Технологія очистки та рекуперації відходів

                                       x_A=1+[M/(1–A_ж)][(K₁+NB_ж)/NB_ж],                (1.26)

 

      Зворотна реакція  другого порядку. Кінетичне рівняння  для реакції типу А + В D С (пряма реакція другого порядку, зворотна реакція першого порядку) має вигляд:

                                                  N_A=r₁₁AB–r₁C.                                 (1.27)

 

     Коефіцієнт прискорення  для зворотної реакції першого  порядку визначається за формулою:

                                                X=1+[K/(K+1)][(x–1)j],                              (1.28)

де N_A – швидкість розходування компоненту А в одиниці об’єму на хімічну реакцію, кмоль/(м³·с);

     r₁₁ – константа швидкості реакції другого порядку (для прямої реакції);

    r₁ – константа швидкості реакції першого порядку (для зворотної реакції);    К=r₁₁В_ж/r₁ – константа рівноваги реакції;

    j – поправочний помножувач,що залежить від R, К и q=B_ж/A_p, x – для реакції другого порядку визначають за формулою  (1.20) або рис. 1.1, б.

При К>20 коефіцієнт прискорення можна  визначати за формулами для незворотної реакції другого порядку, при q>20 – по формулам для зворотної реакції псевдопершого порядку; при K>100 и q>100 – по формулам для швидкої реакції в рідкій фазі.

Одночасна абсорбція двох газів. Це випадок розглянутий для  одночасної абсорбції СО₂ и H₂S розчинами лугів або амінів. Допустимо, абсорбуються гази А та С активною частиною поглинача В[(А+С) +nB ® продукти]. Для обох газів реакція в рідкій фазі протікає швидко. Коефіцієнт прискорення  для газу А визначають за наближеною формулою

                           

,                               (1.29)

а для газу С

                           

,                                 (1.30)

де y_A=D_A/D_B; y_с=D_с/D_в; T_A=nA_p/B_ж; Т_с=n_сС_с/В_ж; n_А, n_с – число кіломолей В, реагуючих відповідно з А і С.

      При одночасній  абсорбції двох газів швидкість  абсорбції кожного газу знижується. При абсорбції, яка супроводжується хімічною реакцією в плівкових та насадочних колонах виникає поверхнева конвекція. Сутність її полягає у виникненні в безпосередній близькості у поверхні розділу фаз конвективних струмів, значно прискорюючи процес масопередачі.

     Прискорення масопередачі  за рахунок поверхневої конвекції  можна врахувати за допомогою залежності

                                     х₁=1+0,282(ds_дин/dх)^3,2,                                    (1.31)

де ds_дин/dх – градієнт поверхневого натягу, Па.

 

Рис. 1.1. залежність фактору прискорення від різних параметрів:

а – залежність Х від а при різних К для реакції першого порядку; б - залежність Х від R при різних М для реакції другого порядку

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  2. Теоретичне питання № 2

      Очищення від хлору та його сполук.

      Виникнення промислових відхідних газів і вентиляційних викидів, що містять хлор, хлорид водню і хлорорганічних речовин, характерно для багатьох виробництв: отримання хлору і лугів  методом електролізу повареної солі, отриманні металічного магнію методом електролізу хлориду, переробки кольорових металів методом хлоруючого обпалення, отримання соляної кислоти і хлоромістких неорганічних і органічних речовин. В останній час джерелами виділення HCI стали установки зпалення хлоромістких відходів.

Для абсорбції хлору і хлоромістких речовин використовують воду, водні розчини лугів і органічних речовин, водні суспензії і органічні розчинники.

Взаємодія хлору с розчинами  лугів характеризується реакціями

 

                                     2NaOH+CI₂® NaCl+NaOCl+H₂O;    (2.1)

                              С1₂+2Са(ОН)₂® СаС1₂+Са(ОС1)₂+2Н₂О;   (2.2)

                       Na₂CO₃+H₂O+Cl₂®NaCl+NaOCl+CO₂+H₂O.               (2.3)

 

Найбільше практичне значення мають  розчин NaOH (100–150 г/л) і водна суспензія Са(ОН)₂ (100–110 г/л). При абсорбції хлору гідроксидом кальцію (вапняним молоком) при 80–95 °С в основному утворюються хлорид і хлорат кальцію:

                          6Са(ОН)₂+6С1₂®5СаС1₂+Са(С1О₃)₂+6Н₂О.                   (2.4)

 

Виникаючі в процесі очищення хлорати (гіпохлорити) можуть бути використані для обеззаражування стічних вод або підлягають термокаталітичному розпаду під дією гострої пари: Ca(CIO)₂®CaCl₂+O₂.

