Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология сорбентов из растительного сырья. Учебное пособие
.pdf
Газовый поток, поступающий на очистку в адсорбер со скоростью в свободном сечении не более 0,4 м/с, направляется в верхнюю
часть корпуса 1 и отбирается через штуцер 4, установленный в конусной части днища аппарата.
Рис. 23. Вертикальный адсорбер:
1 – корпус; 2 – люки для выгрузки адсорбента; 3 – патрубок
для отвода очищенной ПГС и воздуха (при сушке и охлаж-
дении); 4 – штуцер для отвода конденсата; 5 – барботер
для подачи острого пара; 6 – патрубок для отвода паров
при десорбции; 7 – патрубок для подачи ПГС; 8 – люк
для загрузки адсорбента
Пар для десорбции адсорбата подается через специальную распределительную трубу, установленную также в конусной части днища
аппарата, а уходит по специальному штуцеру 6 в крышке аппарата.
Гравий и адсорбент загружают в корпус адсорбера на колосниковую решетку через специальный люк 8 на крышке аппарата, а выгружают через люк 2. Производительность вертикальных адсорберов,
как правило, составляет 10 000 м3/ч, максимально – 30 000 м3/ч.
Существенный недостаток промышленных адсорберов с неподвижным слоем адсорбента – относительно невысокая производительность, повышенная металлоемкость и громоздкость аппаратуры.
Это является следствием низкой линейной скорости движения
потока газа в сечении адсорбера (0,25…0,35 м/с). Имеются и другие
61
недостатки: неравномерность адсорбции и десорбции, что обусловливает снижение коэффициента использования адсорбента; увеличение
времени десорбции и энергозатрат; трудности автоматизации процесса. Эти недочеты можно исключить при проведении адсорбции непрерывного действия, во взвешенном слое адсорбента; пропускная
способность адсорбера обеспечивается более высокими значениями
линейной скорости в сечении (до 1,5…2,0 м/с). Принципиально конструкции таких адсорберов близки к барботажным тарельчатым абсорберам (рис. 24).
Рис. 24. Полочный адсорбер:
1 – корпус; 2 – слой адсорбента
Для непрерывно действующего адсорбера характерна компоновочная схема, предусматривающая расположение десорбера под адсорбером, противоточное движение адсорбента (сверху) и потока газа
(снизу) в обоих аппаратах и обратный транспорт адсорбента.
Применение адсорберов непрерывного действия в настоящее
время ограничено из-за отсутствия механически прочных, устойчивых к истиранию адсорбентов. Поэтому заслуживает внимания использование адсорбентов мелкой грануляции в виде суспензии.
Рассмотрим схемы адсорбционных установок. Адсорбционный
метод очистки применим в различных вариантах в зависимости от
свойств улавливаемого из газов вещества и поставленной задачи.
62
Схема установки очистки парогазовой смеси (ПГС) от паров органических веществ, предусматривающая их рекуперацию, приведена
на рис. 25. В зависимости от концентрации адсорбтива в ПГС установка может работать по четырех-, трех- и двухфазному циклам. При
относительно высоких концентрациях адсорбтива (не менее 3…4 г/м3)
применяют четырехфазный цикл, при средних (2…3 г/м3) – трехфазный, при концентрациях адсорбтива 1,0…2,0 г/м3 – двухфазный.
Рис. 25. Схема установки адсорбционной очистки выбросов в атмосферу:
1, 2 – вентиляторы; 3 – теплообменник; 4 – адсорберы; 5 – конденсатор;
6 – холодильник; 7 – сепаратор
Четырехфазный цикл включает следующие стадии: адсорбцию
из ПГС адсорбтива, десорбцию его подходящим носителем, сушку
адсорбента подогретым воздухом и охлаждение его атмосферным
воздухом. В трехфазном цикле обычно исключается стадия охлаждения адсорбента и совмещается со стадией адсорбции. В двухфазном
цикле сушка адсорбента проводится подогретым потоком ПГС (совмещается с адсорбцией), а охлаждение – потоком ПГС с характерной
для него температурой (15…40 оС).
63
При адсорбции в стационарном слое адсорбента ПГС пропускают через него до появления на выходе из адсорбера заданной проскоковой концентрации. Затем поток ПГС переводят в другой адсорбер,
а первый подвергается регенерации. С этой целью через адсорбент
пропускают поток носителя (чаще всего острого пара). При этом поглощенное ранее вещество десорбируется и вместе с потоком паров
воды поступает в конденсатор. Конденсат направляют в сепаратор,
в котором происходит выделение десорбированного вещества из воды
путем механического отстаивания; в том случае если вещество растворимо в воде, конденсат подвергают ректификации. Влажный после
десорбции адсорбент сушат горячим воздухом (дымовыми или
инертными газами) и охлаждают холодным воздухом (потоком ПГС).
