Prečišćavanje otpadnih
gasova
Apsorpcija
Apsorpcija iz gasne faze u tečnosti

Selektivni transfer gasovitih komponenti
(apsorbat) iz gasovite faze u tečnu fazu
rastvaranjem u tečnosti (apsorbent)
CU GASU>C U TEČNOSTI
KOMPONENTA IZ
GASOVITE FAZE
APSORBAT
C
GASOVITA FAZA
TEČNA FAZA
APSORBENT
FIZIČKA
RASTVARANJE
HEMIJSKA
REAKCIJA
Industrijski apsorpcioni sistemi
GAS
RASTVARAČ
CO2, H2S
CO2, H2S
HCl, HF
HCl, HF
Cl2
SO2
SO3
NH3
NO
NO2
HCN
CO
C2H4
Olefini
Voda
REAKTANT IZ
TEČNOSTI
Voda
KOH, NaOH
Voda
NaOH
Voda
Voda
Ca(OH)2, KOH
H2SO4
Voda
H2SO4
Voda
Voda
Voda
Voda
NaOH
Bakarne i amonijum soli
KOH
Kupro-amonijum kompleksi
Voda
Voda
Voda
Voda
Karakteristike apsorpcije


Proces: Difuzioni prenos molekula gasa u tečnost
pod uticajem gradijenta koncentracije
Uticajni faktori za ubrzavanje apsorpcije:








Velika međufazna površina
Turbulencija na međufaznoj površini
Dugo vreme kontakta faza
Višestepena operacija
Veliki koeficijenti difuzije
Mali viskoziteti tečnosti
Velika rastvorljivost
Uslovi za efikasnu apsorpciju:


velika rastvorljivost gasa, ili
nepovratna hemijska reakcija
Izbor tečnosti

Tečnost treba da bude








Koristi se voda



ako je komponenta koja se izdvaja dobro rastvorljiva
ako prisustvo vodene pare ne predstavlja problem
U vodu se po potrebi dodaju reaktanti



neisparljiva
jeftina
stabilna
nekorozivna
malog viskoziteta
nezapaljiva
reaktivna (hemisorpcija)
koji grade komplekse ili taloge, emulzifikatori ili
površinski aktivne materije
Primeri



voda za gasove rastvorljive u vodi
ulja za lake ugljovodonike
specijalni hemijski rastvori za kisele gasove (CO2, SO2, H2S...)
Rastvorljivost

Henry-ev zakon važi


Henry-ev zakon ne važi


za pravolinijski deo ravnotežne linije i primenjuje se
na gasove koji ne menjaju oblik molekula
(permanentni gasovi, ugljovodonici, ...)
kada gasovi učestvuju u hemijskoj reakciji, disosuju
ili na drugi način menjaju strukturu molekula
Ravnotežna koncentracija

najveća koncentracija koja se može postići
pri rastvaranju nekog gasa u određenoj tečnosti,
na datom P i T
Podela uređaja za apsorpciju
prema načinu kontakta



Uređaji u kojima se ostvaruje "slobodna"
površina kontakta faza
Uređaji sa barbotažnim kontaktom gasnih
mehura kroz tečnost
Uređaji sa raspršivanjem tečnosti u vidu kapi
Uređaji sa slobodnom površinom
kontakta



Do kontakta gasa i tečnosti dolazi pri
uzajamnom proticanju faza, pri čemu ne dolazi
do disperzije jedne faze u drugoj
Ovo se obično ostvaruje pri slivanju tečnosti
pri čemu gasna faza protiče istostrujno ili
suprotnostrujno iznad (ili pored ili oko) nje
Osnovni predstavnici su:
Kolone sa slivnim površinama
 Kolone sa punjenjem

Kolone sa slivnim površinama
PREČIŠĆEN
GAS
TEČNOST
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
Kolone sa punjenjem
PREČIŠĆEN
GAS
TEČNOST
ODVAJAČ
KAPI
PUNJENJE
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
Uređaji sa barbotažom mehura




