Схемы установки абсорбционного метода очистки газов

Абсорбционные методы очистки отходящих газов

Теоретические основы абсорбции. Растворы газов в жидкостях. Обзор и характеристика абсорбционных методов очистки отходящих газов от примесей кислого характера, оценка их преимуществ и недостатков. Технологический расчет аппаратов по очистке газов.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	02.04.2015

Введение
• 1 Теоритические основы абсорбции
• 2 Растворы газов в жидкостях
• 3 Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера
  • 3.1 Очистка газов от диоксида серы
    • 3.1.1 Абсорбция водой
    • 3.1.2 Известняковые и известковые методы
    • 3.1.3 Магнезитовый метод
  • 3.2 Очистка газов от сероводорода
    • 3.2.1 Вакуум — карбонатные методы
    • 3.2.2 Фосфатный процесс
    • 3.2.3 Щелочно — гидрохиновый метод
  • 3.3 Очистка газов от оксидов азота
    • 3.3.1 Абсорбция водой
    • 3.3.2 Абсорбция щелочами
    • 3.3.3 Селективные абсорбенты
• 4 Технологический расчет аппаратов
• 5 Преимущества и недостатки абсорбционных методов очистки отходящих газов
• 6 Заключение
• 7 Список литературы

Многие технологические процессы на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической промышленности, в ряде цехов машиностроительных заводов, на многих других производствах сопровождаются поступлением вредных газов и паров в атмосферный воздух. Активным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, в первую очередь, автомобильный. Газовые загрязнения, как и аэрозольные, загрязняя атмосферный воздух, значительно ухудшают его качество, а в ряде случаев делают его непригодным для нахождения в нем людей. Санитарные нормы ограничивают концентрацию вредных паров и газов в воздухе населенных пунктов, однако эти требования не всегда соблюдаются. Это наносит значительный ущерб здоровью людей, проживающих в местностях, подверженных воздействию вредных газов и паров, ведению сельского хозяйства в данном районе, организации отдыха людей, приводит к повреждению архитектурных сооружений, памятников истории и культуры и т.д.

Под очисткой газового потока понимают отделение от него или превращения в безвредную форму загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу вместе с газовым потоком. Воздушными массами загрязнения могут переноситься на большие расстояния и существенно влиять на состояние атмосферы и здоровья человека.

Цель данной работы — рассмотреть и изучить абсорбционные методы очистки отходящих газов.

1 Теоретические основы абсорбции

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями.

Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем, вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем (поглотителем или абсорбентом), вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т.е. поглощаемый компонент, называют абсорбтивом, поглощаемое вещество в объеме поглотителя — абсорбатом. Абсорбат удерживаются в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, вследствие растворения или химической реакции.

Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией. При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, при этом молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие.

Иногда растворяющийся газ вступает в химическую реакцию непосредственно с самим растворителем. Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией (хемосорбция). При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.

Абсорбция представляет процесс химической технологии, включающей массоперенос между газообразным компонентом и жидким растворителем, осуществляемый в аппарате для контактирования газа с жидкостью. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, называют абсорберы. Абсорбция — наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности.

Абсорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых соединений, органических веществ (фенола, формальдегида и др.).

Рис. 1. Схема абсорбционной установки: 1 — вентилятор (газодувка); 2-абсорбер; 3-брызгоотбойник; 4,6-оросители; 5-холодильник; 7-десорбер; 8-куб десорбера; 9,13-ёмкость для абсорбента; 10,12-насосы; 11-теплообменникрекуператор

Абсорбционная система может быть простой, в которой жидкость применяется только один раз и удаляется из системы без отделения абсорбированного загрязнения. В другом варианте загрязнение отделяют от абсорбирующей жидкости, выделяя её в чистом виде. Затем абсорбент вновь подают на стадию абсорбции, снова регенерируют и возвращают в систему.

Регенерацию поглотителей проводят физическими методами: повышением температуры, снижением давления либо сочетанием указанных параметров.

