Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

Кафедра: «Природопользование и защита окружающей среды»

Реферат

По дисциплине «Теоретические основы комплексной защиты окружающей среды»

На тему «Область применения процессов сорбции в технологиях защиты окружающей среды, аппараты их реализации»

Выполнил: студент группы БЗС31

Десятов А.И.

Проверил: Беляева Н.П.

Тамбов 2015



Содержание

Введение

1. Сущность процесса сорбции

2. Область применения процессов сорбции

2.1 Адсорбция

2.2 Абсорбция

3. Аппараты процессов сорбции

3.1 Адсорбция

3.2 Абсорбция

Заключение

Список литературы



Введение

Любое промышленное предприятие нуждается в процессах очистки своих выбросов, кроме того в промышленности приходится осуществлять разделение растворов на составляющие компоненты, а так же осуществлять процессы разделения паровых и газовых смесей.

И для этих действий на промышленных предприятиях чаще всего приходится использовать процессы сорбции. В данной работе мы рассмотрим процесс сорбции, его области применения в технологиях защиты окружающей среды, а так же рассмотрим аппараты реализации этих процессов.



1. Сущность процесса сорбции

Сорбция (от латинского «sorbeo» -- «поглощаю») -- это процесс поглощения твёрдым телом или жидкостью различных загрязняющих веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (или сорбтивом), поглощающее твёрдое тело, жидкость -- сорбентом. Сорбционные процессы по характеру поглощения сорбата делятся на два типа: адсорбцию -- это концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию -- это объёмное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента.

В свою очередь, различают два типа адсорбции -- физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Физическая адсорбция слабо специфична, обратима и её тепловой эффект невелик (единицы кДж/моль). Хемосорбция избирательна, обычно необратима и её теплота составляет от десятков до сотен (хемосорбция кислорода на металлах) кДж/моль.



2. Область применения процессов сорбции

Область применения сорбционных процессов весьма широки и многочисленны. Эти процессы применяются не только для поглощения, очистки, разделения веществ, но и в целом ряде других специфических случаев. Сорбция это один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий нефтехимической промышленности. В качестве сорбентов применяют различные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость этих углей составляет 50-80%, а удельная площадь поверхности 500-900 м2/г.

В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему размеру подразделяются на три вида: макропоры размером 0,1-2 мкм, переходные размером 0,005-0,1 мкм, микропоры - менее 0,005 мкм. В зависимости от области применения метода сорбционной очистки, места расположения адсорберов в общем комплексе очистных сооружений, состава сточных вод, вида и крупности сорбента и др. назначают ту или иную схему сорбционной очистки и тип адсорбера. Так, перед сооружениями биологической очистки применяют насыпные фильтры с диаметром зерен сорбента 2 -5 мм. или адсорбер с псевдоожиженным слоем сорбента с диаметром зерен 0,5 - 1 мм. При глубокой очистке производственных сточных вод и возврате их в систему оборотного водоснабжения применяют аппараты с мешалкой и намывные фильтры с крупностью зерен сорбента 0,1 мм и менее.

Наиболее простейшим представляется насыпной фильтр, это колонна с неподвижным слоем сорбента, через который проходит и фильтруется сточная вода. Скорость фильтрования прежде всего зависит от количества и концентрации растворенных в сточных водах веществ и составляет 1 -6 м/ч; крупность зерен сорбента - 1,5-5 мм. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости - снизу вверх, так как в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента вместе со сточной водой.

В колонне слой зерен сорбента укладывают не бес провальную решетку с отверстиями диаметром 5-10 мм и шагом 10-20 мм, на которые укладывают поддерживающий слой мелкого щебня и крупного гравия высотой 400-500 мм, предохраняющий зерна сорбента от проваливания в пред решеточное пространство и обеспечивающий равномерное распределение потока жидкости по всему сечению. Сверху слой сорбента для предотвращения выноса закрывают сначала слоем гравия, затем слоем щебня и покрывают решеткой (т.е. в обратном порядке).

