Описание объекта моделирования

«Исследование процесса химического обезвреживания газовых выбросов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Исследование процесса химического обезвреживания газовых выбросов»

«Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Тишин О.А. Лабораторная работа №2 «Исследование процесса химического обезвреживания газовых выбросов» по дисциплине «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»:[Электронный ресурс]: методические указания / О.А. Тишин, Е.В. Климова; // Сборник «Методические указания». Выпуск??. – Электрон. текстовые дан. (1 файл:?? MБ) – Волжский: ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2015 г. – Систем. требования: Windows 95 и выше; ПК с процессором 486+;CD-ROM.

В пособии изложен теоретический и практический материал, необходимый для подготовки и выполнения лабораторной работы. Лабораторная работа выполняется с использованием компьютерной модели процесса химической абсорбции, разработанной в среде Mathcad.

Пособие рассчитано на студентов очной (дневной) и очно-заочной (вечерней), заочной формы обучения направления специалитета 241000.62 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

1 Цель работы....................................................................................... 5

2 Содержание работы........................................................................... 5

3 Теоретическая часть........................................................................... 5

3.1 Основные понятия и термины........................................................... 5

3.2 Основные положения......................................................................... 5

3.2.1 Понятие хемосорбции......................................................................... 5

3.2.2 Хемосорберы...................................................................................... 7

4 Описание объекта моделирования.................................................... 8

4.1 Математическая модель насадочного хемосорбера......................... 9

4.1.1 Гидравлическое сопротивление абсорбера.................................... 12

5 Методика проведения эксперимента и обработка результатов....... 12

5.1 Методика проведения экспериментов............................................... 12

5.2 Обработка опытных данных............................................................. 13

6 Содержание отчета............................................................................ 13

7 Варианты заданий............................................................................... 14

Список литературы............................................................................. 15

Приложения........................................................................................ 16

Изучение процесса хемосорбции газовых примесей с использованием математической модели.

1. Ознакомиться с механизмом хемосорбции и возможностью его представления с помощью математического описания.

2. Ознакомиться с математической моделью хемосорбции, протекающей в насадочном абсорбере, выявить варьируемые параметры.

3. Провести вычислительный эксперимент на математической модели, подставив необходимые значения варьируемых параметров.

В работе используются следующие понятия и термины: абсорбент, поглотитель, физическая абсорбция, химическая абсорбция, хемосорбция, насадочный абсорбер.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо уяснить содержание этих терминов и понятий по материалу, изложенному в настоящих методических указаниях.

Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией или хемосорбцией. При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.

При необратимой реакции равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное давление компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции. Большинство реакций при хемосорбции, протекающих при очистке, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных компонентов.

Растворимость газа при хемосорбции зависит от физической растворимости газа, константы равновесия химической реакции, стехиометрических соотношений при реакции и других факторов. Характерная особенность растворимости газов в хемосорбентах заключается в неравномерном росте растворимости при увеличении давления: чем выше давление, тем медленнее (по мере расхода хемосорбента) повышается растворимость.

Хемосорбция выгодна при небольшой концентрации загрязнителя, является одним из распространенных способов очистки отходящих газов от оксидов азота. При проектировании абсорберов необходимо уделять внимание организации контакта газового потока с поглотителем. Чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и диффузия, тем эффективнее процесс.

Организация контакта газового потока с жидким поглотителем осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, распылением жидкости, барботированием и другими способами.

Газ называется хорошо растворимым, если его растворимость при t=0°С и Р=100 кПа составляет сотни граммов на 1кг растворителя.

При абсорбции, сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе, абсорбируемый компонент вступает в реакцию с поглотителем возрастает градиент концентрации около поверхности раздела, скорость поглощения увеличивается.

Предполагается, что движущая сила процесса хемосорбции равна движущей силе физической абсорбции, а ускорение процесса массообмена химической реакцией учитывается поправкой к коэффициенту массопередачи в жидкой фазе, определенному по критериальным зависимостям для физической абсорбции.

Коэффициент ускорения абсорбции в жидкой фазе при протекании химической реакции равен:

где

– коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе для физической абсорбции и хемосорбции.

Связь коэффициента массопередачи с коэффициентами массоотдачи при хемосорбции определяется уравнениями:

Коэффициент ускорения зависит от скорости химической реакции и степени турбулизации жидкости. По мере протекания хемосорбции коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

уменьшается, что затрудняет вычисление движущей силы.

Для хемосорбционной очистки требуется в несколько раз меньшая поверхность массообмена по сравнению с поверхностью массообмена для физической абсорбции, что соответствует кратному ускорению процесса.

Для хемосорбции газовых загрязнителей наиболее подходящими считаются насадочные и тарельчатые колонны. В насадочных колоннах обеспечивается лучший контакт обрабатываемых газов с абсорбентом, чем в полых распылителях, благодаря чему интенсифицируется процесс массопереноса и уменьшаются габариты очистных устройств.

Некоторые распространенные типы насадок показаны на рисунке 1. Максимальную поверхность контакта на единицу объема образуют седлообразные насадки «Инталокс» (а) и Берля (б). Они имеют и минимальное гидравлическое сопротивление, но стоимость их выше, чем колец. Из кольцевых насадок наилучший контакт создают кольца Паля (в), но они сложны в изготовлении и дороже колец Лессига (г) и Рашига (д). Хордовые деревянные насадки (е) имеют минимальную удельную поверхность и стоимость. Технические характеристики некоторых насадок приведены в приложении А.

Рассчитать количество колонн, ярусов и высоту насадочной части скруббера в соответствии с ниже изложенной информацией.

Обычно высота скрубберов не превышает 40¸50 м. Во избежание нагрузок на нижние слои насадки ее в колонне ярусами по 20¸25 решеток в каждом. Каждый ярус устанавливают на самостоятельные поддерживающие опоры. Расстояние между ярусами насадки принять 0.4 м.

Отчет по выполненной работе должен содержать:

2) схему насадочного абсорбера с материальными потоками;

4) формулы, которые учитывают химическую реакцию, протекающую в абсорбенте, описание параметров;

5) результаты расчета по варианту и график зависимости концентрации диоксида серы по высоте скруббера с учетом хемосорбции и без нее;

6) исходные данные для расчета из общего задания;

7) сравнительную таблицу входных и выходных параметров модели хемосорбера для разных видов насадок;

1. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб. Пособе. – М.: Высшая школа, 2008. – 397 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., переаб. и дополн. – М.: Химия, 1991. – 496 с.

4. Проектирование аппаратов пылегазоочистки / М.Г. Зиганшин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин: пособие по проектированию – М.: «Экопресс - ЗМ», 1998. – 505 с.

5. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. 2-е изд., испр. и доп. – Л.: Химия, 1978. – 392 с.

6. Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1976. – 656 с.

7. Швыдский В.С. Очистка газов: справочное пособие / В.С. Швыдский, М.Г. Ладыгичев. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 640 с.

Приложение Б – Номограмма для определения динамического коэффициента вязкости газов при p=1 атм

(c допустимым приближением данными номограммы можно пользоваться и при давлении порядка нескольких атмосфер)

Приложение В – Некоторые характеристики воды

Приложение Г – Парциальное давление SO₂ (в мм рт. ст.) над водными растворами диоксида серы

^× Источник: Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Изд. 2-е, испр. и доп. Л.: Химия, 1978. С. 286.