Взаимодействие в системе «промышленное предприятие - окружающая среда» (стр. 14 )

42. Теоретические основы процесса адсорбции. Промышленные адсорбенты. Устройство и принцип действия адсорберов.

Адсорбция - основана на избирательном извлечении примесей из газа при помощи адсорбентов - твердых веществ с развитой поверхностью.

Адсорбенты должны обладать высокой поглотительной способностью, избирательностью, термической и механической стойкостью, низким со­противлением потоку газа, легкой отдачей адсорбированного вещества.

В качестве адсорбентов применяют в основном активные угли, силикагели, синтетические и природные цеолиты. Для очистки газовоздушных выбросов используют газовые и рекуперационные угли. Газовые угли применяют для улавливания относительно плохо сорбирующихся веществ с небольшой 'концентрацией. Если же концентрация целевого компонента в газовом потоке значительна, то в этом случае необходимо использовать рекуперационные угли.

Силикагели являются минеральными адсорбентами с регулярной структурой пор. Они производятся двух типов: кусковые (зерна неправильной формы) и гранулированные (зерна сферической или овальной формы). Силикагели используют в основном для осушки воздуха, газов и поглощения паров полярных веществ, на­пример метанола.

Близкими по свойствам к силикагелям являются алюмогели (активный оксид алюминия), которые выпускаются промышленностью в виде гранул цилиндрической формы и виде шариков.

Цеолиты (молекулярные сита). Отличительным признаком цеолитов является наличие строго регулярной структуры пор. По происхождению цеолиты подразделяются на природные и синтетические.

Адсорбцию осуществляют в основном в адсорберах периодического действия. Очищаемый газ проходит сверху вниз через слой адсорбента. процесс поглощения адсорбтива начинается с верхнего слоя сорбента, затем фронт поглощения постепенно передвигается вниз, захватывая все его слои, и после исчерпания поглотительной способности всех слоев насту­пает «проскок» поглощаемого компонента, показывающий, что аппарат должен быть переключен на процесс десорбции.

Десорбцию ведут обычно острым паром, подаваемым снизу, который выносит из сорбента поглощенный им продукт (адсорбат) и поступает в холодильник-конденсатор, где продукт отделяется от воды.

Адсорберы периодического действия отличаются простотой и надеж­ностью. Недостатками их является периодичность процесса, низкая про­изводительность и относительно небольшая эффективность. Непрерывные процессы адсорбционной очистки газов осуществляются в кипящем слое адсорбента.

43. Теоретические основы процесса абсорбции. Характеристика абсорбентов. Конструкции и принцип действия абсорберов.

Способы очистки выбросов от га­зообразных и парообразных примесей можно разделить на две основные группы: абсорбция жидкостями и адсорбция твердыми поглотителями.

Абсорбция - это процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями - абсорбентами. Различают фи­зическую и химическую абсорбцию.

При физической абсорбции молекулы поглощаемого вещества (абсорбтива) не вступают с молекулами абсор­бента в химическую реакцию. При этом над раствором существует опре­деленное равновесное давление компонента. Процесс абсорбции проходит до тех пор, пока парциальное давление целевого компонента в газовой фазе выше равновесного давления над раствором.

При химической абсорбции молекулы абсорбтива вступают в химиче­ское взаимодействие с активными компонентами абсорбента, образуя но­вое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно полное его извлечение из газовой среды.

Процесс абсорбции является избирательным и обратимым. Избира­тельность -это поглощение конкретного целевого компонента (абсорбтива) из смеси при помощи абсорбента определенного типа. Про­цесс является обратимым, так как поглощенное вещество может быть снова извлечено из абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова может быть использован в процессе.

Промышленные абсорбенты, применяемые в непрерывных процессах очистки газовых потоков, должны удовлетворять ряду требований:

1. Обладать высокой поглотительной способностью. Это требование приводит к уменьшению расходования абсорбента, а следовательно, к уменьшению расходов энергии на транспортировку жидкой фазы и на регенерацию абсорбента.

2. Обладать высокой селективностью по отношению к извлекаемому компоненту. Данное требование обеспечивает возможность более полного разделения смеси газа. При осуществлении процесса абсорбции парциальное давление паров абсорбента должно быть невелико во избежание потерь поглотителя, в связи с чем необходимо выполнение третьего требования.

3. Иметь возможно меньшую летучесть.

4. Обладать хорошими кинетическими свойствами, что приводит к снижению высоты абсорбера.

