169998 (Основні типи забруднювачів повітряного басейну та методи його очищення), страница 4

Кожному виду абсорбції відповідають певні апарати, які у свою чергу діляться по конструкції або типу дії. Проте існує маса прикладів, коли один і той же апарат залежно від режиму може бути віднесений до різних видів систем абсорбції. Найбільш наочним прикладом може служити абсорбер насадки, який залежно від режиму може працювати і як плівковий і як барботажний. [10]

4.1.1 Поверхневі (плівкові) абсорбери

До цього класу відносяться абсорбери поверхневі, плівкові і насадки.

Прикладом колосального поверхневого абсорбера можуть служити водні басейни, що поглинають газові компоненти повітря. Поверхнею масообміну в поверхневих абсорберах слугує дзеркало рідини. Інтенсивність масопередачі при поверхневій абсорбції мала, тому в даний час апарати, засновані на поверхневій абсорбції, застосовуються рідко.

Плівкова абсорбція протікає в тонкій плівці рідини, рухомої по твердій інертній поверхні. Найчастіше перебіг рідини відбувається під дією сили тяжіння і плівка утворюється на вертикальних поверхнях.

Відомо три типи плівкових абсорберів: трубчасті (рідина у вигляді плівки стікає по внутрішній поверхні труб); з листовою плоскопаралельною насадкою і з висхідним рухом плівки.

Трубчасті плівкові абсорбери є вертикальними кожухотрубчастими теплообмінниками (Рис. 4.1, а).

а - трубчастий; б - з листовою насадкою;

в - одноступінчаті з висхідним рухом плівки

Рисунок 4.1 - Плівкові абсорбери

По внутрішній поверхні труб зверху стікає поглинач, газ рухається від низу до верху. У міжтрубний простір подається охолоджуючий або нагрітий агент для підтримки необхідної температури при абсорбції.

Необхідна умова нормальної роботи трубчастих абсорберів - рівномірний розподіл рідини по трубах, для чого необхідна ретельна установка апарату по вертикалі. Для подачі рідини на внутрішню поверхню труб використовують спеціальні пристосування.

Абсорбери з листовою насадкою (Рис. 4.1, б) представляють колону, в якій вертикально закріплена листова насадка із сталі, асбоцементних плит, дерева, пластмас, тканини. Листи можуть бути суцільними гладкими, перфорованими, гофрованими впоперек і вздовж. Необхідна умова нормальної роботи абсорберів цього типу - ретельна установка пластин і рівномірний розподіл рідини.

Абсорбери трубчасті і з листовою насадкою можуть працювати як при прямотоку, так і при протитечії. Швидкість газів у вільному перетині підтримується в межах 2-3 м/с. Рідина стікає по насадці під дією сили тяжіння.

Абсорбери з висхідним рухом плівки так само, як і трубчасті, виконується у вигляді кожухотрубчастих теплообмінників і складаються з пучка труб, закріплених в трубних дисках (Рис. 4.1, в).

Принцип дії цих апаратів полягає в тому, що газ, рухаючись від низу до верху з великою швидкістю (від 10 до 40 м/с), захоплює рідку плівку вгору. Рідина поступає через щілини в трубах. При виході з трубок рідина відділяється у верхній частині апарату, використовуваній як сепаратор.

4.1.2 Насадочні абсорбери

Вони являють собою колони, заповнені насадкою з тіл різної форми. Рідина в основному у вигляді плівки стікає під дією сили тяжіння по поверхні насадки і стикається з газом, рухомим від низу до верху (протитечія) або, рідше, зверху вниз (прямоток). Основна відмінність абсорберів насадок від розглянутих раніше плівкових полягає в тому, що при перетіканні рідини з одного елементу насадки на інший, плівка рідини порушується і на нижче лежачому елементі утворюється нова плівка. У плівкових же абсорберах, як правило, плівка постійна по всій висоті апарату. [10]

Насадка підтримується решіткою з великим живим перетином. Зрошуюча рідина подається на насадку спеціальним зрошувальним пристроєм. Над шаром насадки часто передбачається пристрій сепаратора для запобігання бризковіднесення.

Як насадка, найчастіше використовуються хордова (з дерев'яних дошок, поставлених на ребро, із зазорами для проходу газу) і кільця Рашига. Такі кільця невеликих розмірів (діаметром до 50 мм) укріплюють в навалювання, а великі (діаметром від 50 мм і вище) укладають рядами в так звану "регуляторну насадку".

Окрім цих насадок, часто зустрічаються ще насадки з металевих сіток, спіралей, стружки. За кордоном застосовується сідлоподібна керамічна насадка (з сідел "Берля" і пристроїв "Інталокс").

Зрошувальні пристрої повинні забезпечувати рівномірний розподіл рідини по поперечному перетину колони. Рідина може подаватися струменями і краплями.

Із зрошувачів, що подають рідину у вигляді струменів, найчастіше застосовують: дірчасті труби, дірчасті (розподільні) плити, розподільні жолоби, "павуки", бризкалки, сегнерові колеса.

До розбризкуючих зрошувачів, що подають рідину у вигляді крапель, відносяться тарілчасті і багатоконусні зрошувачі, а також розбризкувачі, що обертаються.

Рідина стікає по насадці у вигляді плівки, а також частково провалюється у вигляді крапель і струменів. Газ рухається по звивистих каналах, утворених порожнечами між тілами насадок. Гідродинаміка руху рідини і газу в абсорберах насадок так само як і в плівкових, визначає значення коефіцієнтів масовіддачі.

4.1.3 Барботажні абсорбери

Барботажні абсорбери підрозділяються на три основні групи: з суцільним барботажним шаром; із ступінчастим контактом тарілчастого типу; з механічним перемішуванням рідини.

Абсорбери з суцільним барботажним шаром. Конструкція простого абсорбера цього типу показана на рис.( 4.2.)

Рисунок 4.2 - Абсорбер з суцільним барботажним шаром

У апаратах цього типу спостерігається перемішування рідини по висоті і рушійна сила по висоті апарату практично однакова. Тому при високих коефіцієнтах масопередачі і розвиненій поверхні контакту фаз ефективність апарату низька і мало залежить від висоти шару піни. Підвищення ефективності спостерігається при зростанні висоти барботажного шару тільки до 50 мм.

Абсорбери із ступінчастим контактом. Такі абсорбери мають в одному корпусі декілька тарілок, розташованих один над одним. На кожній тарілці утворюється барботажний шар і таким чином здійснюється ступінчастий контакт.

Тарілки можна підрозділити на три основні типи:

1. Перехресного типу; у них напрями руху газу і рідини перехрещуються. Ці тарілки мають спеціальні переливні пристрої для проходу рідини з однієї тарілки на іншу.

2. Провального типу, в яких переливні пристрої відсутні, а газ і рідина одночасно проходять через одні і ті ж отвори. На кожній тарілці контакт газу і рідини відбувається по схемі повного перемішування рідини.

3. З однонапрямленим рухом газу і рідини (прямоточні). Такі тарілки мають спеціальні отвори, що додають газу направлений рух. Газ виходить з отворів у напрямі руху рідини по тарілці; це сприяє руху рідини і зменшує подовжнє перемішування рідини. Тарілки описаного типу зазвичай мають переливні пристрої, але існують і конструкції без переливів.

Підвищена швидкість газу сприяє інтенсифікації процесу і зменшенню габариту апарату, проте дуже висока швидкість призводить до бризковідносу. Відстані між тарілками, а отже, габарит апарату при підвищених швидкостях доводиться збільшувати.

Число тарілок визначають після розрахунку коефіцієнта масопередачі і числа одиниць перенесення на тарілку. Визначити число тарілок можна графічно або аналітично.

4.1.4 Розпилюючі абсорбери

Масопередача в них відбувається при русі крапель в потоці газу. Поверхня контакту фаз утворюється внаслідок розпилювання рідини на краплі. Розпилюючі абсорбери можна підрозділити на порожнисті, швидкісні, прямоточні і механічні. [10]

Підвищення швидкості газів призводить до віднесення крапель поглинача. Швидкісні прямоточні розпилюючі абсорбери працюють при швидкості газу від 20 м/с і вище, причому вся рідина несеться з газом і відділяється в спеціальному сепараторі. Основний апарат цієї групи - абсорбер Вентурі і його модифікації.

Абсорбер розпилюючого типу (APT) представляє одну або декілька горловини Вентурі без дифузорів. Рідина розпилюється потоком газу на краплі, які, пройшовши реакційний об'єм, відділяються в сепараторові. Швидкість газу в горловині APT підтримується приблизно 30 м/с, гідравлічний опір через відсутність дифузора зазвичай вище, ніж у TAB при тих же режимах.

Безфорсунковий абсорбер Вентурі дозволяє обходитися без насоса для подачі рідини на зрошування. Газ всмоктується в зазор між краєм конфузора і поверхнею рідини, захоплюючи рідину в апарат.

Ударно-розпилюючий абсорбер є колоною з трубами Вентурі, оснащеними внутрішніми перегородками. Такий абсорбер є апаратом із ступінчастим контактом з протитечією газу і рідини по ступенях.

Струменевий газопромивач ефективно застосовується як абсорбер. Він займає проміжне положення між порожнистими і швидкісними прямоточними розпилюючими абсорберами. По інтенсивності процесу він ближче до швидкісних прямоточних абсорберів, а за принципом організації зрошування (форсунка) - до порожнистих.

4.2 Апарати для адсорбції газових викидів

Поглинаюча здатність компоненту поверхневим шаром твердого поглинача – адсорбенту, обумовлена неоднаковим перебуванням молекул речовини на поверхні і всередині адсорбенту. Неврівноваженість молекул на поверхні адсорбенту створює надлишок вільної енергії, що зменшується при адсорбції різних речовин.

