Рекомендации к выбору типа скруббера*

Скруббер	Величины для расчета Кr	lgση
Полый	тРж	0,29
Насадочный	∆Pp	0,21
Тарельчатый	∆Pp	0,15
Ударно-инерционного действия	∆Pp	0,29
Вентури	∆Pp + Рж	0,29

*т — удельное орошение, м³/м³; Р_ж — давление распыляемой жидкости Па; ∆P_p— гидравлическое сопротивление в рабочей зоне скруббера, Па.

Для очистки или обезвреживания газообразных отходов или тех­нологических газов с целью извлечения из них сопутствующих (полезных) газообразных компонентов широко используют ме­тод абсорбции. Абсорбция основана на непосредственном взаимо­действии газов с жидкостями. Выделяют физическую абсорбцию, основанную на растворении газа в жидкости, и хемосорбцию, в основе которой лежит химическая реакция между газом и жид­ким поглотителем.

Абсорбционной очистке подвергают газообразные отходы, со­держащие один или несколько извлекаемых компонентов. В зави­симости от используемого абсорбента (табл. 8.2) и его селективности можно выделить либо один компонент, либо последова­тельно несколько. В результате абсорбции получают очищенный газ и насыщенный раствор, который должен быть легко регене­рируемым с целью извлечения полезных газов и возвращения его на стадию абсорбции [2].

Таблица 8.2

Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов [3]

Поглощаемые компоненты	Абсорбенты
N2O3, NO5	Вода, водные растворы и суспензии: NaOH, Na2CO3, NaHCO3, КОН, К2СО3, КНСО3, Са(ОН)2, СаСО3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2, BaCO3, NH4HCO3
NO	Растворы FeCl2, FeSO4, Na2S2O3, NaHCO3, Na2SO3, NaHSO3
SO2	Вода, водные растворы: Na2SO3 (18 —25%-e), NH4OH (5-15%-e), Ca(OH)2 Na2CO3 (15-20%-е), NaOH (15-25%-е), КОН, (NH4)2SO3 (20-25%-е); ZnSO3, K2CO3; суспензии CaO, MgO, CaCO3, ZnO, золы; ксилидин — вода (1:1), диметиланилин C6H3(CH3)2NH2
H2S	Водные растворы Na2CO3+ Na3AsО4(Na2HAsO3), As2O3 (8-10 г/л) + NH3(l,2-l,5г/л) + (NH4)3AsО3(3,5-6 г/л); моноэтаноламин (10 — 15 %-й); растворы К3РО4 (40-50%-й), К3РО4 (40-50%-е), NH4OH, K2CO3, CaCN2, натриевая соль антрахинондисульфокислоты
СО	Жидкий азот; медно-аммиачные растворы [Cu(NH3)]n × СОСН
СО2	Водные растворы: Na2CO3, K2CO3, NaOH, КОН, Са(ОН)2, NH4OH, этаноламины RNH2, R2NH4
Cl2	Растворы NaOH, КОН, Са(ОН)2, Na2CO3, K2CO3, MgCO3, CaCO3, Na2S2O3; тетрахлоридметан СС14
HCl	Водные растворы: NaOH, КОН, Са(ОН)2, Na2CO3, K2CO3
HF, SiF4	Na2CO3, NaOH, Ca(OH)2

Требования, которым должна удовлетворять абсорбционная аппаратура, вытекают из физического представления явлений массопереноса в системах газ—жидкость. Процесс массопереноса протекает на поверхности раздела фаз, и в конструкциях аппаратов необходимо ее максимально развивать.

Для поверхностных абсорберов характерна конструктивно образованная поверхность, по которой в пленочном режиме стекает абсорбент (жидкость). Наиболее распространенной конструкцией таких противоточных абсорберов являются хорошо известные насадочные. Применяют кольца Рашига, Паля, седла Берля и другие насадки. Насадочные аппараты сложны, так как необходимо создать опорную решетку, оросители, обеспечить эффективное улавливание капель абсорбента.

В распыливающих абсорберах межфазная поверхность образуется мелкими каплями путем дробления, распыления жидкости. В объеме аппарата с помощью форсунок создаются капли, контактирующие с газовым потоком.

В механических абсорберах жидкость распыляется в результате подвода извне механической энергии, например, вращения валков или специальных распылителей. Эти конструкции достаточно сложны.

В поверхностных и распыливающих абсорберах сплошной фазой является газ, а распределенной — жидкость. В барботажных абсорберах в сплошном потоке жидкости распределяется газ, что достигается на так называемых тарелках. Режим, в котором рабо­тают такие абсорберы, называют барботажным.