Адсорбционная установка, схема которой приведена на рис. 20, применяют для извлечения из выбросов газообразных примесей. В этом
случае адсорбат при десорбции выходит из конденсаторов в газообразном состоянии. Схема предусматривает получение концентрированного газообразного вещества с дальнейшим его использованием
в производстве. Такая схема применяется для очистки дымовых газов
от SO2 c последующим использованием его для получения варочной
кислоты в производстве целлюлозы сульфатным методом. При достаточно высокой концентрации кислорода в дымовых газах ТЭЦ и проведении стадии адсорбции при температуре 353…383 °К поглощение
SO2 сопровождается окислением его в триоксид серы:
SO2 + 1/2О2 ↔ SO
3
Последующая промывка адсорбента водой или раствором серной кислоты приводит к получению варочной кислоты соответствующей концентрации.
Окислительные свойства адсорбентов в присутствии кислорода
служат для окисления метилмеркаптана и диметилсульфоксида и извлечения их из ПГС варочного цеха сульфатцеллюлозного производства. В качестве адсорбента рекомендован уголь сернисто-калиевой
активации СКТ-2, модифицированный йодистым или хлористым калием.
Если концентрация адсобтива в отходящих газах ниже 1,0 г/м3,
то его рекуперация экономически нецелесообразна. Для очистки выбросов в атмосферу от газообразных примесей в этом случае целесообразно стадию десорбции проводить промывкой адсорбента подходящим раствором с последующим его использованием или направлением на очистные сооружения сточных вод.
64
Дальнейшее развитие адсорбционного метода очистки газов
происходит в направлении повышения производительности адсорберов и емкости применяемых адсорбентов.
2.2. О
ЧИСТКА ВОДЫ УГЛЕРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ
Методы очистки воды с использованием адсорбентов важны при
глубокой очистке в замкнутом цикле водопользования. Очистка сточных вод, так же как и природных, представляет собой типичный
случай адсорбции из растворов. К числу универсальных адсорбентов
по отношению к примесям воды относятся активные угли благодаря
их развитой поверхности и гидрофобности. В основе процесса лежит
механизм молекулярной адсорбции. Одним из условий эффективной
очистки сточных и природных вод от растворенных примесей является слабое взаимодействие адсорбента с молекулами воды при
высокой энергии взаимодействия с молекулами извлекаемых веществ. Этому требованию отвечают активные угли из растительного
сырья. Адсорбция активными углями широко применяется в технологии глубокой очистки воды от растворенных органических веществ
и газов, для обезвоживания органических растворителей, а также
в технологии рекуперации летучих растворителей, в очистке газов
и паров.
Активные угли для очистки сточных вод должны удовлетворять
ряду требований: они должны быть крупнопористыми, чтобы обеспечить извлечение из сточных вод относительно крупных молекул органических веществ. Важное значение имеют величина удельной адсорбции; динамическая активность, определяющая кинетику процесса; способность легко десорбировать поглощенные вещества в процессе регенерации; механическая прочность. Адсорбционный процесс
очистки сточных вод обычно осуществляют в аппаратах периодического действия (фильтрах). Воду фильтруют через неподвижный слой
гранулированного или дробленого активного угля до проскока извлекаемого соединения в фильтрат. После этого фильтрацию прекращают, из фильтров выпускают воду, а адсорбент регенерируют обработкой водяным паром, нагретыми инертными газами, органическими
растворителями или водными растворами химических реагентов. При
наличии в сточных водах взвешенных веществ целесообразно использовать аппараты периодического или непрерывного действия с псевдоожиженным (кипящим) слоем активного угля (рис. 26).
65
Растворенные вещества из потока адсорбируют фильтрованием
через слой адсорбента. Этот процесс называется динамическим.
Графически выраженная зависимость концентрации адсорбируемого
вещества в фильтрате от продолжительности адсорбции или объема
полученного фильтрата называется выходной кривой динамической
адсорбции.
Сточная Отработанный Сточная Отработанный
вода адсорбент вода адсорбент
а б в
Рис. 26. Адсорберы непрерывного действия
с кипящим слоем активного угля:
а – одноярусный; б – многоярусный с переточными трубками; в – с секционированием слоя адсорбента; 1 – опорные решетки; 2 – распределительные
решетки; 3 – адсорбент; 4 – желоб для очищенной воды; 5 – питающая
воронка сухого дозирования угля; 6 – эрлифт; 7 – слой гравия
Для инженерных расчетов при динамической адсорбции из водных сред часто используют формулу, предложенную Н. А. Шиловым
для адсорбции газов и паров. Для определения адсорбционных параметров используют также уравнения массопередачи и производят
расчеты на ЭВМ.