2 Растворы газов в жидкостях

Растворение газа в жидкости называют абсорбцией газа жидкостью. По своей природе и свойствам растворы газов в жидкости ничем не отличаются от других жидких растворов.

Влияние давления при не слишком высоких его значениях достаточно хорошо выражается законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в растворителе прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.

Как правило, растворение газов в воде происходит с выделением тепла и с уменьшением объема, поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры их растворимость снижается. Это иллюстрируют данные (табл. 1.) по содержанию (в нормальных литрах) некоторых газов в 1 л воды при 760 мм рт. ст.:

Источник статьи: http://stud.wiki/manufacture/2c0a65635b2bc79b4c53a88421306c37_0.html

Разновидности аппаратов абсорбционного метода очистки газов

Сегодня в промышленности используют три типа подобных установок для газоочистки:

• распыливающие абсорберы,

• барботажные колонны,

• поверхностные абсорбционные устройства.

При изменении условий, некоторые разновидности абсорбер аппаратов способны функционировать в разных режимах. Пример: часто взаимозаменяемы пленочные и пенные установки.

Как работают распыливающие абсорберы

В подобных газопромывателях контакт фаз осуществляется на поверхности мелких капель жидкости. Различают следующие конструкционные типы:

• полые абсорбционные установки,
• скоростные прямоточные аппараты,
• механические газопромыватели.

Реагент распыляется в объеме газа встроенными орошателями, турбулентными силами газовоздушного потока или механическими разбрызгивателями.

Полые распыливающие абсорберы

Эти абсорбционные установки представляют собой колонны или камеры. Очищаемый воздушный поток подводится через патрубок в нижней части аппарата и, поднимаясь, встречается с распыленной форсунками жидкостью.

Слабая сторона распыливающих абсорберов этого типа – сравнительно невысокая эффективность. Объясняется этот недостаток тем фактом, что с удалением от распыляющих устройств, уровень абсорбции быстро снижается. Падение эффективности обусловлено тем обстоятельством, что капли распыленного реагента быстро теряют скорость и сливаются между собой. В результате площадь межфазного контакта уменьшается. Для нивелирования этого явления оросители устанавливаются в несколько уровней.

К прочим недостаткам относятся: относительно высокий расход энергии, требовательность к чистоте распыляемого реагента, большой расход жидкости. Чтобы уменьшить степень каплеуноса, скорость газовоздушного потока ограничивается – это сужает область применения.

Преимущества полых распыливающих абсорберов – простая конструкция, низкое гидравлическое сопротивление, возможность очистки газовоздушного потока с высоким начальным уровнем загрязнения. Также к достоинствам можно отнести простоту обслуживания и ремонта.

Скоростные прямоточные абсорбционные установки

Наиболее распространенный представитель этой группы распыливающих абсорберов – скруббер Вентури. В этих аппаратах жидкий абсорбент подхватывается газовоздушным потоком, имеющим высокую скорость. Капли реагента дробятся завихрениями, возникающими в результате действия турбулентности.

Подобная конструкционная схема абсорбционной установки позволяет добиваться степени очистки до 99.9%. Высокая эффективность достигается за счет большой поверхности контакта фаз, активного перемешивания и протяженного времени взаимодействия сред.

Единственный недостаток данного типа распыливающих абсорберов – ограничение по очистке газов, содержащих абразивную пыль. Высокая скорость потока разгоняет пылевые частицы, что усиливает их деструктивное воздействие на внутренние поверхности элементов скрубберов.

Механические распыливающие абсорберы

Это установки различной конструкции, в которых распыление промывающего реагента выполняется вращающимися деталями. Данный метод абсорбционной очистки отходящих газов позволяет создавать компактные и высокоэффективные машины. Единственный минус – сложность производства.

