KATALITYCZNE OCZYSZCZANIE GAZÓW ODLOTOWYCH Z

KATALITYCZNE OCZYSZCZANIE GAZÓW ODLOTOWYCH Z
TLENKÓW AZOTU
,QVWUXNFMDZ\NRQDQLDüZLF]HQLD
2SUDFRZDáDGULQ*-DGZLJD6NXSLVNDLGU0RQLND.DUSLVND
&HOHPüZLF]HQLDMHVW]DSR]QDQLHVL
]QRZRF]HVQPHWRGXVXZDQLDWOHQNyZ
D]RWX]JD]yZRGORWRZ\FK-HVWWRNDWDOLW\F]Q\UR]NáDGWOHQNyZD]RWX0HWRGDWDMHVW
DNWXDOQLHV]HURNREDGDQDZOLF]Q\FKODERUDWRULDFKQDZLHFLH:\GDMHVL
*HE
G]LH
RQDNRQNXUHQF\MQPHWRGGODREHFQLHSUDFXMF\FKWHFKQRORJLLRSDUW\FKQD
UHGXNF\MQ\FKPHWRGDFKUR]NáDGX NO x 0HWRG\UHGXNF\MQHZ\PDJDM]DVWRVRZDQLD
czynników redukcyjnych takich jak toksyczny i korozyjny amoniak lub palne
Z
JORZRGRU\F]\Z\EXFKRZ\WOHQHNZ
JOD5HDNFMHUR]NáDGX NO x wobec
NDWDOL]DWRUyZPLHG]LRZ\FKSURZDG]GRSRZVWDQLDQLHWRNV\F]Q\FKSURGXNWyZD]RWX
i wody:
1. :SURZDG]HQLHGRüZLF]HQLD
:üZLF]HQLXEDGDP\UHDNFM
UR]NáDGXWOHQNXD]RWXZREHFSODW\Q\QDWOHQNX
JOLQXMDNRNDWDOL]DWRUD5HDNFMDMHVWSURZDG]RQDZVSRVyEFLJá\ZL]RWHUPLF]Q\P
UHDNWRU]H]HVWDá\P]áR*HPNDWDOL]DWRUD7OHQHND]RWXZID]LHJD]RZHMSU]HSá\ZD]
JyU\GRGRáX'ODWHJRVSRVREXSURZDG]HQLDUHDNFMLFKDUDNWHU\VW\F]QHMHVW*HJG\
ZDUXQNLUHDNFMLXVWDELOL]XMVL
VWRSLHSU]HPLDQ\QLH]PLHQLDVL
ZF]DVLH=DOH*\
on od czasu przebywania substratu w reaktorze.
=DNáDGDP\*HSU]H]]áR*HNDWDOL]DWRUDSU]HSá\ZDJD]MDNSRND]DQRQD
rysunku.
:R±REM
WRFLRZHQDW
*HQLH
SU]HSá\ZXQDZORFLHGRUHDNWRUD>POKOXEOK@
:±REM
WRFLRZHQDW
*HQLHSU]HSá\ZX
na wylocie z reaktora [ml/h lub l/h]
&R±LORüPROLWOHQNXD]RWXQDZORFLH
reaktora [mmol/h]
&±LORüPROLWOHQNXD]RWXQDZ\ORFLH
reaktora [mmol/h]
1
1DZORFLHGRUHDNWRUDSU
GNRüREM
WRFLRZD NO x wynosi Wo [ml/h], LORüPROL
NO x jest n o DVW
*HQLHPRORZH NO x w strumieniu gazu jest Co. W naszym
SU]\SDGNXQLH]PLHQLDVL
LORüPROLZUHDNFMLZL
FQLH]PLHQLDMVL
SU]HSá\Z\
REM
WRFLRZH1DZ\ORFLHLORüPROL NO x wynosi n DVW
*HQLHC.
Przebiega reakcja:
2 NO → N 2 + O 2
(1)
6WRSL
NRQZHUVML
. = (n o − n) n o
. = (C o − C) C o
lub
(2)
V]\ENRüUHDNFMLZ\UD*DP\SU
GNRFL]PLDQVW
*HQLDVXEVWUDWXFZF]DVLH
r = − dc d2 = kc 2
(3)
&]DVSU]HE\ZDQLDZUHDNWRU]HPR*QDRNUHOLüSU]H]FDáNRZDQLHWHJRUyZQDQLD
dτ = - dc/ r
Co
dC
C r
2= ∫
SRGVWDZLDMF]DUZLHONRü]UyZQDQLDZZ\QLNXFDáNRZDQLDZ]DáR*RQ\FK
JUDQLFDFKRWU]\PDP\]DOH*QRü
τ =
1 1
1 
 −

k  C Co 
(4)
3RGVWDZLDMFGRZ]RUXZ\UD*HQLDQDVW
*HQLHZVWUXPLHQLXZ\FKRG]F\P
C = C o (1 − . ) otrzymamy:
τ =
1
1
1 
1  α 

 =
−


k  Co(1 − α Co  kCo  1 − α 
(5)
=DOH*QRüSR]ZDODREOLF]\üUHGQLF]DVSU]HE\ZDQLDUHDJHQWyZZUHDNWRU]H
konieczny dla uzyskania stopnia konwersji α.
