Разработка установки по очистке воздуха от паров ацетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Российский государственный социальный университет

Кафедра «Социальной экологии и природопользования»

Курсовая работа

по предмету: Защита окружающей среды

на тему: Разработка установки по очистке воздуха от паров ацетона

Москва 2013

Содержание

Введение

1. Защита атмосферы от выбросов загрязняющих веществ

1.1 Методы очистки газов от газообразных примесей

1.2 Воздействие ацетона на организм человека и живые организмы

1.3 Техника безопасности при работе с ацетоном

1.4 Сравнительная характеристика и выбор основного оборудования

2. Расчет абсорбера

Заключение

Используемая литература

Приложение



Введение

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров (абсорбтивов) из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

В абсорбционном процессе участвуют две фазы -- жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую.

Актуальность данной темы весьма велика, она определяется тем, что:

- Эта тема необходима для нахождения оптимальных и эффективных способов подбора насадочных абсорберов, для их использования при различных условиях.

- Необходимо знать конструкции абсорберов, для их последующего расчета.

Основная цель данной работы:

рассмотреть конструкции и принцип действия насадочных абсорберов.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать литературу по данному вопросу;

- выбрать необходимый тип абсорбера;

- рассмотреть процессы, протекающие в абсорбере;

- рассчитать насадочный абсорбер.



1. Защита атмосферы от выбросов загрязняющих веществ

1.1 Методы очистки газов от газообразных примесей

Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:

1) абсорбция жидкостями;

2) адсорбция твердыми поглотителями ;

3) каталитическая очистка.

В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка -непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно.

Показатели абсорбционной очистки: степень очистки (КПД) и коэффициент массопередачи k зависят от растворимости газа в абсорбенте, технологического режима в реакторе (w, Т, р) и от других факторов, например от равновесия и скорости химических реакций при хемосорбции. В хемосорбционных процессах, где в жидкой фазе происходят химические реакции, коэффициент массопередачи увеличивается по сравнению с физической абсорбцией. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей.

Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующим показателям: 1) абсорбционная емкость, т. е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления; 2) селективность, характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их абсорбции; 3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др.

Очистная аппаратура аналогична уже рассмотренной аппаратуре мокрого улавливания аэрозолей. Наиболее распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивного гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа w_г = 0,02ё0,7 м/с. Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки.

Для очистки выбросов от газообразных и парообразных примесей применяют и интенсивную массообменную аппаратуру -- пенные аппараты, безнасадочный форсуночный абсорбер, скруббер Вентури, работающие при более высоких скоростях газа. Пенные абсорберы работают при w_г = 1ё4 м/с и обеспечивают сравнительно высокую скорость абсорбционно-десорбционных процессов; их габариты в несколько раз меньше, чем насадочных скрубберов. При достаточном числе ступеней очистки (многополочный пенный аппарат) достигаются высокие показатели глубины очистки: для некоторых процессов до 99,9%. Особенно перспективны для очистки газов от аэрозолей и вредных газообразных примесей пенные аппараты со стабилизатором пенного слоя. Они сравнительно просты по конструкции и работают в режиме высокой турбулентности при линейной скорости газа до 4-5 м/с.

Примером безотходной абсорбционно-десорбционной циклической схемы может служить поглощение диоксида углерода из отходящих газов растворами моноэтаноламина с последующей регенерацией поглотителя при десорбции СОа.

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей -- разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

Адсорбционные методы основаны на избирательном извлечении из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов -- твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью S_уд (S_уд -- отношение поверхности к массе, м²/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, -- это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам -- высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации.

Адсорбцию газовых примесей обычно ведут в полочных реакторах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках реактора. Когда необходим теплообмен (например, требуется получить при регенерации десорбат в концентрированном виде), используют адсорберы с встроенными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых теплообменников; адсорбент засыпан в трубки, а в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель.

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие -- на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы.

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок -- периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов, т. е. на закономерностях гетерогенного. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Трудно провести границу между адсорбционными и каталитическими методами газоочистки, так как такие традиционные адсорбенты, как активированный уголь, цеолиты, служат активными катализаторами для многих химических реакций. Очистку газов на адсорбентах-катализаторах называют адсорбционно-каталитической. Этот прием очистки выхлопных газов весьма перспективен ввиду высокой эффективности очистки от примесей и возможности очищать большие объемы газов, содержащих малые доли примесей (например, 0,1--0,2 в объемных долях SO₂). Но методы утилизации соединений, полученных при катализе, иные, чем в адсорбционных процессах.

