1、第七章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)(3),氣體催化凈化 催化作用和催化劑 氣固催化反應(yīng)動力學(xué) 氣固相催化反應(yīng)器的設(shè)計,第四節(jié) 氣體催化凈化,含塵氣體通過催化床層發(fā)生催化反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化為無害或易于處理的物質(zhì) 應(yīng)用 工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2和NOx 有機揮發(fā)性氣體VOCs和臭氣的催化燃燒凈化 汽車尾氣的催化凈化,催化凈化工藝,催化凈化工藝,催化劑：Pt (Pd,過渡金屬，稀土)/Al2O3 等,氣體催化凈化,催化作用 改變反應(yīng)歷程，降低活化能 提高反應(yīng)速率 （阿累尼烏斯方程）,顯著特征 對于正逆反應(yīng)的影響相同，不改變化學(xué)平衡 具有選擇性,催化劑,加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物

2、質(zhì) 組成：活性組分 助催化劑 載體,活性組分：催化劑主體，可單獨作為催化劑； 助催化劑：（1）本身無活性(2)具有提高活性組分活性的作用； 載體：起支撐活性組分的作用，使催化劑具有合適形狀與粒度，從而有大的比表面積，增大催化劑活性，節(jié)約活性組分用量，并有傳熱、稀釋和增強機械強度作用，可增加延長催化劑使用壽命。,催化劑的性能,活性,W產(chǎn)品質(zhì)量 WR催化劑質(zhì)量 t反應(yīng)時間,選擇性是指若化學(xué)反應(yīng)在熱力學(xué)上有幾個反應(yīng)方向時，一種催化劑在一定條件下只對其中的一個反應(yīng)起加速作用的特征，表示為：,催化劑的性能,穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 表示方法：壽命 老化 活性組分的流失、燒結(jié)、積炭結(jié)焦、機

3、械粉碎等 中毒分永久性中毒和暫時性中毒 是指反應(yīng)物中少量雜質(zhì)（如HCN、CO、H2S、S、As、Pb等）使催化活性迅速下降的現(xiàn)象。,氣固催化反應(yīng)動力學(xué),反應(yīng)過程 (1)反應(yīng)物從氣流主體-催化劑外表面 (2) 進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散 (3)反應(yīng)物在催化劑的表面上被吸附吸附過程 (4)吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)為為生成物表面過程 (5)生成物從催化劑表面脫附下來脫附過程 (6)脫附生成物從微孔向外表面擴(kuò)散 (7)生成物從外表面擴(kuò)散到氣流主體 (1),(7)：外擴(kuò)散；(2),(6)內(nèi)擴(kuò)散 (3),(4),(5)：動力學(xué)過程,催化劑反應(yīng)動力學(xué),催化劑中的濃度分布,CAg、CAs、CAc反應(yīng)物A在氣相主體、催化

4、劑外表面、顆粒中心處的濃度 CA* 在顆粒溫度下A的平衡濃度,催化反應(yīng)動力學(xué)方程,表面化學(xué)反應(yīng)速率 對于催化床,NA反應(yīng)物A的流量，kmol/h NA0反應(yīng)物A的初始流量，kmol/h VR反應(yīng)氣體體積，m3 x轉(zhuǎn)化率 L反應(yīng)床長度，m A反應(yīng)床截面積，m2 Q反應(yīng)氣體流量，m3 t接觸時間，h cA0反應(yīng)物的初始濃度,kmol/m3,催化反應(yīng)動力學(xué)方程,宏觀動力學(xué)方程 外擴(kuò)散的傳質(zhì)速率,催化反應(yīng)動力學(xué)方程,宏觀動力學(xué)方程 內(nèi)擴(kuò)散反應(yīng)速率,催化反應(yīng)動力學(xué)方程,催化劑有效系數(shù) 反應(yīng)催化劑微孔內(nèi)濃度分布對反應(yīng)速率的影響,在內(nèi)擴(kuò)散的影響下 催化劑微孔內(nèi)表面上反應(yīng)物很低，沿微孔方向降至平衡濃度 催化劑

5、內(nèi)表面積并未充分利用 值較小,催化反應(yīng)動力學(xué)方程,催化劑有效系數(shù) 實驗測定,催化反應(yīng)動力學(xué)方程,催化劑有效系數(shù) 一級不可逆反應(yīng),催化反應(yīng)器的設(shè)計,設(shè)計基礎(chǔ) 停留時間 決定反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 由催化床的空間體積、物料的體積流量和流動方式?jīng)Q定,催化反應(yīng)器的設(shè)計,設(shè)計基礎(chǔ) 反應(yīng)器的流動模型 活塞流、混合流 實際流態(tài)介于兩者之間 反應(yīng)器內(nèi)每一點的流態(tài)各不相同，停留時間各異 不同停留時間的物料在總量中所占的分率具有相應(yīng)的統(tǒng)計分布停留時間分布函數(shù) 工業(yè)上，連續(xù)釜式反應(yīng)器理想混合反應(yīng)器；徑高比大的固定床活塞流反應(yīng)器,催化反應(yīng)器的設(shè)計,設(shè)計基礎(chǔ) 空間速度 單位時間通過單位體積催化床的反應(yīng)物料體積,催化反應(yīng)器的設(shè)計,

6、經(jīng)驗計算法 將催化床作為一個整體 利用經(jīng)驗參數(shù)設(shè)計 通過中間實驗確定最佳工藝條件,催化反應(yīng)器的設(shè)計,數(shù)學(xué)模型法 反應(yīng)的動力學(xué)方程 物料流動方程物料衡算熱量衡算 反應(yīng)熱效應(yīng)小的催化床等溫分布計算,催化反應(yīng)器的設(shè)計,數(shù)學(xué)模型法 轉(zhuǎn)化率較高的工業(yè)反應(yīng)器，溫度分布具有明顯的軸向溫差 軸向等溫分布計算,固定床反應(yīng)器,最主要的氣固相催化反應(yīng)器 優(yōu)點: 流體接近于平推流，返混小，反應(yīng)速度較快 固定床中催化劑不易磨損，可長期使用 停留時間可嚴(yán)格控制，溫度分布可適當(dāng)調(diào)節(jié)，高選擇性和轉(zhuǎn)化率 缺點: 傳熱差(熱效應(yīng)大的反應(yīng)，傳熱和溫控是難點) 催化劑更換需停產(chǎn)進(jìn)行,固定床反應(yīng)器,單層絕熱反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，氣流阻力小 內(nèi)部溫度分布不均 用于化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)小的場合,固定床反應(yīng)器,多段絕熱反應(yīng)器 相鄰兩段之間引入熱交換,固定床反應(yīng)器,列管式反應(yīng)器 用于對反應(yīng)溫度要求高，或反應(yīng)熱效應(yīng)很大的場合,其他反應(yīng)器 徑向反應(yīng)器 薄層床反應(yīng)器 自熱式反應(yīng)器,反應(yīng)器類型的選擇,根據(jù)反應(yīng)熱的大小和對溫度的要求，選擇反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型 盡量降低反應(yīng)器阻力 反應(yīng)器應(yīng)易于操作，安全可靠 結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，運行與維護(hù)費用經(jīng)濟(jì),固定床的阻