5. Обладать хорошей способностью к регенерации. Легкая регенерация абсорбента приводит к сокращению времени регенерации и расходов теплоносителя. Абсорбент при этом должен иметь достаточно высокую температуру кипения, чтобы предотвратить потери его за счет испарения при проведении стадии регенерации. Температура кипения абсорбента должна быть выше 150 оС. В промышленной практике хорошо зарекомендовали себя абсорбенты, температура кипения которых равна 170 – 200 оС.

6. Обладать термохимической устойчивостью. От этого зависит продолжительность использования абсорбента в круговых процессах. Поэтому при выборе абсорбента необходимо учитывать даже медленно протекающие побочные реакции (взаимодействие с компонентами газового потока, гидролиз и др.) в условиях непрерывного чередования стадий абсорбции и регенерации абсорбента.

7. Не оказывать значительного коррозионного воздействия на аппаратуру.

8. Обладать нетоксичностью, огнестойкостью и взрывобезопасностью.

9. Иметь низкую стоимость и быть доступными в промышленных масштабах.

Процесс абсорбции протекает на поверхности раздела фаз, поэтому абсорбер должен иметь возможно более развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом.

По способу образования межфазной поверхности абсорберы можно условно разделить на группы: поверхностные, насадочные, барботажные (тарельчатые), распыливающие (брызгальные). В рамках каждой группы существует множество конструкций.

По способу организации массообмена абсорбционные устройства принято делить на аппараты с непрерывным и ступенчатым контактом фаз. К устройствам с непрерывным контактом фаз можно отнести насадочные колонны, распылительные аппараты, однополочные барботажные и пенные устройства, а к устройствам со ступенчатым контактом – тарельчатые колонны, многополочные барботажные и пенные устройства.

44. Обезвреживание газовоздушных выбросов. Каталитический и термический методы обезвреживания газов.

Для превращения загрязнителей в безвредные вещества необходимо сочетать химические и физические процессы. С этой целью чаще всего используются процессы термического окисления и термической деструкции. При способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных и технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ используется термическая нейтрализация. Она проводится по трем схемам – каталитическое дожигание, термическое окисление, прямое сжигание.

Каталитическое дожигание (термокатализ) используется для превращения токсичных компонентов, содержащих в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализатором. Каталитический метод основан на взаимодействии загрязняющих веществ с окислителем (кислородом) или восстановителем в присутствии катализатора.

Достоинства метода: возможность достижения высокой степени очистки – 96%; компактность; небольшая металлоемкость; высокая производительность; легкость автоматического управления.

Недостатки метода: необходимость очистки выбросов от аэрозольных частиц; обычно установки для каталитической очистки сложны, громоздки; потребность в специальном катализаторе; в качестве эффективных катализаторов приходится применять дорогостоящие вещества — платину, палладий, рутений; используют и более дешевые — никель, хром, медь, но степень обезвреживания, а также скорость процесса оказываются меньшими; образование новых веществ; высокая стоимость катализатора.

Особенность каталитической очистки газов состоит в том, что очищаются большие объемы отходящих газов с малым содержанием примеси. Кроме того, в газах могут содержаться не один, а несколько вредных компонентов.

Термический метод обезвреживания заключается в том, что все органические вещества полностью окисляются кислородом воздуха при высокой температуре до нетоксичных соединений. В результате выделяются минеральные продукты, вода, диоксид углерода, а также теплота, которые требуют дальнейшей их утилизации.

Если загрязняющие вещества легко окисляются, как, например, пары углеводородов в отходящих газах цехов растворителей или окрасок, то их удаление может быть осуществлено путем сжигания газов, причем образуются диоксид углерода и вода при сжигании углеводородов или диоксид серы и вода – в случаев органических сульфидов.

Преимущества термического метода: − отсутствие шламового хозяйства;− высокая эффективность;− небольшие габариты установок;− простота обслуживания;− возможность полной автоматизации;− относительная низкая стоимость очистки.

Недостатки метода:

− при сжигании могут образовываться продукты реакции, во много раз превышающие по токсичности исходный газовый выброс (это касается галогенов, фосфатов и серы);

− необходимость учитывать, что смесь горючих веществ с кислородом образуют взрывоопасные смеси (концентрация горючих веществ в смеси должна составлять не более 25% от нижнего предела взрываемости);

− необходимость учитывать наличие в выбросах смолы и горючих пылей, которые при транспортировке могут откладываться в местах резкого изменения направления движения, что приводит к их воспламенению при аварийной ситуации.

К оборудованию термического обезвреживания выбросов предъявляют следующие требования: