Каталітичні реактори

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Теоретичні відомості про каталітичні методи очищення

2. Фізико-хімічні властивості забрудника (толуол)

3. Обґрунтування рекомендованої технологічної схеми

4. Запропонована технологічна схема та опис її роботи

5. Заходи з техніки безпеки при здійсненні робіт за даної схеми

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Атмосфера - це повітряна оболонка Землі, яка має свої особливості в різних аспектах. Атмосфера має велике екологічне значення. Вона захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів, є носієм тепла і вологи. Якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливання температури досягали б 200°С. Через атмосферу відбувається фотосинтез та обмін енергії та інформації -- основні процеси в біосфері.

Забрудненість -- це несприятливі зміни стану атмосферного повітря, цілком або частково викликані діяльністю людини, які безпосередньо або опосередковано змінюють розподіл енергії, що надходить, рівні радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери і умови існування живих організмів.

Проте, ще з екстенсивним розвитком народного господарства швидкими темпами зростали антропогенні викиди в атмосферу. Ще 60 років тому масштаби цих викидів були на декілька порядків меншими від їх природних надходжень в атмосферу. Тому існуючі в природі механізми утримання рівноваги та стабільності характеристик атмосфери істотно не порушувались. Однак за останні десятиріччя масштаби техногенних викидів наблизилися до їх природних надходжень або навіть перевищують їх. Крім того, відбуваються якісні зміни: в атмосферу викидається ще більша кількість речовин, яких там раніше не було або було в дуже малих кількостях. Тому в атмосфері не встигають сформуватися механізми очищення від них.

За походженням всі джерела забруднення атмосфери поділяють на природні та антропогенні. До природних джерел забруднення атмосфери відносять виверження вулканів, лісові пожежі, поверхні вивітрювання, також в деяких аспектах сюди відносяться космічний пил, сонячне та космічне випромінювання тощо.

1. Теоретичні відомості про каталітичні методи очищення

В процесах санітарного очищення відхідних газів промисловості застосовують методи каталітичного очищення при звичайній температурі. Каталітичне очищення ґрунтується на процесі знешкодження шкідливих домішок, зокрема метену, етилену, пропілену, пропану, ацетону, етилацетату, бензолу, ксилолу, толуолу та ін.

Для кожного каталізатора існує граничний температурний рівень. Для багатьох каталізаторів максимальна робоча температура становить 800-850°С.

Каталітичні методи є найперспективнішими для процесів очищення відхідних газів. Вони засновані на взаємодії шкідливих домішок з одним із компонентів, присутніх в очищуваному газі, й перетворенні їх в нейтральні речовини або в з'єднання, які легко видаляються з газової суміші. Причому речовини, які приймають активну участь у хімічній реакції (каталізатори), залишаються незмінними після закінчення процесу. Перевага каталітичних процесів очищення в тому, що вони компактні, високопродуктивні, стабі-льно забезпечують високий ступінь очищення. До недоліків слід віднести високу вартість каталізаторів і неможливість утилізувати домішки з відхідних газів, які в більшості випадків розкладаються на нейтральні продукти і викидаються в атмосферу з відхідними газами. Залежно від агрегатного стану речовин, які приймають участь в каталізі, каталітичні процеси поділяють на гомогенні та гетерогенні. Від виду каталізу залежить технологія очищення і вибір обладнання.

Як каталізатори, можуть бути використані різні речовини як в чисто-му вигляді, так і у вигляді з'єднань, які, не входячи в кінцеві продукти хімічної реакції, змінюють її швидкість. Промислові каталізатори повинні мати такі властивості:

- висока активність і селективність відносно даної реакції;

- велика хімічна стійкість до каталізаторних отрут;

- низька температура запалення;

- висока механічна міцність;

- бути дешевими при виготовленні.

