Строительство очистных сооружений по улавливанию отходящих газов и сточных вод

Абсорбцией называют процесс избирательного поглощения ком­понентов из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотите­лями — абсорбентами (массообменный процесс).

Процесс абсорбции обычно является экзотермическим, т.е. со­провождается выделением теплоты.

При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.

Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора — десорбция.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить десорбцию не обязательно, так как абсорбент и абсорбтив представляют собой дешевые или отбросные продукты, которые после абсорбции можно вновь не использовать (например, при очистке газов).

В промышленности процессы абсорбции применяются главным обра­зом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей (абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии) или для очистки этих смесей от вредных примесей (например, очистка топочных газов от SO₃; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся в производстве минеральных удобрений, выделение цен­ных компонентов из газов крекинга или пиролиза метана, из газов коксовых печей и т. д.).

Абсорбентами служат однородные жидкости или растворы активного компонента в жидком растворителе. Во всех случаях к абсорбентам предъявляют ряд требований, среди которых наиболее существенными являются высокая абсорбционая способность, селективность, химическая инертность по отношению к распро­страненным конструкционным материалам (при физической абсорбции — также к ком­понентам газовых смесей), нетоксичность, огне- и взрывобезопасность, доступность и невысокая стоимость.

С технологической точки зрения лучшим является тот абсорбент, расход которого для проведения заданного процесса меньше, т. е. в котором растворимость поглощае­мого вещества выше. Поэтому абсорбенты выбирают в основном по данным о раство­римости в них поглощаемых веществ.

Абсорбционные аппараты

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, назы­вают абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: 1) поверхностные; 2) насадочные; 3) тарельчатые; 4) распыливающие.

Следует отметить, что аппараты большинства конструкций, приводимых ниже, весьма широко применяются и для проведения других массообменных процессов.

Поверхностные абсорберы. Эти абсорберы используют для поглоще­ния хорошо растворимых газов с выделением большого количества теплоты, поскольку эти аппараты снабжены высоко­эффективной системой ее отвода. В то же время эти аппараты применяются при невысоких нагрузках по газу, так как поверхность массопередачи у них недостаточно развита.

В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рис. 1). Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавли­вают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того чтобы жид­кость перемешалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, помещают абсорберы в сосуды с проточной водой, более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер (рис. 2), состоящий из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи.

Трубчатый абсорбер (рис. 3) также относится к поверхностным; сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку 1, распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.

Рис. 1. Поверхностный аб­сорбер.

Рис. 2. Схема оросительного поверхностного абсорбера:

1 — труба; 2 — сливной порог

Рис. 3. Трубчатый абсорбер: 1— трубная решетка; 2 — трубы.

Рис. 4. Насадочный абсор­бер:

1— насадка; 2 — опорная решетка; 3 — распределитель жидкости; 4 — перераспределитель жидкости.

Рис. 5. Тарельчатый абсор­бер со сливными устройствами:

/—тарелка; 2—сливные устройства.

Рис. 6. Полый распыливающий абсорбер: 1— колонна; 2 — форсунки.

Адсорбция — массообменный процесс избирательного погло­щения компонентов из газовых (паровых) систем и жидкостей твердыми поглотителями-адсорбентами. Поглощаемое вещество носит название адсорбата или адсорбтива.

Процессы адсорбции (как и другие процессы массопередачи) избира­тельны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости становится воз­можным выделение поглощенных веществ из адсорбента, или проведение процесса десорбции.

Механизм процесса адсорбции отличается от механизма абсорбции, вслед­ствие того, что извлечение веществ осуществляется твердым, а не жидким поглотителем. Каждый из этих сорбционных процессов имеет свои области применения, где его использование дает больший технико-экономический эффект.

По сравнению с другими массообменными процессами адсорбция наиболее эффективна в случае малого содержания извлекаемого компонента в исходной смеси.

Адсорбция применяется главным образом при небольших концентра­циях поглощаемого вещества в исходной смеси, когда требуется достичь практически полного извлечения адсорбтива. В тех случаях, когда кон­центрация поглощаемого вещества в исходной смеси велика, обычно выгоднее использовать абсорбцию.

Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении сме­сей газов или паров, в частности при извлечении летучих растворителей из их смеси с воздухом или другими газами (рекуперация летучих растворителей) и т. д.

Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция обусловлена взаимным притяжением молекул адсорбата и ад­сорбента под действием сил Ван-дер-Ваальса и не сопровождается хими­ческим взаимодействием адсорбированного вещества с поглотителем. При химической адсорбции, или хемосорбции, в результате химической реакции между молекулами поглощенного вещества и поверхностными молекулами поглотителя возникает химическая связь.

Адсорбенты — пористые тела с сильно развитой поверхностью пор. Удельная поверхность пор может достигать 1000 м²/г. Адсорбенты применяют в виде таблеток или шариков размером от 2 до 6 мм, а также порошков с размером частиц от 50 мкм. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, силикагель (представляет продукт обезвоживания геля кремниевой кислоты), цеолиты (молекулярные сита) (природные и синтетические минералы – алюмосиликаты катионов 1 и 2 групп пер. сист. Менделеева) и др.

Процессы адсорбции проводятся в основном следующими спо­собами: с неподвижным слоем адсорбента; с движущимся слоем адсорбента.

аппараты для проведения адсорбции

Аппараты с неподвижным слоем адсорбента чаще всего представляют собой вертикально установленную цилиндрическую емкость 1, заполненную адсорбентом, подаваемым через штуцер 8 и выгружаемым после окончания срока службы через люки 2 (рис. 7).

Такие аппараты работают периодически, причем пол­ный цикл их работы сводится обычно к четырем стадиям.

1. Собственно адсорбция – насыщение поглотителя адсорби­руемым компонентом. Исходная смесь подается через штуцер 7 и отводится через патрубок 3.

2. Десорбция – выделение поглощенного компонента из ад­сорбента, осуществляемое путем подачи через патрубок 5 регенерирующего пара. Отвод паров при десорбции и конденсата осуще­ствляется через штуцер 6 и патрубок 4.

3. Сушка адсорбента – удаление остатка конденсата (образо­вавшегося на стадии десорбции за счет воздействия регенерирую­щего пара) из адсорбента горячим воздухом, подаваемым через штуцер 7.

4. Охлаждение адсорбента – поскольку активность адсорбента повышается с уменьшением его температуры, после сушки он обрабатывается холодным воздухом, который также подается че­рез штуцер 7.

Включение в технологическую схему нескольких адсорберов с неподвижным слоем адсорбента позволяет создавать условия его непрерывной работы. При этом в одном аппарате осуществляется стадия адсорбции, а в другом (других) — стадии десорбции и регенерации адсорбента.

К недостаткам таких аппаратов и схем относится сложность управления. Кроме того, необходимость частых переключений, пропарок, сушек и охлаждений адсорбента вызывает неизбежные потери материалов, непропорциональный расход водяного пара и воздуха, велика вероятность возникновения каналов в слое адсорбента.

Рис. 7. Схема адсорбера периоди­ческого действия с неподвижным слоем поглотителя: 1 – емкость; 2 – люк; 3, 4, 5 – патрубки; 6, 7, 8 – штуцеры

В абсорберах с движущимся слоем адсорбента активный уголь перемещается по высоте аппарата, посещая периодически адсорбционную и десорбционную зоны.

К числу основных методов десорбции (регенерации адсорбента) от­носятся:

- вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов посред­ством агентов, обладающих более высокой адсорбционной способностью, чем поглощенные компоненты;

- испарение поглощенных компонентов, обладающих относитель­но высокой летучестью, путем нагрева слоя адсорбента.

- в некоторых случаях для удаления из адсорбента смолообразных и других продуктов, образующихся в результате побочных процессов, окон­чательную очистку адсорбента осуществляют выжиганием этих компонен­тов (окислительная регенерация адсорбента).

Выбор того или иного способа десорбции производится на основе тех­нико-экономических соображений, причем часто указанные выше способы применяются в комбинации друг с другом.