Тепловой баланс процесса очистки
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТОН ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ На правах рукописи УДК 622.794:502:66.01 ШАРИПОВ ШАРОФИДДИН ИШКУВАТОВИЧ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ПЫЛЕВЫХ ГАЗО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБЕСТФТОРЕННЫХ ФОСФАТОВ ДИССЕРТАЦИЯ на соискание академической степени магистра по специальности 5А 320305 -Машины и аппараты химических производств Научный руководитель: доц. Набиев Г.Г. Работа рассмотрена и допущена к защите на заседании кафедры «Технологические процессы и аппараты» Протокол №____ «_____» ______________2013 г. Зав. кафедры доц. Нигматжонов С.К. Зав. отд. магистратуры доц. Мухамедов К.Г. Ташкент – 2013 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………... 4 ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР…………………………………. 8 1.1. Современное состояние проблемы экологической безопасности в производстве фосфорных удобрений. Методы очистки газов от технических загрязнений………... 8 1.1.1. Абсорбционный метод………………………………………... 10 1.1.2. Адсорбционный метод………………………………………... 12 1.2. Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера…………………….……………. 15 1.3. Очистка газов путем абсорбция водой………………………. 24 1.3.1. Абсорбция щелочами…………………………………………. 24 1.3.2. Селективные абсорбенты……………………………………... 26 1.4. Основные виды абсорбции…………………………………… 1.4.1. Абсорбенты, которые применяются в промышленности…. 1.5. Конструкции абсорберов……………………………………... 27 28 30 1.6. Очистка фтористых газов с извлечением кремнефтористоводородной кислоты в процессе производства фосфорной кислоты…………………………………………………………. 34 ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ……………………………………… 39 2.1. Различные виды тарелок, применяемых в абсорберах……. 39 2.2. Тарелки перекрестного типа…………………………………. 41 2.3. Ситчатые тарелки…………………………………………… 43 2.4. Клапанные тарелки…………………………………………… 45 3 ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И ВЫБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ………........... 54 3.1. Исследование процесса очистки выбросных газов в лабораторных условиях ………………………………………. 54 3.2. Технологические и конструктивные расчеты процесса очистки………………………………………………………… 3.3. Построение линии равновесий и рабочей 58 линии процесса………………………………………........................ 58 3.4. Материальный баланс процесса очистки……………………. 61 3.5. Тепловой баланс процесса очистки………………………….. 61 3.6. Конструктивные расчёты процесса очистки газа…………… 62 3.7. Описание принципиальной технологической схемы очистки выбросных газов в производстве фосфорных удобрений….. 67 3.8. Основной аппарат (абсорбер) отделения очистки фтористых газов в производстве фосфорных удобрений………………. 71 ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………... 74 Список использованной литературы………………………………….. 76 Опубликованные статьи по материалам диссертации……………… 79 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы диссертации. Современная агрохимия направлена на использование наиболее подходящих минеральных удобрений с учетом климата, типа почвы и других факторов, на оптимизацию питания растений. Мировой сельскохозяйственной практикой доказано, что получить высокие урожаи и качественную сельскохозяйственную продукцию в условиях интенсивного земледелия без применения минеральных удобрений практически невозможно [1, 2]. Поэтому промышленность минеральных удобрений является одна из базовых отраслей химического комплекса Узбекистана. Однако промышленность фосфорсодержащих удобрений является источником поступления в атмосферу ряда загрязняющих веществ – фтористых и сернистых соединений, пыли, оксида углерода, твердых отходов (фосфогипс, шлам) и др. Это связано с особенностями технологии промышленного получения фосфорных удобрений, при которой используются такие сырьевые компоненты как фосфориты, содержащие фтористые соли, являющиеся основными источниками выбросов вредных, канцерогенных веществ в атмосферу. Современные требования по охране окружающей среды ставят предприятия фосфорных удобрений в достаточно жесткие рамки по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу. Основным направлением снижения загрязнения атмосферы отходящими газами промышленных предприятий является разработка технологических процессов, предусматривающих внедрение замкнутых циклов, высокоэффективных технологий очистки отходящих газов и аппаратов, позволяющих ограничить поступление вредных веществ в атмосферу. Фторсодержащие газы наиболее распространенные в производстве минеральных фосфорсодержащих удобрений. Чаще всего они содержат 5 одновременно НF и SiF4 в различных соотношениях и сопутствующие соединения - пыль фосфатов, в ряде случаев P2О5, SО2, NH3. Исследованиям по очистке этих газов посвящен ряд работ [3-5]. В настоящее время удается утилизировать около 60% образующихся газообразных фтористых соединений, остальное их количество в том или ином виде поступает в окружающую среду. Поэтому очистка отходящих газов, позволяющая предотвратить загрязнение окружающей среды соединениями фтора и получить ценные продукты, является одной из экологически важных проблем химической промышленности. Фтористые соединения выделяются на различных стадиях производства минеральных удобрений. Распределение фтора по стадиям производства изменяется в довольно широких пределах в зависимости от типа природного фосфата, способа получения фосфорной кислоты и минеральных удобрений. Количество выделившихся в газовую фазу фтористых соединений зависит от вида сырья, продолжительности процесса, температурного режима, нормы и концентрации исходной фосфорной кислоты и содержания в ней фтора. При анализе возможных методов очистки фторсодержащих газов необходимо исходить высокоэффективного дешевыми из следующих комплексного поглотителями; требований: улавливания возможность всех использования обеспечение компонентов уловленных продуктов непосредственно в производстве фосфорсодержащих удобрений; создание обработки аппаратурно-технологической газов и жидкостей, схемы, содержащих надежной в условиях кристаллизующиеся и слипающиеся вещества (пыль, кремнегель, фториды, смолистые соединения и т.д.). Несмотря на многообразие существующих методов очистки газов от фтора, реализовано лишь ограниченное их количество. В связи с этим усовершенствование процесса очистки пылевых и газо-воздушных смесей в 6 производстве фосфорных удобрений, обладающие достаточно высокой эффективностью и хорошими технико-экономическими показателями представляет большой научный и практический интерес. Целью настоящей диссертационной работы является усовершенствование процесса очистки пылевых и газо-воздушных смесей в производстве фосфорных удобрений. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: - анализ и сравнение действующих отечественных и зарубежных технологических схем очистки пылегазовых выбросов промышленности; - проведение критического анализа теоретических и научнопрактических исследований; - исследование процесса очистки выбросных газов производства фосфорсодержащих удобрений; - расчет материального и теплового баланса процесса очистки газа; - разработать технологическую схему процесса очистки пылевых и газо-воздушных смесей в производстве фосфорных удобрений. Научная новизна заключается в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований установлено современное состояние и направления совершенствования процессов очистки газовых выбросов. Результаты выполненных исследований явились научной основой для создания усовершенствованной технологии очистки фторсодержащих газо-воздушных смесей. Практическая значимость диссертации. В результате проведенных исследований найдены оптимальные технологические параметры процесса очистки пылевых и газо-воздушных смесей в производстве фосфорных удобрений. Рассчитаны материально-тепловые балансы процесса очистки. Предмет исследования. Предметом исследования является подбор технологических параметров, позволяющий увеличить степень очистки газо- 7 воздушной смеси, а также улучшить процесса абсорбции в процессе очистки, технологические расчеты. Объект исследования. Объектами исследований являются процесс очистки пылевых и газо-воздушных смесей в производстве фосфорных удобрений, аппарат, где происходит процесс абсорбция. Апробация. Результаты проведенных научных исследований доложены на научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов ТХТИ в 2013 гг. и Республиканской научно-практической конференции Результаты опубликованы в виде статьи и тезиса. Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 78 страницах компьютерного текста, включает 12 таблиц и 7 рисунков. Состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, насчитывающего 33 наименований. 8 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Современное состояние проблемы экологической безопасности в производстве фосфорных удобрений. Методы очистки газов от технических загрязнений Из наиболее перспективных отраслей химической промышленности является производство фосфорной кислоты, а также некоторых полифосфорных кислот, в частности, суперфосфорной кислоты. Это объясняется широким применением фосфорной кислоты и ее производных для получения удобрений, кормов, полимеров, извлечения урана из руд, умягчения воды, производства моющих средств, фармацевтических препаратов, хлебопекарных и пищевых продуктов, продуктов органического синтеза, пестицидов, заменителе дрожжей в биохимической промышленности и многих других [6]. В настоящее время при производстве фосфорных удобрений, фтористого водорода, фтора, фосфорной кислоты и других фтористых соединений выделяются большие количества различных фторсодержащих газов, загрязняющих окружающую среду. Еще 20-25 лет назад при сравнительно небольших фтористых выбросах была возможность снизить содержание фтора в отходящих газах до необходимого уровня при помощи любых устройств для промывки газа. Объем фтористых выбросов современного предприятия по производству фосфорных удобрений может достигать 1 млн. м3/год и более [7]. В связи с тем, что с каждым годом расширяется область применения фосфорных удобрений, и возрастают масштабы производства, количество, выделяющихся в газовую фазу фтористого водорода, четырехфтористого кремния, элементарного фтора и других фторсодержащих соединений в газообразном виде, или в виде аэрозолей, или пыли ежегодно возрастает. Необходимость их улавливания 9 диктуется как экономическими соображениями, в частности, острым дефицитом фтора и его соединений, так и весьма вредным их воздействием на окружающую живую природу. На данном этапе развития в промышленности существует достаточно много методов для улавливания фторсодержащих соединений. Исследования, направленные на глубокое извлечение фтора из газовой фазы путем водной абсорбции, в большинстве случаев не дали положительных результатов. Объясняется это, во-первых, довольно значительной равновесной концентрацией фтора в газовой фазе над растворами кислоты (12-15 кг/м3 при 50°С), во-вторых, часть фтористых соединений присутствует в виде аэрозоля, улавливание которого не подчиняется закономерностям обычной абсорбции [8]. Одним из наиболее перспективных является метод адсорбционной очистки на твердом сорбенте, преимущество которого заключается в значительном уменьшении или полной ликвидации вредных сбросов. В качестве поглотителей для сорбции фтористых соединений могут быть использованы фториды, оксиды, гидроокиси, карбонаты, хлориды, сульфаты и другие неорганические соединения металлов. Наибольшее распространение получили поглотители, взаимодействие с которыми сопровождается образованием газов и паров (О2, Н2О и др.), не вызывающих загрязнение атмосферы. Применение адсорбционной очистки отходящих газов позволяет решить две задачи - санитарная очистка отходящих газов и регенерация фтора с целью возвращения его в технологический цикл для производства фтор содержащих продуктов, что позволяет значительно снизить себестоимость последних [9]. В настоящее время продолжается разработка новых и модернизация уже существующих технологий по созданию сорбентов очистки отходящих газов промышленных производств от соединений фтора. 