&]DVSU]HE\ZDQLDUHDJHQWyZZUHDNWRU]HPR*QDREOLF]\ü]UyZQDQLD
2=
Vk [ml]
Vo ml.s −1
[
]
(6)
Vk REM
WRüNDWDOL]DWRUD
Vo V]\ENRüREM
WRFLRZDJD]XZSá\ZDMFHJRGRUHDNWRUDZMHGQRVWDNFKREM
WRFL
QDMHGQRVWN
F]DVX
2
2. 2SLVüZLF]HQLD
'REDGDUHDNFMLUR]NáDGXWOHQNyZD]RWXVWRVRZDQDMHVWPLHV]DQLQDWOHQNX
D]RWX12ZKHOXRVW
*HQLXSSP5HDNFMDSURZDG]RQDMHVWZNZDUFRZ\P
SU]HSá\ZRZ\PUHDNWRU]H]QLHUXFKRPZDUVWZNDWDOL]DWRUD5HDNWRUMHVWRJU]HZDQ\
HOHNWU\F]QLH.DWDOL]DWRUHPMHVWPLHG(QDQLHVLRQDQD]HROLW=60ZLORFL
:LHONRü]LDUQDNDWDOL]DWRUD±PP1DGNDWDOL]DWRUHPXPLHV]F]RQRNDZDáNL
NZDUFXLVWDQRZLRQHVWUHI
ZVW
SQHJRRJU]HZDQLDJD]XZSURZDG]DQHJRGR
reaktora od góry.
=DZDUWRüWOHQNXD]RWXZVWUXPLHQLXZFKRG]F\PGRUHDNWRUDLZ\FKRG]F\P]
UHDNWRUDMHVWRNUHODQDPHWRGVSHNWURIRWRPHWU\F]QQDNRORU\PHWU]H
=DPRQWRZDQHVSáXF]NL]UR]WZRUHPSRFKáDQLDMF\PSU]H]NWyUHSU]HSá\ZD
PLHV]DQLQDUHDNF\MQDSU]H]PLQ3RXSá\ZLHWHJRF]DVXSáXF]NDMHVWZ\PLHQLDQDL
UR]WZyUMHVWDQDOL]RZDQ\]JRGQLH]PHWRGRSLVDQZÄ0HWRGDFKDQDOLW\F]Q\FK´
$E\Z\]QDF]\üRSW\PDOQHZDUXQNLSURZDG]HQLDSURFHVXQDOH*\]PLHQLDü
WHPSHUDWXU\UHDNFMLV]\ENRüSU]HSá\ZXPLHV]DQLQ\UHDNF\MQHMURG]DMRUD]LORü
katalizatora.
3. Zestaw aparatury.
1DVFKHPDFLHSU]HGVWDZLRQR]HVWDZDSDUDWXU\GODüZLF]HQLD5HDNFMD
SURZDG]RQDMHVWZL]RWHUPLF]Q\PUHDNWRU]H]QLHUXFKRP\P]áR*HPNDWDOL]DWRUD
7HPSHUDWXUDZHZQWU]UHDNWRUDMHVWPLHU]RQD]DSRPRFWHUPRSDU\L
NRQWURORZDQD]DSRPRFSURJUDPDWRUDWHPSHUDWXU\0LHV]DQLQDJD]yZ]EXWOL
]DZLHUDMFDSSP12SU]HSá\ZDSU]H]rotametr (8), kran (5) i (4) i wchodzi
GRUHDNWRUD:FHOXSREUDQLDSUyENLGODRNUHOHQLDVW
*HQLD12NLHUXMHP\JD]\
SU]H]NUDQGRSáXF]NL*D]\SRUHDNF\MQHNLHURZDQHVSU]H]SáXF]N
GR
NDQDáXZ\FLJRZHJROXEGRSáXF]NLZFHOXRNUHOHQLDVW
*HQLD12ZJD]LH]D
NDWDOL]DWRUHP3RUHDNFMLNDWDOL]DWRUMHVWSU]HSáXNLZDQ\D]RWHP]balona (9).
