Аппараты каталитической очистки газов
Аппараты каталитической очистки газов
(контактные аппараты КА)
По способу взаимодействия газов с катализатором контактные аппараты подразделяют на:
1) аппараты с фильтрующим слоем катализатора;
2) аппараты со взвешенным (кипящим) слоем катализатора;
3) аппараты с пылевидным катализатором;
1) Первая группа включает емкостные, трубчатые, полочные КА, принцип действия которых основан на фильтрации газа через слой неподвижного катализатора.
Рекомендуемые материалы
Газы подают в аппарат или сверху вниз, или снизу (под решетку), если газы подаются снизу, то скорость газов не должна превышать скорости псевдоснижения катализатора, иначе он может перейти во взвешенное состояние.
Достоинство: КА – простота конструкции
Недостаток: отсутствие теплообмена, что позволит использовать эти аппараты для реакции с небольшими тепловыделениями.
Многослойный полочный КА,
устанавливают, когда между
слоями газ дополнительно
подвергают обработке – нагревают,
охлаждают, увлажняют и т.д.
В зависимости от функционального назначения КА с фильтрующим слоем катализатора имеют несколько вариантов конструктивного исполнения:
Тип К – реакторы каталитические с твердым катализатором, размещенным в отдельном корпусе.
В последнее время в связи с необходимостью регенерации и замены катализатора созданы аппараты с быстрой загрузкой – выгрузкой без разборки аппарата – схема реактора с двухслойной корзиной.
Предназначен для очистки отходящих газов от покрасочных камер в машиностроении.
Аппарат выполнен в виде прямоугольной камеры, внутри которой размещены кассеты 1 с катализатором. В аппарате улучшенное газораспределение за счет наклона кассет на 4 - 9º и устройства направляющих лопаток 2.
В радиальном реакторе катализатор располагается в корзинах, образованных центральной трубой и корпусом.
Поверхности корзин перфорированы, между корпусом реактора и обечайкой корзины образуется кольцевой канал для транспортировки газов.
В отличие от полочных в радиальных реакторах степень использования рабочего объема ниже из-за усадки катализатора. Однако, более равномерное распределение потоков.
Другой вариант компоновки катализаторного объема представлен на рис.
Рабочий объем выполнен в виде сменных катализаторных кассет, размещенных в прямоугольном корпусе.
Кроме того, существуют монолитные блочные катализаторы на керамическом носителе разнообразной формы (цилиндры, призмы, круглые и сотовые каналы). Катализаторы обладают высокой эффективностью и термостойкостью и низким гидравлическим сопротивлением.
Монолитный катализатор в виде цилиндрических блоков диаметром до 4 м имеет 40 тыс. прямых каналов на 1 м2 сечения.
Достигнутый к настоящему времени уровень аппаратурного оформления каталитической очистки газов позволил широко использовать этот метод, по своим технико-экономическим показателям конкурентоспособный и более эффективный, чем другие методы газоочистки.
Тип ТК – термокаталитические реакторы, у них в одном корпусе находится контактный узел и подогреватель, что снижает габариты, металлоемкость, упрощает обслуживание.
Тип ТКВ – в одном корпусе размещены контактный узел, подогреватель и рекуператор – очищают отходящие газы сушильных покрасочных камер.
Реактор состоит из двух ступеней:
I ступень – высокотемпературное дожигание отх. газов сушильных камер;
II ступень – каталитическая очистка и рекуперация тепла;
Газ, загрязненный парами растворителя, поступивший в теплообменник 3, предварительно подогревается, затем поступает в камеру дожигания, где смешивается с горячими газами, образующимися за счет горячего газа в горелки. Разогретая смесь проходит слой катализатора 2 и после очистки выбрасывается в атмосферу.
Реакторы с фильтрующим слоем работают при t = 360-450ºC, и обеспечивают очистку газов от органических примесей: формальдегиды, паров растворителей, ацетона, фенола, этилового и метилового спирта, сольвента и других ЗВ. Степень очистки 96-100%.
Недостатки – засорение катализатора твердыми частицами, в случае их присутствия в газе. В этом случае предпочтительны трубчатые реакторы с нанесенным на внутреннюю поверхность трубы катализатора.
Трубчатый реактор. Катализатор в пастообразном состоянии наносится на внутреннюю поверхность трубы с помощью специального приспособления пуансона. Диаметр трубок 20-40 мм.
Состав катализаторной смеси: Cr2O3 – 6%, ZnO – 2%, CuO – 8%, алюминиевая пудра, цемент разводят до пастообразного состояния аммиачной водой. После нанесения пасты, трубки сушат и прокаливают (400ºС).
Аппараты с фильтрующим слоем катализатора характеризуются ламинарным течением газового потока и концентрация ЗВ в сечении аппарата не изменяется, а изменяется по высоте.
Время пребывания всех частиц газа в аппарате одинаково и равно среднему значению τ = VR /Vг = Ha /wг,
где VR - объем реактора, м³
Ha - высота аппарата, м
Гидравлическое сопротивление слоя катализатора
, где
- корозность неподвижного слоя;
- высота неподвижного слоя;
- фактор формы частиц;
- коэффициент гидравлического сопротивления 
;
;
, при 
, 
, 
- мольные объемы веществ, 
Аппараты со взвешенным (кипящим) слоем катализатора
Применяют для интенсификации каталитических процессов, т.к. каждая гранула катализатора интенсивно омывается газом.
Достоинства:
1) хорошая теплопроводность слоя и высокие коэффициенты теплоотдачи от слоя к поверхности теплообменников, которые монтируются непосредственно в кипящем слое;
2) подвижность кипящего слоя позволяет механизировать и автоматизировать процессы непрерывной загрузки и выгрузки катализатора, поддержание высоты слоя на постоянном уровне;
3) устраняется опасность перегрева ( или переохлаждения катализатора), что способствует более эффективному его использованию;
4) возможно использовать катализатор с гранулами малых размеров, что увеличивает удельную поверхность и снижает диффузные торможения при катализе. Благодаря этим преимуществам кипящий слой более эффективен по сравнению с фильтрующим слоем.
Недостатки:
1) истирание и унос пылевидного катализатора из аппарата, что требует установки пылеулавливающих устройств;
2) невозможность осуществления принципа “противотока”, что снижает движущую силу процесса;
3) различное время пребывания частиц в аппарате при непрерывном процессе снижает эффективность работы.
Все перечисленные недостатки не являются определяющими.
1- газораспределительная решетка;
2- мелкозернистый катализатор d=0,5-1,5мм;
3- циклон;
4- шнековое устройство.
Для уменьшения уноса верхняя часть аппарата выполняется расширенной.
Информация в лекции "1 Гимнастика, как спортивно-педагогическая дисциплина в системе физического воспитания" поможет Вам.
Для более полного перемешивания, твердой фазы в кипящем слое прям механические мешалки, что способствует усреднению времени пребывания частиц а аппарате.
Реактор с пылевидным катализатором.
Подлежащий очистке газ делят на 2 потока. Один поток поступает в эжекторное устройство, смешивается с катализатором и под напором подается в реактор. Сюда же через другое сопло подается второй поток газа, способствующий более полному перемешиванию газа с катализатором.
Частицы катализатора, находясь во взвешенном состоянии со всех сторон интенсивно омываются газовым потоком благодаря чему процесс интенсифицируется. Реакция протекает в тот момент, когда частицы катализатора находятся в полете. Осевые частицы катализатора собираются в нижней части аппарата и направляются через бункер в эжектор для повторного использования.
