Prečišćavanje otpadnih

gasova

Apsorpcija

Apsorpcija iz gasne faze u tečnosti

Selektivni transfer gasovitih komponenti

(apsorbat) iz gasovite faze u tečnu fazu

rastvaranjem u tečnosti (apsorbent)

GASOVITA FAZA

TEČNA FAZA

APSORBENT

C

FIZIČKA HEMIJSKA RASTVARANJE REAKCIJA

CU GASU>C U TEČNOSTI KOMPONENTA IZ

GASOVITE FAZE

APSORBAT

Industrijski apsorpcioni sistemi

Kupro-amonijum kompleksi Voda Olefini

KOH Voda C2H4

Bakarne i amonijum soli Voda CO

NaOH Voda HCN

Voda NO2

H2SO4 Voda NO

Voda NH3

H2SO4 Voda SO3

Ca(OH)2, KOH Voda SO2

Voda Cl2

NaOH Voda HCl, HF

Voda HCl, HF

KOH, NaOH Voda CO2, H2S

Voda CO2, H2S

REAKTANT IZ

TEČNOSTI

RASTVARAČ G A S

Karakteristike apsorpcije

Proces: Difuzioni prenos molekula gasa u tečnost pod uticajem gradijenta koncentracije

Uticajni faktori za ubrzavanje apsorpcije: Velika međufazna površina

Turbulencija na međufaznoj površini

Dugo vreme kontakta faza

Višestepena operacija

Veliki koeficijenti difuzije

Mali viskoziteti tečnosti

Velika rastvorljivost

Uslovi za efikasnu apsorpciju: velika rastvorljivost gasa, ili

nepovratna hemijska reakcija

Izbor tečnosti

Tečnost treba da bude neisparljiva

jeftina

stabilna

nekorozivna

malog viskoziteta

nezapaljiva

reaktivna (hemisorpcija)

Koristi se voda ako je komponenta koja se izdvaja dobro rastvorljiva

ako prisustvo vodene pare ne predstavlja problem

U vodu se po potrebi dodaju reaktanti koji grade komplekse ili taloge, emulzifikatori ili

površinski aktivne materije

Primeri voda za gasove rastvorljive u vodi

ulja za lake ugljovodonike

specijalni hemijski rastvori za kisele gasove (CO2, SO2, H2S...)

Rastvorljivost

Henry-ev zakon važi

za pravolinijski deo ravnotežne linije i primenjuje se na gasove koji ne menjaju oblik molekula (permanentni gasovi, ugljovodonici, ...)

Henry-ev zakon ne važi

kada gasovi učestvuju u hemijskoj reakciji, disosuju ili na drugi način menjaju strukturu molekula

Ravnotežna koncentracija

najveća koncentracija koja se može postići pri rastvaranju nekog gasa u određenoj tečnosti, na datom P i T

Podela uređaja za apsorpciju

prema načinu kontakta

Uređaji u kojima se ostvaruje "slobodna"

površina kontakta faza

Uređaji sa barbotažnim kontaktom gasnih

mehura kroz tečnost

Uređaji sa raspršivanjem tečnosti u vidu kapi

Uređaji sa slobodnom površinom

kontakta

Do kontakta gasa i tečnosti dolazi pri uzajamnom proticanju faza, pri čemu ne dolazi do disperzije jedne faze u drugoj

Ovo se obično ostvaruje pri slivanju tečnosti pri čemu gasna faza protiče istostrujno ili suprotnostrujno iznad (ili pored ili oko) nje

Osnovni predstavnici su:

Kolone sa slivnim površinama

Kolone sa punjenjem

Kolone sa slivnim površinama

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

Kolone sa punjenjem

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

ODVAJAČ

KAPI

PUNJENJE

Uređaji sa barbotažom mehura

Gas se dovodi ispod tečnosti i u vidu mehurova prolazi kroz tečnost

Tečnost je kontinualna, a gas dispergovana faza

Međufazna površina kontakta je površina mehura

Glavni tipovi uređaja u ovoj grupi su:

barbotažna kolona

kolona sa podovima

aerator sa mešanjem

Barbotažna kolona

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN GAS

TEČNOST

TEČNOST

Kolona sa podovima

POD

PERFORIRAN

ILI

SA ZVONIMA

PREČIŠĆEN

GAS

ZAGAĐEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

Aerator sa mešanjem

Uređaji sa raspršavanjem kapi

Kontakt se ostvaruje raspršavanjem tečnosti u kapi u kolonama ili komorama kroz koje protiče gas

Međufazna površina za prenos je površina kapljice

Raspršavanje tečnosti se obično ostvaruje pomoću mlaznica i kinetičkom energijom samog gasa

U ovu grupu uređaja spadaju:

Sprej kolone sa mlaznicama koje raspršavaju tečnost suprotnostrujno, istostrujno ili unakrsno sa gasnim tokom

Venturi skruberi

Skruberi sa fluidizovanim slojem

Sprej kolone (1)

Sprej kolone (2)

KOMORA SA MLAZNICAMA

UNAKRSNI KONTAKT

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

31

ODVAJAČ

KAPI

KOMORA SA MLAZNICAMA

SUPROTNOSTRUJNI KONTAKT

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

Venturi skruberi

VENTURI SKRUBER

VENTURI

CEV

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

Skruberi sa fluidizovanim slojem

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

ODVAJAČ

KAPI

ČESTICE

20-40 mm

300 kg/m3

34

FAZE PROJEKTOVANJA APSORBERA:

PRAVILAN IZBOR TIPA UREĐAJA

DEFINISANJE GEOMETRIJE •PREČNIK (protočni kapacitet fazaD)

•VISINA (ravnotežna i operativna linijapotrebna dužina kontakta)

DEFINISANJE OPERATIVNIH (RADNIH) USLOVA •PROTOCI FAZA (ravnotežni podaciprotok tečne faze)

•FIZIČKI PARAMETRI FAZA (gustina, viskozitet, ...)

•TEMPERATURA I PRITISAK

DEFINISANJE PADA PRITISKA

Faze projektovanja apsorbera

Pravilan izbor tipa uređaja

Definisanje operativnih (radnih) uslova

protoci faza (ravnotežni podaci protok tečne faze)

fizički parametri faza (gustina, viskozitet, ...)

temperatura i pritisak

Definisanje geometrije

prečnik (protočni kapacitet faza D)

visina (ravnotežna i operativna linija potrebna L kontakta)

Definisanje pada pritiska

PRAKTIČAN ZNAČAJ

zapreminski koeficijenti

prenosa mase

l

g

l

g

Ka

Ka

ka

ka

Na (kg/m2s)

PROBLEM SPECIFIČNE POVRŠINE KONTAKTA

a (m2/m3) ???

a ageometrijsko

a aefektivno

35

MASENI BILANS

ULAZ = IZLAZ

1221 LGLG

2121 xxLyyG

L: molski protok tečnosti

G: molski protok gasovite smeše

x: molski udeo rastvorenog gasa (NH3) u

tečnosti

y: molski udeo tog gasa (NH3) u gasovitoj

smeši

(za razblažen sistem)

NAGIB

OPERATIVNE

LINIJE = L/G

36

VRH

DNO

POZNATO: x2=0 y2 VRH

y1 DNO

H2O

H2O+NH3

VAZ.+NH3

VAZ.+NH3

NAGIB

OPERAT.

LINIJE =

Lmin/G

37

x2

y2

ULAZNI GAS I

IZLAZNA TEČNOST

U RAVNOTEŽI

A

B

NAGIB

AKTUELNE

OPERAT.

LINIJE =

L/G

GENERALNO, AKTUELNI PROTOCI

TEČNOSTI SU 25 DO 100% VEĆI OD

ZAHTEVANOG MINIMUMA (Lmin).

