Очистка газов, основанная на катализе

ε - порозность слоя катализатора, м³/м³;
ν₀ - кинематическия вязкость воздуха при нормальной температуре, м²/с;
d_э - эквивалентный диаметр каналов слоя катализатора, м.
Для этого рассчитаем некоторые величины.
4.1 Коэффициент диффузии вычисляем из выражения

где V_А, V_В - мольные объемы окисляемого вещества и воздуха соответственно;

М_А, М_В - молекулярные массы окисляемого вещества и воздуха;
Р₀ - атмосферное давление, МПа.
Мольный объем фенола С₆H₆O V_A = 16,5 6 + 1,98 6 + 5,48 - 20 = 96,36, мольный объем воздуха V_B = 20,1, молекулярная масса фенола М_А = 94,12, молекулярная масса воздуха М_В = 29, давление Р₀ = 0,1 МПа.

4.2 Удельная поверхность слоя цилиндрических частиц

где d, l - диаметр и длина частицы соответственно, м.

4.3 Эквивалентный диаметр каналов, образованных частицами катализатора:

4.4 Конечная температура катализатора Т_к рассчитывается по формуле:

Т_к=Т_н+g_{а. р} (С_н-С_к),


где q_{а. р. -} удельная величина адиабатического разогрева, м³ К/г.
Величину q_{а. р} вычисляют по формуле





где Q_H - теплота сгорания окисляемого вещества, кДж/моль;
c_V - теплоемкость воздуха, кДж/ (м³ К), равная





где с_р - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/ (моль К), с_р = 30 кДж/ (моль  К).
Теплоту сгорания органического вещества находят из соотношения


Q_н=393,6·n_C+121,0·m_H


где n_C, m_H - число атомов углерода и водорода в молекуле вещества.


Q_н=393,6·6+121,0·6=3087,6 кДж/моль,


Т_к=523+33,96· (1,45-0,0084) =572,09 К

4.5 Средняя температура катализатора:

Т_с = 0,5· (Т_н + Т_к) = 0,5· (523+572,09) =547,58 К

5. Удельная доступная поверхность катализатора:

а=а₀ (1-ε) φ,


где а₀ - удельная поверхность слоя катализатора, м²/м³;
φ - коэффициент доступной поверхности, φ=0,85.
а=1733· (1-0,375) ·0,85=920,66 м²/м³.
6. Высота слоя по массопередаче:





где N - необходимое число единиц переноса;
β - коэффициент массопередачи, м/с;
а - удельная доступная поверхность катализатора, м²/м³;
u_ф - скорость фильтрования, м/с;
Т_н - температура в реакторе, К; Т₀ =273 К.

7. Константа скорости реакции окисления фенола:

8. Коэффициент кинетического уравнения:

9. Скорость реакции окисления фенола:

10. Составляющая высота слоя по кинетике рассчитывается по формуле:

11. Рабочая высота слоя катализатора:

h= (1.25÷1.45) h_р = 1,35·0,06208=0,083808 м
h_р=h_β+h_r = 0,0441+0,01798=0,06208 м

12. Необходимая поверхность фильтрования:

где G^' - объем промышленного выброса, м³/ч.

13. Объем катализатора составит V_к (м³):

где Н - рабочая высота кольцевой корзины, м; D_ср - средний диаметр кольца, м. Принимаем кольцевую корзину, у которой отношение H/D_ср = 2, тогда Н=2·1,03=2,06 м