Lektsia_10

1.

Экологическая безопасность
Лекция-презентация №10
Доцент кафедры охраны труда и окружающей среды ЮЗГУ,
к.т.н., Иорданова Анастасия Владимировна

2.

ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ. Часть 3.
Абсорбционная очистка газов
Абсорбция - это процесс избирательного поглощения газа жидкостью. При
абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, при
десорбции, наоборот, из жидкой в газовую фазу. Вещество, которое содержится в
газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, называют
абсорбционным компонентом или абсорбтивом. Вещество, которое содержится в
газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газомносителем. Вещество, в котором происходит поглощение абсорбируемых
компонентов, называют абсорбентом. Для многократного использования
абсорбент подвергают регенерации,
Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию).
При
физической
абсорбции
происходит
физическое
растворение
абсорбируемого компонента в растворителе, которое не сопровождается
химической реакцией.
При химической абсорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую
реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.
Здесь возможны два варианта – протекание обратимой и необратимой реакции.
Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение
компонентов из газовых смесей.
При абсорбции происходит передача массы абсорбируемого компонента
(массопередача) от газа к жидкости.

3.

Важнейшим вопросом проектирования абсорбционных систем является выбор
абсорбента. Требования к абсорбентам :
- возможно большая абсорбционная емкость;
- высокая селективность;
- легкость регенерации;
- не проявлять коррозионную активность;
- небольшая вязкость;
- низкая стоимость.
Загрязнитель
Абсорбент
Диоксид серы Вода - H2O;
Суспензия известняка в воде;
Аммиачная вода - (NH4)2OH;
Диаметиланилин безводный;
Водный раствор поташа - K2CO3;
Водный раствор сульфита калия – K2SO3;
Установки для абсорбции могут быть разомкнутыми (без регенерации
абсорбента) и циркуляционными (с регенерацией абсорбента).
При физической абсорбции регенерацию абсорбента
повышение
(понижением) температуры или давления. При хим. абсорбции регенерацию
поглотительных
растворов,
получаемых
при
протекание
обратимых
хемосорбционных процессов, проводят теми же методами, что и при физической
абсорбции. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых в необратимых
хемосорбционных процессах, осуществляют химическими методами – как правило
добавлением реагентов.

4.

Загрязненные фтором газы поступают в абсорбер 1, куда противотоком
подается раствор щелочи. Отработанная жидкость, содержащая фторид натрия,
постоянно удаляется из башни и поступает в регенерационный танк 4, куда из
гасителя 5 подается известковое молоко. В регенерационном танке 4
образовавшийся фторид натрия превращается во фторид кальция при
взаимодействии с Са(ОН) 2 в условиях тщательного перемешивания. Смесь проходит к танку-отстойнику 6,
где
осаждается
фторид
кальция и избыток извести.
Прозрачный регенерированный раствор протекает через
переливное устройство 7 и
вновь поступает в башню 1.
Чтобы поддерживать определенный
температурный
режим в башне, эта жидкость
проходит
через
систему
теплообменников 8, регулируемую автоматически. При
этом температура жидкости
поддерживается в пределах
Технологическая схема очистки отходящих газов,
содержащих фтористый водород: 1 – абсорбционная башня;
37,8 - 65,6 °С.
2 – сопло; 3 – газоход; 4 – регенерационный танк; 5 –
гаситель извести; 6 – танк –отстойник; 7 – переливное
устройство; 8 - теплообменники; 9 – бункер извести; 10 –
ленточный транспортер; 11 – холодильник; 12 – хранилище;

5.

Адсорбционная очистка газов
Адсорбционные методы очистки основаны на избирательном извлечении одного
или нескольких компонентов из газовой смеси твердыми поглотителями
(адсорбентами).
Различают физическую и химическую адсорбцию.
При физ. адсорбции извлеченные молекулы газов или паров удерживаются на
поверхностях поглотителя силами Ван-дер-Ваальса. При этом адсорбированные
молекулы не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие.
Для физ. адсорбции характерна высокая скорость, малая прочность связи между
поверхностью адсорбента и адсорбтивом и малая теплота адсорбции.
Преимуществом физ. адсорбции является легкая обратимость процесса.
В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между
адсорбентом и адсорбируемым веществом. При хим. адсорбции десорбция
практически неосуществима, поэтому наибольшее значение для очистки газов
имеет физическая адсорбция.
Все адсорбенты имеют пористую структуру, которая характеризуются
поверхностью адсорбентов и размером пор.
Основные требования, предъявляемые к адсорбентам:
- иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов
при небольших концентрациях их в газовых смесях;
- обладать высокой селективностью;
- иметь высокую механическую прочность;
- обладать способностью к регенерации;
- иметь низкую стоимость.

6.

