CC BY
16
7. Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on. Best Available Techniques on. Emissions from Storage [Electronic resource] / European Commission. — July 2006. — Available at: \www/URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/refe-rence/BREF/esb_bref_0706.pdf
8. Measures to Reduce Emissions of VOCs during Loading and Unloading of Ships in the EU [Electronic resource]: B4-3040/ 99/116755/MAR/D3 / European Commission — Directorate General Environment // Report No AEAT/ENV/R/0469. — Issue 2. — Abingdon: AEA Technology, 2001. — Available at: \www/URL: http://webcache.googleusercontent.com/search7q-cache:exedoerNnCEJ:ec.europa.eu/environment/air/pdf/vo-cloading.pdf+&cd=1&hl=ru&ct=clnk&gl=ua
9. Environmental Code of Practice for Vapour Recovery in Gasoline Distribution Networks [Electronic resource] / National Task Force on Vapour Recovery in Gasoline Distribution Networks. — Canadian Council of Ministers of the Environment, March 1991. — Available at: \www/URL: http://www.ccme.ca/ files/Resources/air/emissions/pn_1057_e.pdf
10. Li, Y. Experimental Study on Inert Replacement Ventilation of Oil Vapor in Oil Tank [Text] / Y. Li, Y. Du, P. Zhang // Procedia Engineering. — 2012. — Vol. 45. — P. 546-551. doi:10.1016/j.proeng.2012.08.201
11. Robinson, M. Recommendations for the design of push-pull ventilation systems for open surface tanks M. Robinson [Text] / M. Robinson // The Annals of Occupational Hygiene. — 1996. — Vol. 40, № 6. — P. 693-704. doi:10.1016/s0003-4878(96)00011-7
12. Fardell, P. J. The evaluation of an improved method of gas-freeing an aviation fuel storage tank [Text] / P. J. Fardell, B. W. Houghton // Journal of Hazardous Materials. — 1975. — Vol. 1, № 3. — P. 237-251. doi:10.1016/0304-3894(75)80016-1
13. Бронштейн, И. С. Выбор технических средств для сокращения потерь нефтепродуктов от испарения из резервуаров и транспортных емкостей [Текст]: методическое пособие / И. С. Бронштейн, В. Ф. Вохмин, В. Е. Губин, П. Р. Ривкин. — М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1969. — 182 с.
14. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий [Текст]. — Утв. Гос. комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды 04.08.86. — Изд. офиц. — СПБ.: ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ, 1986. — 79 с.
15. Кулагин, А. В. Прогнозирование и сокращение потерь бензинов от испарения из горизонтальных подземных резервуаров АЗС [Текст] / А. В. Кулагин. — Уфа: Спектр, 2003. — 154 с.
ШДВИЩЕННЯ ЕК0Л0ПЧН01 БЕЗПЕКИ ПРИМУС0В01 ВЕНТИЛЯЦН РЕЗЕРВУАРШ ЗБЕР^АННЯ СВОТЛИХ НАФТ0ПР0ДУКТШ
На приклад1 резервуара РВС-5000 показана еколопчна небезпека процесу його дегазацп, проведений розрахунок кон-центрацп шкщливих речовин (вуглеводшв) в атмосферному повiтрi для дтчого в Украли способу дегазацп, на вах його стад1ях. На приклад1 мiжнародного досвщу, показана необхщ-шсть впровадження установок уловлювання парiв вуглеводшв, для ефективноЛ експлуатацп яких запропоновано новий, ежекторний-вихровий споаб примусовол вентиляцп резервуарiв.
Kлючовi слова: дегазащя резервуарiв, примусова вентиля-щя, шкiдливi речовини, еколопчна небезпека, споаб дегазацп.
Гарбуз Сергей Викторович, адъюнкт, кафедра пожарной и техногенной безопасности объектов и технологий, Национальный университет гражданской защиты Украины, Харьков, Украина, e-mail: garbuz_88@inbox.ru.
Гарбуз Сергт Вшторович, ад'юнкт, кафедра пожежног та техногенног безпеки o6'eKmie i технологш, Нащональний ут-верситет цивыьного захисту Украгни, Хартв, Украгна.
Garbuz Sergei, National University of Civil Protection of Ukraine, Kharkiv, Ukraine, e-mail: garbuz_88@inbox.ru
УДК 66.01.011 DOI: 10.15587/2312-8372.2015.56295
MoicecB В. Ф., Манойло С. В. Грубнж А. 0.
1НТЕНСИФ1КАЦ1Я ПРОМИВАЧА ГАЗУ К0Л0Н У ВИР0БНИЦТВ1 КАЛЬЦИНОВАНО! С0ДИ
Висвтлено головнг задачг та проблемироботи апаратгв для очистки газових викидгв у технологи виробництва кальцинованог соди. Визначено основт джерела викидгв амгаку у виробництвг кальцинованог соди та недолгки гснуючих промислових апаратгв. Показано необхгднгсть створен-ня принципово нових компактних та високоефективних вихрових абсорбергв, що забезпечують гнтенсифгкацгю процесгв абсорбцгг газгв та виршення екологгчних проблем.
Илючов1 слова: кальцинована сода, абсорбцгя, вихровий абсорбер, барботажний принцип, масо-обмтний апарат, газовг викиди.
1. Вступ
У виробництвЛ кальцинованол соди утворюеться зна-чна кЛлькЛсть вЛдходЛв, що викидаються у навколишне середовище [1-3]. Головними джерелами газових викидЛв виробництва кальцинованол соди е процеси енергозабез-печення та процеси випалу вапняку. Шсля карбонЛзацЛ'Л амонЛзованого розсолу не досягаються санЛтарнЛ норми очистки газових викидЛв вЛд амЛаку. Через один проми-вач газЛв колон-2 витрата газЛв досягае 10000 м3/год. При ПДВ = 50 мг/м3 концентрацЛя амЛаку в газовому викидЛ знаходиться в межах 0,1-0,2 г/м3.
ЕкологЛчнЛ проблеми регЛонЛв, де розташованЛ виробництва кальцинованол соди — це, насамперед, за-бруднення ораних земель, рЛчок, повЛтря та Лн. В той же час майже в усЛх кралнах свЛту проблема вЛдходЛв розглядаеться як прюритетна з вЛдповЛдною державною тдтримкою. ПотенцЛйнЛ руйнЛвнЛ ефекти вЛдходЛв, що прогнозуються на майбутне, примусили останне десяти-рЛччя сконцентрувати зусилля вчених та урядЛв бвро-пейського спЛвтовариства для того, щоб взяти проблему вЛдходЛв пЛд контроль. Виходячи з цього науково-дослЛднЛ роботи Л дослЛдження по напрямках, якЛ дозволяють зменшувати кЛлькЛсть вЛдходЛв Л розробку методЛв Лх
утилiзацii е актуальною роботою не тiльки для Укра!ни, а й усього свiту.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Однак, у технологи виробництва кальциновано'i соди, о^м проблем екологи, великi капiтальнi витрати на об-ладнання. Висока матерiаломiсткiсть обладнання в технологи виробництва кальциновано'i соди в тепершнш час стримуе та зменшуе подальшi темпи iнтенсифiкацii виробництва соди.
Основним та головним принципом роботи дшчих масообмшних апаратiв у виробництвi кальциновано! соди е барботажний принцип. Основним матерiалом для виготовлення апаратiв е чавун.
Загальна матерiаломiсткiсть колонного обладнання виробництва соди досягае бшьш шж десяти тисяч тонн iз-за великого числа ступенiв з теплообмшними поверхнями та великого дiаметру апарапв.
Проблема створення сучасних компактних апарапв для виробництва кальциновано! соди е актуальною як в основнш технологи виробництва, так i в технологи очистки газових викидiв вщ амiаку [4]. Необхiдно вiдзначити, що за конструкцiею ступенi барботажних апарапв виконанi однаковими, як для абсорбци газiв низько! концентраци, так i для газiв високо! концентраци, хоча вимоги по бризкоунесенню для тих та шших вiдрiзняються в десятки разiв. Однак в атмосферi га-зовi викиди пiдсумовуються, та забруднена атмосфера наносить значний економiчний та сощальний збиток, якi в сукупност перевищують прибуток багатьох шших виробництв.
У сучасному виробництвi кальциновано! соди також склалася складна еколопчна обстановка. У виробни-цтвi кальциновано! соди, тсля процесу карбонiзацii, газова фаза прямуе в перший, а попм в другий про-мивач газiв. Газовий потiк пiсля другого промивача газiв проходить через бризкоуловлювач та викидаеться в атмосферу. Охолодження газiв з одночасною абсорб-цiею частини дюксиду вуглецю вiдбуваеться в першому промивачi газiв колон-1. У другому багатоступеневому промивачi амiак уловлюеться розсолом до залишково! концентрацii 0,1-0,2 г/м3. У цьому газовому викидi в атмосферу концентращя оксиду вуглецю досягае 2 г/м3. Очистка газового потоку ввд оксиду вуглецю, сумiрного по токсичност з амiаком, взагалi не здшснюеться. 1з лiтератури вiдомо, що очистку газу вщ оксиду вуглецю можна здшснити на рiзноманiтних каталiзаторах [5, 6]. Однак ефективнiсть будь-якого вщомого каталiзатора для очистки газiв вiд оксиду вуглецю в умовах виробництва соди швидко знижуеться. Це можна пояснити тим, що на каталiзаторi утворюються сол1 У результат бризкоунесення рiдкоi фази iз другого промивача газiв колон утворюються карбонатш, амонiйнi солi та иль хлористого натрш. При нагрiвi на каталiзаторi розчини солей висихають та твердшть. Вiдомо, що кристали солей, яю осiдають на поверхнi каталiзатору, будуть не просто рiзко зменшувати ефективнiсть роботи будь-яко-го каталiзатору, а навiть повнiстю закривати активну поверхню. У зв'язку з цим промивач газiв колон-2 е перспективним та повинен забезпечувати виконання ряду жорстких вимог не тшьки по ефективност абсорбци амiаку, але й по максимальнш лiквiдацii бризкоунесен-
ня рщко! фази. Окрiм того, у складi потоку вiдхiдних газiв пiсля другого промивача газiв колон знаходяться оксиди азоту з концентращею 0,15-0,25 г/м3, що значно перевищуе допустиму концентращю газового викиду.
3. 06'ект, мета та задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — процес та обладнання очистки газових викидiв у виробництвi кальциновано! соди.
Метою дослгдження е розробка принципово нових компактних та високоефективних вихрових апарапв.
Каталиична очистка газових потоюв вiд сумiшi вуг-леводнiв, оксиду вуглецю та оксидiв азоту пiсля роботи печей випалу вапняку е складним процесом.
Розробка компактних апарапв для очистки газових викидiв, крiм великого значення для виробництва кальциновано! соди, мае великий вплив на ршення комплексу складних науково-техшчних проблем охорони навколишнього середовища.
На виробництвi головною задачею, з точки зору економжи, е уловлювання дiоксиду вуглецю та амiаку. Однак, з точки зору еколопчно! безпеки виробництва необхщно максимально правильно провести процес очистки газових викидiв вiд уах компонентiв.
Ефективна очистка газового потоку перед викидом в атмосферу стала складною науково-техшчною проблемою, яка мае важливе економiчне, еколопчне та сощальне значення. Тому, незважаючи на високу досконалкть технологи виробництва кальциновано! соди, дозрша необхiднiсть подальшого розвитку процесiв, апаратiв та технологш, якi забезпечують екологiчну безпеку тдприемства.
Потрiбнi принципово новi пiдходи до проектування високопродуктивних компактних апарапв, яю повин-нi базуватися на закономiрностях статики та кiнетики процесiв, яю протiкають при абсорбци сумiшi амiаку з дiоксидом вуглецю.
Для досягнення поставлено! мети необхщно вирн шити такi задачi:
— провести аналiз роботи дiючого обладнання
— обгрунтувати доцiльнiсть створення високоштен-
сивних абсорберiв.