38

Na (kg/m2s) = k·a · C

APSORPCIONA KOLONA

SA PUNJENJEM

39

GAS

TEČNOST

DISTRIBUTOR

TEČNOSTI

GRANIČNIK

PUNJENJA

PUNJENJE

REDISTRIBUTOR

TEČNOSTI

NOSAČ

PUNJENJA

NOSAČ

PUNJENJA

ZAGAĐEN

GAS

PREČIŠĆEN

GAS

TEČNOST

TEČNOST

m2punjenja/m

3sloja

Osnovne karakteristike punjenja Dobar kontakt između tečnosti i gasa

Hemijska inertnost prema gasovitoj i tečnoj fazi

Dovoljna čvrstoća i relativno lagana

Pogodne strujne karakteristike oba toka bez prekomernog zadržavanja (hold up) tečnosti i pada p

Mali hold up tečnosti / pad pritiska

Poroznost (m3 šupljina/m3 sloja) od 60% i veća

Dobre karakteristike vlaženja, tj. što veća ovlažena površina po jedinici zapremine

Keramika, staklo, metal i različiti plastični materijali se koriste za izradu punjenja

Relativno niska cena

Berl

Sedlo

Intalox

Sedlo Raschig

Prsten

Lessing

Prsten Pall

Prsten Tellerette

VRSTE PUNJENJA

41

DELOVI KOLONA SA PUNJENJEM

ODVAJAČI KAPI

42

RASPODELJIVAČI TEČNOSTI I

NOSAČI PUNJENJA

42

ODVAJAČI KAPI SISTEMI ZA UVOĐENJE

TEČNOSTI

KANALISANJE: pri malim protocima tečnosti veliki deo površine punjenja

može biti suv ili pokriven nepokretnim slojem tečnosti

ZADRŽAVANJE TEČNOSTI (HOLD UP): povećani protok gasa suzbija

slivanje tečnosti; ona se zadržava u šupljinama između pakovanja

PLAVLJENJE: prestaje proticanje tečnosti i ona se skuplja na vrhu kolone

usled vrlo visokih protoka gasa

KONTAKT IZMEĐU GASA I TEČNOSTI

suvo punjenje

nagib = 1.8 okvašeno

punjenje

log (P)

log G

P: pad pritiska G: maseni protok gasa

L: maseni protok tečnosti

L=const. L=0 A

B

POČETAK PLAVLJENJA:

gornja vrednost protoka gasa

GRUBO PRAVILO:

Optimalna brzina =

1/2(brzine plavljenja)

L

G

G

L

g

a)'G(

LG3

2.0L

2

L: maseni protok

tečnosti (kg/s)

G: maseni protok

gasa (kg/s)

G’: maseni fluks gasa

(kg/m2s)

G: gustina gasa

L: gustina tečnosti

a: specifična površina

pakovanja (m2/m3)

: poroznost punjenja

L: viskozitet tečnosti

(u cP; 0.8 za vodu)

(bezdimenziono)

Parametar na linijama je

pad pritiska u inch H2O /

foot visine pakovanog sloja

DIJAGRAM

PLAVLJENJA

44

Apsorpcija: rezime

Transfer iz gasne u tečnu fazu; prenosu mase može pružati otpor i film gasa i film tečnosti

Najčešće korišćen uređaj: apsorber sa pakovanim slojem

Široka primena u kontroli gasovitih polutanata i mirisa kada koncentracije nisu niske

Projektovanje: (a) protok tečnosti iz bilansa mase; (b) prečnik apsorpcione kolone na osnovu uslova plavljenja; (c) visina kolone na osnovu brzine prenosa mase

Razblaženi i koncentrovani sistemi

Relativno niska kapitalna ulaganja

Relativno visoki operativni troškovi

Problem generisanja novog (tečnog) otpada