2.1 Адсорбция

Под адсорбцией понимают процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом - адсорбентом. Поглощаемое вещество носит название адсорбата или адсорбтива. Процессы адсорбции избирательны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости становится - возможным выделение поглощенных веществ из адсорбента или проведения десорбции. Механизм процесса адсорбции отличается от механизма процесса абсорбции, вследствие того, что извлечение веществ осуществляется твердым поглотителем. Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении смесей газов или паров; в частности при извлечении летучих растворителей из их смеси с воздухом или другими газами. Значение адсорбционных процессов сильно возросло за последнее время вследствие расширения потребности в веществах высокой чистоты.

Адсорбенты, которые будут применены в промышленных условиях, должны удовлетворять нижеперечисленным следующим требованиям:

-избирательность (или селективность);

- обладать максимальной адсорбционной емкостью;

- обладать достаточной стабильностью и прочностью гранул адсорбента;

- обладать химической;

-экономичность т.е. иметь малую затратную цену.

На промышленных предприятиях адсорбенты используются в виде гранул размером 2-7 мм либо в порошкообразном состоянии с размером частиц 50-200 мкм.

В качестве адсорбентов широко применяются активные угли, которые получают при сухой перегонке углесодержащих веществ, таких, как дерево, торф, кости и др. Активирование проводят в основном прокаливанием углей при температурах свыше 9000C, перед обугливанием вводят активирующие добавки (растворы хлористого цинка, кислот, щелочей и др.).

В ряде случаев одновременно с обесцвечиванием происходит удаление запаха, привкуса, коллоидных и других примесей. Удельная площадь поверхности активированных углей составляет 700-1900 м2/г.

Активированные угли применяются также для очистки промышленных газовых выбросов.

Силикагели представляют продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты. Их получают обработкой раствора силиката натрия минеральными кислотами или растворами их солей. Удельная площадь поверхности силикагелей составляет 500-800 м2/г. Силикагели используются для осушки воздуха, осветления пива и фруктовых соков.

Цеолиты - водные алюмосиликаты природного или синтетического происхождения. Размер пор синтетических цеолитов соизмерим с размерами сорбируемых молекул, поэтому они могут адсорбировать молекулы, проникающие в поры. Такие цеолиты называют молекулярными ситами. Цеолиты некоторых марок используются для концентрирования соков. Цеолиты характеризуются высокой поглотительной способностью и применяются для осушки газов и жидкостей.

Глины и другие природные глинистые адсорбенты - бентонитовые глины и отбеливающие глины гумбрин, асканит и др. -являются высокодисперсными системами со сложным химическим составом. Наиболее распространенным методом активации природных глин является обработка их минеральными кислотами. При этом удаляются оксиды кальция, магния, железа, алюминия и других металлов, происходит образование дополнительных пор. Удельная площадь поверхности глин составляет от 20 до 100 м2/г. Глинистые материалы применяются в основном для очистки различных жидких сред от примесей, например, окрашенных веществ, в результате чего продукт обесцвечивается. Поэтому природные глинистые адсорбенты иногда называют "отбеливающая земля". Глинистые адсорбенты используются в пищевой промышленности для осветления вин, пива, фруктовых соков, рафинирования растительных масел, воды и для других целей.

Сорбционная очистка воды -это физико-химические процессы поглощения твердыми сорбентами примесей (молекул, ионов) из воды. Сорбционный процесс самопроизвольный, имеет обратимый характер. При сорбции происходит поглощение и концентрирование веществ из раствора на поверхности и в порах сорбента. Движущей силой этого процесса является разность химических потенциалов вещества в свободном и адсорбированных состояниях. В реальных условиях контакт сорбента и очищаемой виды кроме адсорбции сопровождается адгезией и коалесценцией примесей на сорбенте, а иногда и частичной деструкцией сорбата. Сорбционная очистка воды используется для извлечения из природны, сточных и оборотных вод различных загрязнителей , как правило для дальнейшего использования воды. К таким загрязнителям относятся фенолы, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), соединения хрома, меди, и многого другого).