При создании промышленных систем очистки газов абсорб­ционными методами необходимо выделять схемы с одно- и мно­гократным использованием абсорбента. В последней схеме аб­сорбция сочетается с десорбционными процессами. Однократ­ное использование абсорбента характерно для процессов с низ­кой стоимостью поглотителя или когда после поглощения об­разуется готовый (целевой) продукт. Так как в очищаемом газе содержится незначительное количество улавливаемого компо­нента, то осуществляется циркуляция абсорбента, но без его регенерации.

Расчет процессов абсорбции основывается на материальном балансе, из которого определяют расходные параметры по абсор­бенту и размеры аппаратов. Известны объем очищаемого газа G и начальные концентрации поглощаемого компонента в газо­вом потоке у₁ и в подаваемом на очистку абсорбенте л,. Необхо­димо знать конечную концентрацию х₂ абсорбента, т.е. степень насыщения потока абсорбента L поглощаемым компонентом. Тогда количество поглощаемого компонента G_K определяют по формуле

G_к=G(y₁ - y₂), (8.14)

где у₂ — концентрация компонента в отходящем газовом потоке. Общее уравнение материального баланса имеет вид

G(y₁ - y₂) = L(х₂ - х₁). (8.15)

Конечное содержание поглощаемого компонента у₂ в газовом потоке должно быть согласовано с равновесной концентрацией его в жидкости, которую определяют по формуле

х₂* = y₂/т, (8.16)

где х₂* — равновесная концентрация компонента в жидкости, от­вечающая его содержанию в газовой фазе у₂; т — константа фазо­вого равновесия (константа Генри).

Эффективность реальных аппаратов определяется по кинети­ческим закономерностям процессов массопередачи и может быть оценена по скорости растворения газа в жидкости за время х че­рез поверхность контакта фаз F:

G_K = dG/dτ = KF∆. (8.17)

Каждая из независимых переменных (К, м/с, — коэффициент массопередачи и ∆, кг/м³, — движущая сила процесса) завися от многих параметров (технологических режимов, конструкций аппаратов) и может измеряться в разных единицах. Широко при­меняют выражение для коэффициента массопередачи K_s как отношение его к площади поверхности контакта фаз или к площади засадки, тарелки.

Коэффициент массопередачи относят также к объему аппарата, получая объемный коэффициент массопередачи К_υ с^-1 или ч^-1:

К_υ = Ка, (8.18)

где а — удельная поверхность контакта фаз.

Интенсивности переноса массы в газовой фазе (частный коэф­фициент массоотдачи (β_г) и в жидкой (частный коэффициент массоотдачи β_ж) разные, поэтому (β_г и β_ж определяют по разным зави­симостям, и их соотношения для разных процессов также разнят­ся. Тогда общий коэффициент массопередачи

К_s = 1/(1/β_г + l/mβ_ж). (8.19)

Соотношение между 1/β_г и 1/mβ_ж позволяет определить доли сопротивления в газовой и жидкой фазах в зависимости от т, зави­сящей от абсорбента, степени его насыщения, температуры и др.

Значения β_г и β_ж находят по экспериментальным зависимо­стям, рекомендуемым для определенных конструкций массообменных аппаратов.

В случае прямолинейной равновесной зависимости и постоян­ства β_г и β_ж по высоте абсорбера количество переданной массы

G(y₁ - у₂) = K_sF∆ (8.20)

или

Последнее выражение называют числом единиц переноса. По аналогии с записью коэффициентов массопередачи можно записать

N=N_г+mGN_ж/L, (8.22)

где N_г и N_ж — число единиц переноса в газовой и жидкой фазах соответственно.

Число единиц переноса через объемные коэффициенты массо­передачи

N=К_υV_ап/G=К_υSH/G, (8.23)

где V_ап - объем аппарата; S— площадь поперечного сечения; Н— высота аппарата.

Тогда высота аппарата

H=NG/(К_υS), (8.24)

причем G/(К_υS) отвечает высоте аппарата, для которого число единиц переноса равно единице и называется высотой единицы переноса.

Число единиц переноса N можно определить графически. Площадь, ограниченная кривой на таком графике, соответствует общему числу единиц переноса, а угол ее наклона позволяет oпpeделить константы b и k, входящие в формулу (8.10) [8].

Существенным недостатком сорбционных методов очистки (абсорбционных и адсорбционных) выбросных газов является необходимость многократной регенерации поглощающих растворов или частичной замены твердого сорбента, что значительно усложняет технологическую схему, увеличивает капитальные вложения и затраты на эксплуатацию.