لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 9
شبیهسازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی جهت احیاء NOx توسط آمونیاک
خلاصه
امروزه آلودگی هوا به عنوان یکی از معضلات شهرهای بزرگ شناخته شده است و در این راستا NOxکه مخلوطی از اکسیدهای نیتروژن میباشد. به عنوان یکی از اجزاء آلاینده گازی هوا شناخته شده است. هدف از این تحقیق بررسی احیاء کاتالیستی اکسیدهای نیتروژن میباشد. برای این منظور از عامل تبدیل آمونیاک بر روی کاتالیست کک فعال به دلیل فراوانی و عملکرد مناسب در دمای پایین (C ْ 250ـ 100) استفاده می‌شود. واکنشهایی که در این حالت اتفاق میافتند، شامل احیاء NO با کربن، اکسیداسیون آمونیاک با اکسیژن، احیاء NO با آمونیاک (واکنش اصلی) و واکنش آمونیاک با SO2 میباشند. با مشخص بودن روابط سینتیکی واکنشها، شبیهسازی کامپیوتری برای راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی انجام گرفته است.
واژههای کلیدی: احیاء کاتالیستی، راکتور بستر ثابت، راکتور بستر سیالی
1ـ مقدمه
NOx که به عنوان یک جزء مهم آلودگی هوا شناخته شده است توسط منابع ساکن و متحرک که از سوختهای فسیلی استفاده می‌کنند ایجاد میگردد. بیماریهای تنفسی، صدمه به گیاهان، بارانهای اسیدی و غیره از جمله خطرات ناشی از وجود بیش از حد NOx در جو میباشند بدین منظور محققین روشهای مختلفی برای بازیابی اکسیدهای نیتروژن از جریانهای گازی خروجی از صنایع بکار بردهاند. از محلولهای مختلفی می‌توان برای جذب و بازیابی اکسیدهای نیتروژن استفاده کرد. همچنین جذب سطحی اکسیدهای نیتروژن بر مواد جاذب جامد امکانپذیر است. یکی از روشهای بسیار مؤثر در حذف اکسیدهای نتیروژن احیاء کاتالیستی آنها میباشد که به دو صورت انتخابـــی و غیـــرانتخابی انجــــام میشـــوند. در احیاء کاتالیستی غیرانتخابی عامل تبدیل (NH3, CH4, CO, H2) علاوه بر اکسیدهای نیتروژن با دیگر ترکیبات گازی (O2, SOx) نیز واکنش میدهند. بدجای، ریزنفلد و اربچ [1] از عامل تبدیل H2 و کاتالیست کربن فعال برای احیاء NOx استفاده کردند. شیکادا و فوجی موتو [2] احیاء NO با آمونیاک را با استفاده از کاتالیست اکسید وانادیم بر پایه اکسید کمپلکس سیلیکا ـ تیتانیا مطالعه کردند و همچنین جانتجن و همکاران [3] احیاء NO با آمونیاک بر کاتالیستهای کربن را مورد بررسی قرار دادند. در حالت احیاء کاتالیستی انتخابی تنها احیاء NOx صورت میگیرد یعنی اینکه ساختار کاتالیست طوری است که سرعت احیاء NOx از دیگر واکنشها بسیار شدیدتر است. طی سالهای اخیر به منظور احیاء انتخابی اکسیدهای نیتروژن بیشتر از عامل تبدیل آمونیاک بر کاتالیستهای لانه زنبوری استفاده شده است. ترونکونی و فورزاتی [4] در این زمینه تحقیقاتی انجام دادهاند.
2ـ احیاء کاتالیستی NO به وسیله آمونیاک
هدف از این تحقیق بررسی مکانیسم واکنشها و بدست آوردن روابط ریاضی مناسب برای معادلات سرعت نمیباشد بلکه هدف استفاده از این معادلات برای شبیهسازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی میباشد. به منظور به دست آوردن معادلات سرعت، جانتجن و همکاران معادلات تئوری مناسبی برای هر واکنش در نظر گرفتند و سپس با استفاده از نتایج آزمایشگاهی حاصل از یک راکتور کاتالیستی با بستر ثابت پارامترهای مجهول این معادلات را به دست آوردند. آنها از کک فعال جهت احیاء NO به وسیله آمونیاک استفاده کردند. قطر ذرات کک فعال مورد استفاده بین 9ـ4 میلیمتر، سطح ویژه آن در محدوده 600ـ30 مترمربع بر گرم، دانسیته توده آن در بستر 700ـ550 گرم بر لیتر و نقطه احتراق آن C ْ 360 میباشد.
1ـ2ـ واکنشهای انجام شده و سینیتیک مربوطه
در محدوده دمایی C ْ 250ـ100 و در حضور گازهای O2, H2O,SO2,NH3,NO چهار واکنش زیر درون راکتور صورت میگیرد.
(1)
(2)
(3)
(4)
با فرض اینکه تنها غلظت واکنشگرهای SO2, NH3,NO در سینبتیک مهم میباشد و اینکه سرعت هر واکنش نمیتواند بر سرعت دیگر واکنشها اثر بگذارد معادلات سرعت به صورت زیر بدست آمدهاند:
1ـ جهت احیاء NO در غیاب SO2, NH3 با کک فعال تنها واکنش (1) رخ می‌دهد که سرعت واکنش به صورت زیر بستگی به غلظت NO و O2 دارد:
(5)
2ـ اکسیداسیون آمونیاک در غیاب NO با واکنش (2) صورت میگیرد که یک واکنش درجه اول است و سرعت آن به صورت زیر میباشد:
3ـ با حضور NH3, NO در مخلوط گازی واکنشهای (1) تا (3) به طور همزمان رخ میدهند که با مشخص بودن سرعت واکنشهای (1) و (2) معادله سرعت برای واکنش (3) به صورت زیر در می‌آید:
(7)
4ـ مشکلترین حالت حذف همزمان SO2, NO با آمونیاک میباشد که علاوه بر واکنشهای (1) و (2) و (3)، واکنش (4) نیز رخ می‌دهد:
(8)
2ـ2ـ شبیهسازی راکتور با بستر ثابت
با مطالعه نتایج آزمایشگاهی موجود و مدل پیشنهادی جانتجن و همکاران در این تحقیق دو نوع راکتور کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی مورد توجه قرار گرفته و برای هر کدام یک مدل ریاضی ارائه شده است. با حل معادلات مربوط به این دو مدل، غلظت تمام اجزاء گازی، دما و فشار در طول بستر بدست میآیند. برای بستر ثابت براساس تئوری میرز [5] از پراکندگی محوری صرفنظر شده و جریان گاز درون بستر به صورت قالبی در نظر گرفته می‌شود. همچنین به دلیل پایین بودن دمای راکتور سرعت واکنشهای سطحی کم میباشد که میرز [6] نشان داد در این حالت می‌توان از مقاومتهای فیلم گاز و نفوذ حفرهای صرفنظر کرد. با توجه به این فرضیات برای یک برش حجمی جزئی در طول بستر ثابت، روابط موازنه جرم در حالت پایدار به صورت زیر میباشند:
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
مقاله درباره شبیهسازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی جهت احیاء NOx توسط آمونیاک
