Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Нз504, 0,1 мл смачиваю- щего агента, разбавленного до 1 л) илн на определении степени окрашивания реактива Вест — Гаеке (п-розаминформальдегид). Метод Ван — Гаеке в меньшей степени зависит от ннтерферирующих веществ, поэтому кажется более надежным. Недавно был разработан метод пламенной люминесценции для определения серы. Другим важным достижением в области анализа серы является метод получения постоянных концентраций этого газа в потоке газа-разбавнтеля. Для этого маленькие запаянные тефлоновые трубки заполняют оксидом серы (1У), который диффундирует через стенки с постоянной скоростью (при постоянной температуре). Газообразные углеводороды обнаруживаются и анализируются либо с помощью модифицированного газового хроматографа, либо методом пламенной ионизации. Окспд углерода (СО) определяют нерассеивающими ИК-анализаторами с длинными кюветами.
Оксид азота ХО (Π— 1,0 млн — ') и оксид азота ХО, (Π— 1,0 млн ') определяют автоматизированным методом мокрого химического анализа с использованием реакции диазосочетания. Пробу воздуха разделяют на два потока; НО, проходя через раствор перманганата калия, окнсляется до оксида (1Ъ'). Затем оба потока проходят противаточные скрубберы, где они поглощаются растворами сульфэниловой кислоты, Ы-(1-вафтил) — этилондиаминдмгид~рохлорида и уксусной кислоты.
Цвета растворов, измеряемые с помощью автоматических колорнметров, указывают концентрацию оксида азота (1Ъ') н смеси (ХО+й)Оз). Степень конверсии составляет от 70 до 90% в зависимости от конструкции барботера. Детали метода описаны Катцем ~[426!'. Общее содержание окислителей (Π— 0,5 млн-'), в основном озона, определяют иодометрическн, причем реакцию проводят в электролитической ячейке: Ох+НО+21 ~ 1х+Ох+2ОН !ЧУ+ 21-.!.
2Н+ — ~. 1~+ 1ЧО+ НхО Нод восстанавливается на катоде !~+ 2е — ~ 2! и соответствующая реакция окисления вновь протекает на аноде. Результирующий ток поступает на усилитель; прибор откалнброван на единицы, показывающие общее содержание окислителей. В будущем азот будут определять отдельно на приборе, принцип которого основан на реакции азота с родамином В [373, 6811. Однако применявшийся ранее реактив Редженера, в котором краситель адсорбировался силикагелем, был чувствительным к влаге. В последнее время изготовлена хроматографическая бумага, которую покрывают родамином В на силиконовой смоле; такая бумага может служить подходящим датчиком. Следовые количества первичных аминов алифатнческого ряда от С~ до Ся могут улавливаться разбавленной серной кислотой.
Затем амины экстрагируют амилацетатом; с помощью ниигидринной реакции фотометрически определяют содержание аминов [334). Сероводород в небольших концентрациях (до 0,05 млн-') можно определить с флюоресцин-ацетатом ртути в 0,01 н. растворе едкого патра с последующим измерением флюоресценции на фотофлюометре. В настоящее время разрабатываются новые методы анализа и контроля, которь!е вскоре найдут широкое применение.
К ним относится метод топливной ячейки для определения оксида углерода (Н) и азота (П), оксида серы (1Ч); газовая хроматография (в автоматизированной форме) для определения содержания СО, СН» и других углеводородов, сероводорода и некоторььх органических сульфидов; атомно-адсорбционная спектроскопии для непрерывного определения свинца; селективные электроды для определения фторидов, а также хемолюминисцентный метод определения оксидов азота в присутствии озона. Кроме того, разрабатываются приборы для определения концентрации твердых веществ †т называемые лидары (ИдИ Йе1есИоп апб гапп)пд — световое с6наружение и определение).
В качестве индикаторов низкого уровня загрязнения могут быть использованы растения. Так, оксид серы (1У), фториды, оксиды азота, пераксиацетилнитраты и другие фотохимические примеси (например, Нз8, НС1, С!з и т. д.) влияют на многие растения, поэтому наиболее чувствительные из иих могут быть высажены в качестве индикаторов. Систематизация оценки вреда, наносимого растениям, сделана в атласе, изданном Джекобсоном и Хиллом [395]. В течение долгого времени лишайники тоже рассматривались как индикаторы загрязнения. Например, Пьятт [6661 подчеркивает, что с изменением уровня загрязнения изменяется расположение лишайника 1.)с)!еп Фа1И на деревьях;:в загряз~ионных районах, как правило, этот вяд лишайника растет исключительно у основания ствола дерева. Однако с изменением уровня загрязнения (например, с удалением от заводов) лишанвнкн располагаются выше по стволу.
!О! ГЛАВА П1 МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО КОМПОНЕНТА: АБСОРБЦИЯ, АДСОРБЦИЯ И СЖИГАНИЕ Часто необходимо обрабатывать газовый поток для удаления из него одного или нескольких газовых компонентов, которые могут быть вредными, неприятными или представлять интерес для промышленности. Так, из газов синтеза аммиака необходимо удалить оксид углерода (П) перед подачей их в колонну синтеза, поскольку СО отравляет катализатор синтеза. В районах с высокой плотностью населения и в жилых зонах из отходящих газов необходимо удалять неприятно пахнущие компоненты, в основном органические соединения азота и серы. Весьма желательно удалять из отходящих газов оксид серы (1Н), поскольку он, с одной стороны, загрязняет атмосферу, а с другой является сырьем для получения ценных продуктов — серной кислоты и серы.