10 В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ [10]. Опишем эти основные методы и укажем их преимущества и недостатки. 1.1.1. Абсорбционный метод. Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе [11]. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать: получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты); получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция); других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.). Схемы с многократным использованием поглотителя (циклические процессы) распространены шире. Их применяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2 дымовых газов ТЭС, очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом с получением элементарной серы , моноэтаноламиновой очистки газов от CO2 в азотной промышленности. 11 В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты. В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности загруженной в них насадки из тел различной формы. Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы. В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью распыленной жидкости. Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, Cl2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaOH или Ca(OH)2. Добавки химических реагентов во многих случаях увеличивают эффективность абсорбции благодаря протеканию химических реакций в пленке. Для очистки газов от углеводородов этот метод на практике используют значительно реже, что обусловлено, прежде всего, высокой стоимостью абсорбентов. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления. 12 1.1.2.Адсорбционный метод. Адсорбционный метод [12] являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д. Оксидные адсорбенты (ОА) 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 ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия. Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки: После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей. После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей. 13 После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или загрязнителем. сжиганию Этот способ вместе пригоден с прочно при хемосорбированным использовании дешевых адсорбентов. Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования, при этом их часто удается легко утилизировать. Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем. В последние годы все более широкое применение получают волокнистые сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь от гранулированных адсорбентов по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят их по ряду других показателей. Например, их отличает более высокая химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий коэффициент массопередачи (в 10-100 раз больше, чем у сорбционных материалов). Установки, в которых используются волокнистые материалы, занимают значительно меньшую площадь. Масса адсорбента при использовании волокнистых материалов меньше, чем при использовании АУ в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление слоя не превышает при этом 100 Па. Повысить технико-экономические показатели существующих процессов удается также путем оптимальной организации стадии десорбции, например, за счет программированного подъема температуры. 14 Следует отметить эффективность очистки на активированных углях сотовой (ячеистой) структуры, обладающих улучшенными гидравлическими характеристиками. Такие сорбенты могут быль получены нанесением определенных композиций с порошком АУ на вспененную синтетическую смолу или вспениванием смеси заданного состава, содержащей АУ, а также выжиганием наполнителя из смеси, включающей АУ вместе со связующим. Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов – силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение. Наибольшее извлечения из распространение отходящих получили газов адсорбционные растворителей, в том методы числе хлорорганических. Это связано с высокой эффективностью процесса очистки газов (95-99%), отсутствием химических реакций образования вторичных загрязнителей, быстрой окупаемостью рекуперационных установок (обычно 2-3 года) благодаря повторному использованию растворителей и длительным (до 10 лет) сроком службы АУ. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов оксидов серы и азота. Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей. 15 1.2. Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера. 1.2.1. Абсорбция водой. Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией: SO2 H 2 O Растворимость в SO 2 воде H HSO3 мала. Зависимость между общей концентрацией SO 2 а растворе и равновесным давлением PSO* выражается 2 формулой: * * , C PSO / mPC K / mPC PSO 2 2 где * - равновесное давление SO 2 ; m PC - константа фазового PSO 2 равновесия для SO 2 , м 2 *Па/кмоль; К - константа равновесия реакции. При абсорбции SO 2 водой процесс лимитируется диффузионным сопротивлением со стороны газа и жидкости [13]. Он может быть проведен а абсорберах различной конструкции. Для колонн с провальными и сетчатыми тарелками коэффициенты массоотдачи могут быть определены из уравнений: Nu1r 0,12 Re 0r ,7 (Prr1 ) 0,5 (d n / d П ,СТ ) 0,5 , Nu 1ж 2,5 Re 0ж, 7 (Prж1 ) 0,5 , где Nu1r r d П / Dr и Nu 1ж ж d П / Dж - диффузионные критерии Нуссельта для газа и жидкости; Prr1 vr / Dr и Prж1 v ж / Dж - диффузионные критерии Прандтля для газа и жидкости; Re r wd П / vr и Re ж wж d П / vж критерии Рейнольдса для газа и жидкости; r и ж - коэффициенты массоотдачи со стороны газа и жидкости, м/с; d П - поверхностно-объемный диаметр пузырьков газа, м ( d П .СТ . 0,004 м) ; Dr и D ж - коэффициенты молекулярной диффузии SO 2 в газе и жидкости, м 2 /с; vr и vж - кинематические коэффициенты вязкости газа и жидкости, м 2 /с; wr и wж скорость газа и жидкости а газожидкостном слое, м/с. 16 В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки требуется большой ее расход и абсорберы с большими объемами. Удаление SO 2 из раствора ведут при нагревании его до 100 о С. Таким образом, проведение процесса связано с большими энергозатратами. 1.2.2. Известняковые и известковые методы. Достоинством этих методов является простая технологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания. На практике применяются известняк, мел, доломиты, мергели. Известь получают обжигом карбонатных пород при температуре 1100 - 1300 о С. Процесс абсорбции диоксида серы для известкового и известнякового методов представляется в виде следующих стадий: SO2 H 2 O H 2 SO3 , CO2 H 2 O H 2 CO3 , CaCO3 H 2 SO3 CaSO3 H 2 SO3 , CaCO3 H 2 CO3 CaHCO3 2 , CaSO3 H 2 SO3 CaHSO3 2 , CaHSO3 2 2CaCO3 CaHCO3 2 2CaSO3 , Протекание тех или иных реакций зависит от состава и рН суспензии. В присутствии в растворе различных примесей процесс абсорбции значительно усложняется. Например, действие небольших количеств MgSO4 повышает степень очистки и степень использования известняка. При этом протекают следующие реакции: Ca( HSO3 ) 2 MgSO4 Mg ( HSO3 ) 2 CaSO4 , CaCO3 Mg ( HSO3 ) 2 MgSO3 CaSO3 H 2 CO3 , MgSO3 SO2 H 2 O Mg ( HSO3 ) 2 . 17 Для расчета равновесия при использовании солей кальция предложены эмпирические уравнения: для системы SO2 CaSO3 Ca( HSO3 ) 2 CaSO4 H 2 O : * lg PSO 3,85 1,87 lg SO2 2,24 *10 2 T 1960 / T , 2 для системы SO2 Ca( HSO3 ) 2 Ca(C6 H 5COO) 2 C6 H 5COOH CaSO4 H 2 O : * lg PSO 10,57 3,60 lg SO2 14,4 *10 2 T 2260 / T , 2 для системы SO2 Ca( HSO3 ) 2 Ca(CH 2 ) 4 (COO) 2 (CH 2 ) 4 (COOH ) 2 CaSO4 H 2 O : * lg PSO 12,62 0,7 pH 3,4Ca(CH 2 ) 4 (COO) 2 pH 2700 / T . 2 1.2.3. Магнезитовый метод. Диоксид серы в этом случае поглощают оксид – гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SO2 -содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию. В абсорбере протекают следующие реакции: MgO H 2 O Mg (OH ) 2 , MgSO3 H 2 O SO2 Mg ( HSO3 ) 2 , Mg ( HSO3 ) 2 Mg (OH ) 2 2MgSO3 2 H 2 O. Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его в виде MgSO3 6H 2 O и MgSO3 3H 2 O выпадает в осадок. Технологическая схема процесса представлена на рис. 1.1. Дымовые газы поступают в абсорбер Вентури, орошаемый циркулирующей суспензией. Отношение Т:Ж в суспензии 1:10, рН суспензии на входе 6,8 – 7,5, а на выходе из абсорбера 5,5 – 6. состав циркулирующей суспензии (в %): MgO 1,4; MgSO3 6,7; MgSO4 12,4; вода и примеси – 79,65. В абсорбере кроме сульфита образуется некоторое количество сульфата: 2MgSO3 O2 2MgSO4 . 18 Рис. 1.1. Схема установки очистки газа от диоксида серы суспензией оксида магния: 1 – абсорбер; 2 – нейтрализатор; 3 – центрифуга; 4 – сушка; 5 – печь. Образование сульфата нежелательно, так как для его разложения необходима более высокая температура (1200-13000С). При таких условиях получается переобожженный MgO , который имеет малую активность по отношению к SO2 . Для устранения образования сульфата необходимо использовать ингибиторы окисления или проводить процесс в абсорберах при малом времени контакта газ – жидкость. Другой путь – производить обжиг сульфата в присутствии восстановителей. В этом случае сульфат восстанавливается в сульфит. Из нейтрализатора часть суспензии выводят на центрифугу для отделения кристаллогидратов солей магния. Обезвоживание солей производят в сушилках барабанного типа с мазутной копкой. Безводные кристаллы обжигают во вращающихся печах или печах кипящего слоя при 9000С, в печь добавляют кокс. При этом идет реакция: MgSO3 MgO SO2 . Концентрация SO2 в газе, выходящем из печи, 7 – 15%. Газ охлаждают, очищают от пыли и сернокислотного тумана и направляют на переработку в серную кислоту. 19 Выгружаемый из печи продукт содержит 86,1% MgO и 3,4% MgSO4 . Его охлаждают до 1200С воздухом, идущим на сгорание мазута в топках, после чего отправляют на абсорбцию. Достоинства магнезитового метода: 1) возможность очищать горячие газы без предварительного охлаждения; 2) получение в качестве продукта рекуперации серной кислоты; 3) доступность и дешевизна хемосорбента; 4) высокая эффективность очистки. Недостатки: 1) сложность технологической схемы; 2) неполное разложение сульфата магния при обжиге; 3) значительные потери оксида магния при регенерации. 