华东理工大气污染控制工程课件—催化

1、 段间冷却 的四层催 化床 第二级 催化床 预除尘 和水分 填充 床吸 收塔 填充 床吸 收塔 来自冶炼厂或硫 磺 燃 烧 的 富 含 SO2的尾气 水 含 有 约 为 初 始进气SO2浓 度3%的尾气 含有约为初 始进气SO2 浓度0.3%的 尾气 水 单级吸收工艺 二级吸收工艺 SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420550 223 SO1/2OSO Vanadium 3224 SOH OH SO 催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等 NOx NH3 filter Combustor Mixer Reactor NOx的选择性催化还原（的选择性催化还原（SCR）

2、 3222 8NH6NO7N12H O 322 4NH6NO5N6H O 催化剂200300：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3(TiO2,V2O5) 3222 8NH6NO7N12H O 322 4NH6NO5N6H O 催化剂200300：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3(TiO2,V2O5) l 显著特征显著特征 对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡 选择性 exp() E KA RT 主 气 流 微孔 固相 催化剂粒子示意图 R W A tW 100B 反应所得目的产物摩尔数 通过催化剂床层后反应了的反应物摩尔数 l选选择择性性 100B 反应所得目的产物摩尔数

3、 通过催化剂床层后反应了的反应物摩尔数 l选选择择性性 主 气 流 微孔 固相 催化剂粒子示意图 A A R d d N r V A0A0 AA0A0 R dddd dddd xNxNxx rNc VA LQ tt AGeaAGAS ()vK SCC K K GG 扩扩散散系系数数，扩扩散散系系数数，m/hm/h S Se e 单单位位体体积积催催化化剂剂的的外外表表面面积积，单单位位体体积积催催化化剂剂的的外外表表面面积积，mm 2 2 /m/m 3 3 a a 催催化化剂剂的的有有效效表表面面系系数数；球球形形催催化化剂剂的的有有效效表表面面系系数数；球球形形 a a 1 1 C C AG

4、AG 主主气气流流中中反反应应物物主主气气流流中中反反应应物物A A的的浓浓度度，的的浓浓度度，mol/mmol/m 3 3 C C ASAS 催催化化剂剂外外表表面面上上催催化化剂剂外外表表面面上上A A的的浓浓度度，的的浓浓度度，mol/mmol/m 3 3 AGeaAGAS ()vK SCC K K GG 扩扩散散系系数数，扩扩散散系系数数，m/hm/h S Se e 单单位位体体积积催催化化剂剂的的外外表表面面积积，单单位位体体积积催催化化剂剂的的外外表表面面积积，mm 2 2 /m/m 3 3 a a 催催化化剂剂的的有有效效表表面面系系数数；球球形形催催化化剂剂的的有有效效表表面面

5、系系数数；球球形形 a a 1 1 C C AGAG 主主气气流流中中反反应应物物主主气气流流中中反反应应物物A A的的浓浓度度，的的浓浓度度，mol/mmol/m 3 3 C C ASAS 催催化化剂剂外外表表面面上上催催化化剂剂外外表表面面上上A A的的浓浓度度，的的浓浓度度，mol/mmol/m 3 3 rA AsiAS ()vK S f C K K s s 反反应应速速率率常常数数反反应应速速率率常常数数 催催化化剂剂有有效效系系数数催催化化剂剂有有效效系系数数 S S i i 单单位位体体积积催催化化剂剂的的内内表表面面积积单单位位体体积积催催化化剂剂的的内内表表面面积积, ,mm

6、2 2 /m/m 3 3 f f与与与与浓浓度度分分布布有有关关的的函函数数浓浓度度分分布布有有关关的的函函数数 AsiAS ()vK S f C K K s s 反反应应速速率率常常数数反反应应速速率率常常数数 催催化化剂剂有有效效系系数数催催化化剂剂有有效效系系数数 S S i i 单单位位体体积积催催化化剂剂的的内内表表面面积积单单位位体体积积催催化化剂剂的的内内表表面面积积, ,mm 2 2 /m/m 3 3 f f与与与与浓浓度度分分布布有有关关的的函函数数浓浓度度分分布布有有关关的的函函数数 sAS 0 sASi ()d () i s K f CS K f CS 实际反应速率 按外

7、表面反应物浓度计算得到的理论反应速率 值约为值约为1时：催化剂颗粒小，反应速度慢，内扩散快，内扩散对反应速度时：催化剂颗粒小，反应速度慢，内扩散快，内扩散对反应速度 无影响；无影响； 值小：表示催化剂颗粒大，化学反应速度快，内扩散影响不容忽视。值小：表示催化剂颗粒大，化学反应速度快，内扩散影响不容忽视。 1 eff V D K R 则为内扩散可以忽略不计 R /tVQ V VR R 催化剂体积催化剂体积催化剂体积催化剂体积, ,mm 3 3 Q Q反应气体的实际体积流量反应气体的实际体积流量反应气体的实际体积流量反应气体的实际体积流量, ,mm 3 3 /h/h 催化床空隙率催化床空隙率催化床

