автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Разработка каталитического способа очистки от этанола воздушных выбросов полиграфических предприятий

1ИНИСТЕРСТВ0 ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ

БУРТ Ирина Владимировна

РАЗРАБОТКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО СПОСОБА ОЧИСТКИ ОТ ЭТАНОЛА ВОЗДУШНЫХ ВЫБРОСОВ ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальности 05.02.15 - "Машины, агрегаты и процессы полиграфического производства"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

гз о л

:7 "и* ет

На правах рукописи УДК 474.76:655.366.72

Москва - 1997

Диссертационный совет ВАК Российской Федерации Д 063.39.01 при Московском Государственном Университете печати Москва, 127550, ул. Прянишникова, 2а

Работа выполнена на кафедре химии и материаловедения Московского Государственного Университета печати.

Научный руководитель - доктор химических наук

профессор НАУМОВ З.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор ЛОЖКИН Б.Т.; кандидат биологических наук доцент 1110РША О.С.

Ведущая организация - Экспериментальная типография.

Защита состоится 03.OG, 1997 г. в 14.00 на заседании Диссерт ционного совета ВДК Д 063.39.01 в Московском Государственном Университете печати.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ZV.oy. $?

Учёный секретарь

Диссертационного совета Д 063.39.01 доктор химических наук профессор

В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полиграфическая промышленность Быделяет отдельно небольшое количество вредных Еыбросов по сравнению, ример, с химической промышленностью. Однако, учитывая, что за-зняющие вещества, находящиеся в выбросах полиграфических пред-ятий (ПП), весьма токсичны, разнообразны по своей химической роде, а также принимая во внимание тот факт, что типографии, правило, расположены в черте городов (нередко в непосредствен-близости от жилых домов), - следует признать, что очистка вызов этих предприятий является важной задачей. Значительную до-вентвыбросов ПП, имеющих участки лакирования оттисков, состав-т пар этанола. Его концентрация в выбрасываемом воздухе в сот-раз превышает ПД{ в воздухе населённых пунктов. Токсичность а этанола усиливается эффектом суммации и супераддитивным эф-том. В настоящее время не подвергается сомнению актуальность работки способов очистки воздушных выбросов от вредных веществ, тношении спиртов это было убедительно доказано ещё в диссерта-Н.М. Иваницкого (1979 г.), в которой была дана расчётно- тео-ическая оценка перспективности ряда методов очистки и на осно-ии данных, относящихся к другим отраслям, был сделан вывод о есообразности использования каталитического метода. Однако до пор не проводились исследования каталитического глубокого сления органических веществ, содержащих кислород, применитель-к конкретным условиям очистки вентвыбросов ПП. В последние годы на кафедре химии и материаловедения МГУП осу-ствляется широкая программа таких исследований. Данная работа, олненная в соответствии с планом НИР МГУП (тема Г-18), заверша-первый этап этих исследований. Помимо уже указанных причин выв качестве объекта исследования этанола был обусловлен также , что это одно из самых трудноокисляемых веществ и, следователь-этанол является хорошим модельным соединением, поскольку в овиях его глубокого окисления долины обезвреживаться и многие гие органические вещества. Таким образом, разработка каталити-кого способа очистки от этанола воздушных выбросов ПП предстает собой важную и актуальную научно-техническую проблему. Цели и задачи работы. Для достижения цели данного исследования азработки технологии каталитической очистки от этанола воздуш-выбросов ПП - необходимо было решить следующие задачи: обосно-ь выбор катализаторов и исследовать кинетику реакции глубокого

окисления этанола; определить обобщённые характеристики слоя ка< лизатора; проанализировать влияние внешней и внутренней диффузи: на кинетику' процесса; определить параметры технологического реж: jvia процесса и обосновать исходные данные для проектирования кат, литических реакторов.