Адсорбционно-каталитические методы применяют для очистки промышленных выбросов от диоксида серы, сероводорода и серо-органических соединений. Катализатором окисления диоксида серы в триоксид и сероводорода в серу служат модифицированный добавками активированный уголь и другие углеродные сорбенты. В присутствии паров воды на поверхности угля в результате окисления SO₂ образуется серная кислота, концентрация которой в адсорбенте составляет в зависимости от количества водяного пара при регенерации угля от 15 до 70%.

Активаторами этой каталитической реакции служат водяной пар и аммиак, добавляемый к очищаемому газу в количестве ~0,2г/м³. Активность катализатора снижается по мере заполнения его пор серой и когда масса S достигает 70--80% от массы угля, катализатор регенерируют промывкой раствором (NH₄)₂S. Промывной раствор полисульфида аммония разлагают острым паром с получением жидкой серы.

Представляет большой интерес очистка дымовых газов ТЭЦ или других отходящих газов, содержащих SO₂ (концентрацией 1-2% SO₂), во взвешенном слое высокопрочного активного угля с получением в качестве товарного продукта серной кислоты и серы.

Другим примером адсорбционно-каталитического метода может служить очистка газов от сероводорода окислением на активном угле или на цеолитах во взвешенном слое адсорбента-катализатора.

Широко распространен способ каталитического окисления токсичных органических соединений и оксида углерода в составе отходящих газов с применением активных катализаторов, не требующих высокой температуры зажигания, например металлов группы платины, нанесенных на носители.

В промышленности применяют также каталитическое восстановление и гидрирование токсичных примесей в выхлопных газах. На селективных катализаторах гидрируют СО до CH₄ и Н₂О, оксиды азота -- до N₂ и Н₂О etc. Применяют восстановление оксидов азота в элементарный азот на палладиевом или платиновом катализаторах.

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток многих процессов каталитической очистки -- образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод -- факельное сжигание -- возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750--900 °С и теплоту горения примесей можно утилизировать.

Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные методы, а для доочистки -- адсорбционные или каталитические.

1.2 Воздействие ацетона на организм человека и живые организмы

Ацетон - летучая бесцветная жидкость с характерным запахом. Ацетон - широко применяемый растворитель органических веществ, в первую очередь нитратов и ацетатов целлюлозы; благодаря сравнительно малой токсичности он используется в пищевой и фармацевтической промышленности; ацетон служит также сырьем для синтеза уксусного аксидрида, котена, диацетонового спирта, окиси мезитила, метилизобутилкетона и др.

Ацетон при вдыхании накапливается в организме. Так как выводится из организма медленно, возможны хронические отравления. ПДК 200 мг/м3.

Пары бензина, при больших концентрациях (К=2,1) способны вызывать мгновенное, острое или смертельное отравление, а пары ацетона (К=400) не могут вызывать мгновенного, тем более, смертельного отравления. Так как пары бензина насыщают кровь очень быстро, а пары ацетона - медленно, и при вдыхании ацетона по появляющимся симптомам можно предупредить возможное острое отравление, удалив человека из загрязненной атмосферы.

Ацетон сравнительно мало токсичен. Нелсон и др. нашли, что максимально допустимая концентрация ацетона в воздухе при 8-часовом воздействии составляет 0,02%. Дринкер и Кук считают, что максимально допустимая концентрация ацетона равна 0,05-0,25%. Смит и Майерс приводят случаи острого отравления парами смеси ацетона и бутанона при концентрациях порядка 0,1%. Неопубликованные исследования Штернера, Оглезби и Фассета показали, что из всех растворителей, применяемых в промышленности, ацетон является одним из наименее токсичных и в этом отношении вполне сравним с этиловым спиртом. В настоящее время максимально допустимой концентрацией принято считать 0,1%. Пребывание в течение короткого времени в атмосфере, в которой концентрация ацетона намного превышает указанную, не причиняет вреда.

Пределы воспламенения в воздухе 2,55-12,8 об.%.

Ацетон является естественным метаболитом организма человека и животных. Он входит в триаду соединений (бета-оксибутират, ацетоацетат и ацетон), обозначаемых, как кетоновые тела. Ацетон образуется путем неферментативного декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты.

В нормальных условиях содержание ацетона в сыворотке крови человека обычно не превышает 6 мг/л (0,1 ммоль/л). Трехдневное голодание приводит к увеличению концентрации ацетона в сыворотке у лиц с ожирением до 17 мг/л, а у здоровых людей, не страдающих ожирением до 44 мг/л

В условиях дефицита глюкозы (голодание) или при снижении ее биодоступности (сахарный диабет), содержание кетоновых тел в крови может возрастать в десятки раз. При этом они действуют и как часть регуляторного механизма с обратной связью, блокируя чрезмерную мобилизацию жирных кислот из жировой ткани и ослабляя тем самым токсическое действие последних.

Токсичность ацетона, поступающего в организм извне хорошо изучена. Острая токсичность ацетона (LD50), поступающего через желудок составляет по данным разных авторов для крыс - 5,8-9,8 г/кг, для мышей - 3,0-5,25 г./кг, для кроликов и собак - 3,8-8,0 г/кг. По этому показателю ацетон мало отличается от этанола.

Эффективная однократная действующая доза (EDmin) ацетона для человека, определяемая по его влиянию на нервную систему, почки и кровь при условии поступления через желудок, составляет 2,9 г/кг.

Доза, обладающая минимальным токсическим действием (ПДхр.), определяемая на крысах при условии внутрижелудочного введения ацетона на протяжении 6 мес. составляет 7 мг/кг.

Его предельно допустимая концентрация (ПДК) в воде общего пользования составляет 2,2 мг/л.

Токсическое действие ацетона связано с наркотическим влиянием на ЦНС, прижигающим действием на слизистую оболочку дыхательных путей и органов пищеварения, метаболическим ацидозом и негативным влиянием на развитие плода.

Смертельная доза для человека - более 100 мл.

Токсическая концентрация в крови 200 - 300 мг/л, смертельная - 550 мг/л

1.3 Техника безопасности при работе с ацетоном

Ацетон легковоспламеняющаяся жидкость, при контакте с перекисью натрия или хромовым ангидридом загорается со взрывом. Все работы с ацетоном должны проводиться в помещениях с использованием приточно-вытяжной вентиляции. Все оборудование, задействованное в технологических процессах (слива, налива, хранения) должно быть герметизировано. В производственных помещениях и хранилищах необходимо соблюдать правила защиты от статического электричества. Средства защиты органов дыхания при аварийных ситуациях, задействованных с техническим ацетоном - противогаз марки «А» или «БКФ». Для пожаротушения горящего ацетона используют порошковые огнетушители, песок, асбестовое одеяло, воду и пену.

Упаковка:

Технический ацетон заливают в специально выделенные для ацетона железнодорожные цистерны с верхним сливом или универсальным сливным прибором, автоцистерны, в бочки алюминиевые, стальные или оцинкованные, вместимостью от 100 до 275 дм3 , в стеклянные бутыли по ОСТ 6-09-185, вместимостью 10 и 20 дм3. Ацетон, предназначенный для розничной торговли, упаковывают в стеклянные бутыли и флаконы вместимостью 30, 50, 100, 500 и 1000 см3.

Транспортирование:

Ацетон транспортируют транспортом всех видов в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на транспорте данного вида. Воздушным транспортом перевозят только на грузовых судах с максимальным объемом нетто на одну упаковку 60 дм3. По железной дороге перевозят в бочках в крытых вагонах (повагонными или мелкими отправками). При транспортировании ацетона в бочках вместимостью 100 дм3 в крытых железнодорожных вагонах, речным и морским транспортом перевозку осуществляют пакетами в соответствии с правилами перевозки грузов. Ацетон в бутылях перевозят только автомобильным транспортом.

Хранение:

Технический ацетон хранят в стальных, алюминиевых, оцинкованных емкостях или бочках и в стеклянных бутылях в соответствии с правилами хранения огнеопасных веществ.

1.4 Сравнительная характеристика и выбор основного оборудования

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называются абсорберами.

При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Исходя из способа создания этой поверхности, абсорбционные аппараты можно подразделить на следующие группы [2]:

· Поверхностные и пленочные

· Насадочные

· Барботажные (тарельчатые)

· Распыливающие

Поверхностные и пленочные абсорберы

В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало неподвижной или медленно движущейся жидкости, или же поверхность текущей жидкой пленки.

Поверхностные абсорберы. Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов.

В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рис.1.). Так как поверхность соприкосновение 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, либо помещают абсорберы в сосуды с проточной водой.

Рис.1. Поверхностный абсорбер

Более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер (рис. 2.), состоящий из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой.

Необходимый уровень жидкости в каждом элементе 1 такого аппарата поддерживается с помощью порога 2.

Рис.2. Оросительный абсорбер

1 - элемент абсорбера; 2 - сливные пороги.

Пластинчатый абсорбер (рис. 3.) состоит из двух систем каналов: по каналам 1 большого сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам 2 меньшего сечения -- охлаждающий агент (как правило, вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливаются из графита, так как он является химически стойким материалом, хорошо проводящим тепло.



Рис.3. Пластинчатый асорбер

1 - каналы для прохождения газа и абсорбента;

2 - каналы для протекания охлаждающего агента.

Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение вследствие их малой эффективности и громоздкости.

Пленочные абсорберы.

Эти аппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоско-параллелыюй или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.

Трубчатый абсорбер (рис. 4.) 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.

В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства.

Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.



Рис.4. Трубчатый абсорбер

1 - трубная решетка; 2 - трубы.

Абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы и др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон. ацетон абсорбер газовый воздух

Абсорбер с восходящим движением пленки (рис. 5) состоит из труб закрепленных в трубных решетках 2. Газ из камеры 3 проходит через патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1. Абсорбент поступает в трубы через щели 5. Движущийся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизу вверх), т. е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа, состоящие из двух или более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В аппаратах с восходящим движением пленки вследствие больших скоростей газового потока (до 30-- 40 м/сек) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико.

Рис.5. Абсорбер с восходящим движением жидкой пленки

1 - трубы; 2 - трубная решетка; 3 - камера;

4 - патрубок для подачи газа; 5 - щель для подачи абсорбента.

Насадочные абсорберы

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки и т. д.).

Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость.

Поверхность насадки в единице объема аппарата может быть довольно большой и поэтому в сравнительно небольших объемах можно создать значительные поверхности массопередачи.



Рис.6. Насадочный абсорбер

а - со сплошной загрузкой насадки; б - с послойной загрузкой насадки; 1 - поддерживающие решетки; 2 - насадка; 3 - устройство для распределения жидкости; 4 - перераспределитель; 5 - желоб; 6 - патрубок.

Течение жидкости по насадке носит в основном пленочный характер, вследствие чего насадочные абсорберы можно рассматривать как разновидность пленочных. В то же время между насадочными и пленочными абсорберами, в том числе абсорберами с листовой насадкой, имеются различия. В пленочных абсорберах пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, тогда как в насадочном -- лишь по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. Некоторая часть жидкости при этом проваливается в виде капель через расположенные ниже слои насадки.

При определенных условиях пленочное течение жидкости в насадочных абсорберах нарушается, и контакт между газом и жидкостью осуществляется в режиме барботажа.

Насадочный абсорбер (рис. 6.) состоит из колонны, в которой помещена поддерживающая решетка 1; на этой решетке уложен слой насадки 2. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства 3. В показанном на рис. 6., а абсорбере насадка уложена сплошным слоем по всей высоте. Иногда насадку укладывают несколькими слоями, устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки (рис. 6.,б). В некоторых случаях при послойной укладке насадки между отдельными 4 для перераспределения жидкости.

Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком. Прямоток (нисходящий) применяют довольно редко. Однако в последнее время большое внимание уделяют созданию прямоточных насадочных абсорберов, работающих с большими скоростями газа (до 10 м/с). При таких скоростях, которые в случае противотока недостижимы из-за наступления захлебывания, интенсифицируется процесс и уменьшаются габариты аппарата; гидравлическое сопротивление при прямотоке значительно ниже, чем при противотоке.

Недостаток насадочных абсорберов -- трудность отвода тепла в процессе абсорбции. Обычно применяют циркуляционный отвод тепла, используя выносные холодильники. Предложенные конструкции абсорберов с внутренним отводом тепла при помощи помещенных в насадку охлаждающих элементов не получили распространения.

В настоящее время, когда безотходная технология находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы имеют большие объемы.

На основании литературного обзора была выбрана абсорбционная колонна насадочного типа, т.к. такие аппараты по сравнению с другими типами абсорберов менее громоздки, имеют простую конструкцию, могут использоваться при работе с агрессивными средами, имеют низкое гидравлическое сопротивление.



2. Расчет абсорбера

Для очистки воздуха от паров ацетона рассчитаем насадочный абсорбер, заполненный керамическими кольцами, размером 25х25х3 мм. Абсорбент - вода.

