При адсорбционных методах газы поглощаются твердыми пористыми веществами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердых тел за счет физической адсорбции (силы Ван-дер-Ваальса) либо химическими силами.

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию. Достоинствами этого процесса являются высокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.

Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента в установках периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.

Существуют следующие виды сорбентов:

а) неполярные твердые вещества, на поверхности которых происходит в основном физическая адсорбция;

б) полярные твердые вещества, на поверхности которых происходит химическая адсорбция без изменения структуры молекул газа и поверхности адсорбента;

в) вещества, на поверхности которых протекает чисто химическая адсорбция, при чем десорбция молекул газа возможна только в результате химической или каталитической реакции.

Из неполярных адсорбентов самый распространенный - активированный уголь, а также часто используют синтетические минеральные силикогели и алюмогели. В качестве полярных адсорбентов применяют хемосорбенты на основе оксидов железа, меди и цинка, которые обеспечивают проектную степень очистки даже от технологических газов.

Например, при адсорбции газов, содержащих SO2, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO2.

Адсорбционные методы с использованием активных углей и цеолитов Наиболее часто применяют для улавливания органических соединений. Обе группы методов могут быть циклическими и нециклическими. В первых отработанный жидкий или твердый сорбент регенерируют нагреванием, понижением давления, продувкой инертным газом или воздухом, отпаркой водяным паром, а также хим. способами; продукты десорбции перерабатывают или выбрасывают. Если восстановить поглотительную способность сорбента полностью не удается, нерегенерируемые соед. выводят из системы и добавляют соответствующее количество свежего сорбента. В нециклич. методах отработанный сорбент целиком заменяют.

Очистка от SO2. Применяется в основном для выделения примесей из дымовых газов, образующихся при сжигании сернистых топлив, и отходящих газов переработки серосодержащего сырья. Наиб. распространены абсорбц. методы (сост = 0,01-0,03%). Основное количество поглощенного SO2 связывается в сульфиты или гидросульфиты, а часть, вследствие присут. в очищаемых газах О2, окисляется в сульфаты. Последние регенерируют с выделением абсорбента и SO2 либо выделяют как побочные продукты.

В аммиачных методах SO2 абсорбируют при 35-55°С водным раствором сульфит-гидросульфита аммония (NH4)2SO3*NH4HSO3 с образованием NH4HSO3. В аммиачно-циклическом методе в результате отпарки абсорбента при 85-90°С под вакуумом (40-50 кПа) NH4HSO3 разлагается с выделением SO2, который может быть переработан в S или H2SO4. В аммиачно-гидросульфатном методе при взаимодействии так называемого отработанного раствора (полученного в результате поглощения SO2 водным раствором NH3) с рециркулирующим NH4HSO4 выделяются SO2 и (NH4)2SO4, который при 350-400°С разлагается на NH4HSO4 и NH3, возвращаемые в цикл; сульфат, образовавшийся при абсорбции, регенерируют добавкой S.

Магнезитовый метод предусматривает поглощение SO2 водной суспензией MgO при 45-65 °С с образованием кристаллогидратов MgSO3 и небольшого количества MgSO4. Их обжигают при 900-1000 °С с образованием MgO и газов, содержащих 10-12% SO2, которые используют для получения H2SO4. По содово-циклическому методу SO2 абсорбируют водным раствором Na2SO3 при 45-65 °С с образованием NaHSO3. Отработанный раствор отпаривают при 100°С с выделением кристаллов Na2SO3 и SO2. Образовавшийся Na2SO4 выделяют предварит, упаркой отработанного раствора.

Известняковый (известковый) метод основан на поглощении SO2 суспензией СаСО3 или Са(ОН)2 с образованием CaSO3*0,5H2O и CaSO4*2H2O, которые идут в отвал либо м. б. переработаны в товарный гипс. В варианте с осуществлением процесса по типу распылительной сушки при температуре газа более 150°С влага суспензии испаряется, и сухой продукт реакции улавливается в рукавном фильтре или электрофильтре.

В аммиачно-кислотном методе отработанный р-р разлагается H2SO4, HNO3 или Н3РО4 с образованием SO2 и соотв. (NH4)2SO4, NH4NO3 или (NH4)3PO4. Очистка по содовому методу проводится водным р-ром Na2CO3 при 35-40 °С с образованием Na2SO3 и NaHSO3, используемых как товарные продукты. В кислотно-каталитич. методе SO2 поглощается разб. H2SO4 в присут. МnО2 или FeSO4; продукт очистки - 10-12%-ная H2SO4, к-рая при смешении с известью (известняком) перерабатывается в гипс.

Адсорбц. методы очистки с применением главным образом активных углей основаны на окислении SO2 в SO3 с послед. образованием H2SO4. Уголь регенерируют отмывкой водой с получением 10-12%-ной H2SO4. По др. методу регенерация осуществляется нагреванием угля до 600 °С твердым теплоносителем (песком) с разложением H2SO4; при этом часть угля расходуется на восстановление SO3 в SO2, а из газов, содержащих 30% SO2 (остальное - СО2 и Н2О), в присут. СН4 получается S.

Очистка от H2S. Преимущественно подвергают горючие газы (природные, нефтепереработки, генераторный, коксовый, которые содержат также СО2 и сераорг. соединения) и отходящие газы (напр., вентиляционный воздух в производстве вискозы, содержащий H2S, хвостовые газы в производстве S, в состав которых наряду с H2S входит SO2).