Научная новизна. Определены обобщённые характеристики слоя к; тализаторов на основе y-AIgOg - порозность и удельная поверхнос Установлены критерии внутренне- и внешне-диффузионного торможен! процесса глубокого окисления этанола на алюмоплатиновом и алюмо-хроммедном катализаторах. Впервые кинетика реакции глубокого oki ления этанола изучена в безградиентном проточном реакторе с виб] ожиженным слоем катализатора. Найдено, что избирательное окисление до СО^ имеет место при условии, что степень превращения эта! ла х >U,9. Установлено кинетическое уравнение и определены пар! метры температурных зависимостей кинетических констант. Экспериментально найдена зависимость коэффициента сопротивления от пор< ности слоя и числа Рейнольдса и выведено уравнение, связывающее обобщённые и геометрические характеристики слоя.

Практическая ценность работы. Рассмотрена технология образовг ния содержащих этанол вентвыбросов участков лакирования оттиско! На основании проведенных экспериментальных и расчётно-теоретичес них исследований сформулированы технологические рекомендации дл? проектирования каталитического реактора глубокого окисления эта!-ла системы очистки воздушных выбросов ПЛ. Эти рекомендации вклю*-ют данные по катализаторам с детальной характеристикой их параме ров; обоснование выбора степени превращения в интервале 0,9... 0,999; данные по объёмной скорости и составу вентвыбросов; метод: ку определения оптимальных значений обобщённых и геометрических характеристик слоя катализатора; значения температуры и давления в реакторе. Результаты исследований внедрены в НИР МГУП и учебнь: процесс (лекции по курсу "Очистка вентвыбросов ПП", дипломное пр ектирование).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуж дены на 35-й и 36-й научно-технических конференциях МГАП (Москва

1994 и 1996 гг); I, II и III Международных научных конференциях отделения"Информационные технологии в печати" МАИ (Москва, 1994,

1995 и 1996 гг).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатны работ (10 научных статей и тезисы 6 докладов на конференциях).

Объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов, списка использованной литературы (288 источников) и прило-кений. Работа изложена на 134 страницах и включает 30 рисунков и 20 таблиц.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обобщённые характеристики слоя (порозность и удельная поверхность) катализаторов и критерии внутренне- и внешне-диффузи-энного торможения процесса глубокого окисления этанола.

2. Кинетическое уравнение реакции глубокого окисления этанола кислородом воздуха в присутствии водяного пара на алюмоплатиновом

1 алюмохроммедном катализаторах.

3. Зависимость коэффициента сопротивления от порозности слоя катализатора и числа Рейнольдса и уравнение, связывающее обобщён-ше и геометрические характеристики слоя.

4. Технологические рекомендации для проектирования каталитического реактора глубокого окисления этанола системы очистки воздушных выбросов участков лакирования оттисков ПЛ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика научно-технической области, в которой выполнена работа, обоснована актуальность теш диссертации и сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе рассмотрена литература, связанная с проблемой эчистки вентвыбросов Ш от этанола, и обоснован выбор направления «следований.

Во второй главе описаны эксперименты по определению обобщённых сарактеристик слоя катализатора; дан анализ возможности внутренне-г внешне-диффузионного торможения процесса; установлено кинети-1еское уравнение реакции глубокого окисления этанола на алюмоплатиновом и алюмохроммедном катализаторах.

Третья глава посвящена разработке технологии каталитического троцесса очистки от этанола вентвыбросов ПЛ.

Технология образования и параметры вентвыбросов, содержащих этанол

Воздушные выбросы, содержащие этанол, формируются, главным образом, вентиляционными системами участков лакирования листовых изданий. К спиртовым лакам на основе синтетических смол относятся юливинилацетатные лаки, карбинольный лак, лаки КС-23, КС-234, КС -235, идитоловый лак, леки ПВК-4, ПВБ-4, МЭ-1, БАВ 4М, ЦФ-I, ЦГ-)95 и др. Наибольшее распространение в отечественной полиграфии в

настоящее время находит лак ЦГ-595, представляющий собой раствор циклогексанонформальдегидной смолы, поливинилбутираля и сосновой канифоли в этаноле.

