Каталитические методы
    Каталитические методы очистки очистки газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые из газа соединения. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности твёрдых тел - катализаторов. Катализаторы должны обладать определёнными свойствами: активностью, пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, низким гидравлическим сопротивлением, иметь небольшую стоимость.
    Особенность процессов каталитической очистки газов заключается в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Основным достоинством метода является то, что он даёт высокую степень очистки, а недостатком - образование новых веществ, которые надо удалять из газа адсорбцией или абсорбцией.
    Различают три основные области протекания каталитических процессов: кинетическую, внешнедиффузионную и внутридиффузионную. В зависимости от стадии, лимитирующей общую скорость процесса, используются различные уравнения кинетики процесса.
    Во внешнедиффузионной области скорость реакции определяется скоростью переноса компонента к поверхности зёрен катализатора:
    
    где Fч - внешняя поверхность частицы катализатора; bг - коэффициент массоотдачи; Са, Сар - концентрации компонента А в газовом потоке и его равновесная на поверхности частицы катализатора соответственно.
    В области химической кинетики скорость необратимой (обратимой) реакции первого порядка определяется по уравнениям:
    
    Для необратимой реакции n-го порядка уравнение имеет вид:
    
    Для внутри диффузионной области и реакции первого порядка суммарную скорость каталитического процесса находят, комбинируя уравнение массопередачи с уравнением диффузии и реакции внутри частицы:
    
    Для частиц катализатора цилиндрической формы получают:
    
    где Vч - объём частиц катализатора; k - константа скорости реакции, отнесённая к 1 м3 катализатора; Э=Саср/Саг, Саср - средняя концентрация компонента А внутри поры; Саг - максимально возможная концентрация компонента А у поверхности катализатора; Са0 - начальная концентрация компонента.
    Каталитические реакторы могут быть с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора. Они работают по принципу идеального вытеснения или идеального смешения. Для определения размеров реакторов производят кинетические расчёты, а также расчёт материальных и тепловых балансов.
    При очистке газов реакции протекают главным образом в диффузионных областях. Длянахождения размеров реактора определяют число единиц переноса и высоту, эквивалентную единице переноса (ВЕП):
     Рис. 5.20. Схемы каталитических реакторов: а - с неподвижным слоем катализатора; б - то же, и охлаждением; в - многослойный с охлаждением; г - с псевдоожоженным слоем; д - то же, и охлаждением; е - многоступенчатый с псевдоожиженным слоем; ж - с движущимся слоем; 1 - неподвижный слой; 2 - холодильник; 3 - взвешенный слой; 4 - регенератор; 5 - движущийся слой; 6 - элеватор.
    
    
    Число единиц переноса рассчитывают по уравнению:
    
    где Нр - высота реактора; Gг - массовая скорость газа, кг/(м2.ч); Мср - средняя молекулярная масса компонентов газового потока; а - удельная поверхность катализатора, м2/м3; Рср - среднее логарифмическое парциальное давление компонента А в плёнке газа около поверхности катализатора; Ра - парциальное давление компонента А, Па; Раi - парциальное давление компонента на поверхности катализатора, Па; уа - изменение числа молей компонента А в результате реакции (на 1 моль исходного вещества А); Ncp=Pcp/P - среднее логарифмическое значение концентрации реагента А в плёнке газа; Na и Nai - мольная доля компонента А в газе и на поверхности катализатора соответственно. ............