Другие предметы \ Экология

Экологическая экспертиза эффективности самоочистки сточных вод от формальдегида. Оценка экологического и экономического эффекта в зависимости от используемых металлических электродов-катализаторов, страница 2

                                                                                                                                               2,13333∙10-5 г  1,066∙10-5 г.       3,2∙10-5 г.

Схема образование муравьиной кислоты следующая 2HCOH + O2 → 2HCOOH (медленная).

                                                                                                                                               64 г/моль       32г/моль     96 г/моль

Количество возможного окисленного формальдегида составит

,

а количество образовавшейся муравьиной кислоты равно

.

3 стадия – окисление муравьиной кислоты кислородом,
образовавшимся в результате разложения пероксида с образованием промежуточного
соединения (гидроксо кислоты – CHOОOH).

Процесс протекает по следующей схеме:

(3,2∙10-5 ):2=1,6∙10-5 г.                          2,13∙10-5 г – образовалось кислоты

HCOOH + 0,5O2 → 2CHOOOH (быстрая),         или                    

          48 г/моль          16 г/моль            64 г/моль

где количество кислоты составит

4 стадия – гидроксокислота, как нестойкое соединение образует углекислый газ и воду.

Процесс протекает по следующей схеме:

HCOOOH → CO2 +H2O (быстрая стадия).

    Образовавшийся пероксид водорода (H2O2) в количестве m=3,4∙10-5 гграмма на 1 литр, соответствует концентрации  или  , может окислить  формальдегида в каждом литре воды (см. расчёт стадии 2).

    Кинетическое уравнение лимитирующей стадии, процесса третьего порядка, будет иметь вид

,

где k* – константа скорости гетерогенного процесса, изменяющее своё значение от температуры и качества катализатора (k*=f(Kат;T),  – концентрация кислорода, пошедшего на окисление формальдегида (см. уравнение стадии 2).

Определение температурного интервала и константы скорости процесса при использовании платинированного платинового электрода (Pt/Pt)

При построении графической зависимости (рис.1) lgk* от 1/Т производятся следующие расчёты. По исходным данным энергии активации и температуре определяются углы a1 для построения прямой кинетической области и a2 – для диффузионной:

Табл. 3

Определение угла наклона прямой кинетической области Pt/Pt

Эн. актив

кинет обл

tga1

Eакт(к), кДж/мольК

R,  кДж/мольК

tg (180=a1)

arctg(180=a1)

(180-a1)

a1

-7,519E+03

143,96

8,314

7,519E+00

1,438569166

82,42394176

97,57605824

Определение угла наклона прямой диффузионной области Pt/Pt

Эн. актив

кинет обл Eакт(к),

tga2

 кДж/мольК

R, кДж/мольК

tg (180=a2)

arctg(180=a2)

180-a2

a2

-9,578E+02

18,34

8,314

9,578E-01

0,76387032

43,76654546

136,2334545

,
или  –tga1=tg(180-a1)= 7,519·103, тогда угол (180–a1)=82,43о, a1=97,57о.

,
или  –tga2=tg(180-a2)=0,95·103, тогда угол (180-a2) = 43,76о,  a2 = 136,23о.

Температурный коэффициент кинетической области равен:

Табл. 4

Температурный коэффициент кинетической области Pt/Pt

Темпер. коэф

e

Eакт(к)

R

T

gк (Pt/Pt)

2,718281828

143,96

8,314

277

8,829174908

    При этом kк* – эффективная константа скорости гетерогенного процесса кинетической области равна – (lgkк*=0,99 по графику зависимость lgkк* от 1/T), а kк*= 100,99 = 9,77 см/с. Концентрация окислителя в водном растворе равна .

    По графической зависимости (рис.1) определён температурные интервалы кинетической области, который начинается с температуры 277 К и ниже (рис.1 кривая 1), а температурный интервал диффузионной области начинается с температуры 288 К и выше (кривая 2).

    Скорость кинетического процесса начиная с температуры 277 К (температурная граница протекания процесса взаимодействия – кинетическая область) будет равна:

Скорость процесса окисления формальдегида составит

Табл. 5

Кинетическое уравнение лимитирующей стадии (кинетика)

Скорость

Константа

Концентрация

Концентрация

протекания (Pt/Pt)

скорости

образов. продукта

образов. O2

Vk, г/л(см/с)

k*(k), см/с

CHCOH, г/л

CO2,г/л

4,7414E-14

9,7700E+00

2,1330E-05

1,0667E-05

,

что соответствует скорости загрязнения рабочей части платинового электрода.

Температурный коэффициент диффузионной области равен:

Табл.6

Температурный коэффициент диффузионной области Pt/Pt

Темпер. коэф

e

Eакт(к)

R

T

gd (Pt/Pt)

2,718281828

18,34

8,314

288

1,293081426

При этом kд* – эффективная константа скорости диффузии равна – (lgkд*=1,32 по графику зависимость lgkд* от  1/T), kд*= 20,89 см/с, а скорость процесса в диффузионной области, начиная с температуры 288 К (15оС) и выше равна:

Табл.7

Кинетическое уравнение лимитирующей стадии (диффузия)

Скорость

Константа

Концентрация

Концентрация

протекания (Pt/Pt)

скорости

образов. продукта

образов. O2

Vд, г/л(см/с)

k*(д),см/с

CHCOH,г/л

CO2,г/л

1,0138E-13

2,0890E+01

2,1330E-05

1,0667E-05

что почти в десять раз быстрее кинетической области.

Зона 3 (температурный интервал 277 – 288 К) является переходной областью (рис.1).

Рис. 1. Зависимость lgk* от  1/T для гетерогенного процесса

    Определение количества платиновых платинированных электродов производится с учётом времени (табл.9) и степени очистки водоёма до предельно допустимых величин (ПДК) и его производительности по выходу продукта окисления

.

Excel. лист 3. Табл. 8

    Определение количества Pt/Pt электродов

nPt/Pt, шт

kсм

kэф.очист

t,c

Сокисл,г/л

ПДКHCOH, г/л

Объём. сточных вод

Vст.вод, дм3

Объём. водоёма

Vвод, дм3

Конц.HCOH в сточ водах

CHCOH,г/л

5,8746E+00

2

0,86

6,1234E+05

2,1333E-05

2,0000E-04

2,9400E+05

3,1000E+07

1,9200E-01

6 штук
Скачать файл