1.2.4. Вакуум – карбонатные методы. В этих методах сероводород поглощается из газов водным раствором карбоната натрия или калия. Затем раствор регенерируют нагреванием под вакуумом, охлаждают и снова возвращают на абсорбцию. В основе методов лежит реакция: Me 2 CO3 H 2 S MeHCO3 MeHS , Me 2 CO3 H 2 O CO2 2MeHCO3 , MeHS СO2 H 2 O MeHCO3 H 2 S . В следствие различной растворимости Na2 CO3 , NaHCO3 , K 2 CO3 и KHCO3 для абсорбции применяют растворы разной концентрации. Поташ лучше растворим в воде, поэтому применяются более концентрированные его растворы, которые имеют высокую поглотительную способность. Это позволяет уменьшит его расход, а также сократить расход пара на регенерацию поташа и расход энергии на перекачивание раствора. Недостатком использования раствора поташа является их высокая стоимость. Исходя из этого, чаще используют содовый метод. Если производится регенерация раствора без рекуперации сероводорода, то раствор нагревают в регенераторе, а из него воздухом отдувают сероводород. При этом некоторое количество сульфида натрия 20 окисляется до тиосульфата, что приводит к понижению концентрации абсорбирующей жидкости, поэтому периодически ее заменяют свежей. Технологическая схема очистки газа от сероводорода вакуум – карбонатном методом с получением из сероводорода серной кислоты приведена на рис.1.2 Рис.1.2. Схема установки очистки газа от сероводорода вакуум – карбонатном способом: 1 - абсорбер; 2, 9 – насосы; 3 – холодильник – конденсатор; 4 – теплообменник; 5 – подогреватель; 6 – регенератор; 7 – циркуляционный подогреватель; 10 – холодильник; 11 – вакуум – насос; 12 – холодильник; 13 – печь; 14 – котел – утилизатор. После очистки газа в абсорбере раствор подают в холодильник – конденсатор, где его подогревают за счет тепла конденсации паров, выделяющихся при регенерации поглотительного раствора. Затем раствор проходит теплообменник и подогреватель и поступает в регенератор. Раствор регенерирует кипячением под вакуумом (15,6 кПа). Регенерированный раствор направляют в емкость, а затем через теплообменник и холодильник – на орошение абсорбера. Выделяющиеся при регенерации раствора пары сероводорода и воды отсасываются вакуумом – насосом через конденсатор – холодильник, где конденсируется значительная часть паров воды. Далее пары поступают в холодильник, а затем в печь для сжигания сероводорода. Из печи газовая смесь, состоящая из диоксида серы, водяных паров, кислорода и инертных газов, при 9000 С, а затем направляется на окисление в 21 контактный аппарат. После окисления газы направляют на абсорбцию для получения серной кислоты. 1.2.5. Фосфатный процесс. Для абсорбции сероводорода фосфатным методом применяют растворы, содержащие 40 -50% фосфата калия: K 3 PO4 H 2 S KHS K 2 HPO4 , Из раствора сероводород удаляют кипячением при 107 – 1150С. Коррозии кипятильников при этом не наблюдается. Растворы стабильны, не образуют продуктов, ухудшающих их качество. Достоинством процесса является также селективность раствора к сероводороду в присутствии SO2 . 1.2.6. Процесс «Stretford». В этом процессе сероводород абсорбируют раствором (рН=8,5 – 9,5), содержащим кроме карбоната натрия эквимолекулярное количество ванадата натрия – аммония и антрахинон-2,6-2,7-дисульфоната (АДА). Кроме того к раствору добавляют натрий – калиевую соль винной кислоты, чтобы ванадат не выпал в осадок. Суммарные реакции: абсорбция H 2 S Na2 CO3 NaHS NaHCO3 , получение серы 2 NaHS H 2 S 4 NaVO3 Na2V4 O9 4 NaOH 2S , рекуперация ванадата при помощи АДА Na2V4 O9 2 NaOH H 2 O 2 АДА 4 NaVO3 2 АДА(восст), окисление АДА кислородом воздуха 2 АДА(восст.) О2 2 АДА Н 2О. Достоинством процесса является возможность исключить очень токсичные арсениты. 22 1.2.7. Щелочно – гидрохиновый метод. Сущность метода в поглощении сероводорода щелочными растворами гидрохинона. При регенерации растворов выделяются элементарная сера и тиосульфата натрия. Гидрохинон является катализатором. Чем выше концентрация хинона в растворе, тем активнее раствор. Метод состоит из следующих стадий: взаимодействие сероводорода с карбонатом натрия (содой) H 2 S Na2 CO3 NaHS NaHCO3 , окисление гидросульфида натрия хиноном (окисленная форма гидрохинона) O H 2O HO NaHS O OH S NaOH , регенерация соды NaHCO3 NaOH Na2 CO3 H 2 O, регенерация хинона HO OH 0,5O2 O O H 2 O. Последняя стадия осуществляется за счет кислорода, содержащегося в газе, и протекает параллельно с процессами поглощения и окисления сероводорода. Более полную регенерацию хинона проводят в регенераторах. В процессе абсорбции протекает следующая побочная реакция: 2 NaHS 2O2 Na2 S 2 O3 H 2 O. Накопление в растворе Na2 S 2 O3 и NaHCO3 приводит к снижению его поглотительной способности вследствие уменьшения концентрации карбоната натрия и снижения рН среды. Для поддержания активности поглотительного раствора непрерывно добавляют свежие растворы соды и гидрохинона. Для поддержания рН раствора в пределах 9 – 9,5 добавляют 42%-й раствор едкого натрия. Абсорбцию сероводорода проводят в полом абсорбере с форсунками или плотности орошения 4,35 м3/ч на 1 м3 орошаемого объема. Раствор 23 регенерируют, пропуская через него (барботаж) сжатый воздух. При этом происходит окисление гидрохинона до хинона и флотации выделившейся серы, которую в виде пены собирают на поверхности раствора. Одновременно здесь же происходит окисление части гидросульфида др тиосульфата. Серная пена собирается в пеносборнике, а затем поступает на вакуум – фильтр, где происходит ее отделение. Полученную серу плавят в автоклаве. Метод позволяют очистить газ от начального содержания сероводорода в газе 0,185 г/м3 до 0,02 г/м3. степень очистки газа зависит от концентрации в нем сероводорода, скорости движения газа в абсорбере и интенсивности орошения, концентрации активных компонентов в растворе и его рН, температуры процесса, от равномерности распределения раствора в абсорбере. 1.2.8. Абсорбция этаноламинами. В этих методах сероводород поглощают растворами моноэтаноламина и триэтаноламина. Преимущественно используют 15 – 20%-й водный раствор моноэтаноламина, поскольку он обладает большей поглотительной Рис.1.3. Схема установки очистки газа от сероводорода раствором этаноламина: 1 – абсорбер; 2,5 – холодильники; 3,6 – теплообменники; 4 – регенератор. 24 способностью на единицу массы растворителя, большей реакционной способностью и легко регенерируется. Технологическая схема очистки газов от сероводорода растворами этаноламина представлена на рис. 1.3. 1.3. Очистка газов путем абсорбция водой. При абсорбции диоксида азота водой в газовую фазу выделяется часть оксида азота, скорость окисления которого при низких концентрациях мала: 3NO2 H 2 O 2 HNO3 NO Q. Для утилизации оксидов можно использовать разбавленные растворы пероксида водорода с получением азотной кислоты: NO H 2 O2 NO2 H 2 O, 3NO2 H 2 O 2 HNO3 NO, N 2 O3 H 2 O2 N 2 O4 H 2 O, N 2 O4 H 2 O HNO3 HNO2 . Основным фактором, определяющим экономику процесса, является расход пероксида водорода. Он приблизительно равен 6 кг на 1 т кислоты в сутки. Разработан процесс очистки газов водой и циркулирующей HNO3 . Физическая абсорбция оксидов азота в азотной кислоте увеличивается с ростом концентрации кислоты и парциального давления NOx . Увеличение поверхности контакта способствует протеканию процесса, так как на границе раздела фаз идет реакция окисления NO в NO2. Для интенсификации процесса используют катализатор. Степень очистки может достигать 97%. 1.3.1. Абсорбция щелочами. Для очистки газов применяют различные растворы щелочей и солей. Хемосорбция диоксида азота раствором соды протекает по уравнению: 2 NO2 Na2 CO3 NaNO3 CO2 Q. 25 Уравнения для хемосорбции N 2 O3 различными щелочными растворами или суспензиями представлены ниже: 2 NaOH N 2 O3 2 NaNO2 H 2 O, 2 NaHCO3 N 2 O3 2 NaNO2 2CO2 H 2 O, K 2 CO3 N 2 O3 2 KNO2 CO2 , Ca(OH ) 2 N 2 O3 Ca( NO2 ) 2 H 2 O, Mg (OH ) 2 N 2 O3 Mg ( NO2 ) 2 H 2 O, Ba (OH ) 2 N 2 O3 Ba ( NO2 ) 2 H 2 O, 2 NH 4 OH N 2 O3 2 NH 4 NO2 H 2 O, Na2 CO3 N 2 O3 2 NaNO2 CO2 ; 2 KOH N 2 O3 2 KNO2 H 2 O; 2 KHCO3 N 2 O3 2 KNO2 2CO2 H 2 O; CaCO3 N 2 O3 Ca( NO2 ) 2 CO2 ; MgCO3 N 2 O3 Mg ( NO2 ) 2 CO2 ; BaCO3 N 2 O3 Ba ( NO2 ) 2 CO2 ; 2 NH 4 HCO3 N 2 O3 2 NH 4 NO2 2CO2 H 2 O. При абсорбции N 2 O3 активность щелочных растворов убивает в такой последовательности: KOH NaOH Ca(OH ) 2 Na2 CO3 K 2 CO3 Ba (OH ) 2 NaHCO3 KHCO3 MgCO3 1 0,84 0,80 0,78 0,63 0,56 0,51 0,44 0,4 BaCO3 CaCO3 Mg (OH ) 2 . 0,40 0,39 0,35 Цифры под каждым из щелочных растворов показывают их активность относительно раствора KOH , активность которого условно принята за единицу. Данные приведены для начальной концентрации растворов 100 г/л и времени проскока газа 10 мин. Активность щелочных растворов определяется начальным рН раствора. Активность тем выше, чем выше этот показатель. При абсорбции растворами аммиака образуются соединения с низкой температурой разложения. Например, образующийся нитрит аммония NH 4 NO2 при 560С полностью распадается: NH 4 NO2 N 2 2H 2 O. 26 1.3.2. Селективные абсорбенты. Для очистки газов от NO при отсутствии в газовой фазе кислорода могут быть использованы растворы FeSO4 , FeCl2 , Na2 S 2 O3 , NaHCO3 . для первых растворов протекают реакции с образованием комплексов: FeSO4 NO Fe( NO) SO4 , FeCl2 NO Fe( NO)Cl2 . При нагреве до 95 – 1000С комплекс Fe( NO)SO4 распадается и NO выделяется в чистом виде, а восстановленный раствор вновь возвращают в производстве. Аналогично разлагается и комплекс Fe( NO)Cl2 . Раствор FeSO4 является наиболее доступным и эффективным поглотителем. В качестве абсорбента могут быть использованы и травильные растворы, содержащие FeSO4 . Поглотительная способность раствора зависит от концентрации FeSO4 в растворе, температуры и концентрации NO в газе. При температурах 20 – 250С раствор может поглощать NO даже при небольших концентрациях. Предел растворимости оксидов азота соответствует соотношению NO / Fe 2 1 / 1 . Присутствие в растворе серной и азотной кислот, солей и органических веществ снижает его поглотительную способность. Однако наличие в растворе 0,5 – 1,5% (об.) серной кислоты предохраняет FeSO4 от окисления кислородом воздуха до Fe2 (SO4 ) 3 . Использование растворов Na2 S 2 O3 , NaHSO4 , ( NH 2 ) 2 CO приводит к дефиксации азота: 2 Na2 S 2 O3 6 NO 2 N 2 2 Na2 SO4 2SO2 , 2 NaHSO3 2 NO N 2 2 NaHSO4 , 2( NH 2 ) 2 CO 6 NO 5 N 2 4 H 2 O 2CO2 . Таким же образом NO взаимодействует и с растворами ZnCl 2 , CH 2 O , C2 H 2 O4 . При температуре выше 2000С NO взаимодействует с аммиаком по реакции: 27 4 NH 3 6 NO 5N 2 6H 2 O . Серная кислота используется для поглощения NO2 и N 2 O3 с образованием нитрозилсерной кислоты: H 2 SO4 2 NO2 NOHSO 4 HNO3 , 2 H 2 SO4 N 2 O3 2 NOHSO 4 H 2 O. При нагревании нитрозилсерной кислоты или при разбавлении ее водой происходит выделение оксидов азота: 2NOHSO4 H 2O 2H 2 SO4 NO NO2 . Взаимодействие оксидов азота с жидкими сорбентами наиболее эффективно протекает при 20 – 400С. 1.4. Основные виды абсорбции Различают физическую абсорбцию и химическую абсорбцию (хемосорбцию) [14]. При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией (или, по крайней мере, эта реакция не оказывает заметного влияния на процесс). В данном случае над раствором существует более или менее значительное равновесное давление компонента, и поглощение последнего происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления над раствором. Полное извлечение компонента из газа при этом возможно только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего компонента. При хемосорбции (абсорбция, сопровождаемая химической реакцией) абсорбируемый компонент связывается в жидкой фазе в виде химического соединения. При необратимой реакции равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции. давление 28 1.4.1. Абсорбенты, которые применяются в промышленности Абсорбенты – это вещества, способные поглощать, всасывать вещества из газа всей своей массой [15]. Это искусственные или природные тела с развитой поверхностью, создаваемой капиллярами или кристаллической решёткой, которая хорошо поглощает (абсорбирует) вещества из газов и жидкостей. Требования к абсорбентам: Безопасность для окружающей среды и человека; Эффективность (высокая сорбционная способность); Высокая избирательность при применению его по назначению; Удовлетворение экономическим требованиям. Кроме того, для некоторых сорбентов выдвигается требование возможностей повторного применения после его регенерации. И, наконец, для сорбентов, которые применяются для поглощения (сорбции) ценных продуктов предъявляется требование сохранения их качества и возможности их выделения в процессе последующей регенерации. В качестве абсорбентов при разделении углеводородных газов используют бензиновые или керосиновые фракции, а в последние годы и газовый конденсат, при осушке - диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). Для абсорбционной очистки газов от кислых компонентов применяют N-метил-2-пирролидон, гликоли, пропиленкарбонат, трибутилфосфат, метанол; в качестве химического поглотителя используются моно- и диэтаноламины. В таблице 1.1 представлены абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов. В Башкирии производством абсорбентов занимается предприятие ОАО «Синтез-Каучук» в Стерлитамаке. 