Рассмотрим особенности использования лака ЦГ-595 на примере т пографии "Красный пролетарий", где этот лак применяется при отде ке суперобложек и обложек для книг, брошюр, плакатов и др. Для этого используется машина "Инфрамат 126" фирмы Штейнеманн. Для разбавления лака и для .смывки лакировальной секции применяется технический этиловый спирт. Сушильная камера машины снабжена отс сом для удаления паров спирта. Ниже приведены параметры источник выбросов этанола (трубы): высота источника выбросов - 27,5 м; ди аметр устья трубы - 0,35 м; линейная скорость выброса - 14,35 м/ объёмная скорость выброса - 1,72 м^/с; температура - 20°С; выбро сы этанола - 1,9 г/с, 1,1 г/м , 17,7 т/год.

С целью определения, не происходит ли унос высококипящих ком понентов при сушке оттисков нами были поставлены специальные опы ты. Из сушильной камеры лакировальной машины воздух отсасывался : в течение 6 часов пропускался через поглотительные склянки с эта< нолом. Затем на спетрометре SPECORD UV VIS снимались спектры поглощения в области 2Q0...30ÖHM. Во всех опытах они соответствовали спектру исходного этанола. 'Данным методом можно обнаружить наличие 0,0001% об. лака в этаноле. Таким образом, можно считать практически исключённым попадание в каталитический реактор &эроз< ля, содержащего нелетучие компоненты спиртового лака.

Учитывая температуру кипения примесей и их содержание в техническом этиловом спирте, основными микропримесями к этанолу в вен1 выбросах можно считать метанол и альдегиды. Их концентрация в вы( росах при концентрации этанола порядка I г/м^ равна: альдегиды< 2'10~°% об., метанол < 5'10-^ об. Наличие этих веществ в столь малых концентрациях не должно сказываться на протекании процесса глубокого окисления этанола.

В помещении участка лакирования оттисков поддерживается температура 18...20°С и относительная влажность воздуха 40...60$, что эквивалентно значениям концентрации HgO в воздухе СО£=0,007... 0,012 мольн. д.

Катализаторы

Использовались алюмоплатиновый катализатор, в основном аналог! чный промышленному катализатору АП-56 и алюмохроммедный катализатор, полученный пропиткой шариковой у-окиси алюминия раствором нитратов меди(II) и хрома (III). Эти катализаторы были выбраны ш

основе анализа литературных данных. Ниже приведены характеристики катализаторов.

Алюмоплатиновый_катализатор. Химический состав: Р1 - 0,55%; Т-А^Од - остальное. Насыпная плотность _РК = 0,72 г/см^. Общая удельная поверхность 8к = 165 м2/г. Удельная поверхность Р1:: 1,1 м2/г к-ра или 200 м2/г Р1:.

Алюмо)дзошледный_катализатор. Химический состав: 3 СиО-Сг^Од -9,1%; у.А1"20з - остальное Г !5~= 140 м^/г; ук=0,84 г/см3.

Определение обобщённых характеристик слоя катализатора Эти характеристики - порозность слоя £ и внешняя поверхность гранул в единице объёма слоя (удельная поверхность слоя) Ву- - были одинаковы в случае использованных катализаторов, т.к. в качестве носителя в них применялась одна и та же партия шариковой окиси алюминия. Гранулометрический анализ был проведен путём измерения диаметра с1р более 5,5 тыс. гранул под микроскопом (ЕС Метам РВ-21 точность - 0,01 мм). Было найдено гранулометрическое распределение и установлен средний размер гранул: с1р = 1,5 мм. Обобщённые характеристики слоя были найдены равными: £ = 0,33 и 2700 м~?

Анализ возможностей внутренне- и внешне-диффузионного торможения каталитической реакции окисления этанола Для того, чтобы определить, не лимитируется ли скорость реакции массопереносом в порах гранул катализатора, использовали критерий Вэйса-Пратера, преобразованием которого было получено условие отсутствия внутренне-диффузионного торможения:

20,5ТР^Ве^(1 -ВГ1^^ Э($р)<1, (I)

где - парциальное давление этанола; его эффективный коэф-

фициент диффузии и

3(9= 2^(3 - 4ф, ^ Я/Лр , (2)

причём скорость реакции г в (I) выражена в моль/с-г к-ра.