4. Дослщження роботи инупчих абсорбер1в
У результатi роботи печей випалу вапняку в газовому викидi процесу карбошзаци утворюються оксид вуглецю та оксиди азоту. На практищ перед карбошзащею очистка газового потоку тсля печей випалу вапняку полягае пльки в очистщ газу вщ пилу. Процес очистки газового потоку проходить у деюлька стадiй:
— суха очистка газiв вiд пилу в циклош;
— мокра очистка газiв водою в трубi Вентурц
— мокра очистка газiв водою в насаднш колонi;
— очистка газiв вiд аерозолiв в електрофшьтри
Вода, яка дозуеться в апарати мокро! очистки, улов-
люе пил та охолоджуе газ, а також одночасно уловлюе частину вуглеводшв. У результат утворюються стiчнi води. Уловлеш водою вуглеводнi складають основну частину токсичност утворених стiчних вод. У весняний перюд концентрацiя нафтопродукпв в стiчнiй водi пiсля !! очистки на деяких пiдприемствах досягае 250 мг/л, що в 5000 разiв вище ГДК. В спчнш водi одночасно
з уловленим пилом мктиться фенол та iншi токсичш речовини. Однак на содових виробництвах практично не проводять очистку спчних вод вщ фенолу.
Високоефективна каталггична очистка сильно запи-леного газу важко застосовна, а також важка подальша утилiзацiя тепла при запиленому газовому потощ. Це робить неможливим застосування ефективно! каталь тично! очистки газового потоку безпосередньо тсля печей випалу вапняку. У зв'язку з цим, на думку авторiв статп, каталiзатор каталiтично! газоочистки повинен бути застосований тшьки лише тсля другого промивача газiв колон карбошзацп та тiльки пiсля максимально! лжвщацп бризкоунесення iз нього.
Очевидна необхщшсть оцiнювати збиток, що наноситься газовими викидами iз-за: токсичносп речовин; зростаючiй корозп будiвель, споруд та обладнання; зро-стаючiй загибелi лiсiв, грунту та водних басейшв; зро-стаючiй вiрогiдностi екологiчно! катастрофи. Як вщомо збиток, що наноситься викидом токсичних речовин, може бути непередбачувано великим та навиь несумiсний з прибутком вщ основно! технологи.
1з-за цього стае очевидним, чому розвинеш кра!ни намагаються розташувати екологiчно небезпечнi технологи далеко за межами сво!х кордошв.
У виробництвi кальциновано! соди в вщхщних газах тсля промивача газiв колон-2 залишаеться сумш токсичних газiв: амiак, бризки розсолу, оксид вуглецю, вуглеводш та оксиди азоту. 1х сумарна концентрацiя досягае 2,3 г/м3. Основну частку в цш сумарнiй кон-центраци токсичних речовин займае оксид вуглецю — до 2 г/м3. Оксиди азоту мктяться у виглядi N0. Концентращя N0 знаходиться в межах 0,1-0,2 г/м3.
Основним джерелом оксиду вуглецю, вуглеводшв та оксиду азоту у вщхщних газах тсля промивача газiв ко-лон-2 е не колона карбошзацп амошзованого розсолу, а тч випалу вапняку, де утворюються основний технологiчний газ СО2. У газовому потощ тсля печей випалу вапняку одночасно мктиться велика сукупшсть твердих та газопо-дiбних речовин, основними з яких е наступи: дюксид вуглецю (СО2); азот (N2); кисень (02); пил вапняку (СаС03); пил оксиду кальцiю (СаО); пил коксу (С); сажа (С); пари води (Н20); оксид вуглецю (СО); водень (Н2); оксид азоту (N0); арчистий газ (S02); арководень (H2S); вуглеводнi: етан (С3Н8), метан (СН4), етилен (СН2=СН2), бензол (С6Н6), пропан (С3Н8), ацетилен (СН=СН), толуол (С6НбСН), т-ксилол С6Н4(СН3)2, я-бутан (С4Н10), я-нонан (С9Н20); кисневмiснi оргашчт речовини: альде-гиди, формальдегщ (НСОН), акроле!ни (СН2=СН-СН0), оцтовий ангiдрид (СН3СН0); складнi ароматичнi вугле-воднi полщиклично! будови: пiрен, антрацен, бенз(а)пiрен та шш1
Перерахована сукупнiсть речовин прямуе з газовим потоком iз печi випалу вапняку, проходить суху очистку вщ пилу в циклонi, попм мокру очистку водою в трубi Вентурi та остаточну мокру очистку в насадочнш коло-нi з електрофшьтром. Пiсля цього потiк компресором подаеться на абсорбщю СО2 в колони карбошзацп. Шс-ля абсорбцп СО2 газовий потiк рухаеться в промивачi газу (в промивач-1, а попм в промивач-2). В колонах карбошзацп амiак десорбуе iз амошзованого розсолу. У першому промивачi газовий потж охолоджуеться. Тут же уловлюеться деяка юльюсть дiоксиду вуглецю. В другому промивачi уловлюеться амiак. Шсля другого промивача газ викидаеться в атмосферу.