Сорбция как процесс перемещения вещества в пространстве зависит от соотношения размеров адсорбируемых молекул и пор сорбента. Существуют их оптимальные соотношения. Вследствие совместного влияния диффузионных и экзотермических процессов конкретный сорбционный процесс имеет оптимальную температуру осуществления (часто 20-50°С) либо интенсифицируется с понижением температуры. Сорбируемость веществ и равновесная сорбционная емкость сорбента повышаются с ростом конечной (остаточной) концентрации примеси в воде, и в большинстве случаев эта зависимость носит пропорциональный характер.

Сорбционная очистка воды осуществляется либо в режиме фильтрации через гранулированный сорбент, либо при контакте воды и порошкообразного сорбента с перемешиванием (10--20 минут). В качестве фильтров применяют различные металлические и железобетонные механические фильтры из антикоррозийного покрытия с высотой загрузки сорбента 1,0--2 метров и скоростью фильтрации 4--7 м/ч. По мере роста гидравлического сопротивления фильтры промываются водой (примерно от 10 до15 минут, с интенсивностью в 5--8 литров без подачи воздуха). Вследствие низкой прочности и высокой стоимости сорбентов целесообразна минимизация числа их промывок путем осветления воды перед подачей ее на сорбцию. Срок службы (время защитного действия) и, следовательно, общие расходы сорбентов на очистку воды снижаются при предварительных выделений из воды высокомолекулярных примесей (смол, белков) и пред озонировании воды дозами 3--5(10) мг/л. Отработанный сорбент, исчерпавший сорбционные свойства, регенерируется непосредственно в адсорбере или в специальных реакторах или печах. Поэтому адсорберы оборудуют системой гидро перегрузки сорбента (эжекторы и резинотканевые трубы % - 50 мм, со скоростью транспортировки сорбента типа ГАУ7--12 м/ч).

Эффективность сорбционной очистки воды зависит в основном от выбора сорбента: для сорбции моно загрязнений (финол, толуол, др.) -- микропористые активные угли марок АРМ, КАД-1, АА; при доочистке вод от смесей органических веществ -- сорбенты с полидисперстной пористой структурой марок ДАУ, АГ-3, АБД; при извлечении полярных органических веществ и соединений тяжелых металлов -- углеминеральные сорбенты и высокозольные активированные угли -- АБД, ЛАУ.

На явлении адсорбции основаны многие способы очистки воздуха от вредных примесей, воды, а также сахарных сиропов при сахароварении, фруктовых соков и других жидкостей в пищевой промышленности, отработанных смазочных масел. Удаление влаги как вредной примеси из газов и жидкостей с помощью твердых адсорбентов - одна из важных отраслей адсорбционной техники.

На адсорбционных процессах основано тонкое разделение смесей веществ и выделение из сложных смесей определенных компонентов. Примеры - разделение изомеров алканов с целью получения нормальных углеводородов для производства ПАВ, разделение нефти при производстве моторных топлив. Для газовых смесей адсорбирующие методы разделения используют при получении воздуха, обогащенного кислородом (вплоть до почти чистого О2); во многих случаях эти методы успешно конкурируют с ректификационным.

Быстро развивающаяся область применения адсорбирующей техники - медицина, где она служит для извлечения вредных веществ из крови (метод гемосорбции) и других физиологических жидкостей. Высокие требования к стерильности ставят очень трудную задачу подбора подходящих адсорбентов. К ним относятся специально приготовленные активные угли.

Адсорбционный метод очистки используют для тщательной очистки сточных вод от веществ органического происхождения. Адсорбцию используют для очистки воды от фенолов, гербицидов, пестицидов,соединений, ПАВ, красителей. Достоинствами метода является довольна высокая эффективность, обладание возможностью очистки воды, содержащей несколько веществ, а также для дальнейшего использования этих веществ . сорбция пора адсорбент промышленный

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Адсорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки ( 70-90%), особенно слабо концентрированных сточных вод.

Адсорбция растворенных веществ - результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого адсорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности адсорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности адсорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность адсорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.

Адсорбенты. В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: силикагели, алюмогели, активные глины, золу, шлаки, опилки, коксовую мелочь, торф и др. Эффективными адсорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость этих углей составляет 60...75%, а удельная площадь поверхности 400...900 м²/г. Активированные угли должны обладать определенными свойствами: слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо - с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми, чтобы их поверхность была доступна для органических молекул. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации. Угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25...0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм.