29 абсорбция газ очистка баланс Таблица 1.1 – Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов Поглощаемые компоненты Оксиды азота N2О3, N2O5 Абсорбенты Вода, водные растворы и суспензии: NaOH, Na2CО3, NaHCO3, КОН, К2СО3, КНСО3, Са(ОН)2, СаСО3, Мg(ОН)2, МgСО3, Ва(ОН)2, ВаСО3, NН4HСО3 Оксид азота NO Диоксид серы SO2 Сероводород H2S Оксид углерода СО Диоксид углерода СО2 Хлор Cl2 Хлористый водород НСl Растворы FeCl2, FeSO4, Na2S2О3, NaHCO3,Na2SО3, NaHSО3 Вода, водные растворы: Na2SO3(18-25%-ные), NH4ОH (5-15%-ные), Са(ОН)2, Na2CО3 (15-20%ные), NaOH (15-25%-ные), КОН, (NH4)2SO3 (20-25%ные), ZnSО3, К2СО3; суспензии СаО, МgО, СаСО3, ZnO, золы; ксилидин - вода в соотношении 1:1, диметиланилин С6Н3(СН3)2NН2, известковое молоко Водный раствор Na2СО3 + Nа3АsО4 (Nа2НАsОз); водный раствор Аs2О3 (8-10 г/л) + NН3 (1,2-1,5 г/л) + (NН4)3АsОз (3,5-6 г/л); моноэтаноламин (10-15%ный раствор); растворы К3РО4 (40-50%-ный раствор); растворы К3РО4 (40-50%-ные), NH4OH, К2СО3, CaCN2, натриевая соль антрахинондисульфокислоты Жидкий азот; медно-аммиачные растворы Водные растворы Na2CО3, К2СО3, NaOH, КОН, Ca(OH)2, NH4OH, этаноламины RNH2, R2NH4 Растворы NaOH, КОН, Са(ОН)2, Na2CО3, К2СО3, МgСО3, СаСО3, Na2S2О3; тетрахлоридметан CCI4 Вода, растворы NaOH, КОН, Ca(OH)2, Na2CО3, К2СО3 Соединения фтора HF, SiF4 Na2CО3, NaOH, Са(ОН)2 30 1.5. Конструкции абсорберов Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называются абсорберами. По способу образования поверхности соприкосновения между жидкостью и газом абсорберы делятся на: 1) поверхностные и плёночные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распиливающие. Поверхностные абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов. Газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Поверхность соприкосновения мала, поэтому устанавливают несколько последовательно соединённых аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу (рис. 1.4). Рисунок 1.4 – Поверхностный абсорбер Плёночные абсорберы более эффективны и компактны, чем поверхностные, поверхностью контакта фаз является поверхность текущей плёнки жидкости. Различают следующие аппараты данного типа: 1) трубчатые абсорберы; 31 2) абсорберы с плоско-параллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением плёнки жидкости. Рассмотрим на примере трубчатого абсорбера (рис. 1.5). Рисунок 1.5 – Трубчатый абсорбер Абсорбент поступает на верхнюю трубную решётку 1, распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой плёнки. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкости. Насадочный абсорбер представляет собой металлическую или керамическую колонну, внутри которой имеется несколько горизонтальных решёток 1 с расположенными на них слоями насадки 2 (кокс, металлические или керамические кольца, деревянные решётки, камни и др.), предназначенной для увеличения поверхности соприкосновения газа с жидкостью. Смесь газов поступает в нижнюю часть колонны по трубопроводу 3, а абсорбент, подаваемый по трубе 4, стекает вниз по насадке навстречу поднимающейся смеси газов. В результате противоточного 32 контактирования газа и жидкости происходит наиболее полное растворение поглощаемых компонентов газовой смеси в абсорбенте. Непоглощённые компоненты газовой смеси удаляются из абсорбера по трубопроводу 5, а насыщенный абсорбент вытекает снизу по трубопроводу 6. Конусы 7 между секциями насадки 2 направляют абсорбент, вытесняемый газом к стенке абсорбера, к центру для более равномерного орошения (рис. 1.6). Рисунок 1.6 – Насадочный абсорбер Барботажные (тарельчатые) абсорберы представляют собой вертикальные колонны, внутри которых на определённом расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки – тарелки. Подразделяются на: 1) аппараты с тарелками со сливными устройствами 2)с тарелками без сливных устройств. Рассмотрим на примере аппарата с колпачковыми тарелками (рис. 1.7). Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем по прорезям колпачка 3 на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, протекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. 33 Рисунок 1.7 - Барботажный абсорбер с колпачковыми тарелками и сливным устройством В распыливающих абсорберах тесный контакт между фазами достигается путём распыливания или разбрызгивания различными способами жидкости в газовом потоке. Рассмотрим на примере полого распыливающего абсорбера (рис. 1.8). Рисунок 1.8 – Полый распыливающий абсорбер 34 Он представляет собой колонну, в верхней части корпуса 1 которой имеются форсунки 2 для распыливания жидкости. Снизу корпуса подаётся смесь газов. Простота конструкции – главное достоинство этого типа абсорберов. 1.6. Очистка фтористых газов с извлечением кремнефтористоводородной кислоты в процессе производства фосфорной кислоты В процессе производства концентрированных фосфатных удобрений фосфорсодержащая руда подвергается экстракции раствором серной кислоты [17-24]. Полученная разбавленная фосфорная кислота концентрируется упариванием и затем используется для получения концентрированных жидких и гранулированных фосфорсодержащих удобрений. В процессе экстракции фосфорной кислоты из руды серной кислотой образуется фтористый водород. При наличии диоксида кремния образуется кремнефтористоводородная кислота. Большое количество фтористых соединений остается в разбавленной фосфорной кислоте в виде фтористого водорода и кремнефтористоводородной кислоты. В процессе концентрирования упариванием большинство фтора выделяется вместе с паром в виде HF и четырехфтористого кремния в различных количествах, определяемых составом исходных руд. Токсичность этих соединений требует очистки отходящих газов. В то же время газы содержат ценный химический материал для получения фторсодержащих неорганических солей. На отдельных заводах от 10 до 30 тыс. т/год фторсодержащих соединений может быть получено в результате очистки отходящих газов. Использует прямоточный абсорбер для выделения фтора в виде кремнефтористоводородной кислоты с невысоким содержанием фосфора из отходов производства фосфатов. Аппарат представляет собой 35 Рис. 1.9. Схема фторсодержащих отходов абсорбционной установки для очистки 36 усовершенствованный прямоточный абсорбер, использующий многократное циклонное разделение, прямоток и многократное капельное рассекание потока. Абсорбер и его место в общем процессе показано на рис. 1.9. При начале работы системы нагреватель 9, испаритель 13 и циркуляционный трубопровод 12 заполняются до требуемого уровня фосфорной кислотой. Уровень кислоты в испарителе 13 поддерживается постоянным и регулируется сливной трубой 5 (барометрическая труба). Далее в холодильник 28 подается вода и с помощью вакуумного насоса (не показан) в системе создается вакуум. Включается циркуляционный насос 11 для подачи фосфорной кислоты и начинается подача пара в нагреватель 9. При этом кислотный раствор в трубках нагревателя перегревается и образуется паро-кислотная смесь, которая непрерывным потоком подается из 9 в испаритель 13. В испарителе 13 пары выходят по линии 14, а жидкость стекает в трубу 12. Таким образом осуществляется непрерывное циркулирование кислоты через линию 12 в нагреватель 9, через насос 11 и трубопровод 8, затем в испаритель 13 по линии 8 и из испарителя и циркуляционную трубу 12, после этого процесс повторяется. Когда кислота в 12 достигает необходимой концентрации начинается непрерывная подача в систему разбавленной кислоты из резервуара 2 по линиям 3 и 7 с помощью насоса 4. Концентрированная кислота при превышении уровня сливается из испарителя 13 по трубе 5 в резервуар для сбора концентрированной кислоты 6. В известном способе пары из 13 подавались в конденсатор 28 с помощью вакуумного насоса, при этом получалась кремнефтористоводородная кислота, загрязненная фосфорной кислотой. Для выделения фторсодержащих соединений из паров дополнительно используется прямоточный абсорбер 19, который помещается между испарителем 13 и конденсатором 28. Пары из испарителя 13 по линии 14 37 проходят в верхнюю часть абсорбера 19 через ввод 26 и контактируют с рециркулируемым раствором. Затем пары выходят из 19 по линии 27 и конденсируются в конденсаторе 28. В нем поддерживается температура достаточно низкая для конденсации всех паров. Таким образом исключается возможность загрязнения воздуха. При включении системы резервуар 22 заполняется водой и приводится в действие насос 32. Абсорбер 19 орошается раствором, подаваемым через ввод 17 насосом 32 по линии 15 из резервуара 22. При этом происходит промывка паров, Водорастворимые поступающих компоненты из паров испарителя 13 поглощаются через ввод 26. циркулирующим раствором. В случае переработки газов производства фосфорной кислоты мокрым способом происходит реакция взаимодействия тетрафторида кремния с водой [25] в соответствии с уравнением Фтористый водород взаимодействует с диоксидом кремния с образованием кремне-фтористоводородной кислоты Жидкость из абсорбера 19 проходит по трубе 23 в резервуар 22, откуда снова подается для орошения абсорбера насосом 32. По мере достижения концентрации кремнефто-ристоводородной кислоты ~30 %, раствор из 22 по линии 30 отводится в резервуар для хранения получаемого раствора кремнефтористоводородной кислоты 31. Температура в аппарате для выделения фтористых соединений соответствует равновесной температуре пара при данном используемом 38 давлении. Абсорбер 19 работает при давлении 13,5—98,5 КПа, температура пара при этих условиях составляет 20—95° С. В верхней части абсорбера находится сливное отверстие 18 для удаления по линии 20 в резервуар 21 любых жидкостей, конденсирующихся перед подачей в абсорбер. В нижней части находится выходное отверстие 25 для удаления по линии 27 паров, остающихся после прохождения через абсорбер. В нижней части также находится отверстие 24 для вывода жидкости по линии 23 в резервуар для циркулирующей жидкости 22. 39 ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 2.1. Различные виды тарелок, применяемых в абсорберах Барботажные абсорберы тарельчатого типа выполняют в виде колонн круглого (иногда прямоугольного) сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, причем на каждой тарелке осуществляется одна ступень контакта (рис 2.1) [11, 12]. Таким образом, в рассматриваемых абсорберах происходит ступенчатый контакт с соединением ступеней противотоком: газ поступает в нижнюю часть колонны и выходит сверху; жидкость подводиться сверху и выходит снизу. На каждой тарелке, в зависимости от ее конструкции, может осуществляться тот или иной вид движения фаз, обычно перекрестный ток или полное перемешивание жидкости. Рисунок 2.1- Барботажные абсорберы с секционированием и с насадкой, где а - абсорбер с пассетами; б - абсорбер с секционированием ситчатами тарелками; в - абсорбер с насадкой (эмульгационная колонна); 1 днище пассета; 2 - дырчатый колпак; 3 - холодильный элемент; 4 перегородки 5 - утка; 6 - насадка; 7 - решетка. 