Розрізняється адсорбція фізична і активована. При фізичній адсорбції речовина на поверхні утримується молекулярними силами або силами Вандер-Ваальса. Фізична адсорбція відрізняється великою швидкістю, екзотермічністю, оборотністю, неспецифічністю.[10]

При активованій адсорбції на поверхні адсорбенту утворюється так зване поверхневе з'єднання з компонентом, що поглинається. Молекули компоненту впроваджуються в кристалічну решітку адсорбенту, утворюючи завжди тільки один шар. Активована адсорбція відрізняється: невеликою швидкістю, великою екзотермічністю (на рівні хімічної реакції), в більшості випадків безповоротністю, специфічністю. Для початку активованої адсорбції необхідна активація (підвищення температури, опромінювання і т. д.), а для підвищення швидкості - висока температура.

Швидку адсорбцію з одночасним протіканням хімічної реакції на поверхні і утворенням нової хімічної сполуки називають хемосорбцією.

При адсорбції пари, в порах крупніших розмірів спостерігається конденсація, що називається капілярною.

Характеристика адсорбентів.

Активність адсорбентів характеризується кількістю речовини, що поглинається одиницею маси, або об'ємом адсорбенту, і виражається у відсотках.

Розрізняють активність:

а) рівноважну статичну;

б) максимальну, таку, що досягається в умовах рівноваги при постійній температурі і концентрації компоненту в газі;

в) динамічну, визначувану як час, протягом якого при даних концентраціях, температурі і швидкості газу після шару адсорбенту з'являється непоглинений компонент, тобто спостерігається явище "проскакування".

Найбільш поширені адсорбенти: активне вугілля, силікагель, алюмогель, цеоліти, мінеральні адсорбенти.

Активація є обробкою, що збільшує адсорбуючу поверхню і що звільняє пори від сторонніх речовин. Адсорбційна питома поверхня активного вугілля складає від 600 до 1700 м² на 1 г адсорбенту.

Вугілля володіє здатністю поглинати пари органічних рідин, води й інші речовини. Застосовується активне вугілля у вигляді зерен розміром від 1 до 7 мм.

Існують декілька марок вугілля, переважних для тієї або іншої мети. Вугілля мазкі АР застосовують для поглинання органічних газів і пари. Вугілля мазкі АГ, АР і СКТ застосовують для адсорбції низькомолекулярних газоподібних компонентів.

Силікагель — продукт зневодненого гелю кремнієвої кислоти. Обезводнення проводять сушкою при температурі 100-150° С до вологості 5-7%. При цій вологості силікагель найбільш активний. Залежно від методу обробки виходять дрібнопористі, середньопористі і великопористі сорти силікагелю (відповідно діаметром пір 20-30; 40-70 і 90-200А).

Розмір зерен силікагелю коливається від 0,2 до 7 мм, форма зерен близька до кульової. Силікагель поглинає вологу, активність, що зменшує його. Він застосовується для поглинання органічних речовин і газів, вологи при осушенні газів і т.д.

Алюмогель виходить при термічній обробці гідрату оксиду алюмінію. Середній діаметр пір 10-20А. Застосовується для осушення газу, а також у ряді спеціальних випадків (хроматографії, каталізі).

Цеоліти - мінерали, що є водними алюмосилікатами натрію або кальцію. Вода цеолітів дуже рухома, легко віддаляється при нагріванні і легко поглинається.

Цеоліти характерні малими розмірами пор (діаметром 3-5 А). У такі пори можуть проникати тільки дрібні молекули, для великих вони непрохідні, тому цеоліти називають "молекулярними ситами".

Цеоліти володіють великою статичною і динамічною активністю при поглинанні води. На цеолітах можна проводити селективну адсорбцію, виходячи з розмірів молекул різних речовин.

Адсорбери. Розрізняються адсорбери періодичної і безперервної дії.

Адсорбери періодичної дії працюють по циклу: адсорбція - десорбція (регенерація), як це видно на (рис. 4.3).

1 - адсорбер; 2 - центральна труба для подачі парогазуватої суміші в адсорбер; 3 - колосники; 4 - колосникові грати; 5 - завантажувальний люк; 6 - люки для вивантаження вугілля і гравію; 7 - опорне кільце; 8 - патрубок кришки, сполучений з центральною трубою; 9 - барботер для подачі пари;

10, 11 - патрубки для манометра і запобіжного клапана; 12, 13 - штуцера для відведення пари з адсорбера при десорбції і виходу повітря, звільненого від пари, що поглинається; 14 - гільза термометра; 15 - відбійник;

16 - штуцер, заглушений свинцевою мембраною;

17 - збірка для конденсату пари; 18, 19 - штуцера для відведення конденсату і подачі води

Рисунок 4.3 - Схема адсорбера періодичної дії