2.2 Абсорбция

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.

Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде.

В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей. Для проведения процессов абсорбции применяют абсорбенты, обладающие избирательной, селективной способностью.

Абсорбционные процессы обычно сопровождаются тепловыми процессами. При этом в большинстве из них наблюдается выделение теплоты.

Физическая сущность процесса заключается в растворении газов в жидкости. Зависимость между растворимостью газа и парциальным давлением выражается законом Генри, в соответствии с которым растворимость газа при данной температуре прямо пропорциональна парциальному давлению газа над жидкостью:

X = p • ш (1)

где X - количество растворенного газа, отнесенное к поглощающей жидкости, моль/м3;

ш - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств абсорбента и температуры;

p - парциальное давление абсорбтива, Па.

В соответствии с законом Дальтона в газовой смеси парциальное давление какого-либо компонента можно выразить уравнением:

p=у•p_общ (2)

где y - доля рассматриваемого компонента (абсорбтива) в газовой смеси;

p_общ - общее давление газовой смеси, Па.

Из выражений (1) и (2) следует:

(3)

Обозначив отношение через H , получим уравнение фазового равновесия:

y=H x (4)

где H - константа фазового равновесия.

Уравнение (4) показывает, что зависимость между концентрацией данного компонента в газовой смеси и в равновесной с ней жидкости выражается прямой линией, проходящей через начало координат и имеющей угол наклона, тангенс которого равен m (рис.1). Численные значения m зависят от температуры и давления: уменьшаются с увеличением давления и снижением температуры.

Рисунок 1. Линия равновесия процесса абсорбции

Таким образом, растворимость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и снижением температуры.

Очистка воздуха абсорбционная - метод, основан, на способности жидкостей растворять газы. В процессе абсорбции участвуют две фазы -- жидкая и газовая. При абсорбции происходит переход вещества из газовой в жидкую, при десорбции, наоборот, -- из жидкой в газовую фазу. Таким образом, абсорбция -- процесс избирательного поглощения газа жидкостью, а десорбция -- процесс выделения газа из жидкости. Вещества, которые содержатся в газовой фазе и при абсорбции переходят в жидкую фазу, называют абсорбционным компонентом, или абсорбтивом. Вещество, содержащееся в газовой фазе и при абсорбции не переходящее в жидкую фазу, называют газом-носителем, или инертным газом. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем, поглотителем, или абсорбентом.

В качестве последнего используют воду, а также органические и не органические растворители, которые не вступают в химическую реакцию с абсорбируемыми компонентами. Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию). Физическая абсорбция -- процесс физического растворения абсорбируемого компонента в растворителе, не сопровождающийся химической реакцией. Абсорбция происходит в том случае, если парциальное давление абсорбируемого компонента в газовой среде больше равновесного парциального давления этого же компонента над данным раствором. Чем больше разница между этими давлениями, тем больше движущая сила процесса и тем с большей скоростью протекает абсорбция. Для многократного использования поглотитель подвергают регенерации. При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.

Здесь возможно протекание обратимой и необратимой реакции. В обоих случаях равновесное парциальное давление абсорбтива значительно ниже его давления при физической абсорбции, поэтому хемосорбционные процессы при прочих равных условиях обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Регенерацию абсорбентов при обратимых хемосорбционных процессах, проводят теми же методами, что и при физической абсорбции. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых в необратимых хемосорбционных процессах, осуществляют химическими методами. В качестве абсорбентов в процессах хемосорбции используют водные растворы различных солей и органических растворителей.

Очистку воздуха абсорбционную применяют для очистки выбросов от диоксида серы (абсорбция водой, известняковыми и известковыми методами, оксид-гидроксидом магния, суспензией оксида цинка, хемосорбция на основе натрия, абсорбция растворами солей натрия, калия или аммония, аммиачными методами, расплавленными солями и др.), сероводорода (абсорбенты -- мышьяково-содовый, мышьяково-поташный, этаноламины, содовый, поташный, цианамид кальция, раствор соды и сульфата никеля, раствор фосфата кальция, аммиачный раствор и др.), сероуглерода и меркаптанов (щелочные методы), оксидов азота (абсорбция водой, щелочами, селективными абсорбентами), фторсодержащих соединений (абсорбция водой, водными растворами щелочей, солей и некоторых суспензий) , хлора и его соединений (абсорбция водой, водными растворами щелочей и органических веществ, водными суспензиями и органическими растворителями), оксидов углерода (абсорбция или промывка газа жидким азотом, абсорбция водно-аммиачными растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди).

