Spălarea și absorbția sunt procese în care gazele reziduale intră în contact cu un lichid (de obicei apă). Aceasta elimină particulele de praf sau dizolvă gazul sau vaporii în apă. În consecință, distingem două tipuri de remedieri, la care se face referire prin denumirea comună de spălare.
Spălat, adică separarea umedă a particulelor, se bazează cel mai adesea pe principiul așa-numitelor impact inerțial atunci când o particulă cu impuls mai mare lovește și aderă la o picătură de apă, sau pe principiul unui mecanism de difuzie, în care o particulă fină de praf se difuzează la suprafața picăturii, unde este prinsă. Există și alte mecanisme de atașament: atașarea directă, forțele electrostatice, condensarea apei pe particule, forța centrifugă sau forța gravitațională.
Absorbţie este fie fizic, fie chimic. Absorbția fizică are loc atunci când un poluant se dizolvă într-un solvent (absorbant). Dacă reacția dintre poluant și solvent sau substanțele din solvent are loc în același timp, atunci este o absorbție chimică (Lawrence și colab., 2004). Procesul de absorbție poate avea loc cu sau fără o reacție chimică, cu sau fără recirculare a fazei lichide. Absorbția este un proces difuz de transfer de masă în care o componentă gazoasă solubilă este îndepărtată dintr-un gaz prin dizolvarea acestuia într-un solvent lichid. Forța motrice este diferența dintre concentrația componentului dizolvat în faza gazoasă și în faza lichidă. Cantitatea de substanță adsorbită care se dizolvă este exprimată printr-un coeficient de partiție în funcție de relația:
,
H este coeficientul de partiție,
cg concentrația de echilibru a componentei în faza gazoasă (kg. m –3),
cl concentrația de echilibru a componentului în faza lichidă (kg. m –3).
Valoarea coeficientului de partiție crește odată cu creșterea temperaturii și cu presiunea scăzută. Apa este utilizată în principal ca solvent, dar și lichide cu volatilitate redusă. Absorbția poate avea loc fără regenerarea solventului sau cu regenerare. Regenerarea se realizează prin distilare, desorbție (decapare), precipitații asociate cu sedimentare, reacții chimice de neutralizare, oxidare, reducere sau hidroliză, extracție și adsorbție a solutului din faza lichidă (Koutský și Malecha, 2006).
Aplicabilitate
Spălarea este folosită cel mai adesea pentru îndepărtarea particulelor de la 2 la 100 μm ca dimensiune (Forbes, 2009), dar creșterea intensității energetice a procesului. Este, de asemenea, utilizat pentru îndepărtarea hidrogenului sulfurat (H2S) din depozitele de deșeuri pentru deșeuri solide sau, respectiv, pentru poluarea din rafinăriile de petrol. situri contaminate cu produse petroliere (peroxid SUA, 2009) sau pentru îndepărtarea gazelor SO2 și NO2 (Wiener și Matthews, 2003). Spălarea și absorbția sunt mai potrivite pentru îndepărtarea compușilor organici volatili decât pentru îndepărtarea solidelor care pot provoca înfundarea (Kennes și Veiga, 2001).
Absorbția în apă este utilizată pentru a elimina gazele care sunt ușor solubile în apă (HCI, HF, SiF6, NH3 etc.). Soluțiile slab alcaline de Na2CO3, NaHCO3 sau NaOH sau, de asemenea, soluții de săruri de amoniu, sunt utilizate pentru a elimina gazele acide precum SO2, Cl2 și H2S, care sunt mai puțin solubile în apă. Soluțiile apoase slabe de acizi - H2SO4, H3PO4 sau HNO3 - sunt utilizate pentru purificarea gazelor care conțin componente de bază (NH3, amine). Soluțiile care nu se regenerează pot fi utilizate ca îngrășăminte sau sărurile formate permise să cristalizeze. Pe lângă apă și soluții apoase alcaline, aminele sunt folosite pentru a îndepărta unele componente acide (H2S, SO2). Soluțiile apoase de medii oxidante (KMnO4, H2O2, ClO2, NaClO hipoclorit) sunt utilizate pentru eliminarea anumitor substanțe organice (aldehide și cetone) sau a componentelor mirositoare (tioli și sulfuri). Absorbția în solvenți organici, cum ar fi uleiurile de încălzire și alți solvenți cu presiune scăzută a vaporilor, este utilizată pentru a captura vaporii de hidrocarburi și alte substanțe organice care sunt insolubile în apă.
caracteristică de bază
Toate dispozitivele de spălare care utilizează un lichid pentru a absorbi gazele se bazează pe crearea unor suprafețe specifice mari ale lichidului folosind diferite metode mecanice. Aceste metode includ un pulverizator hidraulic, un rezervor de precipitații, un rezervor pentru pălării, rezervoare cu ecran, compactare (tip modular sau înclinabil), grile și diverse combinații de dispozitive pentru a obține cea mai mare suprafață specifică posibilă în cel mai mic volum posibil (Schifftner și Hesketh, 1996). În FIG. 4.3.5 sunt prezentate patru tipuri de colectoare de praf umed.
Explicații:
A - duș: 1 - gaz poluat, 2 - apă, 3 - apă cu praf, 4 - gaz purificat,
B - nivel: 1 - gaz poluat, 2 - apă, 3 - praf, 4 - gaz purificat,
C - Injecție Venturi: 1 - gaz poluat, 2 - apă, 4 - gaz purificat,
D - Venturi cu ciclon: 1 - gaz poluat, 2 - apă, 3 - apă cu praf, 4 - gaz purificat.