4. Metoda analityczna oznaczania NO w strumieniu helu.
0HWRGD>@R]QDF]DQLDWOHQNXD]RWXSROHJDQDSRFKáDQLDQLXWOHQNyZD]RWXZ
alkalicznym roztworze arseninu sodowego. Tlenki azotu GZXD]XMNZDVVXOIDQLORZ\
3RZVWDáHVROHGZXD]RQLRZHXOHJDMQDVW
SQLHVSU]
JDQLX]FKORUNLHP
3
naftyloetylenodwuaminy w 6% roztworze kwasu szczawiowego (pH 2,5). Otrzymane
DPDUDQWRZH]DEDUZLHQLHSRFKRG]FHRGRWU]\PDQ\FKEDUZQLNyZazowych jest
SRGVWDZR]QDF]HQLDNRORU\PHWU\F]QHJRWOHQNyZD]RWX
1. E.Leo, D.Suwalska, Bromat. Chem.Toksykol., 13 (1980) 4.
4.1.Opis metody
4.1.1. Odczynniki i rozwory.
9 5R]WZyUSRFKáDQLDMF\JZRGRURWOHQNXVRGRZHJRJarseninu sodowego,
0,75g kwasu sulfanilowego rozpuszczonego w wodzie destylowanej i
X]XSHáQLRQHJRGRFP3.
9 5R]WZyUZ\ZRáXMF\EDUZ
JFKORURZRGRUNXnaftyloetylenodwuaminy i 6
g kwasu szczawiowego rozpuszczonego w wodzie do 100 cm3.
9 5R]WZyUZ]RUFRZ\UR]WZyU]DZLHUDMF\PJ NO 2 w 1 cm3. Roztwór
Z]RUFRZ\RWU]\PDQ\ZZ\QLNXUR]FLHF]HQLDSá\QHPSRFKáDQLDMF\PPO
roztworu podstawowego ( 0,05mg NO 2 w 1 ml) do 250ml.
4.1.2. Przygotowanie krzywej wzorcowej tlenków azotu
1. 6SRU]G]LüVNDO
Z]RUFyZELRUFRG±FP3 roztworu wzorcowego do 6
SUREyZHN]SRG]LDáNFRRGSRZLDGD±PJ NO 2
2. 8]XSHáQLüSá\QHPSRFKáDQLDMF\PGRFP3
3. 'RGDüSRFP3UR]WZRUXZ\ZRáXMFHJREDUZ
GRND*GHMSUREyZNL
4. 2GF]HNDüPLQXWLGRNRQDüSRPLDUXDEVRUEDQFMLSU]\GáXJRFLIDOLQP
5. :\NRQDüZ\NUHV]DOH*QRFLDEVRUEDQFMLRGVW
*HQLD
3RELHUDQLHSUyE\JD]X]DZLHUDMFHJR12
'RSáXF]NLRGPLHU]\üFP3Sá\QXSRFKáDQLDMFHJR1DSHáQLRQ
SáXF]N
]DPRQWRZDüZRGSRZLHGQLPPLHMVFX]HVWDZXUHDNF\MQHJR3U]H]
SáXF]N
]DZLHUDMFFP3UR]WZRUXSRFKáDQLDMFHJRSU]HSXFLüGP3
gazu.
4
:\NRQDQLHR]QDF]HQLDLORFL12
1. :\PRQWRZDüSáXF]N
]XNáDGXUHDNF\MQHJR2]QDF]HQLHZ\NRQDüSR
minutach.
2. 5R]WZyU]SáXF]NLSU]HQLHüGRNROE\PLDURZHMQDPOLGRSHáQLüZRG
GHVW\ORZDQGRNUHVNL
3. 3REUDüFP3UR]WZRUXGRSUREyZNLGRGDüFP3UR]WZRUXSRFKáDQLDMFHJRL
3 cm3UR]WZRUXZ\ZRáXMFHJREDUZ
4. 2GF]HNDüPLQXWLGRNRQDüSRPLDUXDEVRUEDQFMLSU]\GáXJRFLIDOLQP
5. 2EOLF]\ü]NU]\ZHMZ]RUFRZHMLORüWOHQNyZD]RWXZFP3 roztworu
SREUDQHJR]SáXF]NLDQDVW
SQLH]Z]RUXREOLF]\üLORüWOHQNyZD]RWXZ
strumieniu gazu:
x = m · a/ v
[ ]DZDUWRü12ZVWUXPLHQLXJD]X>PJGP3]
P LORü12RGF]\WDQD]NU]\ZHMZ]RUFRZHM>PJ@
Y LORüSU]HSXV]F]RQHJRJD]XSU]H]SáXF]N
>GP3]
D UR]FLHF]HQLH
:\NRQDQLHüZLF]HQLD
1. =HVWDZDSDUDWXU\MDNQD]DáF]RQ\PU\VXQNX
2. 3U]HGSU]\VWSLHQLHPGRUHDNFMLQDOH*\Z\NRQDüNU]\ZZ]RUFRZwg. pkt. 4.1.2.