8、空隙率催化床空隙率,%,% R /tVQ V VR R 催化剂体积催化剂体积催化剂体积催化剂体积, ,mm 3 3 Q Q反应气体的实际体积流量反应气体的实际体积流量反应气体的实际体积流量反应气体的实际体积流量, ,mm 3 3 /h/h 催化床空隙率催化床空隙率催化床空隙率催化床空隙率,%,% spNR /WQV spRN 1/WVQ V VR R 催化剂体积催化剂体积催化剂体积催化剂体积, ,mm 3 3 Q QN N 标态下反应气体体积流量标态下反应气体体积流量标态下反应气体体积流量标态下反应气体体积流量, ,mm 3 3 /h/h l接触时间空间速度的倒数接触时间空间速度的倒数 spR

9、N 1/WVQ V VR R 催化剂体积催化剂体积催化剂体积催化剂体积, ,mm 3 3 Q QN N 标态下反应气体体积流量标态下反应气体体积流量标态下反应气体体积流量标态下反应气体体积流量, ,mm 3 3 /h/h l接触时间空间速度的倒数接触时间空间速度的倒数 1 Re 75.1 150 1 3 2 vpd R f d vH fp s E s 阻力与床高和空塔气速的平方成正比，即与截面积 的三次方成反比 与粒径成反比 与孔隙率的三次方成反比 Rsp /VQ W V VR R 催催化化剂剂体体积积催催化化剂剂体体积积, ,mm 3 3 Q Q反反应应气气体体体体积积流流量量反反应应气气体

10、体体体积积流流量量, ,mm 3 3 /h/h WWSP SP 空空间间速速度度，空空间间速速度度，1/1/h h l催催化化剂剂装装量量 Rsp /VQ W V VR R 催催化化剂剂体体积积催催化化剂剂体体积积, ,mm 3 3 Q Q反反应应气气体体体体积积流流量量反反应应气气体体体体积积流流量量, ,mm 3 3 /h/h WWSP SP 空空间间速速度度，空空间间速速度度，1/1/h h l催催化化剂剂装装量量 A RA0 0 A AAAAA0 d (1) x nnn i x WN r rk Ck QNx RT Qn P WW R R 催催化化剂剂重重量量催催化化剂剂重重量量, ,k

11、gkg Q Q气气体体体体积积流流量量气气体体体体积积流流量量, ,mm 3 3 /h/h 反反应应体体系系中中各各种种气气体体分分子子的的总总摩摩尔尔数数反反应应体体系系中中各各种种气气体体分分子子的的总总摩摩尔尔数数i n A RA0 0 A AAAAA0 d (1) x nnn i x WN r rk Ck QNx RT Qn P WW R R 催催化化剂剂重重量量催催化化剂剂重重量量, ,kgkg Q Q气气体体体体积积流流量量气气体体体体积积流流量量, ,mm 3 3 /h/h 反反应应体体系系中中各各种种气气体体分分子子的的总总摩摩尔尔数数反反应应体体系系中中各各种种气气体体分分子

12、子的的总总摩摩尔尔数数i n WW R R 催催化化剂剂重重量量催催化化剂剂重重量量, ,kgkg Q Q气气体体体体积积流流量量气气体体体体积积流流量量, ,mm 3 3 /h/h 反反应应体体系系中中各各种种气气体体分分子子的的总总摩摩尔尔数数反反应应体体系系中中各各种种气气体体分分子子的的总总摩摩尔尔数数i n ArA0Ar A0rA0P A RA0 A0 d ()d() ()dd d x QrVHNxH NHxN CT x VN r 反应的热效应反应的热效应反应的热效应反应的热效应, ,kJ/molkJ/mol N N0 0 总的衡分子流量总的衡分子流量总的衡分子流量总的衡分子流量,

13、,mol/hmol/h 混合气体的平均定压比热混合气体的平均定压比热混合气体的平均定压比热混合气体的平均定压比热, ,kJ/(molkJ/(mol K)K) r H P C ArA0Ar A0rA0P A RA0 A0 d ()d() ()dd d x QrVHNxH NHxN CT x VN r 反应的热效应反应的热效应反应的热效应反应的热效应, ,kJ/molkJ/mol N N0 0 总的衡分子流量总的衡分子流量总的衡分子流量总的衡分子流量, ,mol/hmol/h 混合气体的平均定压比热混合气体的平均定压比热混合气体的平均定压比热混合气体的平均定压比热, ,kJ/(molkJ/(mol K)K) r H P C 反应的热效应反应的热效应反