Очистка газового потоку вщ усiх компонентiв е складною науково-техшчною проблемою, яка мае важливе еко-номiчне та екологiчне значення. В дтчих виробництвах газовий потж пiсля печей випалу вапняку очищуеться тiльки водою. Витрати води досягають 17 тис. м3/доб. Рециклу по водi немае. Очистка стiчних вод здшс-нюеться в фiльтрах, що заповнеш кварцовим пiском. У весняний перюд концентрацiя нафтопродуктiв в потощ спчних вод рiзко збшьшуеться. Останне поясню-еться тим, що в весняний перюд кокс та вапняк мокр! Тому горшня коксу в печi випалу вапняку попршуеться. Навеснi в точцi скидання спчних вод концентрацiя фенолу збiльшуеться до 50 раз.
О^м бризкiв амошзовано! рiдини та газоподiбного амiаку з газовим потоком в ПГКЛ-2 надходять залишки дюксиду вуглецю, оксид вуглецю, вуглеводш, арково-день та оксиди азоту. В одному апарап очистити такий газовий потж неможливо.
Аналiз закономiрностей процесу карбонiзацii показуе, що висока концентращя амiаку в газовому потощ, що виходить iз колони карбошзацп неминуча. Пояснюеться це тим, що в верхнш частиш колони карбошзацп, температура амошзованого розсолу знаходиться в межах 60-68 °С. При цьому рiвноважна концентращя амiа-ку в газi над гарячою рщиною досягае 100 г/м3, що в п'ять тисяч раз бшьше допустимо! норми викиду га-зiв в атмосферу. Звiсно, такий газ потрiбно ефективно очищувати.
Для прискорення абсорбцп амiаку потрiбнi апарати, якi забезпечують максимальне значення коефщенту дифузГ! та мжмальну товщину плiвки, як газу, так i рiдини. Тому для iнтенсифiкацi! процесу абсорбцГ! амiаку розсолом необхщна пiдвищена турбулiзацiя газо-во! фази та швидке оновлення поверхш контакту фаз.
У зв'язку з цим перспективними е контактш при-стро! з пiдвищеною швидкiстю газового потоку та тд-вищеним ступенем оновлення площi повно! поверхнi контакту фаз. До таких пристро!в вщносяться пристро! вихрового типу [7].
Площа повно! поверхнi контакту фаз в одинищ об'ему ступеню апарату максимальна для насадних колон та апарапв з плоскопаралельною насадкою. Наприклад, для промислових насадних колон питома площа поверхш контакту фаз досягае 200 м2/м3 [8]. Однак, коефщент масопередач^ вщнесений до одиницi поверхнi контакту фаз в насадних колонах найменший порiвняно з ш-шими апаратами та знаходиться в межах величин, яю визначаються для плiвковоi колони [9]. Виключення складають насадш колони, яю працюють у режимi «за-хлинання», коли швидкiсть газу в колош збшьшена до значень швидкосп «витання» частинок. При цiй швид-костi протиток мiж газом та рщиною збертеться, хоча рiдина зависае у велиюй кiлькостi, знаходячись у тур-булiзованому станi. Цей споаб iнтенсифiкацii вiдкрито академiком В. В. Кафаровим [10]. Однак, на практищ iз-за великого гiдравлiчного опору насадно! колони в режимi «захлинання» такий споаб iнтенсифiкацii не використовуеться.