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. (рис. 3).

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.

Рис. 3. Схема адсорбционной газоочистной установки:

1 -- фильтр; 2, 3 -- адсорберы; 4 -- конденсатор; 5 -- сепаратор; І -- очищаемый газ; ІІ -- очищенный газ; ІІІ -- водяной пар; IV -- неконденсируе.уые пары; V -- сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI -- водный конденсат

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.

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.

Задача

При крашении одежды в коричневый цвет ее последовательно выдерживали в двух ваннах с раствором красителя, состав которых в граммах следующий (из расчета на 16 кг одежды):

Краситель свежая ванна вторая ванна

Прямой коричневый 750 530

Поваренная соль 750 60

Кальцинированная сода 100 50

Рассчитайте проценты состава каждой ванны по отношению к одежде и укажите сколько каждого компонента требуется для крашения 200 кг одежды.

Решение

Рассчитаем процентное содержание компонентов в каждой ванне:

Краситель свежая ванна вторая ванна

Прямой коричневый 46,8 % 82,8 %

Поваренная соль 46,8 % 9,3 %

Кальцинированная сода 6,25 % 7,8 %

Рассчитаем сколько нужно компонентов на 200 кг одежды

Краситель свежая ванна вторая ванна

Прямой коричневый 9375 6631

Поваренная соль 9375 750

Кальцинированная сода 1250 625

Выводы

Качество адсорбционной очистки воздуха зависит от его температуры и влажности. С повышением температуры в адсорбере эффективность очистки снижается. С повышением влажности очищаемого воздуха качество его очистки снижается, содержание влаги в воздухе должно быть не более 80 85 %. Снижение качества очистки происходит также по мере насыщения адсорбента загрязняющими веществами.

Основными промышленными сорбентами являются активированные угли, оксиды алюминия и других металлов, цеолиты, силикагели, алюмогели и другие импрегнированные сорбенты.

Активированный уголь нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, но является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Повышение их адсорбционной емкости и расширение спектра поглощаемых вредных веществ достигается за счет введения различных активирующих добавок - импрегнации. Например, импрегнация активированного угля серной кислотой позволяет очищать такие слабо сорбируемые загрязнители как аммиак; сероводород, следы диоксида серы поглощаются щелочным импрегнированным углем.

Недавно для удаления газовых загрязнителей и аэрозолей из воздуха начали использовать угольное волокно. Угольное волокно -- это широкий спектр полиэстеров, полимеризированного угольного волокна, а также графитовых волокон, импрегнированных углем и используемых в качестве матрицы пластиков для создания структур, близких структуре волокна.

Оксидные адсорбенты обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу оксидных адсорбентов относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

Адсорбционные установки очистки воздуха и газа позволяют эффективно удалять многие вредные вещества органической и неорганической природы. Это, уже упоминавшиеся, аммиак, сероводород и другие сернистые соединения, фенолы, оксиды углерода и азота. Существует информация по использованию адсорбции для очистки от мышьякорганических соединений. Исследовалась возможность адсорбции капролактама из производственных сточных вод. Получили распространение адсорбционные методы извлечения из отходящих газов хлорорганических растворителей, обеспечивающие высокую эффективность процесса очистки газов (95-99%), отсутствие химических реакций образования вторичных загрязнителей, быструю окупаемость установок газоочистки (обычно 2-3 года) и длительным (до 10 лет) сроком службы.

Известно, что экономичность сорбционных технологий газоочистки и очистки воздуха зависит от возможности многократного использования используемых сорбентов. В связи с этим важное значение имеет разработка технологии регенерации сорбентов после их использования.

В настоящее время один из перспективных подходов к усовершенствованию адсорбционных систем, используемых для очистки промышленных газов и атмосферного воздуха, основан на применении пространственно упорядоченной упаковки планарных сорбирующих материалов - так называемых “активных фильтров. Меняя пространственное размещение сорбента в аппарате удается снизить диффузионное, термическое и аэродинамическое сопротивления. Адсорбционно-активные фильтры отличаются высокой компактностью и низкой материалоемкостью. Для создания высокопроизводительных адсорберов с регулярной структурой требуется разработка новых планарных адсорбентов (ткани, войлок, вата и т.п.) с оптимальным комплексом адсорбционных, фильтрационных и конструкционных свойств.

Список литературы

1. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы. - М.: Агропромиздат, 1987 - 245 с.

2. Боков ВЛ., Лущик А.В. Основы экологической безопасности. - Симферополь: Сонат, 1998. - 224 с.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. Изд. 17-е, испр. -- Л.: «Химия», 1975. - 728 с.

4. Носков А.С, Пай З.П. Технологические методы защиты атмосферы от вредных выбросов на предприятиях энергетики. Новосибирск, СО РАН, ГПНТБ, 1996, 156 с.

5. Основы химической технологии: Учебник для студентов хим.-технол.спец. вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Под ред. И.П. Мухленова. - 4-е изд., перераб. и доп. -- М.: Высш. школа, 1991. - 463 с.

6. Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств.- М.: Химия, 1991.

7. Охрана окружающей природной среды. / Под редакцией Г.В. Дуганова. - Киев: “Выща школа”, 1990. - 300 с.

8. Экология города: Учебник. / Под ред. Ф.В.Стромберга. - К.: Либра, 2000. 464 с.

Страницы: 1, 2, 3