7.3.3. Розрахунок розпилюючих абсорберів

До апаратів цього типу відносяться порожнисті, швидкісні прямоточні і механічні абсорбери.

У порожнистих абсорберах рідина розпилюється форсунками. Ефективність абсорбера залежить від кількості рідини, що розпилюється, кута конусності факела розпилювання, дисперсності крапель і розподілу їх в перетині факела.

Продуктивність форсунки визначають за формулою (в м³/с):

,

де Р − тиск рідини перед форсункою, Па;

ρ_ж − густина рідини, кг/м³;

f − площа віхідного отвору форсунки, м²;

ξ − коефіцієнт витрати рідини, рівний 0,2…0,3.

Середній розмір крапель d визначають за формулою:

,

де d₀ − діаметр вихідного отвору форсунки;

A − коефіцієнт пропорційності;

w_р − швидкість витоку рідини з форсунки.

Питома поверхня крапель рівна:

,

де U − густина зрошування, м³/(м²∙с);

u − абсолютна швидкість крапель, м/с, u = w₀ ± w (w₀ − швидкість падіння краплі, м/с, w − швидкість газу, м/с).

Масовіддачу в газовій і рідкій фазах можно розрахувати за формулами:

,

,

де Nu_р’ = 1,13/(F₀’)^1/2; F₀’ = D_р∙τ/d²; τ − час падіння краплі.

До прямоточних розпилюючих абсорберів відносяться форсуночні і бесфорсуночні апарати Вентурі типу APT і ударно-розпилюючі. Гідравлічний опір абсорберів Вентурі складає суму гідравлічних опорів труби-розпилювача і краплевловлювача. Гідравлічний опір труби-розпилювача рівний:

,

,

,

де ζ_c − коефіцієнт гідравлічного опору сухої труби-розпилювача;

ζ_ж − коефіцієнт гідравлічного опору при введенні рідини;

w_г − швидкість газу в горловині, м/с;

ρ_г, ρ_ж − густина газу і рідини, кг/м³;

l_г − довжина горловини, м;

d_е − еквівалентний діаметр горловини;

w_зв − швидкість звуку, м/с;

w_г/w_зв = М − число Маха;

А і В − коефіцієнти, що визначаються за довідниками.

Середній розмір крапель, що утворюються при розпилюванні рідини пневматичною форсункою:

.

При рівності швидкостей крапель газу питома поверхня контакту фаз рівна:

.

Коефіцієнти масовіддачі в форсуночному абсорбері можна визначити за формулами:

,

,

де Nu_r’ = (μ_ж/μ_г)∙(β_гV R∙T∙d₀/D_г)∙(σ/g∙q_р)^1/2;

Nu_р = β_рV∙ν_прив∙d₀∙D_р;

β_гV і β_рV − об’ємні коефіцієнти масовіддачі в газовій і рідкій фазах, 1/с;

ν_прив = (μ²/ρ_р²∙g)^1/3 − приведена товщина плівки;

p = 7,4∙10^-4∙w_к¹⁶⁴;

у виразах Re_г і Rе_р за лінійний розмір прийнято діаметр горловини d₀.

Гідравлічний опір в безфорсуночних абсорберах обчислюють за формулою:

.

Для пульсуючого режиму число одиниць перенесення рівне:

.

Для рівномірного режиму використовується інша формула:

Для абсорберів типу APT коефіцієнт опору рівний:

,

число одиниць перенесення

де а = φ(w_г) і B = φ(w_г); для пульсуючого режиму n = 0,68; для рівномірного n = 1,9.

7.4. Десорбція забруднювачів із абсорбентів

В результаті видалення газоподібних забруднювачів шляхом абсорбції відбувається перехід цих компонентів в розчин. Щоб уникнути проблем, пов’язаних з видаленням таких розчинів, бажано їх якимось чином утилізувати. Якщо забруднююча речовина абсорбується в чистому стані (не реагуючи з іншими хімічними речовинами), її практично завжди можна отримати в концентрованій формі шляхом відгону абсорбуючої рідини. Отримана таким чином речовина в принципі може бути використана в тому ж самому виробничому процесі або в інших процесах. Іноді в результаті переведення в іншу форму цей матеріал може слугувати вихідною сировиною для промислових підприємств або використовуватися жителями довколишніх районів. Після нейтралізації вловленої речовини можливе її осадження або концентрація в розчині, а також висушування з отриманням продукту, що має певну товарну цінність, нехай навіть достатню тільки для того, щоб покрити витрати на транспортування. Виділений сульфат і сульфіт натрію (у рідкому і в твердому стані) можуть знайти застосування на паперових фабриках. В результаті їх реакції з аміаком можна одержувати добрива.

При обробці вапном або іншими реагентами забруднюючі речовини можуть бути виділені з розчину у вигляді нерозчинного осаду. Цей осад концентрують шляхом відстоювання, а потім з нього видаляють воду шляхом фільтрації або центрифугування. Проте у багатьох випадках осад після зневоднення містить не більше 30…50 % твердих речовин, що створює серйозні проблеми при їх видаленні. Скид у водойми, як правило, заборонений або важко здійснений. Для скиду відходів можна використовувати вільні земельні ділянки, однак при цьому слід враховувати можливість шкідливих наслідків для навколишнього середовища, до яких приведе такий метод в майбутньому. Крім того, після закопування осаду в грунт дані ділянки можуть виявитися непридатними для будівництва, оскільки опір ґрунту навантаженню знижується.

Серйозною проблемою є виділення хлоридів, нітратів і нітриту, оскільки їх осадження − дороговартісний процес. У випадку хлоридів необхідно враховувати можливість їх очистки і використання як сировини для отримання хлору. Нітрити можна окислювати в нітрати і після сконцентрування використовувати як компонент для добрив.

У випадку органічних забруднювачів найбільш ефективним є перегін і виділення речовини в концентрованому вигляді, навіть в тих випадках, коли матеріал, що виділяється, може бути використаний тільки як паливо. Якщо органічна сполука розчинна у воді і здатна піддаватися біологічному руйнуванню, то більш економнішою може стати одноразова абсорбція водою з подальшим біологічним розкладанням, особливо в тих випадках, коли розчини, що утворюються, сильно розбавлені і перегін малоефективний. Граничне значення концентрації забруднювача в оброблюваному газі, при якому доцільно переходити від перегону до біологічного руйнування, зазвичай складає 100...300 млн^-1 (за об’ємом).

Крім відгону, існують і інші методи регенерації відпрацьованого розчину абсорбції. До них відноситься обробка озоном і іншими окислювачами (H₂O₂, HСlO, KСlO₄, KMnO₄, HNO₃ і ін.), гідроліз (можливий при високих температурах і тиску), обробка іншими реагентами, в результаті якої отримують:

а) нетоксичні відходи;

б) продукти, що не змішуються, які можна відокремити відстоюванням;

в) нерозчинні осади.

Можна використовувати також адсорбцію органічних речовин глинами, деревним вугіллям, тирсою і смолами; екстракцію розчинниками; обробку твердими або рідкими іонообмінними матеріалами; охолоджування абсорбційного розчину, що приводить до кристалізації забруднювача.

Для одноразової абсорбції іноді застосовують воду, однак використання для цієї мети органічних рідин можливе лише в дуже окремих, спеціальних випадках. Якщо така можливість представляється, нею нехтувати не слід. Прикладом може слугувати використання в якості абсорбента органічної сировини або паливних нафт, які після абсорбції безпосередньо прямують на переробку або на спалювання.