Микроскопическое исследование сколов гранул показало, что тол-цина активного слоя Яр у различных гранул изменяется в пределах д,01...0,1 мм. По необходимости, мы принимаем наибольшее значение 3,1 мм, т.к. ему соответствует большая величина левой части неравенства (1).Ве^ составляет 1...3% от обычного кинематического коэффициента диффузии 1)р Для расчёта последнего использовали форму-иу Отмера и Чена и формулу Сатерленда. Были также выведены формулы для расчёта коэффициента диффузии этанола в реакционную смесь з учётом степени превращения х и стехиометрии реакции:

су15он + 3 02 = 2 С02 + 3 Н20 . (3)

В кинетических опытах левая часть неравенства (I) была на I.. 3 порядка меньше единицы, т.е. внутренне-диффузионное торможение отсутствовало.

Влияние внешне-диффузионного торможения оценивалось на основе известных соотношений между критериями Шервуда, Рейнольдса и Шми, та. Из этих соотношений было получено следующее условие отсутствия внешне-диффузионного торможения реакции (3):

г/с^аооо, (4)

о

где Г выражена в ммоль/с-см , а С| - в % об. В наших опытах г/С^ изменялось в диапазоне 0,1...100, т.е. условие (4) соблюдалось.

Исследование кинетики реакции (3) Для проведения кинетических исследований использовался реакто] с виброожиженным слоем катализатора. Реактор был изготовлен из стали Х18Н10Т и представлял собой трубку внутренним диаметром 20 мм. Нижняя часть слоя ограничивалась сетчатой решёткой, а верхняя - решётчатым дном вставной капсулы, связанной с верхней крышкой реактора, которая через алюминиевую прокладку крепилась к фланцу. Реактор помещался в трубчатую печь с регулируемым электрообогревом. Температура измерялась с помощью термопары на приборе ПП-63 (контроль - по показаниям самописца ЭПГ1-09РМЗ) и поддерживалась в зоне катализатора с точностью - 0,5 К. Встряхивание реактора осуществлялось с помощью электромеханического вибратора. Амплитуда колебаний - II мм. Частота колебаний варьировалась в интервале = 5. ..40 с--'-. При скорость реакции не зависела от^

Реакционную смесь готовили, пропуская воз,пух через сатураторы с этанолом и водой. Скорость потока V измерялась газовым счётчиком ГСБ-400. Анализ реакционной смеси проводили на хроматографе ЛХМ-80 (детектор - катарометр, сорбент - Поропак 0., газ-носитель- Не) В режиме идеального смешения х и г во всех точках реакционного пространства постоянны, и условное время

УК/УГ = хСо1/с$& , (5)

где - объём катализатора. Зависимость скорости реакции от концентрации этанола описывается уравнением:

г = кст . (6)

|г)

Выражая С^ через С0| и х и учитывая, что (I + хС^) »1 (с точностью не менее 1%), из (5,6) получаем:

х(1 - х)"п«= (кЗ^/С^) (7)

Линейная зависимость х(1 - х)""'1 от условного времени, делённого на С01£П1 , использовалась для нахождения порядка реакции.^ и кинетической константы к . Из аррениусовских зависимостей Спк от были найдены значения энергии активации Е и предэкспоненциального множителя к0.

Для учёта влияния пара 1120 на скорость реакции (3) был введён в правую часть уравнения (6) множитель (I ч-кС^)-^. Для определения к была проведена серия опытов с постоянным значением и ря-цом значений Со2; параметры температурной зависимости к были найдены с использованием уравнения Аррениуса.