В більшості випадків каталізаторами можуть бути метали (платина, паладій та інші благородні метали) або їх з'єднання (оксиди міді, марганцю тощо). Каталізаторна маса звичайно виконується у вигляді шарів, кілець, пластин чи проволоки, звитої в спіраль з ніхрому, нікелю, окислу амонію з нанесеними на їх поверхню (соті частки % до маси каталізатора) благородними металами. Наприклад, каталізатори, розроблені НІІОГАЗом, дозволяють при температурі 350…420°С і швидкості знешкодження 30000...60000 год.-1 практично повністю окисляти домішки етилену, пропілену, бутану, пропану, ацетальгіду, спиртів (метилового, етилового, пропилового тощо), ацетону, етилацетону, бензолу, толуолу, ксилолу та інших, виконані у вигляді ніхромової проволоки 0,4...0,5 мм, звитої в спіраль діаметром 4...5 мм з нанесеними на її поверхню у вигляді активної плівки платиною і паладієм.

Сучасні контактні апарати, які використовуються для проведення каталітичних процесів в промисловості, повинні бути високопродуктивними, забезпечувати безперервність процесу при оптимальних технологічних процесах, бути легкими в управлінні, піддаватися автоматизації та управлінню за допомогою ЕОМ.

В інженерній практиці нині відомі два конструктивні варіанти газоочисних каталітичних установок:

-- каталітичні реактори, в яких здійснюється контакт газоповітряного потоку з твердим каталізатором, розташованим в окремому корпусі;

-- термокаталітичні реактори (апарати), в яких у загальному корпусі розташовані контактний вузол і підігрівам.

2. Фізико-хімічні властивості забрудника (толуол)

Толуол С6Н5 СН3 - прозора рідина, що не містить сторонніх домішок та води. Толуол - токсичний продукт, за ступенем впливу на організм людини відноситься до 3-го класу небезпеки і при високих концентраціях пари діють наркотично. Толуол горючий і пожежонебезпечний. Пари толуолу утворюють з повітрям вибухонебезпечну суміш. Толуол вперше був виділений з толуанский бальзаму - жовтувато-коричневої, приємно пахла смоли південно-американського дерева Toluifera Balsamum. Звідси назва - толуол. Цей бальзам застосовувався для приготування засобів від кашлю і в парфумерії. Сьогодні толуол використовується як розчинник і як сировину для отримання вибухової речовини - тринітротолуолу.

Толуол отримують з нафтових фракцій і кам'яновугільної смоли або в процесах каталітичного риформінгу бензинових фракцій і піролізу.

Толуол по розчинюючої здібності подібний бензолу, однак на відміну від нього не розчиняє природні смоли шелак і копав, а також складні ефіри целюлози.

В якості основної добавки застосовується в сумішевих розчинниках для розчинення епоксидних, вінілових та акрилатних полімерів, хлоркаучук. Також толуол застосовується в якості сировини для органічного синтезу, високооктанового компонента моторних палив, розчинника.

Густина: 866,90 кг / м і.

Температура кипіння: 110,6 ° C.

Молярна маса: 92,14 г / моль

ГДК м.р.- 0,6 мг/м³,

ГДК у воді - 0,05 мг/л.

3. Обґрунтування рекомендованої технологічної схеми

Ознайомившись з теоретичними відомостями каталітичних методів очищення, та вивчивши фізико-хімічні властивості забрудника (толуол) , вважаю за потрібним запропонувати наступну технологічну схему для очищення від даного забрудника ,а саме - каталітичний реактор.

Технологічна схема каталітичного реактора:

1 -- теплообмінник-рекуператор; 2 -- контактний пристрій; 3 -- каталізатор; 4 -- пальник; 5-- підігрівач.

4. Запропонована технологічна схема та опис її роботи

Опишемо принцип дії такого реактора. Забруднене толуолом повітря потрапляє в теплообмінник-рекуператор / для попереднього підігрівання, звідки через обхідний канал подається в підігрівач 5. Одночасно до пальника 4 подається природний газ, який згоряє. Продукти згоряння природного газу змішуються із загазованим повітрям, підвищуючи його температуру до 250--350 °С, тобто до такого рівня, при якому відбувається інтенсивна оксидація толуолу з утворенням нетоксичних продуктів -- діоксиду вуглецю та водяної пари:

Процес хімічного перетворення відбувається на поверхні каталізатора 3, розташованого в контактному вузлі 2, Суміш повітря та продуктів хімічної реакції при температурі 350--450 °С подається у рекуператор 1, де віддає тепло забрудненій газоповітряній суміші, а потім після певного охолодження через канали виводиться в атмосферу в очищеному вигляді.

Очікувана ступінь очищення даної установки повинна скласти 96-98%.

