Промислова екологія - Апостолюк C.O. - Розрахунок абсорбційної установки

Для вилучення із технологічних викидів таких газів, як аміак, хлористий або фтористий водень доцільно застосовувати як поглинач воду, оскільки розчинність газів у воді становить сотні грамів на 1 кг Н20. При поглинанні з газів сірчистого ангідриду або хлору витрата води є досить значною, оскільки їх розчинність становить лише частку грама на 1 кг води. У деяких випадках замість води застосовують водні розчини сірчистої кислоти (для вловлювання водяних парів), в'язкі масла (для вилучення ароматичних вуглеводнів із коксового газу) та ін.

Забруднений повітряний потік контактує з рідким розчинником, проходячи через насадкову колону, розпилюючи рідини, або барботуючи газ через шар абсорбованої рідини. Залежно від реалізації способу контакту "газ — рідина" розглядають такі види очисних установок: насадні башти; форсункові та відцентрові скрубери; скрубери Вентурі; барбатажно-пінні скрубери; тарілчасті скрубери та інші очисні установки (схеми цих очисних установок наведені в розділі 3).

На рис. 4.2 зображена схема протитічної насадкової башти-абсорбера. В абсорбер через патрубок 1 надходить загазоване повітря з максимальним парціальним тиском, барботує через шар рідини 5 (у вигляді бульбашок) і виходить через патрубок 3 з мінімальним парціальним тиском. Погливна рідина протитечією надходить в апарат через розбризкувач 4 і виходить через патрубок 7. Процес абсорбції є гетерогенним, що протікає на межі "газ — рідина", тому для його прискорення застосовують різні пристрої, що збільшують площу контакту газу з рідиною.

Рис, 4.2. Схема башти-абсорбера: 1 — вхідний патрубок для загазованого повітря; 2 — патрубок для подавання рідини; 3 — вихідний патрубок для відведення очищеного повітря; 4 — розбризкувач; б — шар рідини з насадкою; 6 — сітка; 7 — вихідний патрубок для відведення забрудненої води

Для підвищення ефективності очищення повітря від пари розчинників, розріджувачів і газів застосовують хімічні поглиначі у вигляді водних розчинів електролітів (кислот, солей, лугів тощо). Наприклад, для очищення повітря від діоксиду сірки як поглинач (нейтралізатор) застосовують розчин лугу, в результаті реакції одержують сіль:

Рідина, що виводиться із абсорбера, підлягає регенерації, десорбуючи забруднювальну речовину, і повертається знову в процес (або відводиться як відходи).

Хімічно інертна насадка, яку додають у рідину, призначається для збільшення її поверхні, розтікається на сітці колони у вигляді плівки. Як насадку використовують тіла різної геометричної форми, кожна з яких характеризується власною питомою поверхнею та опором руху газоповітряного потоку. Типові форми насадок зображені на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Типові форми насадок для абсорберів: 1 — сідло Берля; 2 — кільце Рашипа; 3 — кільце Палля; 4 — розетка Теллера; 5 — сідло "Інталюкс"

Матеріали для виготовлення насадок (кераміка, порцеляна, пластмаси, метали) вибирають, враховуючи антикорозійну стійкість.

На промислових підприємствах часто можна побачити башти з ковпаковими тарілками. На рис. 4.4 наведена схема тарілчастого абсорбера, в якому замість насадки встановлено декілька тарілок 1.

Кожна тарілка обладнана ковпачками 2 із зубчастими краями, патрубками 3 і переливними патрубками 4. Абсорбент у цих апаратах стікає від тарілки до тарілки через переливні вертикальні трубки. Очищуване повітря рухається знизу вгору в напрямку, вказаному стрілками, барботуючи через шар рідини. Під час проходження між зубцями ковпачків загазоване повітря розподіляється на велику кількість струмочків і пухирців, унаслідок чого збільшується поверхня контакту взаємодіючих речовин. Іноді замість ковпакових тарілок застосовують перфоровані пластини з великою кількістю дрібних отворів (діаметром 6 мм), що призначаються для створення пухирців газу однакової форми та розміру.

Рис. 4.4. Схема ковпаково-тарілчастого абсорбера: 1 — тарілка; 2 — ковпачок; 3 — патрубок; 4 — переливна трубка

Такі абсорбери широко застосовуються у машинобудівній, металургійній та деревообробній промисловостях.

Розрахунок абсорбційної установки

Розрахунок абсорбційної установки зводиться до визначення: об'ємної витрати погливної рідини; необхідної поверхні контактування загазованого повітря з рідиною; потужності насосів, розмірів бака абсорбера.

Об'ємну витрату погливної рідини визначають з рівняння матеріального балансу процесу абсорбції [7]:

де ($з п — об'ємна витрата очищуваного повітря, м3/с; <}в — об'ємна витрата погливної рідини, м3/с; х1,х2 — початкова й кінцева концентрації газового компонента та погливної рідини, г/м3; ух, у2 — початкова й кінцева концентрації газоподібного компонента в очищеному повітрі, г/м3.

Необхідну поверхню контакту загазованого повітря з погливною рідиною визначають за формулою [7]

де каб — коефіцієнт абсорбції (коефіцієнт масопередачі), кг/(м2 х год. х Па); Дреер — середня рушійна сила абсорбції, Па.

Для добре розчинних газів значення коефіцієнта ка можна визначити за формулою, запропонованою І, Л, Пейсоховим [7]:

де М — молярна маса погливного компонента, кг; югп — швидкість газоповітряного потоку у вільному перерізі скрубера, м/с; Т — абсолютна температура газоповітряної суміші, К; <іекв — еквівалентний діаметр насадки, що визначається з виразу

п

де 5ЖЛ — площа живого перерізу насадки, м2; 5^ — питома поверхня, м2.

Середню рушійну силу абсорбції визначають за формулою [7]

де р і р'р — відповідно парціальний тиск погливного компонента в газовій фазі на виході та вході з апарата; р" і рр — відповідно парціальний тиск погливного компонента над рідиною на вході та виході з апарата.

Варто зазначити, що під час протічного процесу абсорбції значення Арсер досить велике порівняно з прямотічним. Це свідчить про те, що протитічний процес є більш вигідним, оскільки для абсорбції можуть застосовуватися апарати менших розмірів.