Сорбционная установка обычно включает несколько параллельно работающих секций, состоящих из трех-пяти последовательно работающих фильтров. При предельном насыщении головной фильтр
66
отключают на регенерацию, а обрабатываемую воду подают на следующий фильтр.
После регенерации головной фильтр включают в схему очистки
уже в качестве последней ступени.
При адсорбции в статических условиях обрабатываемую воду
интенсивно перемешивают с адсорбентом в течение определенного
времени с последующим отделением адсорбента от воды отстаиванием, фильтрованием или центрифугированием.
Кинетика адсорбционных процессов очистки сточных вод
обычно лимитируется стадией диффузии примесей внутрь зерна, поэтому в ряде случаев предпочтительнее использовать порошкообразные активные угли. Их применение в статических условиях можно
сочетать с коагулированием.
Оценка адсорбционной способности целлолигнина, гидролизного лигнина и активных углей коры лиственницы. С учетом высо-
кой осветляющей способности одубины коры лиственницы, полученной в аппаратах роторно-пульсационного типа и гидродинамического
размола, была изучена возможность ее непосредственного использования в качестве сорбента при очистке сточных вод производства
цветных металлов. Количество загрязнений, поступающих в водоемы
с этими стоками, весьма значительно. Основные загрязнения предприятий цветной металлургии подразделяются по химическому
составу на две группы: одни можут быть удалены в результате нейтрализации известью, коагулирования и других операций, дающих
труднорастворимые соединения; другая группа – соединения разрушаются при воздействии окислителей (например, «активного хлора»).
В цех водоочистки поступают сточные воды как с основного
производства, так и бытовые. Стоки основного производства («богатые») содержат до 3 мг/л драгоценных металлов (золото, серебро,
платина, палладий, родий, иридий) и от 100 до 150 мг/л цветных металлов (медь, никель, цинк и др.).
При существующих технологиях не всегда удается достигнуть
требуемой степени очистки сточных вод. Это объясняется их сложным химическим составом, а также широким диапазоном концентраций содержащихся в них компонентов.
Дополнительная очистка промстоков методом адсорбции в целях уменьшения содержания недрагоценных металлов и доизвлечения
драгоценных металлов показала, что одубину и технический лигнин
можно непосредственно использовать в качестве сорбента для очист-
67
ки сточных вод производства цветных металлов. Очистке подвергали
промстоки («бедные» и «богатые»), а также производственные
растворы, поступающие на участок нейтрализации. Содержание элементов в растворе и на сорбенте определяли по стандартным методикам, а также методом атомной адсорбции на спектрофотометре С-115
в пламени ацетиленовоздушной смеси. Калибровку производили по
солянокислым растворам чистых металлов.
Бедные промстоки (рН 11,9) подвергали адсорбции непосредственно без подготовки, богатые (рН 1,5) предварительно нейтрализовали до рН 11–12. Количество сорбента брали из расчета 5 г на 1 г металлов. Образцы сорбента отличались способом подготовки коры для
экстракции. Использовали одубину из коры лиственницы (после
спирто-щелочной экстракции), измельченную на молотковой дробилке и в аппаратах дезинтеграторного типа при сухом и мокром размоле.
Промстоки с сорбентами периодически перемешивали в течение 12 ч,
фильтровали и определяли содержание элементов после очистки.
Характеристика промстоков и показатели их очистки от недрагоценных металлов представлены в табл. 12.
Таблица 12
Изменение состава промстоков при их очистке одубиной
коры лиственницы
Химический
элемент
до очистки
2+, 3+
Fe
Cu2+ 0,160 – 0,180 –
обработку в молотковой дробилке, в знаменателе – дезинтеграцию и мокрый
размол.
37,400 5,250/ 1,600* 1,050 0,300/ 0,200
Ni2+ 1,400 0,300/ 0,240 1,500 0,960/ 0,880
Zn2+ 0,140 0,070/ 0,050 0,090 0,010/ 0,005
Примечание
: *в числителе приведены данные для сорбента, прошедшего
Содержание химического элемента, мг/л
бедные промстоки богатые промстоки
после очистки до очистки после очистки
Видно, что ионы Cu2+ сорбируются полностью как из бедных,
так и из богатых промстоков с помощью сорбентов из коры, прошедшей размол и в молотковой дробилке, и в дезинтеграторе (мокрый
размол) (табл. 12).