40 Тарелки можно подразделить на четыре основные группы: Тарелки перекрестного типа, в которых движение газа и жидкости осуществляется перекрестным током. Эти тарелки имеют специальные переливные устройства для перетока жидкости с одной тарелки на другую, причем газ по переливам не проходит. Тарелки провального типа (беспереливного) типа, в которых переливные устройства отсутствуют, так как газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия. На этих тарелках контакт газа и жидкости осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости. Тарелки с однонаправленным движением газа и жидкости (прямоточные) (рис. 2.2.). В данном случае газ выходит из отверстий в направлении движения жидкости на тарелке; это вызывает снижение продольного перемешивания и способствует движению жидкости, что приводит к уменьшению гидравлического градиента. Эти тарелки обычно имеют переливы, но существуют и конструкции без переливов. Рисунок 2.2- Колпачковая тарелка, где 1 - патрубки; 2 - колпачки; 3 переливы; 4 - сливной порог; Рисунок 2.3- Колпачки, где а - круглый с прямоугольными прорезями; б - прямоугольный с зубцами. Тарелки прочих типов. Ниже рассмотрены основные типа тарелок. 41 2.2. Тарелки перекрестного типа. К этой группе относятся колпачковые, ситчатые, клапанные и колпачково - ситчатые тарелки. Колпачковые тарелки. На рис 2.3 показано устройство колпачковой тарелки, а на рис. 2.4 - устройство колпачков. На каждой тарелке имеются патрубки 1 (см. рис. 3), закрытые сверху колпачками 2. Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через переливы 3, причем уровень жидкости на тарелке устанавливается несколько выше верхнего обреза сливного порога 4. Нижняя часть переливного устройства опущена под уровень жидкости, что создает гидравлический затвор, не допускающий прохода газа через перелив. Движение жидкости по тарелке от перелива с вышележащей тарелки к переливу на нижележащую тарелку происходит в горизонтальном направлении. Чтобы жидкость перетекала только через переливы, а не через патрубки, верхние обрезы последних должны быть выше уровня жидкости на тарелке. Колпачки нижними краями погружены в жидкость. Газ проходит по патрубкам 1 в пространства под колпачками и, выходя далее из-под колпачка, барботирует через слой жидкости. Различные типы колпачковых тарелок отличаются главным образом конструкцией колпачков. О форме различают круглые (рис. 2.3,а) и прямоугольные или туннельные (рис. 2.3б) колпачки. Колпачки другой формы применяются редко. Нижние края колпачков обычно снабжены зубцами (рис. 2.3,б) или прорезями в виде узких вертикальных щелей. Иногда употребляют колпачки с гладким нижним краем. Ранее придавали большое значение устройству зубцов или прорезей, полагая, что они способствуют лучшему дроблению газа на отдельные струйки и пузырьки. Однако более поздние исследования показали, что при применяемых на практике скоростях газа прорези не оказывают заметного влияния на процесс массопередачи и при гладком 42 нижнем крае колпачка достигается тот жеэффект. Основное назначение зубцов и прорезей - устранять односторонний выход газа из-под колпачка в случае отклонения плоскости его нижнего края от горизонтали вследствие перекоса при монтаже. Колпачки с зубцами и нижним гладким краем устанавливают с некоторым зазором по отношению к плоскости тарелки (см. рис. 2.4). Колпачки с прорезями также устанавливают с зазором к этой плоскости, но они могут быть установлены и без него. Наиболее распространены тарелки с колпачками сравнительно небольшого диаметра (80-150 мм; при загрязнённых жидкостях до 200-300 мм); такие колпачки на тарелке устанавливают обычно в значительном количестве (многоколпачковые тарелки). В некоторых случаях, например при работе с загрязнёнными жидкостями (в частности, в содовом производстве), применяют одноколпачковые тарелки (рис. 2.5), на которых устанавливают один колпачок большого диаметра (около 2 м). Такие одноколпачковые тарелки снабжают обычно наружными переливными устройствами. Рисунок 2.4- Одноколпачковая тарелка с наружными переливами 43 2.3. Ситчатые тарелки. Эти тарелки (рис. 2.6) имеют отверстия диаметром 2-8 мм (иногда применяют щелевые отверстия шириной до 4 мм), через которые проходит газ, барботирующий затем через слой жидкости на тарелке. Уровень жидкости на тарелке поддерживается переливным устройством, аналогичным применяемому в колпачковых тарелках. Рисунок 2.5- Абсорбер с ситчитыми тарелками. Рисунок 2.6- Абсорбер с ситчитыми тарелками с подпором пены При нормальных нагрузках по газу жидкость через отверстия не протекает, так как она поддерживается снизу давлением газа. При низких нагрузках по газу соответствующий давление высоте газа перелива. не При удержать этом слой жидкости, уровень жидкости устанавливается ниже перелива и жидкость проходит через те же отверстия, через которые движется газ, т.е. тарелка работает в провальном режиме аналогично тарелкам провального типа (см. ниже). В случае ещё более низких нагрузок по газу на тарелке отсутствует слой жидкости и она выключается из работы. Таким образом, по сравнению с колпачковыми ситчатые тарелки обладают более узким диапазоном работы. 44 Разновидностью аппаратов с ситчатыми тарелками являются разработанные Позиным пенные аппараты (рис. 2.7). Основное отличие пенного аппарата состоит в устройстве перелива. В то время как в обычных абсорберах с ситчатыми тарелками происходит свободный слив жидкости через перелив тарелки, в пенных аппаратах осуществляется слив с подпором пены через прямоугольное отверстие в стенке аппарата. Сам перелив наружный и выполнен в виде коробки, в которой разрушается пена. Применением слива с подпором пены искусственно увеличивают её высоту на тарелке. При небольших нагрузках по жидкости высота пены уменьшается и происходит свободный слив, как в обычных ситчатых тарелках. Рисунок 2.7- Клапанная тарелка (с прямоугольными клапанами, где а нижнее (нерабочее) положение клапана; б - рабочее положение клапана; в предельное положение клапана; Рисунок 2.8- Клапанные тарелки, где а - с круглыми клапанами; б баластная; 1 - клапан; 2 - ограничитель; 3 - балласт. Иногда, чтобы предотвратить забивание тарелки осадками (при загрязненных жидкостях) и снизить гидравлическое сопротивление, применяют ситчатые тарелки, установленные под небольшим наклоном (350) к горизонтальной плоскости. На наклонных тарелках сливной порог отсутствует и жидкость поступает в переливное устройство непосредственно с плоскости тарелки. Испытания показали, что по эффективности 45 массопередачи наклонные ситчатые тарелки значительно уступают горизонтальным вследствие уменьшения слоя жидкости на тарелке. Поэтому наклонные тарелки не получили распространения. 2.4. Клапанные тарелки. Эти тарелки являются видоизменением ситчатых, приспособленным для работы при сильно меняющихся газовых нагрузках. Это достигается тем, что отверстия в тарелке перекрыты клапанами, степень открытия которых зависит от нагрузки по газу. При низких нагрузках подъём клапана мал и площадь живого сечения для прохода газа тоже мала. С повышением нагрузки увеличиваются подъём клапана и площадь живого сечения. Таким образом, скорость газа в живом сечении отверстиё остаётся приблизительно постоянной при изменении нагрузки в широких пределах, что и обеспечивает работу тарелки в этом диапазоне нагрузок без провала жидкости. На рис. 2.8 показана тарелка с прямоугольными (пластинчатыми) клапанами. В нерабочих условиях клапан действием своего веса закрывает отверстие (рис. 2.8 а)при подаче газа более легкая часть клапана приходит в предельное положение (рис.2. 8в). Более распространены тарелки с круглыми, или дисковыми клапанами ("флекситрей"), показаны на рис. 2.9. Отверстия в этих тарелках имеют диаметр 8 - 35 мм при шаге между ними 75-100 мм, диаметр клапанов около 50 мм. Высота поднятия клапанов составляет менее 6-7 мм и определяется высотой ограничителя 2. Изображенная на рис 2.9 балластная тарелка является разновидностью клапанной. В этой тарелке над легким клапаном 1 помещен более тяжелый балласт 3, который опирается на тарелку так, что не препятствует подъему клапана. Тарелка работает в две стадии. Вследствие малого веса клапанов при небольших нагрузках по газу клапаны открываются. При повышении нагрузки клапан упирается в балласт и в дальнейшем поднимается вместе с 46 Рисунок 2.9- Колпачково - ситчатая тарелка. ним. Испытания балластных тарелок показали их устойчивость и равномерную работу при десятикратном изменении нагрузок по газу. Колпачково-ситчатые тарелки. Эти тарелки разработаны фирмой APV West. Такая тарелка (рис. 2.10) снабжена туннельным колпачком, причем между ними установлены перфорированные листы. При малых нагрузках по газу тарелка работает как колпачковая, и газ, пробарботировавший через жидкость, проходит через перфорированный лист, на котором несоздается барботажный слой, и тарелка работает как ситчатая; при этом барботаж по выходе газа из-под колпака не происходит и последний служит лишь для прохода газа. Таким образом, эта тарелка работает устойчиво в широком диапазоне нагрузок. Тарелки провального типа . Эти тарелки отличаются простотой конструкции, так как не имеют переливных устройств. При очень малых скоростях газа жидкость полностью протекает через отверстия. С повышением скорости газа жидкость начинает задерживаться на тарелке, и газ барботирует через жидкость. Барботаж на провальных тарелках происходит неравномерно: через часть отверстий движется газ, а через остальные отверстия протекает жидкость; при этом газ и жидкость попеременно проходят через одни и те же отверстия. 47 Чтобы жидкость проваливалась через отверстия, на тарелке должен быть определенный слой её, зависящий от скорости газа. При её повышении провал жидкости в первый момент прекращается и становится возможным лишь после того, как вследствие поступления на тарелку свежей жидкости установится новый, более высокий уровень жидкости. Тарелки провального типа, как и ситчатые, могут работать только в сравнительно узком диапазоне нагрузок по газу, т.к. при малых нагрузках на тарелке отсутствует слой жидкости. На провальных тарелках происходит полное перемешивание жидкости, вследствие чего они по эффективности несколько уступают тарелкам перекрестного типа. Рисунок 2.10- Провальные тарелки, где а, б - решетчатые; в, г трубчатые; 1 - щели; 2 - труба;3 - перфорированный лист; 4 - коллекторы. Дырчатые провальные тарелки (их называют также ситчатыми провальными тарелками), по конструкции близки к ситчатым, отличаясь лишь отсутствием переливного устройства. 48 Решетчатые, или щелевые, провальные тарелки ("Турбогрид"), показанные на рис. 2.11, имеют прямоугольные фрезерованные или штампованные щели шириной 3-6 мм. Щели могут также образовываться путем набора тарелки из полос (колосников). Разновидностью провальных тарелок являются трубчатые, или трубчато – решетчатые тарелки, составленные из труб так, что между ними остаются щели, через которые движутся газ и жидкость. По трубам пропускают охлаждающую воду для отвода выделяющегося при абсорбции тепла. Две конструкции трубчатых тарелок показаны на рис. 11, в и г. Испытан трубчатый абсорбер, в котором пучок вертикальных труб проходит через отверстия в тарелках. Эти отверстия имеют диаметр несколько больший, чем наружный диаметр труб; в результате образуются кольцевые зазоры для прохождения газа и жидкости. Охлаждающая вода стекает пленкой по внутренней поверхности труб. Другой разновидностью провальных тарелок являются волнистые, или гофрированные тарелки, изображенные на рис. 12. Эти тарелки штампуются из металлических перфорированных листов толщиной 2.5-3 мм; диаметр отверстий 3-8 мм. Гофр имеет тем более крупные размеры, чем больше нагрузка по жидкости; отношение высоты гофра к расстоянию между гофрами h/b= 0.2-0.4.