Gas se dovodi ispod tečnosti i u vidu mehurova
prolazi kroz tečnost
Tečnost je kontinualna, a gas dispergovana faza
Međufazna površina kontakta je površina
mehura
Glavni tipovi uređaja u ovoj grupi su:
barbotažna kolona
 kolona sa podovima
 aerator sa mešanjem

Barbotažna kolona
PREČIŠĆEN GAS
TEČNOST
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
Kolona sa podovima
PREČIŠĆEN
GAS
TEČNOST
POD
PERFORIRAN
ILI
SA ZVONIMA
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
Aerator sa mešanjem
Uređaji sa raspršavanjem kapi




Kontakt se ostvaruje raspršavanjem tečnosti u kapi
u kolonama ili komorama kroz koje protiče gas
Međufazna površina za prenos je površina kapljice
Raspršavanje tečnosti se obično ostvaruje pomoću
mlaznica i kinetičkom energijom samog gasa
U ovu grupu uređaja spadaju:



Sprej kolone sa mlaznicama koje raspršavaju tečnost
suprotnostrujno, istostrujno ili unakrsno sa gasnim tokom
Venturi skruberi
Skruberi sa fluidizovanim slojem
Sprej kolone (1)
Sprej kolone (2)
PREČIŠĆEN
GAS
ODVAJAČ
KAPI
TEČNOST
TEČNOST
PREČIŠĆEN
GAS
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
KOMORA SA MLAZNICAMA
UNAKRSNI KONTAKT
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
KOMORA SA MLAZNICAMA
SUPROTNOSTRUJNI KONTAKT
Venturi skruberi
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
VENTURI
CEV
PREČIŠĆEN
GAS
TEČNOST
VENTURI SKRUBER
Skruberi sa fluidizovanim slojem
PREČIŠĆEN
GAS
ODVAJAČ
KAPI
TEČNOST
ČESTICE
20-40 mm
300 kg/m3
ZAGAĐEN
GAS
TEČNOST
FAZE PROJEKTOVANJA APSORBERA:
PRAVILAN IZBOR TIPA UREĐAJA
DEFINISANJE OPERATIVNIH (RADNIH) USLOVA
•PROTOCI FAZA (ravnotežni podaciprotok tečne faze)
•FIZIČKI PARAMETRI FAZA (gustina, viskozitet, ...)
•TEMPERATURA I PRITISAK
DEFINISANJE GEOMETRIJE
•PREČNIK (protočni kapacitet fazaD)
•VISINA (ravnotežna i operativna linijapotrebna dužina kontakta)
DEFINISANJE PADA PRITISKA
34
Faze projektovanja apsorbera


Pravilan izbor tipa uređaja
Definisanje operativnih (radnih) uslova




Definisanje geometrije



protoci faza (ravnotežni podaci  protok tečne faze)
fizički parametri faza (gustina, viskozitet, ...)
temperatura i pritisak
prečnik (protočni kapacitet faza  D)
visina (ravnotežna i operativna linija  potrebna L kontakta)
Definisanje pada pritiska
PROBLEM SPECIFIČNE POVRŠINE KONTAKTA
a (m2/m3) ???
a  ageometrijsko
a  aefektivno
PRAKTIČAN ZNAČAJ
a  kg
a  kl
zapreminski koeficijenti
a  Kg
prenosa mase
a  Kl
35
Na (kg/m2s)
VAZ.+NH3
VRH
POZNATO:
x2=0
y2
y1
VRH
DNO
MASENI BILANS
H 2O
VAZ.+NH3
ULAZ = IZLAZ
G1  L2  G2  L1
H2O+NH3
DNO
Gy1  y2   Lx1  x2 
(za razblažen sistem)
L: molski protok tečnosti
G: molski protok gasovite smeše
x: molski udeo rastvorenog gasa (NH3) u
tečnosti
y: molski udeo tog gasa (NH3) u gasovitoj
smeši
36
NAGIB
OPERATIVNE
LINIJE =
L/G
A
B
y2
x
ULAZNI GAS I
IZLAZNA TEČNOST
U RAVNOTEŽI
2
NAGIB
OPERAT.
LINIJE =
Lmin/G
37
NAGIB
AKTUELNE
OPERAT.
LINIJE =
L/G
GENERALNO, AKTUELNI PROTOCI
TEČNOSTI SU 25 DO 100% VEĆI OD
ZAHTEVANOG MINIMUMA (Lmin).
38
APSORPCIONA KOLONA
SA PUNJENJEM
Na (kg/m2s) = k·a · C
m2punjenja/m3sloja
TEČNOST
PREČIŠĆEN
GAS
TEČNOST
DISTRIBUTOR
TEČNOSTI
GRANIČNIK
PUNJENJA
PUNJENJE
NOSAČ
PUNJENJA
REDISTRIBUTOR
TEČNOSTI
NOSAČ
PUNJENJA
ZAGAĐEN
GAS
GAS
39
TEČNOST
Osnovne karakteristike punjenja