Процес можна проводити в  абсорберах будь-якої конструкції. Ступінь очищення газів досягає 70–90%.

Вапняний  метод має ряд переваг: невелика вартість і досяжність реагенту, не потребує кропіткого захисту обладнання від корозії, так як середовище лужне. Недоліками способу є невисока ступінь очищення, недостатня ступінь використання абсорбенту, так як частина його розходується на підтримку необхідної лужності розчину. При використанні розчинів NaOH и Na₂CO₃ ефективність очищення підвищується до 90–98%.

Ефективними абсорбентами хлору є  тетрахлориди вуглецю(ССl₄) і титану (TiСl₄), хлориди сірки. При використанні ССl₄ процес очищення проводять наступним чином: аб-гази, які містять 0,5–5,0% хлору, розбавляють повітрям і подають в абсорбційну колону, яка працює під тиском (1,5–2,0)·10⁵ Па. Перед абсорбцією гази охолоджують розсолом. Абсорбція проходить в насадочній частині абсорбера охолодженим до (–15) – (–20) °С тетрахлоридом вуглецю. Очищений газ викидають в атмосферу або направляють на доочищення, а відпрацьований поглинальний розчин надходить на регенерацію.

Запропонований  спосіб поглинання хлору водними розчинами лігносульфонату концентрацією від 6 до 25%. При абсорбції досягається  така ж ефективність, як і при поглинанні вапняним молоком. Відпрацьований розчин переробляють в іонообмінний сорбент. Недолік процесу – більш висока агресивність розчину у порівнянні з абсорбцією вапняним молоком.

На деяких підприємствах кольорової  металургії для очищення газів від хлору використовують розчин хлориду заліза, який отримують розчиненням залізної стружки в соляній кислоті. При абсорбції хлору FеС1₂ переходить у FеС1₃, який є товарним продуктом.

Хлорид водню дуже гарно поглинається водою, тому його, як правило, використовують в якості абсорбенту, наприклад, у виробництві соляної кислоти. Для очищення відходящих газів від НС1 застосовують воду і лугові розчини.

Очистку газів водою проводять в абсорберах різної конструкції: в скруберах Вентурі, розпилюючих, насадочних абсорберах і в колонах з тарілками. Вибір апарату залежить від об’єму і складу газів, їх температури, виду і концентрації домішок, ефективності апаратів, а також напрямку подальшого використання отриманих сорбатів.

Ефективність очищення для насадочних абсорберів залежить від щільності зрошення. Наприклад, при концентрації хлориду водню в газі 4 г/м³ при щільності зрошення 2,5 М³/(м²-ч) в абсорбері діаметром 5 м с насадкою висотою 12,7 м ефективність очищення була 72%, а при щільності зрошення 5,1 м³/(м²·ч) – 88%. Подальше збільшення щільності зрошення не підвищує ефективність очистки, але утворює стоки с низькою концентрацією (0,3–0,4%) соляної кислоти. При здійсненні рециркуляції абсорбенту можливе отримання соляної кислоти 9–10%-вої концентрації. В тарілчастих колонах ефективність очистки досягає 90–99%. Наприклад, ефективність колони с клапанними тарілками при витратах 0,5 кг/м³ складає 97,8%.

Основним недоліком процесу  очистки водою є утворення  туману крапельно-рідинної соляної кислоти, уловлювання якого при інших рівних умовах проходить менш інтенсивно.

Застосування водних розчинів NaOH, Ca(OH)₂ або Na₂CO₃ для абсорбції хлориду водню дозволяє підвищити ефективність очистки і одночасно нейтралізувати виникаючі стоки. Цей спосіб дозволяє рекуперувати хлорид водню з отриманням хлоридів деяких металів: СаСl₂, FеСl₃, ZnCl₂, ВаСl₂, NaCl. Найбільш дешевшим з цих абсорбентів є гідроксид кальцію (вапняне молоко). Після абсорбції розчин хлориду кальцію упарюють, наприклад, в апаратах з пальниками глибинного паління. Для зневоднення розчину можна використовувати також  розпилюючу сушарку.

 

 

 

 

 

 

2. Задача

№1.3

 

Розрахувати апарат для очищення газів  від твердих домішок.