Принцип действия барботажных абсорбционных установок

В данных агрегатах, использующих абсорбционный метод очистки газов, поверхность межфазного взаимодействия развивается в результате движения газовых пузырьков по жидкости. В результате взаимодействия сред образуется пена, что дало второе название оборудованию этого типа.

Различают четыре основных вида конструкции пенных абсорбер аппаратов:

• установки со сплошным барботажным слоем,
• газопромыватели тарельчатого типа,
• скрубберы с подвижной насадкой,
• промыватели с механическим перемешиванием жидкого абсорбента.

Толщина образующегося слоя пены зависит от объемов подаваемого газа и жидкого реагента.

Как работают поверхностные абсорберы

В данных абсорбционных установках межфазный контакт происходит на поверхности промывающего реагента. Это или зеркало спокойной жидкости, или стекающая пленка жидкого вещества. В данных абсорберах площадь контакта сильно зависит от размера установки и ее конструкционных элементов.

Различают три основных типа этих аппаратов для абсорбционного метода очистки отходящих газов:

• с горизонтальным зеркалом жидкости,
• пленочные газопромыватели,
• промыватели со стационарно зафиксированной насадкой.

Достоинства оборудования этого типа: простая конструкция, низкое гидравлическое сопротивление, возможность очищать газы с высоким начальным уровнем загрязнения. Также к сильным сторонам специалисты относят простоту обслуживания и ремонта.

Недостатки поверхностных абсорбционных установок: относительно низкая эффективность, большие габариты.

Предложение профессионалов – гарантия качества оборудования

При заказе газоочистного оборудования для промышленного предприятия главное – соблюсти баланс между стоимостью и рабочими характеристиками. Как добиться оптимального соотношения этих параметров? Заказать услугу подбора и изготовления газоочистки профессионалам.

ООО «Приволжский Завод Газоочистного Оборудования» предлагает абсорбционные установки собственного производства по доступной цене. Вам достаточно сделать заявку, описав задачу и предполагаемый бюджет. Наши специалисты помогут составить ТЗ и предложат оптимальный вариант решения для очистки выбросов вашего предприятия.

Источник статьи: http://gas-cleaning.ru/article/absorbcionnaya-ustanovka-obshchie-svedeniya

Краткая теоретическая основа абсорбционной очистки газов

Описываемый процесс делится на физическую и химическую абсорбцию. В первом случае улов газов происходит без протекания химической реакции, во втором случае с ее протеканием в слое поглотителя.

Физическая абсорбция чаще всего является обратимым процессом. Для сокращения расходов на абсорбенты при обратимых реакциях применяют абсорбционно-десорбционные установки. В десорберах происходит регенерация улавливающей жидкости, т.е. выделение из нее поглощенного компонента.

Если для сорбции требуется высокое давление и низкая температура, то для обратного течения процесса (десорбции) необходимы высокая температура и низкое давление.

При этом осуществлять процессы регенерации абсорбента целесообразно далеко не всегда. К данным случаям можно отнести отделение отходящих газов в абсорбере от SO₃ для получения раствора H₂SO₄ или абсорбционную очистку газов от выбросов NO_x для выработки HNO₃.

Одним из важных моментов при очистке воздуха в аппаратах-абсорберах является правильный подбор улавливающей жидкости. Абсорбент выбирают по следующим критериям:

Зависимость поглотительной способности от изменения термо-барометрических характеристик.

Селективность к выбранному веществу.

Принцип работы абсорбционной установки

Скруббер — абсорбер это устройство, работа которого основана на поглощении вредоносных и нежелательных примесей из газа жидкостью. Принцип работы основан на последовательном промывании газов жидким поглотителем и переводом загрязняющих компонентов в жидкую фазу.

Для каждого производства и, соответственно, типа загрязнений применяется своя технология очистки. Зачастую производственные линии включают несколько очистных устройств, подсоединенных последовательно. При наличии пыли в газовоздушном потоке, абсорбционная установка комплексной очистки газа состоит из нескольких ступеней:

Пылеулавливания. Основная цель — полностью удалить механические примеси из потока газа. На данной ступени могут применять скрубберы Вентури, скрубберы с подвижной насадкой, рукавные фильтры, электрофильтры.