Абсорбционные методы очистки газов подразделяют: по абсорбируемому компоненту; по типу применяемого абсорбента; по схеме процесса -- с циркуляцией газа и без нее; по использованию абсорбента -- с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (нециклические); по использованию улавливаемых компонентов -- с рекуперацией и без нее; по типу рекуперируемого продукта; но организации процесса -- периодические и непрерывные; по конструктивным типам абсорберов.

Схема абсорбционной очистки газа включает непрерывную циркуляцию абсорбента между аппаратом, в котором происходит очистка газа, и регенератором, где восстанавливается поглотительная способность раствора. Условно выделяют 4 группы процессов.

1. К первой группе относятся процессы, которые основаны на химическом взаимодействии компонентов с абсорбентом (это преимущественно моно-, ди-, триэтаноламином, диизопропаноламином, дигликольамином или щелочные кислоты аминокислоты, угольная и фосфорная кислота и многие др.). Установки, в которых происходит процесс абсорбционной очистки этой группы, компактны, могут использоваться в широком диапазоне нагрузок, давлений; к основным недостаткам относят относительно низкую способность абсорбента к поглощению веществ.

2. Вторая группа -- это процессы, в которых используются физические абсорбенты ,в основном это метилпирролидон, пропилен карбонат, трибутилфосфат, метанол и др. Среди достоинств следует выделить экономическую эффективность данного процесса очистки благодаря увеличению концентрации кислых компонентов в очищаемом газе.

3. В третьей группе абсорбционные процессы осуществляются за счет использования химических реакций и растворения. Благодаря этой группе возможно произвести комплексную абсорбционную очистку газа.

4. В Четвёртой группе процесса абсорбционной очистки газа, процесс очистки основан на процессе окисления поглощённого абсорбентом H2S в результате чего получается обычная сера. Основным достоинствам является очень тонкая очистка газа, к недостаткам относят довольно низкую производительность процесса.



3. Аппараты процессов сорбции

3.1 Адсорбция

Механизм процесса адсорбции отличается от механизма процесса абсорбции, вследствие того, что извлечение веществ осуществляется твердым поглотителем.

Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении смесей газов или паров; в частности при извлечении летучих растворителей из их смеси с воздухом или другими газами.

Значение адсорбционных процессов сильно возросло за последнее время вследствие расширения потребности в веществах высокой чистоты.

Адсорбенты, применяемые в промышленных условиях, должны отвечать следующим основным требованиям:

- обладать избирательностью (селективностью) - способностью поглощать только тот компонент (те компоненты), которые необходимо выделить или удалить из смеси;

- иметь максимальную адсорбционную емкость (активность) - количество адсорбтива, поглощенного единицей массы или объема адсорбента;

- обладать способностью предельно десорбироваться, необходимой для регенерации адсорбента;

- обладает достаточной прочностью гранул адсорбента, так как в результате их разрушения ухудшается гидродинамика процесса:

- обладать химической инертностью по отношению к поглощаемым веществам;

- экономичность.

На промышленных предприятиях адсорбент используется в виде гранул размером от 2 до 7мм.

В качестве адсорбентов широкое распространение получили активные угли, которые получают при сухой перегонке углесодержащих веществ, таких, как дерево, торф, кости и др. Активирование проводят в основном прокаливанием углей при температурах свыше 9000C, перед обугливанием вводят активирующие добавки (растворы хлористого цинка, кислот, щелочей и др.).