У вихрових контактних пристроях питома площа поверхнi контакту фаз на порядок менша [11], шж у насадних колонах та колонах с плоскопаралельною насадкою [10], але рiзко збшьшуеться ступень оновлення поверхш та стутнь турбулiзацi! фаз. Високий стутнь оновлення поверхнi та високий стутнь турбулiзацi!
J
рлдини та газу в вихрових пристроях, приводить до того, що коефщ1ент корисно! дИ вихрових пристро!в, як по газовш, так { по рщкш фаз1 знаходиться в межах 90-99 %. Окр1м того, найважлившою перевагою вихрових пристро!в е мшмальне бризкоунесення, що дозволяе проводити процеси абсорбцп при ввдносно малому навантаженш апарату по рщкш фазь При абсорбцп легкорозчинних газ1в вихровий апарат е пра-цездатним при L/Q навиь менше шж 0,001. Насадш колони стають працездатними лише при величиш L/Q бшьше 1,0. Тому в насадних колонах для забезпечення необхвдного вщношення L/Q застосовуеться циркулящя рщини за допомогою насосу.
На виробництвах кальциновано! соди абсорбщю ам1аку ведуть розсолом, пот1к якого значний. Наприклад, у дру-гий промивач газ1в при витрап газ1в порядку 10 тис. м3/год подають розсш з потоком до 100 т/год. При цьому вщ-ношенш L/Q досягае 8. У таких умовах на практищ застосовують тшьки таршчасп барботажт апарати. При збшьшенш витрати газу робота барботажних апарапв зазвичай супроводжуеться р1зким збшьшенням бризкоунесення рщини, а значить й витратою ам1аку з рщиною.
Допустима концентращя ам1аку у газовому потощ, який викидаеться, разом 1з бризкоунесенням складае 0,05 г/м3. Необхщно вщмиити, що бризкоунесення тсля барботажного ступеня контакту фаз по даним лиератури вважаеться нормальним, якщо воно досягае 10 % вщ кшькосп рщини, яка входить на ступень [9]. Десять про-ценпв вщ 100 т/год розсолу складае величину 10 т/год. Очевидно, що таке бризкоунесення недопустимо. Тому для скорочення бризкоунесення барботажш ступеш контакту фаз в умовах виробництва соди мають в 2-3 рази збшьшену висоту зони сепарацп. Висота кожного ро-бочого ступеню контакту фаз досягае 1,3 м. Останне призводить до збшьшення загально! висоти та загально! матер1алом1сткост1 апарапв. Слщ вщмиити, що сучасш вихров1 пристро! дозволяють скоротити бризкоунесення рщини в сотш раз. Пор1вняння р1зноматтних апарапв по бризкоунесенню представлено на рис. 1 [12].
Верхня частина апарату повинна мати волокнист! фшьтри, а нижня частина повинна мати декшька ступешв вихрових пристро!в, верхня з яких повинна бути бриз-коуловлювачем, а декшька нижшх вихрових пристро!в повинш забезпечити абсорбщю ам1аку. Число робочих ступешв контакту фаз визначаеться граф1чним шляхом м1ж робочою та р1вноважною лшями, як представлеш на рис. 2.
По даним рис. 2 для повного уловлювання ам1аку мшмальне число теоретичних ступешв контакту фаз р1вно трьом. У д1ючих барботажних апаратах число ступешв контакту фаз р1вно восьми.
Слщ вщмиити, що волокнист фшьтри в новому апарат! призначеш не тшьки для ефективного уловлювання бризюв рщини, але й для уловлювання туману. Вщомо, що при високш концентрацп ам1аку (тсля промивача газ1в колон-2) газовий пот1к, який викидаеться 1з без-барвного перетворюеться в сизий 1з-за викиду аерозол1в.