 

Вихідні дані:

1. Потужність установки по газу П_г, м³/год = 14·10^-3;
2. Температура газу, t_г, °С = 300;
3. Початкова концентрація пилу в газі Х_п, г/м³ = 60;
4. Густина пилу ρ_п, кг/м³ = 1,8·10^-3;
5. Ступінь очищення газу η, % = 60;
6. Розрідження в системі Р, Па = 550;
7. Об’ємні витрати газу приймаємо V_г, м³/годину = 18000 або 5 м³/с [1, с.66];
8. Фракційний склад пилу:

     Х_m, %   23,5   28   9,6   7,3   4,9   4    2,2   2,5

     σ_ч, мкм    5    10    20    30    40    60   80   100

9. Ціна електроенергії Ц_Е, грн./кВт = 0,16;
10. Нормативний коефіцієнт окупності Е_Н = 0,17;
11. Коефіцієнт цехових витрат К_ЦВ = 0,07;
12. Коефіцієнт амортизації К_А = 0,1.

 

Розв’язок:

 

       Згідно до завдання  і до вихідних даних обираємо  пиловловлювач циклонного типу. Розв’язок зводиться до вибору оптимального варіанту циклонної установки.

 

 

1. Розраховуємо поправку на вплив  в’язкості газу і густини  пилу за формулою:

                                                                                                    (1.1)

де µ_г – в’язкість газу,Па·с;

ρ_м – густина матеріалу пилу,кг/м³

 

                                           

       2. Для побудови кривої приведення вибираємо три значення η₂₀ : 0,50; 0,70; 0,95 [1,табл.3.3].

При η₂₀ = 0,50 з табл.3.3 маємо значення величин η.

 

      3. Знайдемо залежність  між загальним і фракційним  ступенем очищення за формулою:

 

                                   

                                (1.2)

                                        .

 

4. Для η₁ =0,30, за допомогою таблиці 3.4 [1,стор.64], вираховуючи абсолютні значення величин, розраховуємо величину допоміжної функції А₁(а) за формулою:

 

                                             

                                                             (1.3)

                                             

                                       

 

5. Враховуючи поправку К_п = 0,098, визначаємо нове значення а = - 0,52 – 0,098 = - 0,618.

 

6. По таблиці 3.4 [1,стор.64] знаходимо нове значення А(а) = - 0,45 і по ньому розраховуємо кінцеву величину η_п за формулою:

 

                                                                                                      (1.4)

                                     

 

     7. При η₂₀ = 0,70 аналогічно з попереднім розрахунком розраховуємо:

 

                       

                      

                                           

                                                      

 

     8. З урахуванням поправки  нове значення  а=-0,23-0,098=-0,33. Виправлене  значення η₂ де А(а) = -0,26, буде η₂ =0,5·[1+(-0,26)] = -0,37.

 

     9. При η₂₀ =0,95 аналогічно до вище написаного маємо:

 

                       

                                                                   ; з урахуванням поправки а = 0,43 – 0,098 = 0,332; А(а) = 0,43; η₃ =0,5·[1+(0,43)] = 0,715 ≈ 0,72.

 

    10. Таким чином, трьом значенням η₂₀ відповідають три значення повних к.к.д:

η₂₀    0,50          0,70          0,95

η_і      0,28          0,37          0,72

 

      11. За отриманими  трьома точками будуємо криву  приведення рис.1 1, по якій знаходимо,  що для досягнення заданої  ефективності в 60 % потрібно підібрати циклон, який мав би η₂₀ = 0,375 ≈ 0,4.

 

     12. по графічний залежності [1,рис.3.2] визначаємо шукані варіанти типів циклонів і τ_у:

ЦН – 24 … 1,2

 

     13. Визначаємо конструктивний  коефіцієнт циклона ЦН – 24 по зсередненному  значенню коефіцієнта капітальних затрат, використовуючи таблиці 3.5 і 3.2 [1,стор.62 і с.65] за формулою:

 

                                                         К_ц = К.к.з / ζ,                                                  (1.5)

 

де К.к.з – коефіцієнт капітальних  затрат [1,стор.65]

ζ – коефіцієнт опору циклону [1,стор.62].

                                                         К_ц = 1143 / 75 = 15,2

 

      14.  Знаходимо оптимальний діаметр циклону за формулою:

 

                                                    ;                                         (1.6)    

де τ_у – умовний час перебування газу в циклоні,

К_ц – конструктивний коефіцієнт циклону;

К_е – експлуатаційний коефіцієнт циклону;

 

                                                                                                (1.7)