Исходные данные:

Расход воды, L = 2800 кг/ч

Расход воздуха, Q = 1200 м³/ч

Начальная концентрация ацетона в воздухе, y_н = 4%

Степень поглощения, Cn = 0,96

Средняя температура в абсорбере, T = 293 K

Коэффициент массопередачи,

Ky = 0,4

Коэффициент смоченности насадки, ш = 1

Уравнение линии равновесия, Y* = 1,68x

Для очистки воздуха от паров ацетона разработана абсорбционная установка производительностью 1200 м³/ч, при требуемой поверхности массопередачи 765 м² диаметр насадочного абсорбера состовляет 0,64 м; высота насадки (керамические кольца 25х25х3 мм) - 11,75 м.



Заключение

Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, малая насыпная плотность и низкая стоимость.

Основные достоинства насадочных колонн является простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление. Недостатки: трудность отвода тепла и плохая смачиваемость насадки при низких плотностях орошения. Отвод тепла из этих аппаратов и улучшение смачиваемости достигаются путем рециркуляции абсорбента, что усложняет и удорожает абсорбционную установку. Для проведения одного и того же процесса требуются насадочные колонны обычно большего объема, чем барботажные.

Насадочные колонны малопригодны при работе с загрязненными жидкостями. Для таких жидкостей в последнее время стали применять абсорберы с «плавающей» насадкой. В этих абсорберах в качестве насадки используют главным образом легкие полые или сплошные пластмассовые шары, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние.

В результате технологического расчета основного аппарата были получены следующие значения:

1) диаметр абсорбера 640 мм;

2) высота слоя насадки 11,75 м;

3) производительность 1200 м³/ч

Таким образом, поставленная в курсовом проекте цель выполнена.



Используемая литература

1. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / под ред. В.П. Панова.- М.: Издательский центр «Академия», 2008.- 320 с.

2. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб. пособие / А.Г. Ветошкин.- М.: Высш.шк., 2008.- 397 с.

3. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2006. - 168 с.

4. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов. Учебное пособие по проектированию. - Пенза: Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2003. - 189 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд. доп. и переработ.- М.:Химия, 1991.- 496 с.

6. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для ВУЗов. Изд. 2. В 2 кн.- М.: Химия, 1995.

7. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник / А.С. Тимонин; 2-е изд. доп. и переработ. - Калуга: Издательство И. Бочкаревой, 2002.- 1007 с.

8. Экологические требования к установкам очистки газов: методическое пособие / Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ.- СПб, 1996.- с.

9. Оборудование и сооружения для защиты биосферы от промышленных выбросов: учеб. пособие / А.И. Родионов, Ю.П. Кузнецов, В.В. Зенков, Г.С. Соловьев. -- М.: Химия, 1985.- с.

10. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учебник / под ред. В. И. Ксензснко. -- М. : Химия, 2001 (Изд. 2-е, стереотип. -- М. : КолоС, 2003.)

11. Охрана окружающей среды: учеб. пособие для студентов вузов / С. В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. школа, 1991.- 319 с.

12. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики/: Учебник для студентов технических и технологических специальностей. 3-е изд., перераб. и доп. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 200.- 800 с., ил, табл. С. 14-15.

13. Токсикологическая химия: Учебник для вузов / Под ред. Т.В. Плетеневой.- М.: ГЭОТАР-Медиа,2005. - 512 с. С. 331.

14. Трифонов К.И., Девисилов В.А. Физико-химические процессы в техносфере: Учебник. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2007. - 240 с.: ил. - (Высшее образование).

15. Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии, книга вторая, М., Химия, 1981. - 460 с.

16. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии»; изд. «Химия», М., 1971. - 190 с.

17. Рамм В.М. Абсорбция газов. Изд. 2-е, переработ. И доп. М., «Химия», 1976. - 486 с.

18. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1-2. М. - Л.: Наука. 1966. - 640 + 786 с.

19. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

20. Александров А.И. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Изд. 3-е. М.: Химия, 1978. - 280с.



Приложение 1

Схема насадочного абсорбера

а - со сплошным слоем насадки; б - с секционной загрузкой насадки:

1 - корпус; 2 - распределитель жидкости; 3 - насадка; 4 -опорные решетки; 5 - перераспределитель жидкости; 6 - гидравлические затворы; в - эмульга-ционная насадочная колонна: 1 - насадка; 2 - сетка, фиксирующая насадку; 3 - гидравлический затвор; 4 - опорная решетка; 5 - распределитель газа.

Размещено на Allbest.ru

...