2+, 3+
Сорбируемость ионов Fe
, Ni2+ и Zn2+ зависит от способа
подготовки коры. Степень очистки сточных вод от этих металлов
68
выше у одубины, полученной при экстракции в гидродинамическом
экстракторе (мокрый размол). Концентрация ионов Fe
2+, 3+
после очистки бедных растворов выше предельно допустимых концентраций
(ПДК) на порядок для одубины, полученной при измельчении коры
на молотковой дробилке, в три раза – для полученной при экстракции
в дезинтеграторе.
Содержание Ni2+ в бедных растворах после очистки в 2–3 раза
выше ПДК, однако степень очистки по никелю несколько ниже, чем
по железу. Из богатых растворов никель сорбируется слабее обоими
образцами одубины. При степени очистки 41 и 36 % содержание
никеля в промстоках после очистки превышает ПДК в 8–9 раз. По предварительным результатам полной очистки по всем перечисленным
выше металлам можно достигнуть при дополнительной обработке
растворов активным углем, полученным из одубины коры лиственницы в режиме осветляющих.
Кроме рассмотренной выше возможности очистки одубиной
и гидролизным лигнином стоков, содержащих минеральные компоненты, представляется весьма целесообразным оценить сорбционные
возможности этих материалов по отношению к органическим веществам. В данном случае в качестве объекта исследования был выбран
гидролизат Красноярского биохимического завода, имеющий достаточно сложный состав. Наряду с редуцирующими веществами (РВ)
в его состав входят метанол, фурфурол, гуминовые, серная и органические кислоты. Практически все они, кроме РВ сахарной природы
и органических кислот, являются ингибиторами микробиологических
процессов. Поэтому повышение качества гидролизатов является задачей, весьма актуальной как с целью увеличения выхода товарных продуктов, так и с целью снижения уровня загрязненности сточных вод
микробиологических производств.
Результаты исследований представлены в табл. 13.
Таблица 13
Влияние вида сорбента на степень осветления гидролизата
Вид сорбента Соотношение гидролизат :
сорбент, дм3 / кг
Одубина 450 80
Гидролизный лигнин 220 90
Активный уголь 150 60
Степень
осветления, %
69
Установлено, что наибольшей осветляющей способностью обладает гидролизный лигнин. Несколько ниже она у одубины, но следует сказать, что сорбционная емкость у одубины практически в два
раза выше, чем у лигнина.
По отношению к редуцирующим веществам адсорбционная способность возрастала в ряду: гидролизный лигнин; одубина; активный
уголь. Для первых двух степень сорбции РВ
в том числе 19–25 % РВ сахарной природы. Уголь сорбировал РВ
составляла 61–69 %,
общ
общ
около 3 % и практически не сорбировал вещества сахарной природы,
доля их от общих РВ составляла менее 1 %.
Результаты исследований индивидуального состава моносахаридов, входящих в состав гидролизата, проведенные методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ) ТМС (триметилсилильных)производных, показали, что сахара сорбируются неодинаково. Активный уголь не сорбирует ксилозу, остальные сахара (глюкоза, маноза,
арабиноза) сорбирует примерно в равных количествах. Одубина и
гидролизный лигнин обладают более высокой адсорбционной способностью по отношению к ксилозе и арабинозе. Степень сорбции
последних составляет 65…80 % – это в два раза выше, чем у остальных сахаров. Сорбционные свойства одубины были проверены на
стоках Красноярского дрожжевого завода (КДЗ).
Так, при фильтрации сточных вод КДЗ через одубину (модуль
фильтрации 60) содержание сахаров в них снизилось на 98 %, азота –
на 60 %, химическое потребление кислорода (ХПК) – на 61 %, сухих
веществ – в два раза.
Таким образом, можно сказать, что одубину, гидролизный лигнин и активные угли, полученные из них, можно использовать для
очистки промышленных стоков, содержащих минеральные и органические вещества.
Фильтры для очистки питьевой воды. Для очистки питьевой
воды от химических веществ и микроорганизмов, содержание которых превышает гигиеническую норму, используют фильтры разных
видов. Существует два типа фильтров:
1) фильтры насыпного типа;
2) со сменным картриджем.
Изделия насыпного типа изначально предназначены для водопроводной воды и очищения. Для обеззараживания жидкости из других источников – рек, озер, родников, вода из которых не подвергалась первичной переработке, применяют устройства с необходимым
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]