Методическое пособие 748

данной конструкции является возможность работы в широком диапазоне расходов газа без потери эффективности, постоянство гидравлического сопротивления аппарата. К недостаткам следует отнести относительную сложность изготовления, материалоемкость.

В тарелке без сливных устройств (рис. 44) газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. Абсорбент взаимодействуя с загрязнителем на тарелке проваливается на нижестоящую тарелку, где происходит аналогичное взаимодействие.

Рис. 44. Устройство колонны с провальными решетками:

а – колонна; б – конструкция решеток; 1 – колонна; 2 – тарелки

Конструктивно данные тарелки аналогичны ситчатым, при этом диаметр отверстий здесь увеличен до диапазона от 10 до 20 мм. Вместо отверстий на тарелке могут располагаться щели шириной от 3 до 8 мм. Конструктивно также изготавливаются волнистые и трубчатые тарелки (рис. 45). Преимуществом тарелок без сливных устройств является простота изготовления и обслуживания, низкая материалоемкость, низкое гидравлическое сопротивление. К недостаткам следует отнести повышенные требования к поддержанию постоянного рас-

70

хода газа. Даже незначительные колебания расхода газа приводят к существенному снижению эффективности абсорбера.

Рис. 45. Типы провальных тарелок: а – дырчатая (в плане); б – решетчатая (в плане); в – волнистая (в продольном сечении); г – трубчатая (в плане); 1 – листы; 2 – трубы; 3 – перфорированный лист; 4 – коллекторы

По степени очистки выбросов от газообразных загрязнителей все конструкции тарелок примерно равнозначны.

Тарельчатые колонны имеют стандартизированный ряд диаметров от 400 до 4000 мм.

В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Такие аппараты классифицируют следующим образом:

–форсуночные (жидкость распыляется на капли форсунками);

–скоростные прямоточные (распыление жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока);

–механические (жидкость распыляется вращающимися деталями).

Полые распыливающие абсорберы (рис. 46) представляют собой полые колонны.

71

В этих абсорберах газ движется снизу вверх, а жидкость подается через расположенные в верхней части колонны 1 форсунки 2 с направлением факела распыла обычно сверху вниз. Принцип работы в целом напоминает принцип работы мокрого пылеуловителя. Для повышения эффективности работы устанавливают несколько уровней форсунок. Несмотря на схожесть конструкций с мокрыми пылеуловителями, в абсорбере целесообразно проводить очистку от газовых загрязнителей, дисперсные и механические частицы улавливать в отдельном аппарате на этапе предварительной очистки. Это требование связано со сложностью одновременной регенерации абсорбента от твердых частиц и абсорбированных примесей, а также относительно высокой стоимостью абсорбента.

Полые распыливающие абсорберы отличаются простотой устройства, низкой стоимостью, малым гидравлическим сопротивлением, их можно применять для обработки сильно загрязненных газов.

К недостаткам полых распыливающих абсорберов, помимо их низкой эффективности, относятся также низкие скорости газа (до 1 м/с) во избежание уноса, неудовлетворительная их работа при малых плотностях орошения, достаточно высокий расход энергии на распыление жидкости. Распыливающие полые абсорберы целесообразно применять для улавливания хорошо растворимых газов.

72

вают так, что газ движется перпендикулярно или параллельно осям их валов.

Рис. 47. Устройство бесфорсуночного абсорбера Вентури:

а–с эжекцией жидкости; б–с пленочным орошением;

1–конфузоры; 2–горловины; 3 –диффузоры; 4 –сепараторы; 5–циркуляционная труба; 6–гидравлический затвор

По сравнению с абсорберами других типов механические абсорберы более компактны и эффективны, но они значительно сложнее по конструкции и требуют больших затрат энергии для проведения процесса. Поэтому механические распыливающие абсорберы целесообразно применять в тех случаях, когда распыление с помощью форсунок или газом, взаимодействующим с жидкостью, по каким-либо причинам не представляется возможным.

Подробные методики расчета абсорберов приведены в

[11].

74

нишной и высокоэффективной, содержание загрязняющих веществ имеет по сути следовые значения.

Существенно низкая эффективность дает абсорбция при обработке газов с большой концентраций загрязняющих веществ, что приводит к необходимости иметь большую адсорбционную емкость или большое количество адсорбента.

Широкое применение находит адсорбция для удаления паров растворителя из отработанного воздуха при окраске автомобилей, органических смол и паров растворителя в системе вентиляции предприятий по производству стекловолокна и стеклоткани, а также паров эфира, ацетона и других растворителей в производстве нитроцеллюлозы и бездымного пороха. Адсорбенты используются для очистки выхлопных газов автомобилей и для удаления ядовитых компонентов, например, H2S из газовых потоков. Адсорбция применяется и для удаления радиоактивных газов при эксплуатации ядерных реакторов, в частности, радона и радиоактивного йода.

Адсорбция находит применение и в тех случаях, когда необходимо более длительное менее избирательное удаление определенных газообразных компонентов из смеси. Молекулярные сита использовались для удаления паров ртути на предприятиях по производству хлора и щелочи, где применяются электролизеры с ртутным электродом. Проведены эксперименты по удалению SO2 на молекулярных ситах. Адсорбция применяется для удаления неорганических загрязнений из топочных газов.

К адсорбентам применяют следующие требования:

–высокая адсорбционная способность при низких концентрациях загрязнителя (или его следов);

–механическая прочность;

–возможность регенерации;

–низкая стоимость.

