Адсорбционная очистка газов
Краткое сожержание материала:
Размещено на
Адсорбционная очистка газов
Метод основан на способности некоторых твердых тел избирательно поглощать газообразные компоненты из газовых смесей. Присутствующие в газовой смеси молекулы загрязненного газа или пара собираются на поверхности или в порах твердого материала. Поглощаемое из газовой фазы вещество - называется адсорбтивом, а твердое вещество, на поверхности или порах которого происходит адсорбция поглощаемого вещества - адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент - газ - носитель, а после того, как извлеченный компонент перешел в адсорбированное состояние, его называют адсорбатом.
Применяют в этом случае:
1) когда другие методы оказываются неэффективны;
2) концентрация загрязняющих веществ очень мала и требуется гарантированная рекуперация извлекаемой примеси из-за ее значительной стоимости или опасности. Методом адсорбции из отходящих газов удаляют SO2 ,углеводороды, хлор, сероводород, сероуглерод, и другие.
Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и адсорбтива на границе раздела соприкасающихся фаз. Переход молекул загрязняющих веществ из газа - носителя на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента больше сил притяжения действующих на адсорбтив со стороны молекул газа - носителя. Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты, примерно 60 кДж/моль (небольшая). Силы притяжения имеют разную - физическую или химическую и, следовательно, различают:
Физическую адсорбцию - при которой взаимодействия молекул загрязняющих веществ с поверхностью адсорбента определяется слабыми дисперсными, индукционными силами (силы Ван - дер - Вальса). При этом адсорбированные молекулы не вступают в химическое взаимодействие с молекулами адсорбента и сохраняют свою индивидуальность.
Для физической адсорбции характерна высокая скорость процесса, малая прочность связи и малая теплота. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления к возрастанию величины адсорбции. Преимущество - легкая обратимость процесса путем:
а) уменьшения давления
б) увеличения температуры. Адсорбированные молекулы легко десорбируются без изменения химического состава, а регенерированный адсорбент может использоваться многократно. Процесс можно вести циклично, чередуя стадию поглощения и выделения извлекаемого компонента.
Химическая адсорбция - в основе лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, а высвобождающееся тепло совпадает с теплом химической реакции и составляет 20 - 400 кДж/моль.
Главные отличия:
1)молекулы адсорбтива, легко вступив в химическое взаимодействие, прочно удерживаются на поверхности и в порах адсорбента;
2)скорость реакции, при низких температурах мала, но возрастает с ростом температуры.
Оба вида адсорбции сопутствуют друг другу, однако, наибольшее значение для очистки газов имеет физическая адсорбция.
Промышленные адсорбенты
Любое твердое тело обладает поверхностью и, следовательно, потенциально является адсорбентом.
В технике используют адсорбенты с сильно развитой внутренней поверхностью, полученной в результате (спекания), синтеза и специальной обработки.
Адсорбенты должны обладать:
? большой динамической емкостью (временем защитного действия);
? большой удельной поверхностью;
? избирательностью;
? термической и механической устойчивостью;
? способностью к регенерации;
? простотой изготовления;
? дешевизной;
Это - активные угли, селикагели, цеолиты, глинистые минералы, пористые стекла и другие.
Адсорбционная емкость адсорбентов (активность)
По ней определяют размеры аппаратов и эффективность очистки газов.
Различают статическую и динамическую емкость адсорбента. Размерность [грамм поглощенного вещества/на 100г. адсорбента или моль/г.]
Статическая емкость показывает, какое количество вещества способен адсорбировать способен адсорбировать адсорбент в условиях равновесия.
Динамическая емкость соответствует поглощенного вещества слоем адсорбента от начала процесса до начала «проскока» адсорбтива, т.е. когда в выходящем из слоя адсорбента газе - носителе появляются следы адсорбтива.
Адсорбционная емкость зависит: от природы вещества она возрастает с увеличением поверхности, пористости, снижения размеров пор. Она возрастает: с повышением концентрации загрязняющих веществ газе - носителе; давления в системе. С увеличением температуры и влажности адсорбционная емкость уменьшается, поэтому перед использованием их высушивают. Хороший адсорбент не теряет активности при выполнении сотен и тысяч циклов.