3. :UHDNWRU]H]QDMGXMHVL
PONDWDOL]DWRUD&X=60ZDJRZ\FK
4. =DáF]\üJU]DQLHSLHFDGRWHPSHUDWXU\RNUHORQHMSU]H]DV\VWHQWD
5. 8VWDZLüNUDQDE\JD]PyJáVZRERGQLHZ\Sá\ZDü
6. 2GNU
FLüEXWO
]12LXVWDZLü*GDQ\SU]HSá\ZJD]XNRQWUROXMFZVND]DQLD
rotametru.
7. 2NUHOLü]DZDUWRü12ZJD]LH:W\PFHOLQDOH*\]DPRQWRZDüSáXF]N
]DZLHUDMFPOSá\QXSRFKáDQLDMFHJR]DNUDQHP3U]H]NUDQVNLHURZDü
JD]GRSáXF]NL3U]HSXV]F]DüGP3JD]XSU]H]SáXF]N
2EOLF]\üMDNL
F]DVMHVWSRWU]HEQ\*HE\SU]HSá\Q
áDWDNDLORüJD]X3RXSá\ZLHWHJRF]DVX
SU]HVWDZLüNUDQWDNDE\RGFLüGRSá\ZJD]XGRSáXF]NL
8. 3áXF]N
Z\PRQWRZDü]XNáDG\UHDNF\MQHJRLRNUHOLü]DZDUWRüWOHQNyZ
azotu w gazie zgodnie z pkt. 4.1.4.
5
9. 1DVW
SQLHQDOH*\SU]HSURZDG]LüUHDNFM
UR]NáDGX12:W\PFHOXSR
SU]HVWDZLHQLXNUDQyZ,VNLHURZDüVWUXPLHJD]XR]DGDQ\PSU]HSá\ZLH
GRUHDNWRUD1DW\FKPLDVWQDOH*\]DSLVDüQDW
*HQLHSU]HSá\ZXLJRG]LQ
UR]SRF]
FLDHNVSHU\PHQWX
10. 3URFHVMHVWSURZDG]RQ\SU]H]F]DVRNUHORQ\SU]H]DV\VWHQWD
11. 3RXSá\ZLHRNUHORQHJRF]DVXSREUDüSUyEN
JD]XSRZ\MFLX]UHDNWRUD:W\P
FHOXQDOH*\]DPRQWRZDüSáXF]N
]DNUDQHPLSU]HSXFLüGP3 gazu.
1DVW
SQLHZ\NRQDüR]QDF]HQLHWOHQNyZD]RWXwg. pkt. 4.1.4.
12. 1DVW
SQLHQDOH*\]PLHQLüWHPSHUDWXU
OXESU]HSá\Z]DQLHF]\V]F]RQHJRJD]XL
SRZWyU]\üSURFHGXU
ZJSNWRGGR
6. Obliczenia
1DSRGVWDZLHZ\QLNyZX]\VNDQ\FKZüZLF]HQLXQDOH*\REOLF]\ü
-
VWRSLHNRQZHUVML]JRGQLH]Z]RUHP
-
czas przebywania reagentów w reaktorze ze wzoru (7),
-
obliczony czas τ]UyZQDQLDQDOH*\ZVWDZLüGRUyZQDQLDLZ\NRQDü
wykres τ = f(α/(1 - αNWyU\MHVWOLQLSURVWRZVSyáF]\QQLNXQDFK\OHQLD
prostej równym 1/kCo.
3UREOHPGRVDPRG]LHOQHJRUR]ZL]DQLD
:\QLNLX]\VNDQHZF]DVLHZ\NRQ\ZDQLDüZLF]HQLDα, τRUD]VWDáN&o
SRZLQQ\E\üSRGVWDZGRUR]ZL]DQLDQDVW
SXMFHJRSUREOHPX
=DNáDGSU]HP\VáRZ\HPLWXMHGRDWPRVIHU\;;P3JD]XZFLJXGRE\
]DZLHUDMFHJR<<SSP NO x 2EOLF]\üMDNDREM
WRüNDWDOL]DWRUDMHVWSRWU]HEQD
NDWDOL]DWRUWDNLVDPMDNZüZLF]HQLXDE\XVXQü12[]JD]X]Z\GDMQRFL
6