Известны три метода удаления газовых компонентов: абсорбция газов жидкостью, адсорбция на поверхности твердого вещества или химическое превращение в другой, безвредный газ. Последний метод обычно включает сжигание органического вещества непосредственно либо каталитнчески. Механизм этих методов основан на диффузии газа либо к поверхности поглощающей жидкости, либо твердого адсорбента или катализатора, либо в реакционную зону с лучшей химической реакцией. В этом отношении удаление газовых компонентов представляет собой не столь сложную задачу па сраапонкю с удалением твердых частиц и капель, где наряду с диффуэией играют роль другие механизмы: инерционный захват, осаждегаие, электростатические и термические силы.
Детальное исследование процессов абсорбции, адсорбции и сжигания выходит за пределы этой книги, которая посвящена применению этих методов в процессах газоочистки, и поэтому здесь будет только коротко упомянуто об основах этих процессов. Полная разработка этих вопросов дана в специальных книгах по абсорбции [582, 608, 7681, адсорбции [138, 550, 8871 и сжиганию [8621, Ниже в книге несколько подробнее будут рассмотрены лишь некоторые аспекты, представляющие особенный интерес для контроля загрязнения воздуха. К ним относятся удаление 50з из дымовых газов, удаление сероводорода, фторидов и оксидов, азота из отхо- 102 гдс г!сл/дх — градиент концентрации в направлении диффузии; сл — нонцеитра- ция; к — расстояние; Р— коэффициент диффузии, имеющий размерность (дли- на)1Р',(время) !.
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ Коэффициент диффузии в газовой фазе может быть рассчитан из уравнения, основанного на кинетической теории газов, и для молекул одного газа он записывается в виде: Ро = г/аХи (111.!а) гдс Х вЂ” свободный пробег молекул газа; й — средняя скорость молекул. Из кинетической теории, которая рассматривает газ как твер,дые сферы без межмолекулярных сил притяжения и отталкивания, средний свободный пробег молекул определяют из уравнения; Х = 1/аг 2п)У02 (111.2) гдс У вЂ” число молекул в единице объема; о — диаметр молекул. Средняя скорость молекул дается в виде и = гг8ЙТ/лМ (!11.3) температура; Я вЂ” универсальная газовая постоянная; гле Т вЂ” абсолютная л! — масса 1 моль. Для взаимной диффузии молекул двух типов А и В с различной массой Мл и Мв и различного размера ал и пв коэффициент диффузии равен ,//лллпл+ /твллпв /тд+ мв (111,4) гле /ул и /ув — число молекул типа А и В в единице объема.
дящих промышленных газов и сжигание, непосредственное или каталитнческое, органических газов и паров. /(бсорбция и адсорбция газов зависят от переноса молекул газа из общей массы к поверхности жидкости или твердого тела. В случае жидкости молекулы газа в дальнейшем диффундируют во всем объеме жидкости, тогда как на поверхности твердого тела они удерживаются физическими (Ван-дер-Ваальса) или химическими (хемосорбция) силами. Когда поверхность жидкости или твердого тела вступает в контакт с покоящимся газом, диффузия молекул газа протекает по законам молекулярной диффузии, и скорость ее зависит от температуры и давления газа и типа газовых молекул. Скорость переноса молекул Ага в мольных единицах на единицу площади за единицу времени описывается законом Фика: г(сл (111.1) Введя средний диаметр молекулы плп вместо индивидуальных диаметров, можно упростить уравнение (111.4) и получить следующее выражение (111,5) (111 6) с учетом уравнения (П1.3) для средних скоростей молекул разных типов.
Так как эффективные диаметры столкновения найти трудно, то удобнее пользоваться об.ьемами 1 моля при стандартных температурах кипения, которые пропорциональны кубу эффективного диаметра о„п. Тогда коэффициент диффузии (в мз(с) тн* ут [ (111.7) (Ф+Ф)Я$' 1М М ) Здесь Ь вЂ” константа, которую можно рассчитать на основе кинетической теории газов. Однако реальные значения коэффициентов диффузии были получены для эмпирического значения Ь=4,3 10-и (единицы СИ, атм, К) [30!]. Мольные обьемы могут быть найдены из таблиц или путем сложения атомных обьемов [6091.
Уточненные значения коэффициентов диффузии, учитываюшие силы притяжения и отталкивания с помошью потенциала Леонарда — Джонса 6: 12 (т. е. сила притяжения изменяется с расстоянием в минус шестой степени, а сила отталкивания изменяется в минус двенадцатой степени), могут быть получены из уравнения Хиршфельдера и др.
[3701: ьтч Гг ла — Р(ола)зйгт ~/ [ Мл + Ма) (11!.8) йт пс Р= — —— с 'дк (Ш.в) где А в константа Больцмана, где Ь=2,63 !О-и (а единицах СИ); (р' — интеграл столкновения — функция парамегра молекулярной потенциальной энергии при взаимодействии, я К н 16 м Подробное описание этого метода расчета коэффициента диффузии можно найти в работе [3701. Коэффициент диффузии в жидкой фазе может быть рассчитан исходя из предположения Эйнштейна, что на молекулы действует осмотическая сила в направлении уменьшения концентрации растворенного вешества с: Сопротивление движению молекул, рассматриваемых как сферы, описывается приближенно законом Стокса (см. раздел 1У-1) Р = Зпрои (!11.!О) где о — диаметр молекул; р — вязкость раствора; и — скорость молекулы, равная вс Зпрос Вх (П1.1!) Скорость диффузии Ул является произведением скорости молекул на концентрацию вс Йл =- ис = — —, Зпро ' Вх (П1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