Адсорбционная очистка газов наиболее эффективна при обработке больших объемов газов с малым содержанием примесей, например, для тонкой очистки технологических газов от сернистых соединений и диоксида углерода, а также при удалении паров ядовитых веществ и канцерогенов. Наиболее целесообразно применение при необходимости уменьшения содержания примесей до нескольких миллионных долей и даже ниже, например, загрязняющие вещества с сильным запахом можно обнаружить при содержании их в воздухе порядка 100 млрд-1, поэтому требуется понижать концентрацию еще ниже.
Эффективность адсорбционных систем определяется, главным образом, свойствами адсорбента, который должен:
?иметь высокую адсорбционную способность;
?обладать высокой селективностью;
?иметь высокую механическую прочность;
?хорошо регенерироваться;
?иметь низкую стоимость.
Адсорбенты подразделяют на три группы:
1) неполярные твердые вещества, на поверхности которых происходит физическая адсорбция.
2) полярные - происходит химическая адсорбция без изменения структуры молекул газа и поверхности адсорбента.
3) вещества, на поверхности которых протекает чисто химическая адсорбция и которые десорбируют молекулы газа после химической реакции, при этом требуется их замещение.
Самый распространенный неполярный адсорбент - активированный уголь, состоящий из нейтральных атомов одного вида и имеющий поверхность с равномерным распределением зарядов на молекулярном уровне.
Выпускают:
1) для отечественных вентиляций АГ, КАУ, СКТ. Размер гранул 1 - 6 мм, ?н=380 - 600 кг/м3.
2 рекуперационные угли АР, АРТ, СКТ - 3.
3) молекулярно - ситовые угли МSС.
Количество газа адсорбированного 1 г. адсорбента в равновесном состоянии зависит от природы адсорбента и адсорбата, а также от температуры и давления. Зависимость массы (m) адсорбированных загрязняющих веществ на адсорбате (активированный уголь) при t=const.
Изотерма адсорбции показывает, что поскольку адсорбция - процесс экзотермический, то количество вещества, адсорбированного в состоянии равновесия, уменьшается с повышением температуры.
Регенерация адсорбента включает в себя:
- десорбция, сушка, охлаждение
а) термическая (160 ? 170°)
б) при высоких температурах (300 - 400°)
в) вытеснительная (холодная)
Расчет адсорберов
Основные определяемые величины: диаметр аппарата и высота слова слоя сорбента при заданном времени процесса.
1)допустимая фиктивная скорость газа (скорость в свободном сечении)
?0 = (0,016 · r · ?нас · dэ · g / ?г )0,5
dэ - эквивалентный диаметр гранул, м,
?г - плотность газа, кг/м3,
?0 ? 0,3 м/с.
Пористая структура адсорбентов
Пористая структура оказывает значительное влияние на адсорбционные свойства сорбента.
Поверхность сорбента включает в себя:
- внешнюю поверхность, зависящую от количества макропор и составляет 0,5 ? 2,0 м2/ч, т.е. 2,0 ? 0,5 % от общей поверхности;
- внутреннюю поверхность, образующуюся за счет стенок микропор. Она может быть равна 500 ? 1000 м2/ч.
Поверхность пористого тела:
S = NA · aм · Sм , где
NA - число Авагадро,
aм - величина адсорбции, соответствующая покрытию поверхности сплошным монослоем адсорбированных молекул,
Sм - площадка, занимаемая одной адсорбированной молекул...
Технологический расчет пенного газопромывателя
Гравитационная очистка газов, пылеосадительные камеры. Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил. Очистка газов фильтрованием, мокрая...
Очистка дымовых газов от пыли с применением электрофильтров
Вредные воздействия пыли на окружающую среду и ее свойства. Классификация пылеуловителей, применяемых для очистки газов. Осаждение под действием сил т...
Адсорбционная очистка газов
Изотерма адсорбции паров дихлорэтана на активном угле. Диаметр и высота адсорбера. Коэффициент внутренней массопередачи. Продолжительность адсорбции,...
Очистка отходящих газов в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Биофильтры
Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей: абсорбционный и адсорбционный методы, термическое дожигание. Очистка о...
Очистка вентиляционных газов от паров ацетона методом абсорбции
Идентификация вредной примеси. Токсикологическая характеристика ацетона, особенности его негативного влияния на организм человека. Расчет свойств комп...