Тарелки располагают в колонне так, чтобы гофры смежных тарелок были взаимно перпендикулярны. Считают, что волнистые тарелки могут работать в более широком диапазоне нагрузок и лучше работают при загрязнённых жидкостях, причем отверстия засоряются медленнее, чем в обычных провальных тарелках. 49 Рисунок 2.11- Волнистая тарелка. Тарелки с различной перфорацией представляют собой разновидность дырчатых тарелок. Испытанные Родионовым и др. тарелки с двойной перфорацией имели в центральной части отверстия малого диаметра (2 мм), а на остальной, кольцевой площади тарелки – отверстия крупного диаметра (68 мм). Площадь, занятая мелкими отверстиями, составляла 15 – 50 % от всей площади тарелки. В этих тарелках через мелкие отверстия проходит только газ, а через крупные – газ и жидкость. Таким образом, крупные отверстия играют роль переливного устройства. По данным испытаний, тарелки с двойной перфорацией устойчиво работают в более широком диапазоне нагрузок, чем другие типы провальных тарелок. В последнее время предложены и испытаны клапанные провальные тарелки, в которых круглые отверстия или щели перекрыты клапанами. Подъем клапанов, как и в случае клапанных тарелок с переливами зависит от нагрузки по газу. Применение клапанов и в этом случае ведет к увеличению диапазона работы тарелки. Тарелки с однонаправленным движением газа и жидкости. Предложено большое количество различных конструкций тарелок этого типа. Некоторые из них рассматриваются ниже. В тарелках Киттеля, показанной на рис. 12, отверстия образуются попарно двумя параллельными прорезями, причем полоска между этими прорезями изгибается так, что одна её сторона лежит 50 ниже, а другая выше плоскости тарелки. Таким образом, плоскости отверстий расположены вертикально, а выходящий через отверстия газ движется сначала горизонтально, в результате чего жидкость на тарелке получает движение в том же направлении. Направление движения жидкости определяется расположением отверстий. На тарелке А с круговым движением жидкость течет в направлении, указанном стрелками от сектора к сектору (см. рис. 2.12). Рисунок 2.12- Тарелки Киттеля. Рисунок 2.13 Многоугольная тарелки Киттеля. На тарелке В жидкость движется радиально от периферии к центру. Обычно тарелки Киттеля устанавливают попарно с расстоянием между ними около 200 мм, причем на нижней жидкость имеет радиальное, а на верхней – круговое движение. Между парой тарелок иногда насыпают насадку из колец Рашига размером 25 мм. Над каждой парой этих тарелок устанавливают брызгоотбойную тарелку такой же конструкции, но с более широкими щелями. Описанные тарелки обычно не имеют переливных устройств. 51 Особенностью тарелки Киттеля является относительно тонкий слой жидкости, который хорошо распределяется по всему сечению тарелки, и низкое гидравлическое сопротивление. При больших нагрузках по жидкости и малых по газу (например, при абсорбции СО2 водой под давлением) энергия газового потока недостаточна для создания направленного движения жидкости. В этом случае применяют многоугольные тарелки Киттеля (рис. 2.13). Эти тарелки имеют переливные устройства, причем жидкость на смежных тарелках движется или от переферии к центру или от центра к периферии, совершая одновременно круговое движение по тарелке. Круговое движение сообщается жидкости вследствие ее поступления на тарелку через косо расположенные жалюзийные отверстия, а частично за счет энергии газа, поступающего на дно тарелки по отверстиям описанной выше формы. Тарелка из S-образных элементов, иначе называемая "Юнифлакс", показана на рис. 2.14. Тарелка собирается из штампованных S-образных элементов, которые образуют патрубки (колпачки) для прохода газа. С торцов патрубки закрыты заглушками. Рисунок 2.14- Тарелка из S-образных элементов ("Юнифлакс"). 52 Рисунок 2.15- Струйные тарелки, где а - чешуйчатая; б - пластинчатая; в - с отбойниками; г - каскадная Вентури. С одной стороны каждого колпачка имеются трапециевидные прорези. Вследствие одностороннего выхода газа из-под колпачков создаётся направленное движение жидкости поперек элементов в сторону перелива. Чешуйчатая (струйная) тарелка (рис. 2.15,а) имеет направляющие прорези чешуйчатой формы с отогнутой вверх вырезанной частью. Тарелка имеет переливное устройство, но без сливного порога. Эта тарелка, а также рассмотренные ниже ее модификации, работает в барботажном режиме лишь при сравнительно невысоких скоростях газа. При повышении скорости газа барботажный режим переходит в струйный (капельный), в котором сказывается направленное действие газовых струй. В струйном режиме сплошной фазой становится газ, а жидкость распыляется на капли. Такой режим отвечает наибольшей поверхности контакта фаз и является рабочей областью. Видоизменением чешуйчатой тарелки является пластинчатая тарелка, изображенная на рис. 2.15,б. Тарелка собирается из наклонных пластин, между которыми движется газ, сообщая жидкости движение в сторону слива. Сливной порог отсутствует. На рис. 2.15в показана струйная тарелка с отбойниками, разработанная в Гипронефтемаше. Основание тарелки и отбойники изготовлены из просечно – вытяжного листа. При этом отогнутые кромки листов основания образуют с плоскостью тарелки острый 53 угол, направленный к переливу. На отбойниках отогнутые кромки направлены вниз в сторону слива жидкости и образуют с плоскостью тарелки острый угол. При больших нагрузках по жидкости рекомендуют каскадную тарелку Бентури, показанную на рис. 2.15,г и некоторые другие конструкции. Рисунок 16- Тарелки с двумя зонами контакта. Тарелки прочих типов. К этой группе относится тарелка с двумя зонами контакта, показанная на рис. 2.16, а. Тарелка представляет комбинацию барботажной тарелки с дополнительной зоной контакта фаз в межтарельчатом пространстве. Жидкость из барботажной части тарелки стекает через переливной патрубок 2 и далее, вытекая из кольцевой щели между обрезом патрубка 2 и распределительным диском 3, образует пленку, перекрывающую поперечное сечение колонны (показана на рисунке пунктиром). Газ прорывается через пленку у переферии, причем при достаточно большой скорости газа происходит распад пленки на капли; при этом и образуется дополнительная (пленочная) зона контакта. Пленочная часть оказывает сепарирующее действие на газ и уменьшает брызгоунос. В аппаратах больших диаметров барботажную часть секционируют на отдельные ячейки с самостоятельным переливным патрубком в каждой секции (рис. 2.16,б). Были испытаны также пленочные тарелки, в которых отсутствует барботажная часть. 54 ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И ВЫБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ 3.1. Исследование процесса очистки процесса очистки выбросных газов лабораторных условиях Абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (например, очистка топочных газов от SO2; очистка газов от фтористых соединений, выделяющихся в производстве минеральных удобрений, и т.д.). Таким образом, интенсификация процесса абсорбции напрямую влияет на повышение качества очистки выбрасываемых в атмосферу газов, и, соответственно, способствует улучшению экологии в целом. В настоящее время для проведения массообменных процессов в газожидкостных нерегулярные, системах регулярные, предложены а также различные подвижные типы виды насадок: насадок (в псевдоожиженном слое). Предлагается для проведения газожидкостных массообменных процессов использовать высокоэффективную насадку, состоящую из множества вертикально подвешенных круглозвенных цепей. Данная насадка занимает промежуточное положение между известными типами насадок: регулярными и подвижными. Ее элементы (звенья цепи) находятся в состоянии ограниченной подвижности, а цепи при этом расположены в объеме слоя регулярно. подвижности данной электромагнитные насадки устройства, можно Для обеспечения большей применять передающие механические колебательные или движения насадке, что повысит ее массообменные качества. При абсорбционной очистке отходящих газов одной из главных характеристик массообменной насадки является ее гидравлическое сопротивление. Чем меньше 55 Рис. 3.1. Лабораторная установка процесса очистки выбросных газов. 56 гидравлическое сопротивление насадки, тем более продуктивно и с меньшими энергозатратами происходит очитка газов от вредных примесей. Измерение гидравлического сопротивления цепной насадки проводилось на лабораторной установке, представленной на рис. 3.1. Лабораторная установка состояла из колонны 1, выполненной из органического стекла, с внутренним диаметром 0,15 м и высотой 2,4 м, пакета насадки из круглозвенных цепей 2, распределителя жидкости 3, распределителя газа 4, воздуходувки 5, измерительной трубы 6, трубки Пито 7 для измерения расхода газа, ротаметра 8 для измерения расхода жидкости, вентилей 9 и микроманометров 10. Высота слоя цепной насадки составляла 1,35 м. Круглозвенные цепи выполнены из проволоки диаметром 2 мм с размером звена 0,015x0,007 м. Испытания проводились для двух модификаций цепной насадки, которые друг от друга различались расстоянием между осями цепей. В насадке модификации 1 расстояние между осями ближайших цепей составляло L=0,0064 м (плотная упаковка), а в случае модификации 2 – L=0,008 м (упаковка с увеличенным свободным объемом). На этой же установке (рис. 3.1) для сравнения проводились исследования гидродинамики в системе вода-воздух на широко используемых в настоящее время насадках – керамических кольцах Рашига размером 25x25x3 и рулонированной сетке из проволоки диаметром 0,4 мм с шагом 4 мм. Высота слоя колец Рашига составляла в разных экспериментах 1,35 м и 0,57 м, а рулонированной сетки – 1,35 м. Результаты гидравлических испытаний представлены на рис. 3.2, где линия 1 соответствует кольцам Рашига и плотности орошения 9,79 м3/(м2ч); 2 – цепная насадка (модификация 1, плотность орошения 9,79 м3/(м2ч)); 3 – цепная насадка (модификация 2, 9,79 м3/(м2ч)); 4 - рулонированная сетка, (9,79 м3/(м2ч)); 5 – кольца Палля c эквивалентным диаметром 0,0253 м (10 м3/(м2ч)); 6 – седла Инталокс с эквивалентным диаметром 0,025 м (10 57 Гидравлическое сопротивление, Па/м 1400 1200 1 1000 2 3 800 4 600 5 400 6 200 7 0 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Приведенная скорость газа, м/c Рис. 3.2. Гидравлическое сопротивление различных орошаемых насадок м3/(м2ч)), 7 – структурированная насадка Mellapak фирмы Sulzer Chemtech (Швейцария) c эквивалентным диаметром 0,0094 м (плотность орошения 10 м3/(м2ч)). Сравнение гидравлических сопротивлений различных видов насадок (рис. 2) показывает, что гидравлическое сопротивление предложенной цепной насадки значительно ниже сопротивления традиционных насадок и соизмеримо с наиболее эффективными современными насадками. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования цепей в качестве насадки для проведения массообменных процессов с целью очистки газов, выбрасываемых в атмосферу, от вредных примесей. 