На практике применяются активные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты.

76

Силикагели применяют для удаления полярных органических веществ, а также для осушки газов. Силикагели имеют высокую механическую прочность к истиранию, легко регенерируются, а также негорючи.

Алюмогели (активный оксид алюминия) аналогичны по характеристикам силикагелям.

Цеолиты – алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Они подразделяются на природные (клиноптилолит, морденит, шабазит, эрионит) и синтетические (КА, NaA, CaA и др.).

Цеолит КА используется только для осушки газов; цеолит NaA адсорбирует газы (сероводород, сероуглерод, аммиак, этан, пропилен, метан, оксид углерода и др.), цеолит CaA поглощает углеводороды и спирты только нормального строения. Цеолиты CaX и NaX имеют большие входные «окна» и сорбируют все молекулы, адсорбируемые цеолитами NaA и СаА, а также нафтеновые и ароматические углеводороды, органические сернистые, азотистые и кислородные соединения и др.

Наряду с активными углями применяют активированные углеродные волокна. Преимуществом является более высокая адсорбционная способность, высокая химическая, термическая и радиационная стойкость. Для адсорбции паров органических загрязнителей наиболее эффективными оказываются активированные угли. Адсорбция производится в рекуперационных установках со стационарным слоем адсорбента – вертикальных, горизонтальных или кольцевых адсорберах.

Сделаем небольшое отступление. Цеолиты класса А представляют собой мелкие сита для молекул, а цеолиты класса Х – более крупные (в два и более раза больше).

Цеолиты не токсичны, но в то же время взрывопожароопасны. Представляют собой 4 класс опасности веществ при условии попадании в организм человека. Так, например, рабочие при работе с цеолитом должны быть защищены специальной одеждой и обувью, а также средствами защиты органов

77

дыхания и слуха. Для защиты зрения применяют специальные очки.

Вертикальные адсорберы применяют при небольших потоках очищаемых газов, горизонтальные и кольцевые аппараты применяют для обработки смесей при высоких скоростях потока.

Адсорберы и рекуперационные установки, как правило, являются установками периодического действия. Цикл рекуперационной установки, как правило, включает в себя адсорбцию, десорбцию, сушку адсорбента и его охлаждение. На практике этапы рекуперации могут объединяться или же варьироваться. Для непрерывности процесса устанавливают несколько параллельно работающих установок. При этом часть из них находится в работе, а часть регенерируется.

Тем не менее, имеют место быть адсорбционные установки непрерывного действия, представляющие собой аппараты с псевдоожиженным слоем. По сравнению с аппаратами периодического действия, данные установки характеризуются компактностью размещения, низкими энергозатратами, более низкими капиталовложениями.

Для более глубокой очистки парогазовых потоков от паров летучих растворителей используют комбинированные методы, сочетающие различные процессы очистки. Например, при рекуперации смеси фенола и этанола из отходящих газов для улавливания паров фенола используют абсорбционный метод, а для улавливания паров этанола – адсорбционный.

Для очистки газов от азота применяют хемосорбционный метод очистки на основе твердых веществ, способных вступать во взаимодействие с NOx. Иные способы малоэффективны вследствие значительной инерции оксидов азота. Для очистки применяют торфощелочной адсорбент, улавливание происходит в аппаратах кипящего слоя. Степень очистки газа при концентрации оксидов азота от 0,1 до 2 % составляет от 96 до 99 % при времени контакта фаз от 1,6 до 3 с. Аналогичный эффект дает применение торфа, обработанного аммиаком. При

78

этом требуется охлаждение газа, поскольку возникает опасность воспламенения адсорбента.

Кроме этого, используют бурые угли, известь, известняк, сланцевую золу. Адсорбенты практически не подлежат регенерации и подлежат утилизации в качестве азотосодержащих удобрений.

Для очистки дымовых газов от диоксида серы используют твердые хемосорбенты (известняк, доломит, известь) путем их введения в пылевидном состоянии в топки или газоходы теплоэнергетических агрегатов. Для увеличения активности хемосорбентов вводят специальные добавки в виде неорганических солей, оксихлорида меди, оксида магния.

Также для очистки используют активные угли. Процесс протекает при температуре от 110 до 150 ºС, при этом достигается эффективность от 90 до 95 %. Регенерация осуществляется путем нагрева адсорбента до значений от 400 до 450 ºС и путем промывки горячей водой.

Разработан процесс для адсорбции SO2 из отходящих газов, в котором происходит адсорбция и каталитическое окисление SO2 в движущемся слое активированного угля, а также процесс с использованием щелочного оксида алюминия, гранулы которого содержат 56 % Al2O3 и 37 % Na2O.

Газообразный хлор хорошо поглощается твердыми органическими соединениями (лигнин, лигносульфонат кальция). Также широко применяют хлороксид железа, хлорид закисной меди, сульфаты и фосфаты меди, свинца, кадмия, негашеную известь, а также цеолиты. Для очистки используют аппараты с псевдоожиженным слоем, с последующей регенерацией адсорбента.

Очистку газов от сероводорода H2S проводят с применением в качестве адсорбента гидроксида железа и активного угля. Последний является самым эффективным поглотителем сероводорода. При этом уголь, вступая в химическую реакцию разогревается, что может привести к возгоранию. Поэтому очистку производят при малых концентрациях сероводорода.

79