В ликероводочном производстве используются активированные угли растительного происхождения для извлечения из сортировки и спирта-ректификата альдегидов, кетонов, сложных эфиров, карбоновых кислот и высокомолекулярных веществ (сивушных масел). Уголь извлекает глюкозу и фруктозу, содержащиеся в некоторых сортах водки. Активированный уголь применяется для осветления пива и фруктовых соков. Для обесцвечивания сахарных сиропов применяется активированный уголь, полученный на базе костяного угля. Типичным мелкозернистым углем для обесцвечивания сахарных сиропов, коньяков, вин, фруктовых соков, эфирных масел, желатина является уголь деколар.

В ряде случаев в тоже время с обесцвечиванием происходит процесс удаления разных примесей. Удельная площадь поверхности активированных углей составляет 600-1750 м²/г.

Активированные угли применяются также для очистки промышленных газовых выбросов.

Силикагели представляют продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты. Их получают обработкой раствора силиката натрия минеральными кислотами или растворами их солей. Удельная площадь поверхности силикагелей составляет 400-780 м²/г. Силикагели используются для осушки воздуха, осветления пива и фруктовых соков.

Цеолиты - водные алюмосиликаты природного или синтетического происхождения. Размер пор синтетических цеолитов соизмерим с размерами сорбируемых молекул, поэтому они могут адсорбировать молекулы, проникающие в поры. Такие цеолиты называют молекулярными ситами. Цеолиты некоторых марок используются для концентрирования соков. Цеолиты характеризуются высокой поглотительной способностью и применяются для осушки газов и жидкостей.

Глины и другие природные глинистые адсорбенты - бентонитовые глины и отбеливающие глины гумбрин, асканит и др. -являются высокодисперсными системами со сложным химическим составом. Наиболее распространенным методом активации природных глин является обработка их минеральными кислотами. При этом удаляются оксиды кальция, магния, железа,алюминия и других металлов, происходит образование дополнительных пор.

Удельная площадь поверхности глин составляет от 20 до 100 м2/г.

Глинистые материалы применяются в основном для очистки различных жидких сред от примесей, например, окрашенных веществ, в результате чего продукт обесцвечивается. Поэтому природные глинистые адсорбенты иногда называют "отбеливающая земля". Глинистые адсорбенты используются в пищевой промышленности для осветления вин, пива, фруктовых соков, рафинирования растительных масел, воды и для других целей.

Адсорберы по организации процесса делятся на аппараты периодического и непрерывного действия.

Существуют адсорберы периодического действия которые бывают с псевдо ожиженным слоем адсорбента и с неподвижным слоем адсорбента. Для очистки растворов в спиртовом и водочном производствах применяются также емкостные адсорберы с механическим перемешиванием.

Вертикальный цилиндрический адсорбер является наиболее распространенной конструкцией адсорберов периодического действия. Слой гранулированного адсорбента загружается через верхние люки на колосниковую решетку. Выгрузка адсорбента происходит через нижние люки. Такие адсорберы используются для адсорбционной очистки парогазовых смесей и жидких растворов. Для подачи исходных смесей и острого пара адсорбер снабжён соответствующими штуцерами. Исходная жидкая смесь, как правило, подаётся снизу вверх через кольцевую трубу. Парогазовая смесь может податься и сверху вниз. В этом случае при десорбции острый пар подается через кольцевую трубу.

Процесс в представленном адсорбере проходит в четыре стадии: адсорбция, десорбция, сушка, охлаждение адсорбента. После отработки адсорбента возникает задача регенерации слоя поглотителя. Десорбция адсорбированного вещества из адсорбента является необходимой стадией технологического процесса, которая решает две задачи: извлечение вещества и регенерацию адсорбента.

Основным методом десорбции является вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов с помощью веществ, например насыщенного водяного пара, обладающих лучшей адсорбционной способностью. Для увеличения скорости десорбции процесс часто проводят при повышенных температурах.

Вертикальный адсорбер с неподвижным кольцевым слоем адсорбента предназначен для поглощения компонентов из парогазовой смеси. Адсорбер состоит из вертикального корпуса, внутри которого между перфорированными сетками расположен слой адсорбента. На стадии адсорбции парогазовая смесь подается в нижнюю часть адсорбера и распределяется по кольцевому сечению адсорбента.

