Прогнозирование основных характеристик плазмохимических реакторов на основе математического моделирования физико-химических процессов в условиях смешанной конвекции

• Автор: Мешалкин, Дмитрий Вадимович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .5
ГЛАВА 1 .9

ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Источники газообразных загрязнений

и традиционные методы очистки газов 9

1.2. Плазмохимические методы очистки отходящих газов .

1.2.1 .Баланс энергии неравновесных плазмохимических

процессов

1.2.2. Типы неравновесных газовых разрядов л

1.3. Электрофизические и физикохимические

процессы в реакторах и их математические модели
1.4. Тсплофизические и газодинамические
процессы и их математическая модель.
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРАХ СТРИМЕРНОЙ КОРОНЫ
2.1.Основные уравнения процессов .
2.2.Ламинарное течение газа в вертикальном реакторе
с адиабатическими стенками
2.3. Ламинарное течение газа в вертикальном реакторе
с проводящими стенками .
2.4. Ламинарное течение газа в горизонтальном реакторе .
2.5. Турбулентное течение газа в реакторе
2.5.1. Вертикальный реактор
2.5.2. Горизонтальный реактор
2.6. Результаты экспериментов
Выводы по второй главе .
ГЛАВА 3.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРАХ КАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА
3.1. Вертикальный реактор с симметричными барьерами
3.2. Вертикальный реактор с односторонним охлаждением
3.3. Горизонтальный реактор с односторонним охлаждением 0
3.4. Анализ зависимости вязкости и температуропроводности
газа от температуры 3
Выводы по третьей главе 7
ГЛАВА 4 9
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗМЕРОВ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ
4.1. Продольный размер активной зоны
конверсионных реакторов .2
4.2. Продольный размер активной зоны
реакторов целевого продукта 8
4.3. Поперечный размер
активной зоны реакторов стримерной короны 7
Выводы по четвертой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 5
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Процесс очистки состоит из трех стадий предварительного охлаждения и сушки исходного газа от влаги глубокого охлаждения газа и частичной конденсации высоко кипящих компонентов отмывки очищенного газа. Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных загрязняющих веществ. Основными промышленными адсорбентами являются активные угли, селикагели, ашомогели, цеолиты, иониты, а также активные угли из полимерных материалов, молекулярные сита и активированные углеродные волокна. Тсрмоокисление применяется для обезвреживания выбросов химических производств, содержащих углеводороды и другие органические вещества, при сжигании которых образуются диоксид углерода, вода и другие нетоксичные вещества. Однако этот метод не применим для обезвреживания паров и газов, содержащих в своем составе соединения хлора, серы и фосфора. При малых концентрациях сгорающих веществ ниже предела воспламенения применяют каталитическое сжигание. Катализаторы окисления обеспечивают полное и эффективное протекание реакции горения при относительно низких температурах, поскольку горение на поверхности катализатора беспламенное и не зависит от температуры зажигания. Катализаторы представляют собой либо
металлы в элементарном состоянии, либо оксиды и соли, нанесенные на инертное веществоноситель. Под действием некоторых токсичных веществ, а также высокой температуры, катализаторы могут отравляться и разрушаться, так что универсальности их применения нет. Общими недостатками рассмотренных методов являются их не универсальность, высокая энергоемкость, крупные габариты газоочистного оборудования и значительные потери в окружающую среду. Все это приводит к тому, что защита атмосферы от оксидов серы и азота, содержащихся в дымовых газах ТЭС, в настоящее время в основном осуществляется рассеиванием их дымовыми трубами высотой 0, 0 и даже 0 м. Такой подход ни в коей мере не является радикальным решением проблемы. В последние годы был предложен и прошел испытания на пилотной установке озонный метод очистки отходящих газов ТЭС от оксидов серы и азота с получением комплексных удобрений для сельского хозяйства 6,7. Суть метода заключается в том, что дымовые газы, содержащие оксиды серы и азота, подаются в контактный аппарат, в котором орошаются жидкостью, предварительно насыщенной озоном. При этом низшие оксиды серы и азота 2 и 0, окисляются до высших БО, и Ы5, которые растворяются в воде с образованием серной и азотной кислот. Я 2ИН. НИО, ЫН . ОН . Нр. Все названные методы очистки отходящих газов, основанные на применении процессов равновесной химии, весьма дороги и неэкономичны, поэтому в последние годы продолжаются интенсивные исследования по поиску и разработке новых более эффективных технологий. Прежде чем анализировать работы этого направления, сформулируем критерии, которым должны удовлетворять вновь создаваемые процессы. Несомненно, что базой всех этих технологий должна стать химия высоких энергий, в частности, селективная неравновесная химия, основанная на активации и разрыве нужных молекулярных связей за счет коротких и мощных импульсов внешнего воздействия. Многочисленные исследования в области физики газового разряда, плазмохимии и лазерной химии показали, что определяющую роль в организации селективных реакций играет колебательное возбуждение молекул 8. Накачку энергии в колебательные степени свободы молекул можно осуществить либо за счет использования источников излучения, либо за счет электронных ударов. Для достижения наибольшей энергетической эффективности основная доля энерговклада должна сосредоточиваться на возбуждении колебательных уровней основных электронных состояний молекул при значительном отрыве колебательной температуры от поступательной. Высокая колебательная температура позволяет значительно ускорить прямые реакции получения полезного продукта, а низкая поступательная температура позволяет затормозить обратные реакции, в результате чего достигается сверхравновесный выход продукта без разогрева газа в целом.