Наконец, была проведена серия опытов, в которых суммарное давление реагентов Р изменялось путём разбавления реакционной.смеси гелием. В результате было найдено еле,пущее кинетическое уравнение:

Г = [коР^1 (I -х)П1ехр(-Е/Р.Т)]/[1 + ко(Со2 + ЗхСо1)е"Е^Т](8)

параметры которого суть следующие:

Параметр Р-Ь/У-А1203 Си0-Сг203/У-А120з

0,54±0,02 0,82±0,03

п 0,62±0,02 I,33-0,04

ко, моль/с м атм (2,98±0,П)-Ю7 (2,65±0,09)-Ю9

Е, кДж/моль 125-5 164±7

к: (9,97±0,32М04 (3,44±0,12)-Ю7

Е, кДж/моль 38-2 62-3

Детальный анализ уравнения (8) показал, что алюмоплатиновый катализатор активнее алюмохроммедного: одинаковая степень превращения (при х >0,9) достигается при температуре алюмохроммедного катализатора на 35...45 К выше температуры алюмоплатинового ката-мзатора. Последний также значительно устойчивее к действию каталитических ядов, однако он примерно на порядок дороже алюмохроммедного катализатора.

Расчёт параметров зернистого слоя катализатора С точки зрения экономии количества катализатора и минимизации шерготрат на осуществление процесса (3) наиболее выгодным являет-:я гидродинамический режим, максимально приближающийся к модели щеального вытеснения. Как показано в работе, в этом режиме коли-1ество катализатора, необходимое для достижения степени превраще-

ния х, равно: * , , . х / -Е'/КТ

Ю^ехр(ЕЛТ) г[1»(Св2+ЗхС„,)к.е_]<Ь

-(ГПо4-0)

Расчёты по уравнению (9) показали, что характер зависимостей ^ от параметров сходен на обоих катализаторах: уменьшается с ростом С0{ и температуры и увеличивается с ростом С^ и х. Однако степень влияния параметров на Ук различна на исследованных катализаторах. Так, в случае Р1:-катализатора объём слоя, обеспечивающий при Т = 573 К достижение данного значения х в диапазоне 0,9...0,999 при С0£ = 0,0002, в 2,72 раза больше, чемУк, соответ ствующий значению С^ = 0,0014. Зависимость от С0| на оксидно!/ катализаторе более сильная: отношение объёмов катализатора при указанных значениях концентрации этанола равно 4,45. Наиболее сильно влияет на V* температура, причём в наибрлыпей степени рост Т сказывается в случае алюмохроммедного катализатора. Расчёты показали, что для проведения процесса глубокого окисления этанола при С0| ^ 0,0005 в изотермическом реакторе идеального вытеснения алюмохроммедного катализатора требуется, в зависимости от условий процесса, в 3...6 раз больше, чем-алюмоплатинового катализатора. Это различие можно компенсировать, увеличив в первом случае темпе ратуру (см. выше).

В работе предложена методика расчёта геометрических параметров слоя катализатора. Найдя определяют площадь поперечного сечения слоя с учётом того, что режим идеального вытеснения реализует ся, если отношение высоты слояЬк к размеру зерна Ьк/с1р > 20. Дру гим ограничением является гидравлическое сопротивление слоя ДР катализатора, которое должно быть преодолено штатной газодувкой. Таким образом расчёт дР является важным элементом определения параметров технологического режима каталитического процесса.

Для расчёта дР в работе выведены формулы:

дР = 1,429'10-5(1 - е)ТРа"1Со}АЧУг1"1в1р2; (Ю)

где V = 1уФк (1)к - диаметр поперечного сечения слоя катализатора); Ч - объёмный расход газа при нормальных условиях; А - коэффициент сопротивления. Анализ литературных данных показал, что зависимость Я =$ (& , Яе) мжно удовлетворительно аппроксимировать выражением:

II I г

А = А0Ц - £ )/Яе £ . (12)

Для нахождения констант Ас и & были проведены опыты, в которых измерялось гидравлическое сопротивление слоя при различных значениях Ке(что обеспечивалось изменением \10 и состава газа). В результате были найдены следующие значения: Л0= 17,1; & = 1/3. С учётом