Основные виды адсорбентов.
1. Активированный уголь.
Пористые адсорбенты органического происхождения. Их получают из
различных видов органического сырья: угля, торфа, дерева, костей животных,
скорлупы орехов. При производстве исходный материал подвергают термической
обработке без доступа воздуха (600 - 9000С , в результате которой из него удаляют
летучие вещества. Затем улучшают активацией – обработкой паром, газами или
химическими реагентами (активатором). Для очистки воздуха применяют
гранулированные активные угли, выпускающие в виде цилиндриков диаметром 2 –
5 мм.
Недостатки активного угля:
- горючесть (в воздушной атмосфере окисление
углей начинается при температуре выше 2500С);
- низкая износостойкость.
2. Силикагель.
По своей химической природе является гидратированным аморфным
кремноземом (SiO2 . nH2O). Выпускаются кусковой (неправильной) формы и
шарообразной (правильной) формы размером 0,2 – 7 мм. Силикагели
представляют собой твердые, прозрачные стекловидные или матовые зерна.
Преимущества (по сравнению с активными углями): дешевы, негорючи, при
получении
можно
регулировать
их
пористую структуру, обладают
повышенной механической прочностью к истиранию, имеют низкую температуру
регенерации. Недостатком силикагелей является разрушение их зерен под
действием капельной влаги.

7.

3. Алюмогели (активный оксид алюминия).
Технология получения алюмогелей
схожа
с
технологией
получения
силикагеля. Используют для осушки
газов и поглощения некоторых полярных
органических веществ из газовых
смесей, для улавливания фтора и
фтористого водорода
4. Цеолиты (молекулярные сита).
В перевод с греч – «кипящие камни», т.к. при нагревании происходит бурное
выделение пузырьков водяных паров. Представляют собой алюмосиликаты,
содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (например,
Na2O*Al2O3*2SiO2*H2O). Основная отличительная особенность строго
регулярная пористая структура (одинаковые по размеру поры), что позволяет
использовать их для избирательной адсорбции. Размер пор до 4 . 10-10, а объем
микропор 0,15 см3/г.

8.

Регенерация адсорбента.
Регенерация заключается в удалении из его пор адсорбированного вещества.
Регенерацию адсорбента проводят одним из следующих методов:
- термическим методом. Процесс происходит при 300-400 0 C в печах различных
конструкций. При термической регенерации теряется 5-10% адсорбента;
- десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром. Во втором случае
используется перегретый пар при 200 - 300 0С;
- десорбция инертным газом при 120 - 140 0С.
Технологическая схема адсорбционной установки периодического действия для
улавливания паров растворителей:
1 – фильтр; 2 – гравийный огнепреградитель; 3 – предохранительное устройство с
разрывными мембранами; 4 – калорифер; 5 – обводная линия; 6 – адсорбер; 7 –
конденсатор; 8. 9 – вентиляторы.

9.

Каталитическая очистка газов
Катализ - избирательное ускорение одного из возможных термодинамически
разрешенных направлений химической реакции под действием катализаторов
который, многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с
участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого
цикла промежуточных химических взаимодействий.
Каталитическая очистка газов основана на гетерогенном катализе и служит
для превращения примесей либо в безвредные (относительно безвредные)
соединения, либо в соединения, легко удаляемые из
газовой смеси
(комбинированный метод очистки).
Преимущества метода:
- отсутствие проблемы утилизации уловленного компонента;
- высокая степень очистки;
- возможность очистки больших объема газов с малым содержанием вр. в-в;
- возможность очистки от нескольких примесей;
- компактность.
Недостатки:
- проблема каталитических ядов;
- высокая стоимость катализаторов;
- необходимость обеспечения температуры зажигания.
Различают каталитическое окисление и каталитическое восстановление.

10.

Каталитическое окисление используют для очистки выбросов от окиси
углерода, диоксида серы из дымовых газов, органических веществ:
СО + О2 = СО2
После каталитического окисления газы могут направлять на дальнейшую
переработку, например, абсорбцию, с получением готового продукта (Н2SO4).
Каталитическое восстановление используют для обезвреживания газов от
оксидов азота:
NO2 + CH4 = N2 + H2O + СО2
Требования к свойствам катализаторов:
- активность и селективность к извлекаемому компоненту;
- пористая структура;
- стойкость к каталитическим ядам;
- механическая прочность;
- низкая температура зажигания;
- большой температурный интервал работы;
- термостойкость;
- низкое гидравлическое сопротивление;
- небольшая стоимость.
Катализаторы в ходе катализа не претерпевают никаких изменений (в
некоторых процессах катализаторы работают более 20 лет). Однако,
постепенно активность катализаторов теряется. Причиной этого могут быть
физические и химические факторы. К физическим относятся истирание,
перегрев, спекание и т.д. Химические факторы - постепенное насыщение
поверхности
катализатора
различными
примесями,
называемыми
каталитическими ядами.

11.

Каталитические реакторы
Нейтрализатор отработавших газов автомобиля:
1 - корпус, 2 - каталитические блоки, 3 - сотовые
каналы
а - контактный аппарат с катализатором в виде сеток; б – трубчатый контактный аппарат; в – контактный
аппарат с перфорированными решетками; г – многослойный контактный аппарат; д – контактный аппарат
с трубками Фильда; е – контактный аппарат с теплообменником

12. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!