58 3.2. Технологические и конструктивные расчеты процесса очистки Целью расчетов абсорберов является определение расхода поглотителя, температуры процесса и количество отводимой теплоты, выбор скорости подачи газа и поглотителя, подбор типа тарелок, размеров аппарата [26]. При проектировании абсорбционных установок, из которых газ отводится в атмосферу, необходимо учитывать вопросы охраны окружающей среды. Концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе на выходе из абсорбера не должна превышать предельно - допустимой. Если это не достигается в одном аппарате, необходимо устанавливать дополнительные аппараты. 3.3. Построение линии равновесий и рабочей линии процесса Для определения числа теоретических единиц переноса необходимо в системе координат построить рабочую линию и линию равновесия [27]. По начальным и конечным концентрациям поглощаемого газа и поглотителя строим рабочую линию, т.е. прямую, которая проходит через точки с координатами ( ун , хк ) и ( ук , хн ). Она расположена выше линии равновесия, т.к при абсорбции содержание компонента в газовой фазе выше равновесного. Выразим начальную и найдем конечную концентрации газовой фазы в единицах массовой концентрации; для этого переведём мольные доли в массовые, воспользовавшись формулой (2.1). aСО2 aСО2 M СО2 X СО2 M СО2 X СО2 M в (1 X СО2 ) (2.1) 44 0,12 5,28 0,17 масс долей 44 0,12 29 (1 0,12) 30,8 Используя формулу (2.2), переведём массовые доли в относительные массовые доли. анач аСО2 1 аСО2 (2.2) 59 а нач 0,17 0,2 относит масс долей 1 0,17 а нач у нач По формуле (2.3) определим концентрацию газа на выходе из абсорбера колонны. у кон у нач (1 С ) (2.3) , у кон 0,2 (1 0,97) 0,006 Для построения кривой равновесия задаём значения “ у " так, чтобы принятые значения включали в заданный интервал у нач и у кон . Значения указаны в таблице 1. Таблица 1 у1 у2 у3 у4 у5 0,005 0,055 0,105 0,155 0, 205 Для каждого принятого значения “ у " принимаем температуру (в зависимости от температуры в абсорбере). Данные указаны в таблице 2. Таблица 2 t, o C 40 45 50 55 60 Eатм 1060 1205 1350 1575 1800 Пользуясь формулой (2.4) определяем для каждого парциальное давление компонента в парах над жидкостью. Рк Р к1 ук М в Р (2.4) М СО2 у к М в 0,005 29 1,2 0,174 0,004 Па , 44 0,005 29 44,145 значения “у" 60 Рк 2 0,055 29 1,2 1,914 0,042 Па , 44 0,055 29 45,595 Рк 3 0,105 29 1,2 3,654 0,078 Па , 44 0,105 29 47,045 Рк 4 Рк 5 0,155 29 1,2 5,394 0,11 Па , 44 0,155 29 48,495 0,205 29 1,2 7,134 0,143 Па . 44 0,205 29 49,945 Для каждого значения “ у " (концентрация компонента в газовой смеси) определим равновесное значение “х" (концентрация компонента в поглотителе). Для определения используем формулу (2.5). х Рк 0,004 3,8 10 6 относит масс долей, (2.5) х1 1060 Е х2 0,042 34,8 10 6 относит масс долей, 1205 х3 0,078 57,8 10 6 относит масс долей, 1350 х4 0,11 69,9 10 6 относит масс долей, 1575 х5 0,143 79,4 10 6 относит масс долей, 1800 По значения “ х " и “ у " строим линию равновесия. В зависимости от степени поглощения газа поглотителем строим рабочую линию. Используя значения х н , у н , х к и у к . Значения х н и х к определим по формулам (2.6) и (2.7). х к х Р1 В (2.6), х н х Р2 В (2.7). хк 4,2 10 6 0,78 2,96 10 6 относит масс долей, х н 79,8 10 6 0,78 61,93 10 6 относит масс долей. 61 Из графика определяем, что количество единиц переноса в колонне равно 5. Принимая, что КПД одной тарелки равен 55%, уточняем количество практических тарелок. п 5 100 9 тарелок. 55 3.4. Материальный баланс процесса очистки Определим секундный расход газа [28], воспользовавшись формулой (2.8). V/ V 29000 8,1 м 3 с (2.8), V / 3600 3600 По формуле (2.9) определим массовый расход газа. G V / г (2.9) Используя формулу (2.10) определим плотность газа. г в М Р (2.10) R T г 29 1,2 10 5 3480000 1,34 кг м 3 , 8314 (273 40) 2602282 G 8,1 1,34 10,854 кг с . Определим расход поглотителя по формулу (2.11). L G ( yн ук ) 10,854 (0,2 0,006) 2,106 0,0357 10 6 35700 кг с (2.11) L 6 (61,93 2,96) 10 58,97 10 6 хн хк Используя формулу (2.12) определим объёмный расход поглотителя. L/ L H O 2 (2.12); L/ 35700 35,7 м 3 с 1000 3.5. Тепловой баланс процесса очистки При растворении газа в жидкости выделяется некоторое количество теплоты [28]. При отсутствии отвода теплоты температура повышается, что ведет к возрастанию равновесного парциального давления компонента, изменению положения линии равновесия, уменьшению движущей силы процесса, ухудшению условий абсорбции. 62 Практически процесс абсорбции проводится с интенсивным отводом теплоты, чтобы температура раствора в аппарате повышалась незначительно. t t 2 t1 Определим температуру газа на выходе из абсорбера, вычислив её по формуле (2.13). t 2 ( хн хк ) q абс t1 (2.13) С погл Определим теплоту растворения газа в воде по формуле (2.14). q абс q 1000 (2.14) M Из справочника находим значение q 24637 Дж моль q абс 24637 1000 559931,82 Дж кг , 44 (61,93 2,96) 10 6 559931,82 t2 40 0,0079 40 40,0079 0 С , 4190 t 40,0079 40 0,0079 0 С. В ходе расчета выяснилось, что разница между теплотой газа на входе и выходе незначительна, следовательно, предусматривать отвод тепла нет необходимости. 3.6. Конструктивные расчёты процесса 3.6.1. Расчет диаметра колонны Определим диаметр колонны [29] по формуле (3.1) Dк 4 V (3.1) Воспользовавшись формулой (3.2) найдём оптимальную скорость газа в колонне. опт 0,075 Н О СО 1000 1,98 2,37 м с , (3.2) опт 0,075 1,98 СО 2 2 2 Dк 4 8,1 2,1 м . 2,37 3,14 63 Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр колонны, равный 2200мм. Уточним скорость газа. г 4 8,1 2,13 м 2 с 3,14 (2,2) 2 3.6.2. Расчет высоты колонны Определим высоту колонны, вычислив её по формуле (3.3). Н к Н в Н тар Н н (3.3) при D = 2200 из справочника выписываем значения: Н в 1000 мм , Н н 2000 мм , h 600 мм Высоту тарельчатой части колонны определим, используя формулу (3.4). Н тар (п 1) h (3.4), H тар (9 1) 0,6 4,8 м , Н к 1 2 4,8 7,8 м . 3.6.3. Подбор крышки и днища Для данной колонны из ряда стандартных элементов подберём крышку и днище. Технические характеристики данных элементов указаны в табл. 4. Таблица 4 Параметры Внутренний диаметр Dв , мм Высота борта h , мм Высота эллиптической части hв , мм Внутренняя поверхность Fв , м 2 Внутренняя ёмкость Y , м 3 Толщина стенки S , мм Масса m , кг крышка 2200 50 550 5,6 1,585 20 895 днище 2200 50 550 5,6 1,585 20 895 3.6.4 Подбор тарелок В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. 64 Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса - газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата. В зависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с тарелками различных типов. В данную колонну диаметром 2200 мм можно установить колпачковые тарелки типа ТСК-1 (ОСТ 26-808-73). В колпачковых тарелках газ барботирует через жидкость, выходя из прорезей колпачков, расположенных на каждой тарелке. В прорезях газ дробится на мелкие струйки, которые по выходе из прорези почти сразу поднимаются вверх и, проходя через слой жидкости на тарелке, сливаются друг с другом. Технические характеристики колпачковых тарелок типа ТСК-1 при диаметре колонны 2200 мм указаны в таблице 3.1. Таблица 3.1 Свободное сечение колонны, м 2 Длина линии барботажа, м Периметр слива Lc , м Свободное сечение тарелки, м 2 Относительная площадь для отхода паров Fг , % Масса, кг 3,81 44,6 1,606 0,471 12,3 211 3.6.5. Расчет штуцеров Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров [30-33]. Штуцерные соединения могут быть разъемными (резьбовыми, фланцевыми, сальниковыми) и неразъемными (сварными, паяными, клеевыми). Наиболее распространены разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными за одно со штуцером. В 65 зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонкостенными и толстостенными. Типы штуцеров зависят от номинального (условного) давления и температуры среды. Присоединение фланцевых штуцеров к корпусу аппарата, днищу или крышке выполняется с определенным вылетом, который зависит от условного диаметра и условного давления, а также от толщины изоляции аппарата, если он таковую имеет. По назначению все фланцевые соединения в химическом аппаратостроении подразделяют на фланцы для трубной арматуры и труб (сюда же относятся все фланцы штуцеров и аппаратов) и фланцы для аппаратов (с их помощью осуществляется крепление крышек, днищ и т.д.) Диаметр штуцеров рассчитываем по формуле (3.5). Dy 4 V (3.5) Производительность колонны велика, поэтому для подачи и отвода газового потока со скоростью 25 м с предусмотрим по три штуцера. D у1 4 8,1 0,37 м , 3 25 3,14 D у3 4 8,1 0,37 м . 3 25 3,14 Для подачи поглотителя и отвода насыщенного поглотителя со скоростью 3 м с предусмотрим по четыре штуцера. D у2 4 3,57 0,615 м , 4 3 3,14 D у4 4 3,57 0,615 м . 4 3 3,14 Уточняем по справочным данным диаметры штуцеров и толщину стенок. Данные представлены в таблице 3.2. 66 Таблица 3.2 Номер штуцера 1 2 3 4 Толщина стенки S , мм 16 16 16 16 426 650 650 Наружный диаметр D y , мм 426 3.6.5. Расчет массы аппарата Массу [33] данной колонны определяем по формуле (3.6). mк Dк S H к ст (3.6), mк 3,14 2,2 0,02 7,8 7850 8459,6 кг Массу тарелок определим по формуле (3.7) ттар тт п (3.7) ттар 211 9 1899 кг Пользуясь формулой (3.8) определим массу максимальной загрузки колонны. т макс. загр ( т макс. загр ( D2к 4 Нк D2к 4 Н тар 2 Vвн.емк. ) Н 2О (3.8) 3,14 2,2 2 3,14 2,2 2 7,8 4,8 2 1,585) 1000 14570 кг 4 4 Массу максимальной нагрузки на опоры определим, пользуясь формулой (3.9). т м акс.нагр тк ттар т м акс. загр ткр тдн (3.9) т м акс.нагр 8459,6 1899 14570 895 895 26718,6 кг Переведем массу максимальной нагрузки в мега ньютоны, используя формулу (3.10). т / макс.нагр т макс.нагр 9,81 1000 (3.10); т / м акс.нагр 26718,6 9,81 0,263 Мн 1000 67 3.7. Описание принципиальной технологической схемы очистки выбросных газов в производстве фосфорных удобрений При переработке фосфатного сырья в удобрения происходит выделение газообразных фтористых соединений. Количество и состав газовой фазы зависят от технологии обработки фосфатного сырья. Отходящие газы содержат фтористые соединения в виде HF и SiF4. Фторид водорода HF кипит при температуре 19,9°С, хорошо растворяется в воде, при этом происходит его диссоциация: Н20 + 2HF H30+ + HF2 и HF Н+ + F При нормальных условиях тетрафторид кремния SiF4 — газ, хорошо растворимый в воде. Реакция протекает с образованием кремнефтористоводородной кислоты: 3SiF4 + (л + 2)Н20 — 2H2SiF6 + SiOr и Н20. Вода является хорошим абсорбентом этих газов. Поэтому основной способ очистки газов при производстве минеральных удобрений — абсорбция. Введение в раствор добавок (солей, щелочей и т.