этих значений из (10 - 12) следует: дР " ' а™' (13)

В уравнении (13) - три "геометрических" параметра (£ , У), которые можно изменять в определённых пределах с целью изменения дР. Наибольшее влияние на дР оказывает порознссть слоя: например, при увеличении £ в два раза дР уменьшается в 13 раз, тогда как Ук возрастает лишь в 1,7 раза. Однако в случае неподвижного слоя катализатора из сферических гранул порозность изменяется в пределах 0,3...О,4. Для увеличения £ до 0,50...0,55 необходимо перейти к гранулам в форме цилиндров. Эквивалентный диаметр таких гранул

зек/и + 2гк>, (14)

где Тк - отношение высоты цилиндрической гранулы к её диаметру Обычно Ук= 2...3, т.к. при Ук> 3 прочность гранул оказывается, как правило, недостаточной. В работе определены области параметров (У ,е!р, &), в которых дР меньше наперёд заданной величины, и рассмотрены примеры предложенной методики определения геометрических параметров слоя катализатора.

Технологические рекомендации для проектирования каталитического реактора окисления этанола Катализаторы. Оба исследованных катализатора могут быть использованы для осуществления процесса глубокого окисления этанола. Р{;-катализатор более активный. Однако его технологические преимущества тем менее сказываются на эффективности работы реактора, чем выше температура и ниже установленная степень превращения. В определённых условиях высокая активность алюмоплатинового катализатора может оказаться избыточной. Например, при х = 0,9 и Т=573К объём этого катализатора настолько мал, что это приводит к недопустимо высокому увеличению гидравлического сопротивления слоя.

Степень _превр_ауения этанола. Степень очистки вентвыбросов от этанола следует устанавливать в пределах 0,9...0,959, поскольку при х <0,9 в продуктах реакции, кроме СО^ и 11.30, появляются ацет-

альдегид и (или) уксусная кислота, а при х > 0,999 концентрация этанола в воздухе оказывается ниже ПДК. Расчёты показали, что величина х = 0,9 обеспечивает снижение высоты источника выброса в 5,6 раза, т.е. при х >0,9 можно обойтись без трубы и использовать неканализированные выбросы через фонари.

Объёмная скорость^ выб_р_осо_в и концентрация_этанола. Параметры \10 и определяются условиями работы лакировальной машины (или другими производственными условиями). Наиболее выгоден режим сушки лакированных оттисков, который соответствует минимальному расходу воздуха.

Кшцентр_аци_я_ водяного пара _в_воздушых_выбросах. Поскольку в производственных условиях точное поддержание влажности воздуха затруднительно, следует ориентироваться на наибольшее'значение Со2 = 0,012.

¡Давление. С учётом условий работы лакировальной машины давление в реакторе: Р = I... (I +дР), атм.Гидравлическое сопротивление слоя катализатора не должно превышать 0,1 атм, т.к. в противном случае резко сокращается выбор газодувок и увеличиваются энерготраты на прокачивание воздуха через систему очистки. При дР^0,1 атм в расчётах геометрических параметров слоя можно принять, что Р = I атм.

Температура. В случае алюмоплатинового катализатора Т = 573 К; в случае алюмохроммедного катализатора Т = 613 К.

Обобщённые ^_геометри^1еские ^ар_актерисмки_ слоя. Параметры с1р, £ .и Ук выбираются в соответствии с предложенной методикой расчёта с учётом ограничений, накладываемых на дР и х.

выводи

1. Установлено, что этанол занимает существенное место в ряду вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу полиграфическими предприятиями; рассмотрена технология образования содержащих этанол вентвыбросов участков лакирования оттисков; показана целесообразность использования каталитического способа очистки, основанного на реакции глубокого окисления этанола кислородом воздуха; обоснован выбор катализаторов двух типов - алюмоплатинового и алюмохроммедного.