Dobar kontakt između tečnosti i gasa
Hemijska inertnost prema gasovitoj i tečnoj fazi
Dovoljna čvrstoća i relativno lagana
Pogodne strujne karakteristike oba toka bez prekomernog zadržavanja (hold up)
tečnosti i pada p
Mali hold up tečnosti / pad pritiska
Poroznost (m3 šupljina/m3 sloja) od 60% i veća
Dobre karakteristike vlaženja, tj. što veća ovlažena površina
po jedinici zapremine
Keramika, staklo, metal i različiti plastični materijali
se koriste za izradu punjenja
Relativno niska cena
Berl
Sedlo
Intalox
Sedlo
Raschig Lessing
Prsten
Prsten
Pall
Prsten
Tellerette
VRSTE PUNJENJA
41
DELOVI KOLONA SA PUNJENJEM
ODVAJAČI KAPI
42
RASPODELJIVAČI TEČNOSTI I
NOSAČI PUNJENJA
42
SISTEMI
ODVAJAČI
ZA UVOĐENJE
KAPI
TEČNOSTI
KONTAKT IZMEĐU GASA I TEČNOSTI



KANALISANJE: pri malim protocima tečnosti veliki deo površine punjenja
može biti suv ili pokriven nepokretnim slojem tečnosti
ZADRŽAVANJE TEČNOSTI (HOLD UP): povećani protok gasa suzbija
slivanje tečnosti; ona se zadržava u šupljinama između pakovanja
PLAVLJENJE: prestaje proticanje tečnosti i ona se skuplja na vrhu kolone
usled vrlo visokih protoka gasa
POČETAK PLAVLJENJA:
gornja vrednost protoka gasa
B
log (P)
L=const.
okvašeno
punjenje
A
L=0
suvo punjenje
nagib = 1.8
log G
P: pad pritiska
G: maseni protok gasa
L: maseni protok tečnosti
GRUBO PRAVILO:
Optimalna brzina =
1/2(brzine plavljenja)
DIJAGRAM
PLAVLJENJA
(G' )2 a L0.2
3 G L g
Parametar na linijama je
pad pritiska u inch H2O /
foot visine pakovanog sloja
L: maseni protok
tečnosti (kg/s)
G: maseni protok
gasa (kg/s)
G’: maseni fluks gasa
(kg/m2s)
G: gustina gasa
L: gustina tečnosti
a: specifična površina
pakovanja (m2/m3)
: poroznost punjenja
L: viskozitet tečnosti
(u cP; 0.8 za vodu)
44
L G
(bezdimenziono)
G L
Apsorpcija: rezime








Transfer iz gasne u tečnu fazu; prenosu mase može pružati otpor
i film gasa i film tečnosti
Najčešće korišćen uređaj: apsorber sa pakovanim slojem
Široka primena u kontroli gasovitih polutanata i mirisa
kada koncentracije nisu niske
Projektovanje:
(a) protok tečnosti iz bilansa mase;
(b) prečnik apsorpcione kolone na osnovu uslova plavljenja;
(c) visina kolone na osnovu brzine prenosa mase
Razblaženi i koncentrovani sistemi
Relativno niska kapitalna ulaganja
Relativno visoki operativni troškovi
Problem generisanja novog (tečnog) otpada
Download

Apsorpcija