5. Заходи з техніки безпеки при здійсненні робіт за даної схеми

Основними заходами є:

1. Запобігання проникненню шкідливих речовин у повітря робочої зони за рахунок герметизації обладнання, ущільнення з'єднань, люків та отворів, удосконалення технологічного процесу.

2. Видалення шкідливих речовин, що потрапляють у повітря робочої зони, за рахунок вентиляції, аспірації або очищення і нормалізації повітря за допомогою кондиціонерів.

3. Застосування засобів захисту людини.

Застосування автоматизації дає змогу вивести людину із забрудненого приміщення в приміщення з чистим повітрям. Удосконалення технологічних процесів дозволяє замінювати шкідливі речовини нешкідливими, відмовлятися від пилоутворюючих процесів.

При недосконалості систем, коли уникнути проникнення шкідливих речовин в повітря не вдається, застосовується їх інтенсивне видалення за допомогою вентиляційних або аспіраційних систем. Встановлення кондиціонерів в приміщеннях, де є особливі вимоги до його якості, створює нормальні мікрокліматичні умови для працюючих.

Особливі вимоги висуваються до приміщень, де проводяться роботи з шкідливими речовинами, що пилять. Підлога, стіни, стеля повинні бути гладкими, легко митись. В цехах, де виділяється пил, регулярно роблять вологе або вакуумне прибирання.

Яку небезпеку представляє толуол для людини й для навколишнього середовища? Насамперед, варто пам'ятати, що пари толуолу можуть проникати через органи подиху людини, і крізь його шкірний покрив, викликаючи поразку нервової системи. Симптоми отруєння толуолом - порушення в роботі вестибулярного апарата, а також загальмованість. У ряді випадків поразка нервової системи при отруєнні толуолом може стати необоротним. Саме тому, серед основних вимог до техніки безпеки роботи з толуолом, особлива увага варто приділяти роботі в гумових рукавичках, а також використання його в приміщенні, що досить добре провітрюється й вентилюється. Це стосується як роботи із самими толуолом, так і зі складами, у які він входить, наприклад, срастворителями.

Толуол є пожароопасним речовиною й здатний запалюватися в лічені секунди. Також слід зазначити, що толуол володіє нехай і слабким, але все-таки наркотичною дією

Висновки

каталітичний реактор забрудник каталізатор хімічний

1. Наведені короткі теоретичні відомості про каталітичні методи очищення ;

2. Описані фізико-хімічні властивості даного забрудника (толуол):

Толуол С6Н5 СН3 - прозора рідина, що не містить сторонніх домішок та води. Толуол - токсичний продукт, за ступенем впливу на організм людини відноситься до 3-го класу небезпеки і при високих концентраціях пари діють наркотично. Толуол горючий і пожежонебезпечний.

Густина складає - 866,90 кг / м і, температура кипіння: 110,6 ° C, молярна маса: 92,14 г / моль.

Гранично допустима концентрація толуолу:

ГДК м.р. - 0,6 мг/м³,

ГДК у воді - 0,05 мг/л.

Клас небезпеки - ІІІ

3. Ознайомившись з теоретичними відомостями каталітичних методів очищення та вичивши фізико-хімічні властивості забрудника (толуол),було запропоновано дану технологічну установку, а саме - каталітичний реактор.

Очікувана ступінь очищення за даною технологічною схемою повинна скласти 96-98%.

4. Вказані заходи, щодо техніки безпеки при здійсненні робіт за даної схеми.

Список використаної літератури

1. Берлянд Л.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1992 - 272 с.

2. Жицька Л.І., Босецька М.П. Аналіз формування складу атмосферного повітря// Раціональне використання природних ресурсів: Тези доп. 2-ї Між. наук. конф. - Черкаси, 2003 - с. 13-14.

3. Сухарев С.М., Чундак С.Ю., Сухарева О.Ю. - Основи екології та охорони довкілля. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів.--К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 394 с.

4. Шейкіна О.Ю. Екологічні аспекти забруднення атмосферного повітря// Забруднення: екологічні аспекти. - К, 2007. - груд. (№12). С. 32-33.

5. Всесвітня мережа інтернет - www.posibnіky.vntu. uа.

Размещено на Allbest.ru