2. Проведен гранулометрический анализ катализаторов, полученных методом пропитки шариковой ^-окиси алюминия.Определены обобщён ные характеристики слоя - порозность и удельная поверхность:

£ = 0,33 и 2700 м~!.

3. Установлены, критерии внутренне- и внешне-диффузионного торможения процесса глубокого окисления этанола на исследованных катализаторах. Доказано, что в условиях экспериментов реакция протекала в кинетической области.

4. Изучена кинетика реакции глубокого окисления этанола в безградиентном проточном реакторе с виброожиженным слоем катализатора. Найдено, что избирательное глубокое окисление этанола имеет место при условии, что степень превращения этанола х ^0,9. Установлено, что скорость реакции описывается уравнением:

Г = к.р'с*1 exp(-E/RT)/[l + k'0C2exp(-E7RT)],

где П= 0,62 и 1,33; 0,54 и 0,82; ка= 2,98-Ю7 и 2,65-Ю9 моль/с-м2. атм""; Е = 125 и 164 кДк/моль; 9,97-Ю4 и 3,44- Ю7; Е'= 38 и 62 кДк/моль - для алюмоплатинового и алюмохроммедного катализаторов, соответственно; Cj и С2 - концентрации (мольные доли) этанолаиИ20, соответственно; Р - давление.

5. Детальный кинетический анализ показал, что алюмоплатиновый катализатор активнее алюмохроммедного, так что для достижения одинаковой степени превращения (при х ^0,9) температура алюмохроммедного катализатора должна быть на 35...45 К выше температуры алюмоплатинового катализатора.

6. С учётом найденного кинетического уравнения для режима идеального вытеснения рассчитаны значения объёма катализатора (VK), обеспечивающие требуемые величины степени превращения применительно к условиям работы лакировальной машины. Установлено, что характер зависимостей VK от х, Т, С0р Cq2 сходен на обоих катализаторах: VH уменьшается с ростом C0-j- и температуры и увеличивается с ростом Со2 и степени превращения. Однако степень влияния этих параметров на "V^ различна на исследованных катализаторах.

7. Экспериментально установлена зависимость коэффициента сопротивления от порозности слоя и числа Рейнольдса и выведено уравнение, связывающее обобщённые и геометрические характеристики слоя при ограничениях, накладываеиых на гидравлическое сопротивление слоя катализатора и степень превращения этанола.

8. Проведены расчёты гидравлического сопротивления слоя катализатора (дР) и рассмотрены зависимости дР от CQj, Cq2, х, Т, Р, объёмной скорости вентвыбросов, обобщённых и геометрических характеристик слоя. Обсуждены возможности снижения дР. Показано, что основное влияние на снижение дР оказывает увеличение пороз-

ности слоя, что может быть обеспечено переходом от сферических гранул к гранулам в форме цилиндров с отношением' высоты гранулы к её диаметру в пределах 2...3.

9. На основании проведенных экспериментальных и расчётно- теоретических исследований сформулированы технологические рекомендации для проектирования каталитического реактора глубокого окисления этанола системы очистки воздушных выбросов полиграфических предприятий:

катализатор - алюмоплатиновый или алюмохроммедный; степень превращения - х = 0,9...О,999;

объёмная скорость вентвыбросов и концентрация в них этанола -взаимозависимые параметры, определяемые типом лакировальной машины и условиями сушки оттисков; для машины "Инфрамат 126" У0 = = 1,60 м3/с и Со1 = 5,38-Ю~4(лак ЦГ-595);

концентрация водяного пара в вентвыбросах - С0£ = 0,007... ...0,012;

давление — Р = I...(I + дР) атм, где гидравлическое сопротивление слоя дР не должно превышать 0,I атм;

температура: Т = 573 К в случае алюмоплатинового катализатора и-Т = 613 К в случае алюмохроммедного катализатора;

обобщённые и геометрические характеристики слоя катализатора выбираются в соответствии с предложенной методикой расчёта (см. п. 3.3.7) с учётом ограничений, накладываемых на дР и степень превращения этанола.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Бурт И.В. Критерий внешне-диффузионного торможения процесса глубокого каталитического окисления этанола//Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1997. Вып. 7. С. 4 - 7.