Химическая очистка от газовых примесей. Количество и последовательность ступеней химической очистки может варьироваться в зависимости от требований производства.

Схема абсорбционной установки

Описание технологической схемы абсорбционной установки, приведенное далее, относится к одному из типов очистных установок с неподвижной насадкой. Но общий принцип работы схож для всех категорий очистных аппаратов.

Схема аппарата мокрой очистки газов.

1 — насадочный слой, 2 — подача абсорбента.

Нагнетаемый химическим насосом в систему абсорбент преобразуется в мелкодисперсный туман при помощи форсунок.

Производится орошение насадки и стенок рабочей камеры абсорбера. Секций с насадками может быть несколько.

Снизу нагнетается загрязненный газ.

Газ, проходя на противотоке с жидкостью, вступает в реакцию с реагентом на поверхности насадочных тел.

Очищенный газ, проходя каплеуловитель выбрасывается в атмосферу, либо перенаправляется для повторной очистки.

Отработанная жидкость идет на переработку, либо применяется во вторичном производстве. Количество циклов зависит от степени активности реагента.

Типы абсорбентов

Наиболее используемый абсорбент для очищения воздуха — щелочной раствор. Также могут применяться кислоты, моноэтаноламин, водные растворы кислоты и марганца, сульфата железа и многие другие. Улавливание аммиака, например, производится обычной водой.

В процессе работы очистной установки важно отслеживать показатель насыщенности улавливающей жидкости, например, по показателю активности ионов водорода. В зависимости от него принимается решение о замене отработанной жидкости на новую.

Выбор абсорбента для очистки газов является важнейшим этапом разработки газоочистной системы.

Типы абсорберов

В зависимости от устройства, аппараты делятся на несколько категорий. Основными типами абсорберов мокрого типа являются:

Распыливающие полые абсорберы.

Подбор должен производиться на основании расчета и моделирования процесса. В зависимости от целевого назначения и качественного состава загрязнений меняется не только система очистки, но и очищающая жидкость.

Распыливающий полый абсорбер

Устройство представляет собой полую вертикальную цилиндрическую колонну, снизу которой подведен газоход. Вверху камеры установки расположены форсунки, распыляющие очищающую жидкость. Внутри абсорбера происходит контакт примесей газа с мелкодисперсными каплями реагента.

Схема полого форсуночного абсорбера.

Достоинства распыляющего абсорбера:

простота монтажа и эксплуатации;

неприхотливость в обслуживании;

Надежность, долговечность, неприхотливость обусловлена отсутствием механических узлов. Ломаться попросту нечему. А обслуживание сводится к периодической очистке нижней камеры и промывке форсунок.

Насадочный абсорбер

Абсорберы такого типа работают по схожему принципу. Отличие в том, что воздушный поток проходит сквозь секции с насадкой, разделенные решетками. Насадка — это твердые тела с большой площадью контакта.

Существует несколько типов насадочных элементов:

Высота каждого слоя насадки не должна быть больше 4-5 диаметров абсорбера. Это связано с тем, что абсорбент имеет тенденцию перетекать к стенкам аппарата (так называемый пристеночный эффект), что приводит к неэффективному распределению жидкости в насадочном слое. После каждого насадочного слоя следует устанавливать перераспределители жидкости.

Схема насадочного абсорбера.

1 — насадочный слой, 2 — опорная решетка, 3 — распределитель абсорбента, 4 — перераспределитель абсорбента.

Орошение производится таким образом, чтобы вся насадка была смочена. Взаимодействие газов с примесями происходит на поверхности насадочных тел, а отработанная жидкость стекает в нижнюю часть абсорбера, где собирается и направляется в циркуляционный бак, а оттуда на повторное использование.

Современные насадочные абсорберы способны уловить 99,9% примесей и не создают высокое сопротивление.