ÎN colector de praf de duș prezentat în FIG. 4.3.5A gazul poluat crește cu o viteză de aproximativ 1 m. s –1. Lichidul de spălare este pulverizat din duze situate la diferite înălțimi ale coloanei. Lichidul cu praf cade în jos și lasă coloana în partea de jos. De exemplu, o soluție de peroxid de hidrogen H2O2 este utilizată pentru a îndepărta hidrogenul sulfurat H2S ( S.U.A. peroxid, 2009 ). Reacția se desfășoară conform ecuației:
Hidroxidul de sodiu NaOH este utilizat pentru neutralizarea acidului sulfuric H2SO4:
Pentru a crește eficiența separării, este posibil să se utilizeze o umplutură, de ex. mărgele de sticlă.
ÎN separator de nivel (Fig. 4.3.5B) lichidul este dispersat datorită introducerii gazului poluat sub nivelul lichidului, unde este antrenat de curent și se amestecă cu gazul datorită formei adecvate a rezervorului. Lichidul antrenat este colectat în baie și colectat într-un rezervor de colectare.
Separator de injecție Venturi (Fig. 4.3.5C) funcționează ca o pompă cu jet. Apa este injectată în dispozitiv la o viteză de 25 - 35 m. s –1, în timp ce aspiră gaz, care se deplasează cu o viteză de 10 - 20 m. s –1. De asemenea, este posibil să utilizați mai multe etape de spălare la rând.
Separator Venturi cu ciclon (Fig. 4.3.5D) are cea mai mare eficiență. Gazul atinge o viteză de intrare de până la 150 m. s –1. Lichidul de spălare intră în centrul gâtului în cel mai îngust punct sau este introdus radial în gât și este dispersat de gazul care curge. Lichidul cu praful este separat de fluxul de gaz din ciclon. Diferențele de parametri de funcționare ale separatorilor individuali sunt date în tab. 4.3.1 .
Venturi cu ciclon
Dimensiunile particulelor de praf
(kWh la 1.000 m 3)
Pe absorbţie gaze și vapori dăunători există mai multe tipuri de echipamente de proiectare. Cele mai utilizate sunt dispozitivul de duș și dispozitivul venturi cu ciclonul, coloanele de absorbție împachetate, coloanele de absorbție a patului mobil și coloanele de absorbție împachetate. În FIG. 4.3.6 prezintă o coloană de absorbție ambalată ca parte a unei unități de absorbție cu regenerare.
Explicații: 1 - gaz poluat, 2 - lichid de spălare saturat, 3 - reaprovizionare cu lichid de spălare, 4 - reflux, 5 - componente îndepărtate, 6 - lichid de spălare regenerat, 7 - gaz pur, 8 - manta de absorbție a coloanei, 9 - manta de distilare regenerativă coloane, 10 - distribuitor de lichid, 11 - evaporator, 12 - răcitor de apă, 13 - încălzitor cu abur, 14 - schimbător de căldură, 15 - pompă, 16 - suport de ambalare a coloanei.
Avantaje și limitări
Beneficii colectoarele de praf umed sunt în principal faptul că pot procesa gaze cu temperatură ridicată și conținut ridicat de umiditate, nu creează surse secundare de praf, prezintă un risc minim de incendiu și explozie, pot elimina simultan praful și unii poluanți din gaz și au dimensiuni mai mici.
Utilizarea lor este limitat intensitate energetică mai mare (în funcție de dimensiunea particulelor), posibilă coroziune în prezența componentelor acide în gaz, necesitatea de decantare a rezervoarelor și cerințe de depozitare sau prelucrare ulterioară. Posibilitatea utilizării absorbției este, de asemenea, limitată de faptul că nu există un solvent adecvat sau accesibil pentru fiecare tip de poluant. Alegerea corectă a solvenților organici este foarte importantă, astfel încât aceștia să nu devină ei înșiși o sursă de compuși organici volatili din gaz. Dacă se formează săruri, de ex. când se utilizează NaOH, care este mai puțin solubil în apă, se pot forma depuneri sau duze se pot înfunda. Prin urmare, este necesar să alegeți sistemul corect pentru procesarea soluției apoase de spălare. Când se utilizează NaOH, este posibil ca eliberarea apei tratate să poată avea loc la acidificarea apei tratate. Absorbția și spălarea simultană a prafului pot provoca probleme cu depunerea sau înfundarea, reducând astfel performanța părților sistemului de circulație.
Durata și eficacitatea curățării
Spălarea are o eficiență ridicată, care, totuși, depinde de menținerea unui debit adecvat de aer poluat (Forbes, 2009). La îndepărtarea hidrogenului sulfurat, este posibil să se atingă un debit de gaz poluant de 50 m 3. min –1. (Peroxid SUA, 2009). Capacitatea de absorbție este de la 3.400 la 170.000 m 3. h -1 și eficiența absorbției atinge 95-98% (Turchi și Wolfrum, 1994).
Cu o eficiență ridicată, costurile de operare sunt relativ mici. Costurile de capital sunt variabile în funcție de proiectarea tehnologiei și de complexitatea eliminării contaminanților. De exemplu, conform lucrărilor lui Turchi și Wolfrum (1994), este de aproximativ 7 - 30 € pe m 3. h –1. Consumul de energie și apă al tipurilor individuale de separatoare este dat în tab. 4.3.1. De exemplu, în cazul unui gaz care conține 200 ppm H2S, consumul de peroxid de hidrogen este de aproximativ 56 g. min -1 și hidroxid de sodiu 35 g. min –1 (peroxid SUA, 2009).
Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová și Vlasta Jánová
Institutul Geologic de Stat Dionýz Štúr, Bratislava 2010, 360 p,