Оцінка екологічності процесів очищення газових сумішей на базі комплексної моделі каталітичного перетворювача

Abstract

Дисертаційна робота присвячена питанням захисту атмосферного повітря на основі розроблення математичних моделей каталітичних процесів очищення від екологічно небезпечних речовин газових сумішей у перетворювачах запропонованої конструкції. Проаналізовано існуючі математичні моделі каталітичних процесів на твердій поверхні та відзначено актуальність їх подальшого дослідження стосовно комплексного надання опису каталітичних реакцій з урахуванням особливостей взаємодії "газовий потік – поверхня каталітичного носія – тепло- і масообмін уздовж поверхні носія – процеси перетворення у внутрішньому середовищі і на поверхні виходу екобезпечної газової суміші". На основі теоретичного опису конверсії шкідливих речовин викидів запропоновано трирівнева модель опису процесів у сконструйованому каталітичному перетворювачі. Показано зв’язок теоретично обгрунтованих моделей із відомими феноменологічними моделями окиснення чадного газу, визначено переваги трирівневої моделі каталітичної конверсії як основи для прийняття рішень щодо оптимального проектування каталітичного пристрою із захисту атмосферного повітря. Розроблено алгоритми та програмні засоби реалізації розрахунків модельних процесів каталітичного очищення газових сумішей для контролю екологічної якості техногенних небезпечних об’єктів щодо захисту атмосферного повітря. Перевагою запропонованих математичних моделей та алгоритмів є їх висока швидкодія, можливість автоматизації процесів контролю екологічної безпеки на основі розроблених інформаційно-програмних продуктів, якісне та кількісне узгодження отримуваних числових розрахункових результатів з встановленими даними експериментальних досліджень.

Диссертация посвящена вопросам защиты атмосферного воздуха на основе разработки математических моделей каталитических процессов очистки экологически опасных веществ газовых смесей в преобразователе предложенной конструкции. Проанализированы существующие математические модели каталитических процессов на твердой поверхности и отмечена актуальность их дальнейшего исследования для комплексного описания каталитических реакций с учетом особенностей взаимодействия "газовый поток – поверхность каталитического носителя – тепло- и массообмен вдоль поверхности носителя – процессы преобразования во внутренней среде и на поверхности выхода экологически безопасной газовой смеси". На основе теоретического описания конверсии вредных выбросов предложена трехуровневая модель описания процессов в сконструированном каталитическом преобразователе. Показана связь теоретически обоснованных моделей с известными феноменологическими моделями окисления угарного газа, определены преимущества трехуровневой модели каталитической конверсии как основы оптимального проектирования каталитического преобразователя защиты атмосферного воздуха. Разработаны алгоритмы и программные средства по реализации модельных процессов каталитической очистки газовых смесей для контроля экологического качества работ по защите атмосферного воздуха. Преимуществом предложенных математических моделей и алгоритмов является их высокое быстродействие, возможность автоматизации процессов контроля экологической безопасности на основе разработанных информационно-программных продуктов, качественное и количественное согласование получаемых числовых расчетных результатов с установленными данными экспериментальных исследований.

The thesis is devoted to the atmospheric air protection based on the development of mathematical models of catalytic processes for purification environmentally hazardous substances at gas mixtures in proposed design converter. The existing mathematical models of catalytic processes on a solid surface have been analyzed and the relevance of further research on the complex rendering of a description of catalytic reactions taking into account the interaction features "gas flow − the surface of the catalytic carrier − heat and mass transfer along the carrier surface − transformation processes in the internal medium and on the surface of the exit is ecologically safe gas mixture". Based on the theoretical description of the conversion, a three-level model describing the processes in the constructed catalytic converter is proposed. The connection of theoretically grounded models with known phenomenological models of carbon monoxide oxidation is shown, the advantages of the three-level model of catalytic conversion as the basis for making decisions on improving the structure of the catalytic device are determined. Algorithms and software for modelling the processes of catalytic purification of gas mixtures from technogenic dangerous objects have been developed. The advantage of the proposed mathematical models and algorithms is their high speed, the ability to automate the monitoring of environmental safety, based on the developed information and software products, the qualitative and quantitative agreement of the obtained numerical results with the results of experimental studies.