2. Наумов В.А., Бурт И.В., Конюхов В.Ю. Кинетика каталитической реакции глубокого окисления этанола//Кинетика и катализ. 1997. Т. 38. № 3.

3. Бурт И.В., Наумов В.А. Разработка технологии каталитического процесса очистки от этанола вентвыбросов полиграфпредприятий// Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1996. Вып. 5. С. 44 - 49.

4. Наумов В.А., Бурт И.В., Конюхов В.Ю. Определение кинетических параметров реакции глубокого окисления этанола в проточном безградиентном реакторе//Технология полиграфии: физико-химические проб-

лемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1995. Вып. 4. С. 100 - 105.

5. Наумов В.А., Бурт И.В., Конюхов В.Ю. Кинетика каталитической реакции глубокого окисления этанола//Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1995. Вып. 4. С. 105 - 112.

6. Бурт И.В., Васнев А.Н. Параметры этанол-содержащих вентвыбро-сов полиграфпредприятий//Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1995. Вып. 4. С. 117 - 124.

7. Бурт И.В. Расчёт гидравлического сопротивления каталитических слоев в реакторах очистки вентвыбросов полиграфпредприятий от эта-нола//Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1995. Вып. 4. С. 124 - 128.

8. Бурт И.В. Гидравлическое сопротивление каталитических слоев в установках очистки вентвыбросов полиграфпредприятий//Вопросы полиграфического производства. Омск: Изд-во ОмГТУ. 1995.С.19 - 22.

9. Читана В.Э.,Третьяков С.Д., Бурт И.В. Расчёт коэффициента диффузии этанола в паровоздушных выбросах полиграфических предприя-тий//Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1993. Вып. 3. С. 57 - 61.

10. Бурт И.В., Читава В.Э., Наумов В.А. Определение обобщённых характеристик слоя катализатора, для очистки вентвыбросов переплётных цехов//Технология полиграфии: физико-химические проблемы. Межвед. сб. научн. трудов. 1991. Вып. 2. С. III - ИЗ.

11. Бурт И.В., Васнев А.Н. Характеристика вентвыбросов участка лакирования оттисков//Ш Международная научная конференция Отделения "Информационные технологии в печати" Международной Академии Информатизации: Тезисы докладов: М., 1995. С. 86.

12. Бурт И.В., Наумов В.А., Конюхов В.Ю. Кинетический анализ процесса очистки вентвыбросов полиграфических предприятий//!! Международная научная конференция Отделения "Информационные технологии в печати" Международной Академии Информатизации: Тезисы докладов: М., 1995. С. 43 - 44.

13. Бурт И.В. Проблема минимизации гидравлического сопротивления каталитических слоёв в установках очистки вентвыбросов полиграф-предприятий//! Международная научная конференция Отделения "Информационные технологии в печати" Международной Академии Информатизации: Тезисы докладов: М., 1994. С. 57.

14. Наумов В.А., Конюхов В.Ю., Бурт И.В., Читава В.Э. Каталитическая очистка вентвыбросов полиграфических предприятий от этанола

//I Международная научная конференция Отделения " Информационные технологии в печати" Международной Академии Информатизации: Тезисы докладов: М., 1994. С. 57 - 58.

15. Бурт И.В. Выбор степени превращения этанола при каталитической очистке вентвыбросов полиграфпредприятий//36-я научно-техническая конференция Московской Государственной Академии печати: Тезисы докладов: М., 1996. С. 43.

16. Читава В.Э., Бурт И.В., Наумов В.А. Расчёт гидравлического сопротивления слоя катализатора реакции глубокого окисления 'этанола кислородом воздушных выбросов участков лакирования оттисков// 35-я научно-техническая конференция Московской Государственной Академии печати: Тезисы докладов: М., 1994. С. 64 - 65.

Соискатель:

И.В. Бурт