Математическое моделирование взаимосвязанных физико-химических и теплофизических процессов в проточных генераторах озона

• Автор: Трошин, Станислав Леонардович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 150 с. : 6 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ4
ГЛАВА 1 8

НЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА ОЗОНА СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Озонные технологии и их роль в организации безотходных экологически чистых производств. 8

1.2. Способы получения озона.

1.2.1. Иерархия описаний физикохимических процессов в плазмохимических реакторах.

1.2.2. Электросинтез озона в воздухе.

1.3. Прогнозирование характера исследований в области неравновесных разрядов для синтеза озона.

1.3.1. Баланс энергии неравновесных плазмохимических процессов

1.3.2. Типы неравновесных газовых разрядов.

1.4. Электрофизические процессы и их математические
модели.
1.5. Теплофизические и газодинамические процессы
и их математическая модель.
1.6. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 .
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРАХ ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА
2.1. Обоснование модельного кинетического уравнения
2.2. Математическая модель физикохимических процессов
2.3. Моделирование теплофизических процессов в вертикальных
реакторах с непроточной системой охлаждения
2.3.1. Реактор с несимметричным охлаждением
2.3.2. Реактор с симметричным охлаждением
2.4. Математическое моделирование теплофизических процессов
в канальных реакторах с проточным охлаждением.
2.4.1. Прямоточное охлаждение
2.4.2. Противоточное охлаждение
2.5. Проточное охлаждение камерного реактора.
Выводы по второй главе.
ГЛАВА 3.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕЗА ОЗОНА В ВЫСОКОЧАСТОТНОМ ЕМКОСТНОМ РАЗРЯДЕ
3.1. Методика определения подгоночных коэффициентов кинетического уравнения
3.1.1. Определение скорости рождения озона, энергии активации и порядка химической реакции распада озона
3.1.2. Определение зависимости скорости рождения озона
от длины активной зоны.
3.2. Методика эксперимента.
3.3. Результаты эксперимента. 3
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4.9
ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО СИНТЕЗУ ОЗОНА В
КИ СЛО РОДОСОДЕРЖАЩЕЙ ПЛАЗМЕ
4.1. Интегральный метод решения модельного кинетического уравнения для стационарных состояний9
4.2. Математическое моделирование синтеза озона в реакторах
с непроточным охлаждением.1
4.3. Математическое моделирование синтеза озона в реакторах
с проточным охлаждением 7
4.3.1.Реакторы с прямоточным охлаждением7
4.3.2. Реакторы с противоточным охлаждением.4
Выводы по четвертой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ НО РАБОТЕ.0
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


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 S и NOx окисляются до высших SOy и N5i которые растворяются в воде с образованием серной и азотной кислот. Смесь этих кислот направляется в рециркуляционный контур, откуда выводится в бак-нейтрализатор при достижении определенной концентрации и затем нейтрализуется раствором аммиака (NH? H2SOA + 2NH? HNOз + NHAOH -> NHaN + H? Особенно актуален вопрос использования озона в процессах очистки отходящих газов от соединений серы при производстве контактной серной кислоты. В последние годы озон находит применение в химической технологии и смежных отраслях промышленности. Так разработаны и внедрены в промышленность установки по производству бесцветных пластификаторов [], способы получения никотиновой и дифеновой кислоты, синтеза кубовых красителей. Весьма перспективно применение озона в текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности для отбеливания тканей и целлюлозы []. Кроме того, озон находит применение в микробиологической промышленности при производстве витаминных концентратов и кормовых дрожжей, в пищевой промышленности при антисептировании длительно хранящихся продуктов, а также в медицине при обеззараживании операционных помещений, инструментария и пр. В последние годы в химической технологии, микробиологии, медицине и других отраслях промышленности появилось значительное количество разработок технологических процессов с использованием озона, находящихся в стадии исследований. Все это потребует интенсификации процесса синтеза озона и повышения его экономичности. В настоящее время известно несколько способов получения озона из кислорода: электролитический, фотохимический и плазмохимический. Электролитический синтез озона осуществляется в специальных ячейках, содержащих растворы различных кислот и их соли. Образование озона происходит за счет разложения воды и образования атомарного кислорода, который присоединяясь к молекуле кислорода образует озон. Хотя этот метод и позволяет получать концентрированный озон, но он является высоко затратным и не нашел широкого применения на практике. Фотохимический способ получения озона, основанный на диссоциации молекул кислорода под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, является основным при его воспроизводстве в естественных условиях в верхних слоях атмосферы Земли []. Приборы, основанные на этом методе, получили ограниченное распространение только для лабораторных целей, в медицине и пищевой промышленности. Наиболее экономичным и сравнительно простым способом промышленного получения озона является его синтез в кислородосодержащей плазме газового разряда [-]. При рассмотрении этого процесса мы будем преследовать две цели. Во-первых, при формулировании математической модели процесса синтеза озона необходимо выбрать соответствующий нашим целям уровень описания. Электросинтез озона в кислородосодержащей плазме является типичным плазмохимическим процессом, со всеми присущими этим процессам особенностями. Во-первых, в плазме газового разряда, как правило, химические реакции неотделимы от процессов переноса вещества и энергии, а во-вторых, наличие ударной и фотоионизации приводит к электронноколебательному возбуждению тяжелых частиц и делает плазмохимические процессы неравновесными и многоканальными [-]. В таких условиях, строго говоря, законы классической химической кинетики не применимы. Как известно, классическая химическая кинетика основана на том факте, что во все время проведения реакции имеет место локальное термодинамическое равновесие: максвелловское распределение по скоростям реагирующих частиц и больцмановское распределение по колебательным уровням [,,]. При этом процессы смешения и диффузии газов считаются законченными. Таким образом, химическая задача отделена от физической и исследуется поведение реагирующих частиц при наличии только одного канала- канала химической реакции. В таких условиях скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в некоторые степени.