بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تخریب ازن مازاد سیستمهای تزریق گاز ازن - برای تصفیه و گندزدایی - در راکتورهای کاتالیزوری و گرمایی کاتالیزوری بصورت تئوری و آزمایشگاهی بررسی شده و در نهایت با استفاده از دادههای حاصل از آنها راکتورهای کاتالیزوری و گرمایی کاتالیزوری در مقیاس صنعتی طراحی و ساخته شدهاند.
کاتالیزورهای مورد استفاده برای این کار اکسیدهای نیکل و منگنز برپایه گاما آلومینا بوده که در درصدهای وزنی ۷ و ۰۱ ساخته شده و برای آزمایشها مورد استفاده قرار گرفتهاند. با توجه به اینکه وجود رطوبت در جریان گاز ورودی به راکتور نقش عمدهای در افت راندمان تبدیل ازن به اکسیژن دارد. برای جلوگیری از این امر دمای گاز ورودی تا بالای دمای شبنم آن بالا برده میشود که این کار در راکتورهای گرمایی کاتالیزوری صورت میگیردل ش
مقدمه
توانایی ازن در گندزدایی آب اولین بار در سال ١٨٨٦ توسط دهمرتینس شناسایی شد و چند سال بعد - ١٨٩٧ - اولین شرکت برای تولید و نصب تجهیزات تولید ازن در فرانسه تأسیس گردیدب١م. امروزه از گاز ازن در تصفیه آب و فاضلاب، تصفیه هوای آلوده مکانهای عمومی، ضدعفونی محصولات کشاورزی و ... بطور گستردهای استفاده میگردد. گاز ازن بصورتهای مختلف به این سیستمهای آلوده تزریق میگردد. با توجه به نحوه تزریق، مصرف گاز ازن نیز متفاوت میباشد، ولی با این حال معمولاﹰ ٨٠ تا ٩٨ درصد ازن ورودی، مصرف میگردد. گاز ازن به علت خاصیت قوی اکسیدکنندگی - ٣٠٠٠ مرتبه سریعتر از کلرب١م - تقریباﹰ تمامی ترکیبات آلی - آروماتیکها، پارافینها، اولفینها و ... - را تحت تأثیر قرار داده و آنها را تجزیه مینماید.
از طرف دیگر یاختههای جانداران زنده که اکثراﹰ از مواد آلی تشکیل شدهاند و نیز آن دسته از تجهیزات صنعتی که سطح خارجی آنها از مواد آلی پوشانده شده اگر در معرض غلظتهای بالای ازن قرار گیرند در خطر تجزیه و تخریب میباشند.
استاندارد محیط زیستی ازن در ٨ ساعت کار روزانه برای انسان عژژ ١/٠ تعیین شده استب١م، لذا ازن اضافی سیستم ازنزنی به نحوی باید از بین برود. در اولین سیستمها از محلول عل و همچنین کربن فعال برای منظور فوق استفاده گردید. در سالهای بعد، استفاده از گرما به علت صرفه اقتصادی و راندمان بیشتر نسبت به دو سیستم فوق در سیستمهای ازنزنی متداول گردید. تا اینکه در اوائل دهه ٩٠، تخریبکنندههای کاتالیزوری و گرمایی کاتالیزوری به علت صرفه اقتصادی، ایمنی و راندمان بیشتر جای سیستمهای گرمایی را گرفت
روش تحقیق
استفاده از کاتالیزور روش نسبتاﹰ جدیدی در تجزیه ازن میباشد. در این روش بدون استفاده از گرما و صرفاﹰ توسط کاتالیزور واکنش تبدیل ازن به اکسیژن در دمای پایین صورت میگیرد. کاتالیزورهایی که به این منظور بکار میروند اکثراﹰ بر پایه گاما آلومینا بوده، فلزات خالص گرانبها - پلاتین و پلادیوم - و اکسیدهای فلزی - نیکل و منگنز و مس - به عنوان جزﺀ فعال روی پایه نشانده میشوند. محدوده دمای کار این کاتالیزورها بین ه ٧٠-٢٠ میباشد. تحت این شرایط کاتالیزورهای فوق میتوانند حداقل به مدت یکسال عمر کنند. کاتالیزورهای فوق را به صورت گرانولهای اکسترود شده به قطر ٤ و به ارتفاع ٤ یا ٦ میلیمتر تولید میکنند. کاتالیزورها بایستی در دمایی کار کنند که رطوبت موجود در جریان گازی، در روی آنها کندانس نشود تا از کیفیت کار آنها کاسته نگردد
در تصفیه و ضدعفونی آب و فاضلاب بوسیله گاز ازن، در جریان گاز خروجی رطوبت موجود دارد. این عامل باعث کاهش شدید راندمان کاتالیزورها میگردد برای غلبه بر این امر دمای جریان گاز خروجی میبایست تا بالای دمای شبنم آن بالا برده شود. این کار به دو صورت میتواند انجام گیرد :
١ استفاده از یک مبدل گرمایی قبل از راکتور کاتالیزوری ٢ استفاده از راکتور گرمایی کاتالیزوری
در این کار از راکتور گرمایی کاتالیزوری استفاده گردیده است.
سیستم کاتالیزوری
برای بدست آوردن نوع و مقدار کاتالیزور و همچنین حجم راکتور داشتن دادههای تجربی امری اجتنابناپذیر است. طراحی راکتورهای کاتالیزوری ناهمگن به دو روش زیر ایجام میگیرد
١ روش انتگرالی یا دیفرانسیلی برای محاسبه ثوابت و درجه سرعت واکنش ٢ روش سرعت فضایی
با توجه به پیچیدگیهای خاص روش اول و همچنین واکنش بسیار سریع ازن، از روش سرعت فضایی برای محاسبات استفاده میشود. سرعت فضایی را میتوان به چند روش مختلف تعیین نمود که هر کدام مقادیر مختلفی دارند. آنچه که معمولاﹰ برای واکنشهای گازی بکار میرود سرعت فضایی وزنی ساعتی ١ است که بصورت زیر تعریف میشود :
اساس روش سرعت فضایی این است که در سرعت فضایی ثابت میزان تبدیل ثابت است. بنابراین برای محاسبه وزن بستر کاتالیزوری مورد نیاز، ابتدا سرعت فضایی را در مقیاس کوچک بصورت آزمایشی بدست آورده، آنگاه با دانستن شدت جریان فاز گاز در مقیاس واقعی، وزن بستر را از معادله فوق محاسبه میکنند. اگرچه فرض سرعت فضایی از لحاظ نظری کاملاﹰ دقیق نمیباشد اما تقریب خوب و قابل قبولی بدست میدهد.
نتایج این آزمایشها با استفاده از یک راکتور لولهای شیشهای - شکل١ - در جداول - ١ - تا - ٤ - ارائه شده است.
شکل - ۱ - : راکتور لولهای مورد استفاده در آزمایش