Пенный абсорбер

Установки данного типа проявили свою эффективность в процессах очистки промышленного воздуха от пыли, фтористых, аммиачных, серных и других токсичных компонентов. Скоростной пенный абсорбер может иметь в сечении окружность или прямоугольник. Достоинства установки следующие:

Полностью отсутствует брызгоунос.

Аппарат легко обслуживать.

Малые габаритные размеры;

Степень очистки — 98%.

Внутри рабочей камеры расположено одно или несколько контактных устройств, внешне напоминающих тарелку с перфорацией, на которой происходит контакт.

Схема пенного абсорбера.

Жидкость направляется в рабочую камеру насосом посредством циркуляционных труб. Результатом контакта абсорбента с газом является газо-жидкостная пена, образующаяся на масообменной тарелке, где и происходит очистка. Далее очищенный газ поступает в сепаратор, который отделяет от него капельную влагу, а чистый газ выбрасывается в атмосферу.

Минусом данного типа оборудования является то, что мелкие перфорации на масообменной тарелке склонны к зарастанию, что требует частой остановки для обслуживания.

Абсорбер Вентури

Внешне абсорбер Вентури это цилиндрическая колонна с сужающейся горловиной. Конструкция позволяет изменять скорость пропускаемого газа для увеличения степени фильтрации и расширения спектра рабочих параметров. Изменением сечения горловины обеспечивается:

Более эффективное удаление твердых взвешенных частиц и газовых компонентов при перепаде расхода газа.

Увеличение плотности орошения.

Увеличение контракта газовой фазы с абсорбентом.

Схема абсорбера Вентури.

1 — патрубок входа загрязненного газа, 2 — патрубок выхода очищенного газа, 3 — ороситель, 4 — конфузор, 5 — горловина, 6 — диффузор, 7 — каплеуловитель, 8 — вывод шлама.

Такие установки применяются в:

легкой и тяжелой промышленности;

производствах продуктов питания и т.д.

Эффективность абсорберов Вентури достигается благодаря дроблению потока жидкости на мелкие капли из-за разности скоростей воздуха и жидкости в горловине.

Для решения сложных задач на производствах устанавливают батареи, состоящие из нескольких абсорберов Вентури, подсоединенных последовательно. Количество установок и параметры каждой из них разрабатываются индивидуально для каждого производства.

Расчет абсорбера

Расчет абсорбера для очистки природного газа, производственного воздуха или для улавливания химических соединений производится проектными организациями или специалистами на завода-изготовителя. При этом нужно оценить производственные требования, сформулированные в техзадании. Требуется рассчитать множество параметров, среди которых ключевыми являются:

Масса веществ, применяемых в качестве поглотителя (абсорбента).

Движущая сила и коэффициент массопередачи.

Диаметр рабочей камеры.

Скорость воздушного потока.

Площадь активной поверхности элементов насадки.

Гидросопротивление фильтрационной системы.

Прочие параметры узлов и комплектующих.

Отдельные научные изыскания касаются выбора параметров насадки. Нужно учитывать конфигурация, массу, площадь поверхности, вызываемое сопротивление и прочие характеристики.

Расчет также предполагает определение оптимального состава абсорбента, написание регламента на оборот улавливающей жидкости: при каких концентрациях отработанный абсорбент сливать из системы, каким образом осуществлять водоподготовку и очистку стоков.

Надо помнить, что универсальных стандартных очистных устройств не существует. Абсорберы рассчитываются индивидуально для каждой отдельно взятой производственной линии. При создании оборудования важно учитывать множество требований, аспектов и нюансов. Только так можно добиться оптимальных результатов по эффективности, экономии, целесообразности.

Если вам требуется помощь в выборе подходящего типа абсорбера и дальнейший его расчет, обращайтесь к нашим специалистам.

Источник статьи: http://gas-cleaning.ru/article/absorbcionnaya-ochistka-gazov-absorbery