д.) способствует уменьшению парциального давления этих газов над растворами и способствует более глубокой очистке. В результате водной абсорбции образуется 10 - 12% ная кремнефтористоводородная кислота, которая является вторичным сырьем и может быть утилизирована для производства ряда продуктов народнохозяйственного назначения. В промышленном масштабе реализованы процессы переработки отходящих газов во фторид алюминия и криолит. Эти вещества используются при производстве алюминия. Другой путь утилизации переработка на плавиковую кислоту и фтористые соли. Получение фторида алюминия основано на реакции H2SiF6 + 2А1(ОН)3 — 2A1F3 + Si02 +4Н20 68 Кремнефтористоводородную кислоту также нейтрализуют раствором гидроксида алюминия и содой. Получаются растворы фторидов алюминия и натрия, которые при взаимодействии образуют криолит. Происходят реакции: H2SiF6 + 2А1(ОН)з — 2A1F3 + Si02 + 4Н20, H2SiF6 + 3Na2C03 — 6NaF + Si02 + 3C02 + H20, 2A1F3 + 6NaF — 2Na3AlF6 Наибольшее значение получили методы переработки кремнефтористоводородной кислоты в плавиковую кислоту или в безводный фторид водорода. Эти вещества являются востребованным сырьем для производства различных фторидов, используемых в качестве катализаторов (HF — сырье для получения фторидов урана, безводный фторид водорода — основной реагент при производстве фторорганических соединений). Большинство методов основано на первоначальном получении фтористых солей с последующим разложением их серной кислотой. Техникоэкономический анализ показал, что наиболее выгодным является процесс нейтрализации H2SiF6 согласно уравнениям: H2SiF6 + ЗСа(ОН)2 —► 3CaF2 + Si02 + 4Н20, CaF2 + Si02 + Н20 —► CaSi03 + 2HF, 6HF + 6NaF —► 6NaF- HFi — 6NaF + 6HF Бифторид натрия, содержащийся в растворе, утилизируют путем превращения его в криолит. Наиболее простой путь получения фторида кальция из кремнефтористоводородной кислоты — нейтрализация ее известняком. Этот способ используется «Bauer/Kalichemie» в (Германия). промышленном Кислоту масштабе нейтрализуют фирмой суспензией известняка в системе последовательно установленных реакторов. Осадок CaF 2 отделяют от раствора, сушат и складируют. Продукт содержит примеси Si02 в количестве 2,5 — 3,5 % и некоторые другие примеси, присутствующие в известняке. Полученный продукт можно использовать для производства HF. Основные преимущества процесса — возможность применения низкоконцентрированной H2SiF6, невысокие капитальные затраты. Продукт 69 может длительное время храниться на складе, не создавая дополнительных загрязнений. При переработке фосфатного сырья на всех стадиях технологического процесса происходит выделение газообразных фтористых соединений. Концентрация фтористых соединений отходящих газов в различных процессах колеблется от 0,1 – 3,0 г/м3. В составе отходящих газов фтор присутствует в виде: HF, HFO4, SiF4, H2SiF4. В процессах гранулирования, сушки и обработки фосфатного сырья отходящие газы содержат пыль, которая улавливается вместе с фтористыми соединениями. Фторсодержащие газы выделяются при электролитическом производстве алюминия и при переработке природных фосфатов в фосфорные удобрения. Они содержат фторид водорода (HF) и тетрафторид кремния SiF4. Объем выбрасываемых фторсодержащих газов составляет 300 — 1000 тыс. м3/ч. Газы в значительной степени загрязнены различными веществами, что затрудняет их переработку. Для абсорбции фтористых газов в наших условиях можно использовать воду, водные растворы щелочей, солей и некоторых суспензий (Na2CO3, NH4OH, NH4F, Ca(OH)2, NaСl, K2SO4 и др.). В наших условиях для достижения более глубокой очистки применяли двухступенчатую систему очистки (рисунок 3.3) . Отходящие газы, содержащие 8-10 г/м3 фтора, при 75- 80 0С поступают в первый абсорбер, орошаемый кремнефтористоводородкой кислотой. Затем газ проходит второй абсорбер и брызгоуловитель, куда подают чистую воду. В брызгоуловителе происходит окончательная доочистка газа с образованием разбавленной кислоты, которую направляют на рециркуляцию. 70 Рис 3.3. Схема установки очистки газов от фторсодержаших соединений использованием раствора аммонийных солей: 1,2 - абсорберы; 3брызгоуловитель; 1, 2 – абсорберы; 3 – сепаратор; 4, 5 – отстойники; 6, 10 – вакуум-фильтры; 7,8 – сборники; 9 – осадительные баки; 10 – реакторы; 11 – сушилка. Абсорберы представляют собой колонны с провальными тарелками, изготовленными из круглых гуммированных стержней; свободное сечение тарелок 30 – 50%. Они работают при скорости газа 2 м/с и плотности орошения 30-50 м3/(м2-ч). Концентрация получаемой кислоты достигает 25 – 30% H2SiF6. Степень извлечения фтора превышает 99%, а концентрация его в отходящем газе составляет 30 мг/м3. Таким образом, разработан процесс очистки фторсодержащих газов производства экстракционной фосфорной кислоты в многостадийном противоточном насадочном абсорбере. Необходимо отметить, что при абсорбции фтористых газов известковым молоком получается загрязненный фтористый кальций. Была сделана попытка осуществить улавливание фтористого водорода 2 – 3%-м 71 содовым раствором. При этом в абсорбере образуется осадок фторида натрия. Однако из-за интенсивного забивания аппаратуры способ не нашел промышленного применения. 3.8. Основной аппарат (абсорбер) отделения очистки фтористых газов в производстве фосфорных удобрений Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на границе раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: поверхностные и пленочные, насадочные, барботажные (тарельчатые), распыливающие. Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой-твердыми телами различной формы. В насадочной колонне (рис3.4) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом - большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2-3 м и под каждой секцией, жидкости 4. кроме нижней, устанавливают перераспределители 72 Рис. 3.4. Насадочный абсорбер 1-насадка; 2-опорная решетка; 3-разбрызгиватель; 4- перераспределительная жидкость. В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах - только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости 73 с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью. 74 ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе поиска научно-технической литературы, проанализировано современное состояние процесса очистки газо-воздушных смесей за рубежом и стран СНГ. Рассмотрены способы усовершенствования процесса очистки, улучшения массообменных процессов и выбор оптимальной абсорбционной установки с хорошими технико-экономическими показателями. На основании детального анализа современного состояния и перспективных направлений развития переработки техногенных отходов производства фосфорных удобрений показана технологическая целесообразность процесса очистки газо-воздушных смесей, образующихся при различных стадий процесса. В рамках данной работы была рассмотрена абсорбция газов, однако, различные абсорбенты применяют также и для извлечения веществ, растворённых в жидкости. Приведенная классификация абсорбционных аппаратов является условной, так как отражает не столько конструкцию аппарата, сколько характер поверхности контакта. Один и тот же тип аппарата в зависимости от условий работы может оказаться при этом в разных группах. Исходя из этого нами выбран насадочный абсорбер, которой могут работать как в пленочном, так и в барботажном режимах. Преимущество этого метода заключается в возможности экономической очистки большого количества газов и осуществления непрерывных технических процессов. В конструктивном расчете определены основные конструктивные размеры выбранного аппарата, обеспечивающего заданную производительность. Выполнены расчеты по определению требуемых толщины стенок аппарата, крышки и днища. Также произведен расчет и выбор опор и фланцев. В ходе исследования выполнен материальный баланс, в котором 75 произведены расчеты массовых расходов основных материальных потоков (газовой смеси, поглотителя). В ходе расчета теплового баланса, определено, что в ходе процесса абсорбции происходит незначительное выделение тепла, следовательно нет необходимости предусматривать отвод тепла. На основании проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема очистки газо-воздушных смесей в производстве фосфорных удобрений. Разработанная схема базируется на современном промышленном оборудовании и может быть реализована на имеющихся производственных предприятиях. 76 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Беглов Б. М. Состояние перспективы и производства и применение минеральных удобрений в Узбекистане // Хим.пром. сегодня. Москва .2003 г., №2., С.25-31. 2. Харлампович Г.Д., Залевский A.A., Новиков A.A., Пляков Ю.Д. Развитие промышленности минеральных удобрений // М.:-Химия.-1984.С.66. 3. Архипова Л.Н., Рамм В.М., Мальцева И.М. Методы очистки и переработки фторсодержащих газов производства фосфорных удобрений // Журнал Всес. хим. общества им. Д.И. Менделеева.-1969.- Т.14, №4.- С.415– 420. 4. Очистка газов в производстве фосфора и фосфорных удобрений/ Под ред. Э.Я.Тарата. – Л.: Химия, 1979.-208 с. 5. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности.-М.: Химия, 1991.-256 с. 6. Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л.: Химия, 1972. -310 с. 7. Бабкин В.В., Бродский A.A. Фосфорные удобрения России. М.: ТОО "Агрохим-принт", 1995.-464 с. 8. Кислотные методы переработки фосфатного сырья / Е.Л. Яхонтова, И.А. Петропавловский, В.Ф. Кармышов, И.А. Спиридонова. – М.: Химия, 1988. – 288 с. 9. Шуб Б.И. Перспективы развития полугидратного процесса получения экстракционной фосфорной кислоты / Б.И. Шуб, Э.В. Хлебодарова // Химическая промышленность. – 1999. - №11. – С.41-43. 10. Большая советская энциклопедия / под ред. А.Н. Прохорова. – М.: Советская энциклопедия, 1976. – Т.23. 11. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия,1968.-847с. 77 12. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии.- М.: Химия,1972.-496с. 13. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1971.-750с. 14. Рамм, В. М. Абсорбция газов : моногр. / В. М. Рамм. – Л. : Химия, 1976. – 654 с. 15. Киприанов А. И., Лебедев Б. Н. Расчет абсорбционных установок: методические указания по курсовому проектированию для студентов химико-технологического факультета (специальности 0903, 0904) / – Л. : ЛТА, 1984. – 42 с. 16. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчеты химикотехнологического и природоохранного оборудования: справочник – Калуга: Изд. Н. Бочкаревой, 2002. – Т. 1. – 852 с. 17. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основные процессы технологии минеральных удобрений. М.: Химия, 1990. -304 е.: ил. 18. Двойной суперфосфат/ Шапкин М.А. и др. Л.: Химия, 1987. - 216 с. 19. Очистка газов в производстве термической фосфорной кислоты/ Любченко Т.В., Сергеев Н.С., Штелле P.C., Алексеев Г.Г.// Сб. науч. трудов Л.: 1975. - С. 77-81. 20. Наркевич Н.П., Печковский В.В. Утилизация технологических фторсодержащих газов за рубежом // Химическая промышленность за рубежом: Обзор, инфор-ция. М.: НИИТЭХИМ, 1989, № 7 21. Галкин Н.П., Зайцев В.А., Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М.: Атомиздат, 1975. - 240 с. 22. Исследование газовыделения при переработке шлаков фосфорных печей/ Воробьев О.Г., Ханин В.А., Штелле P.C.// Сб. науч. трудов Л.: 1975. С. 13-16. 78 23. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений: Учеб. Для вузов.-5е изд., перераб. Л.: Химия, 1983. -336 с. 24. Зайцев В.А., Новиков A.A., Родин В.И. Производство фтористых соединений при переработке фосфатного сырья. М.: Химия, 1982. -248 с. 25. Рысс И.Г. Химия фтора и неорганических соединений. М.: Госхимиздат, 1956. 26. Дытнерский Ю. Д., Маминов О. В., Мутрисков А. Я. Основные процессы и аппараты химической технологии : пособие по проектированию / Химия.-М.:1983.-272с. 27. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии : Учебник для техникумов / И. Л. Иоффе ; Химия.-Л.:1991.-352с. 28. Позин М. Е. и др. Расчеты по технологии неорганических веществ: Учебное пособие / под ред. М. Е. Позина ; Химия.-Л.:1977.-496с. 29. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. / - Л.: Химия, 1970. - 974с. 30. Соколов В.Н. Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов вузов/ Л.: Машиностроение, 1982. - 384с. 31. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник.3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1991. -432с. 32. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с. 33. Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. – Иваново. 1984.