Пройдя через слой адсорбента, очищенная парогазовая смесь выходит через центральный патрубок. На стадии десорбции водяной пар подается в адсорбер через центральный патрубок

Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через нижний боковой штуцер. Для сушки адсорбента подается горячий воздух, а для охлаждения -- холодный воздух. После охлаждения адсорбента цикл работы повторяется. Загрузка адсорбента происходит - через верхние люки, а выгрузка-- через нижнюю течку.

Адсорбер с псевдоожиженным слоем заполнен мелкозернистым адсорбентом. Исходная смесь подается снизу под распределительную решетку при скорости, превышающей скорость псевдо ожижения частиц адсорбента. При этом слой расширяется и переходит в подвижное состояние.

Проведение адсорбции в псевдоожиженном слое значительно интенсифицирует процесс массообмена и сокращает продолжительность процесса.

Адсорберы реакторного типа с механическим и пневматическим перемешиванием используются для очистки спиртоводочных растворов. Адсорбер состоит из цилиндрического корпуса с эллиптическим днищем. Внутри корпуса вращается лопастная мешалка. Раствор заливается в адсорбер через верхний патрубок, адсорбент загружается через верхний люк. Суспензия исходной смеси сливается из аппарата через нижний патрубок и поступает на фильтр, где разделяется. Активный уголь направляется на регенерацию в десорбер. Адсорбционные установки с адсорберами периодического действия состоят из нескольких аппаратов, работающих попеременно. Часть адсорберов работает в стадии адсорбции, в то время как в других происходит регенерация адсорбента.

Адсорберы непрерывного действия бывают с движущимся плотным или псевдоожиженным слоем адсорбента. Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента представляют собой полые колонны с перегородками и переливными патрубками и аппараты с транспортирующими приспособлениями. На показан многосекционный колонный адсорбер для очистки парогазовых смесей, состоящий из холодильника, подогревателя и распределительных тарелок. В первой секции происходит охлаждение адсорбента после регенерации. Эта секция выполнена в виде кожухотрубчатого теплообменника. Охлаждающая жидкость подается в меж трубчатое пространство теплообменника, а адсорбент проходит по трубам.

Вторая секция это есть собственно адсорбер, в ней адсорбент взаимодействует с исходной парогазовой смесью. Из первой секции во вторую адсорбент перетекает через патрубки и распределительные тарелки, обеспечивающие равномерное распределение адсорбента по сечению колонны и служащие затворами, разграничивающими первую и вторую секции. Далее адсорбент поступает в десорбционную секцию, представляющую собой кожухотрубчатый теплообменник, в котором нагревается и взаимодействует с десорбирующим агентом -- острым водяным паром. Регенерированный адсорбент удаляется из адсорбера через шлюзовой затвор. Адсорберы с псевдоожиженным зернистым адсорбентом бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Адсорбер представляет собой цилиндрический вертикальный корпус, внутри которого смонтированы газораспределительная решетка и пылеулавливающее устройство типа циклона. Адсорбент загружается в аппарат сверху через трубу и выводится через трубу снизу. Исходная парогазовая смесь вводится в адсорбер при скорости, превышающей скорость начала псевдоожижения, под газораспределительную решетку через нижний патрубок, а выводится через верхний патрубок, пройдя предварительно пылеулавливающее устройство.

Многоступенчатый тарельчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем показан на. Он представляет собой колонну, в которой расположены газораспределительные решетки с переливными патрубками, служащими одновременно затворами для газового потока. Адсорбент поступает в верхнюю часть адсорбера и перетекает с верхней на нижнюю тарелку. С нижней тарелки адсорбент через шлюзовой затвор выгружается из адсорбера. Исходная парогазовая смесь поступает в адсорбер снизу и удаляется через верхний патрубок.

Многоступенчатый адсорбер отличается от одноступенчатого тем, что работает по схеме, близкой к аппаратам идеального вытеснения, что позволяет проводить процесс адсорбции в противотоке.



