||||
предполагая при этом, |
что |
с ростом скорости |
окисления |
||
N 0 возрастет |
скорость |
и степень санитарной очистки га |
|||
зов от окислов |
азота. |
|
|
|
|
Исследование проводили |
на установке |
(рис. 5), состоя |
|||
щей из реактора 4 окисления N0 и реактора 6 поглощения |
|||||
окислов азота. |
Установка |
оборудована |
также |
вспомога |
|
тельными устройствами |
и контрольно-измерительными при |
борами для проведения процесса. Окись азота из баллона 12 заполняла калиброванную бюретку 10, после чего с по
мощью |
уравнительной склянки 9 вытеснялась в смеситель |
3. Сюда |
же из баллонов / / и 12 через реометры 2 посту |
пали азот и кислород. Газовая смесь из емкости 3 посту пала в реактор 4, заполненный катализатором. Пройдя ка тализатор, газ попадал в реактор 6, где осуществлялась аб сорбция окислов азота водой.
По количеству абсорбированных окислов азота судили о степени окисленности N0, предполагая, что степень абсорб ции прямо пропорциональна степени окисленности газа.
Исследования проводились методом сравнения с вари антом, когда в реакторе 4 отсутствовал катализатор и окис ление N 0 протекало в газовой фазе.
Рис. 5. Схема экспериментальной установки для изучения процесса окисления N0 на низкотемпературных катализаторах: )—баллон .с азо том; 2—реометры; 3—смеситель; 4—реактор; 5—отбор проб; 6—абсор бер; 7—бачок; 8—манометр; 9—уравнительная склянка; 10—бюретка; 11—баллон с кислородом; 12—баллон с окисью азота.
В процессе исследований изучалось влияние на скорость окисления N 0 природы катализаторов, концентрации окиси азота, концентрации кислорода, температуры и времени контактирования; они изменялись в следующих пределах:
концентрация |
N O , CNO = 1 -=- 2,25%, |
|
концентрация |
0 2 , Соа = |
5 -г- 20% , |
время контактирования |
т = 0,52-г-1,26 сек.,' |
температура |
t ° = 26 - - 200° С, |
|
|
|
|||
начальная степень окисления <х0 = 25%. |
|
||||||
Результаты |
исследований |
активности |
различных ката |
||||
лизаторов показаны в таблице 2. |
|
Т а б л и ц а 2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Каталитическая активность катализаторов |
|
||||
|
|
|
(при |
t = 80°) |
|
|
|
|
|
|
Концентраи ия получае- |
Увеличение |
|||
|
|
|
|
мой HN 03 , |
г/л |
скорости |
|
|
Катализаторы |
абсорбции в |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
присутствии |
|||
|
|
|
без катали |
с |
катали |
||
|
|
|
катализато |
||||
|
|
|
|
затора |
затором |
||
|
|
|
|
ра |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Полиэтилен |
|
|
7,86 |
|
6,85 |
0,874 |
|
Шамот |
|
|
|
6,11 |
|
5,62 |
0,918 |
Известняк |
|
|
5,53 |
|
5,08 |
0,918 |
|
Динас |
|
|
|
7,30 |
|
6,82 |
0,934 |
Кокс |
|
|
|
8,37 |
|
8,00 |
0,955 |
Доломит |
|
|
8,37 |
|
8,02 |
0,96 |
|
Окись |
алюминия |
|
7,35 |
|
7,02 |
0,968 |
|
Катализатор БАВ |
|
6,05 |
|
6,00 |
0,990 |
||
Катализатор |
НТК-4 |
8,43 |
|
8,05 |
0,955 |
||
Стекло |
(кварц) |
|
7,5 |
|
7,5 |
1,0 |
|
Полистирол |
(гранулы) |
7,9 |
|
7,8 |
0,989 |
||
Железная руда |
|
8,0 |
|
8,01 |
1,01 |
||
Марганцевая |
руда |
|
8,1 |
|
8,12 |
1,02 |
|
Катализатор |
ГИАП-10 |
8,55 |
|
8,81 |
1,03 |
||
Стекловолокно |
|
8,2 |
|
8,55 |
1,04 |
||
Кокс, |
пропитанный солями |
|
|
|
|
||
Си, Мп |
|
|
7,6 |
|
8,6 |
1,13 |
|
Кокс, пропитанный |
солями Сг |
8,15 |
|
9,55 |
1,17 |
||
Фарфор |
|
|
8,1 |
|
9,49 |
1,17 |
|
Стекло |
|
|
|
8,45 |
|
10,95 |
1,298 |
Алюмогель |
|
|
7,30 |
|
9,55 |
1,31 |
|
Уголь абрикосов, косточ. |
5,67 |
|
7,41 |
1,31 |
|||
Силикагель КСК |
|
7,86 |
|
11,48 |
1,46 |
||
Карбоалюмогель |
|
8,37 |
|
16,0 |
1,91 |
||
Гопкалит |
|
|
8,37 |
|
21,0 |
2,51 |
Приведенные данные свидетельствуют о том, что испы танные вещества оказывают не одинаковое влияние на ско рость окисления окиси азота. По каталитической активно сти их можно условно разделить на 3 группы.
Первая группа — это инертные вещества, которые не оказывают влияния на скорость реакций окисления NO. К ним относятся: полиэтилен, шамот, известняк, динас, кокс,- доломит, окись А1, катализатор БАВ и НТК-4. Сни жение скорости окисления NO в присутствии этих веществ объясняется сокращением окислительного объема при за полнении его катализатором.