3.2 Абсорбция

Процесс абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Именно поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность контакта фаз между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно разделить на следующие четыре группы:

1. Поверхностные и пленочные (газ пропускается над поверхностью движущейся жидкости. Поверхностью контакта в пленочных абсорберах является поверхность стекающей пленки жидкости);

2. Насадочные, в которых поверхностью контакта фаз является поверхность растекающейся по специальной насадке жидкости;

3. Барботажные абсорберы, в которых поверхность контакта фаз создается потоками газа (пара) и жидкости;

4. Распыливающие абсорберы, в которых поверхность контакта фаз создается вследствие разбрызгивания жидкости.

Наибольшее применение получили насадочные абсорберы, представляющий собой цилиндрическую колонну, заполненную насадкой (кольца или другие твердые тела), которая укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия для прохождения газа и стока жидкости. Абсорбирующая жидкость из разбрызгивателя поступает в слой насадки, покрывая её жидкой пленкой, стекая вниз. Газ, подлежащий разделению, поднимается вверх. Абсорбтив поглощается жидкостью.

В поверхностных абсорберах для увеличения поверхности контакта фаз устанавливаются несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Оросительный абсорбер состоит из горизонтальных труб, внутри которых протекает жидкость, уровень которой поддерживается с помощью порога. Охлаждение абсорбера происходит с поверхности орошаемой жидкости, используются такие аппараты для поглощения хорошо растворимых газов.

Тарельчатые барботажные колонны являются эффективными и наиболее распространенными аппаратами, внутри которых одна над другой размещено определение количество горизонтальных перфорированных перегородок -- тарелок, обеспечивающих течение жидкости сверху вниз, а пара - снизу вверх.

Тарельчатые колонны бывают цилиндрованными , клапанными, продольными сетчатыми тарелками, на которых имеет место неорганизованный перелив жидкости через отверстия, и с сетчатыми тарелками с переливными устройствами.

Распыляющие абсорберы работают по принципу контакта фаз в результате распыливания или разбрызгивания жидкости в газовом потоке.

Простейшим примером распыляющих абсорберов является полый распыляющий абсорбер с механическими форсунками.

Наибольшие коэффициенты массопередачи имеют место в момент распыления жидкости, а затем они резко снижаются вследствие коалесценции капель и уменьшения поверхности фазового контакта.

Часто форсунки устанавливаются по всей высоте абсорбера.

Распыляющие абсорберы применяют для абсорбции хорошо растворимых газов.

К распыливающие абсорберам также относятся механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится вращающимися устройствами. Механические абсорберы компактны и эффективнее распыливающих абсорберов.



Заключение

В данной работе были рассмотрены сорбционные процессы используемые в технологиях защиты окружающей среды. Эта тема весь актуальна в данное время. Процессы сорбционной очистке применяются в очистке сточной воды, загрязненного воздуха.

Достоинствами сорбционной очистки является его универсальность в отношении самых разных химических веществ, разных по составу. Сорбционные процессы делятся на два типа адсорбцию и абсорбцию. Наиболее широкое распространение применение нашли процессы абсорбции. Главными достоинствами данного процесса являются высокая степень очистки и отсутствие отходов, малые затраты связанные с возможность множество раз использовать сорбент, а так же стабильная очистка при неожиданных залповых выбросах загрязнений.

Достоинствами же абсорбционной очистки являются простота в использовании, так же возможность улавливать с газами твердые частицы .К недостаткам можно отнести громоздкость и капризность оборудования, а также проблемы в эксплуатации оборудования которые связаны с довольно большими затратами. Кроме того образование твердых осадков затрудняет эксплуатацию оборудования.

Несмотря на выше перечисленные недостатки сорбционные процессы остаются одними из распространенных процессов связанных с очисткой загрязненных веществ и защитой окружающей среды.



Список литературы

1. Когановский А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. Киев: Наук. думка. 1983. 240 с.

2. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия. 1982. 168 с.

3. Клячков В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Стройиздат. 1971. 579 с.

4. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия.1980. 195 с.

5. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия. 1983. 295 с.

6. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. 592с.

7. Трепнел Б. Хемосорбция. - М. : Изд-во иностр. лит-ры, 1958 - 326 с

8. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1989. 464с.

9. .«Грег С., Синг К.» Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984.310с.

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

Размещено на Allbest.ru

...