Рис. 1. Залежшсть бризкоунесення вiд витрати газу для рiзн□манiтних
апаратш: 1 — клапанна тарiлка; 2 — струменева; 3 — барбатажна; 4 — атчаста тарiлка без вщбшника; 5 — атчаста тарiлка з вщбшником; 6 — провальна; 7 — таршка з ВКП (вихровий контактний пристрiй) розпилювального типу де е — щшьшсть зрошення, кг/кг; Б ■ 103 — масова швидкiсть газу в перерiзi апарату кг/м2 ■ ч
Рис. 2. Графiчне визначення числа теоретичних таршок для абсорбци амiаку в пр□мивачi газiв колонн-2: 1 — робоча лiнiя; 2 — лшя рiвн□ваги
При високш концентрацп ам1аку в газ1 над розсолом може ввдбуватися пересичення газово! фази ам1аком вище критично! величини.
В промислових умовах роботи другого промивача газ1в туман може утворюватися на зародках туманоутво-рення у вигляд1 залишюв вуглеводшв, як м1стяться в газах. Залишки вуглеводшв утворюються в результат! спалювання коксу в печах випалу вапняку. Дисперсний склад частинок туману зазвичай визначають експеримен-тально за допомогою п'ятистутнчатого 1мпактору [13].
Для скорочення негативного впливу необхвдно за-стосовувати допом1жний пром1жний бризкоуловлювач м1ж першим та другим ступенем. У зимовий перюд експлуатацп другого промивача газ1в початковий розсш
мае температуру (4-7) °С. У линш перiод вщповщ-но (10-25) °С. Рiвноважна пружшсть парiв амiаку над амонiзованим розсолом на першому по ходу ступеш велика. Тому в линш перюд доцiльно охолодження першого ступеню. 1з-за вiдсутностi охолодження рiдини на першому ступеш по ходу газу число ступешв на практищ збiльшують вщ трьох до восьми.
6 ще одна специфiчна особливiсть роботи другого промивача газiв. Вона пояснюеться тим, що в почат-ковому газi окрiм парiв амiаку мiститься велика юль-кiсть рiдини, яка утворюеться в результат конденсацп парiв води й в результат бризкоунесення рщини iз першого промивача газiв. Рщина представляе собою амонiзований розсiл. Юльюсть цiе! рiдини порiвнян-на з юльюстю амiаку в газi. У промислових умовах для уловлювання рщини, яка знаходиться в газохода повинш бути передбаченi необхiднi бризкоуловлювачi. Однак на практищ !х зазвичай немае та передбачеш лише патрубки зливу рщини iз газоходу. Тому значна кшьюсть рiдини уноситься газовим потоком по газовому колектору й попадае на дно другого промивача.
В промислових умовах потрiбно зменшувати бризкоунесення iз першого промивача газiв. Для цього по-трiбно створювати спецiальнi допомiжнi пристро! або спецiальнi бризкоуловлювачi. При цьому виникають трудношд, якi полягають в тому, що елементи бризко-уловлювачiв швидко заростають солями. Очевидно, що здшснювати найпростiше ефективне уловлювання рщини дощльно в данш частинi промивача газiв колон-2, створюючи спещальну конструкцiю нижньо! частини апарату. Тому в нижнш частинi промивача газiв ко-лон-2 повинно бути використано поле вщцентрових сил, яке забезпечуе сепаращю фаз з одночасним зро-шенням газового потоку розсолом. Зрошення розсолом забезпечить рiзке скорочення рiвноважноi пружностi парiв амiаку в област днища другого промивача газiв колон та збшьшить рухому силу процесу абсорбцп. Бризкоунесення амонiзованого розсолу на робочий стутнь контакту фаз промивача газiв-2 повинно бути скорочено до мшмуму. Додатково це дозволить запо-бiгти солеутворення на внутрiшнiх стшках вихрового апарату та зменшить вiрогiднiсть заростання солями волокнистих фiльтруючих елеменпв.
Особливе значення в роботi вихрового промивача газiв колон-2 може вщкрити подiл потоку рiдко! фази. Традицшно вся рiдка фаза подаеться на верхнш ступiнь контакту фаз промивача газiв колон-2. Пiсля чого рщина перетiкае вниз з тарiлки на таршку. Однак специфiка роботи промивача газiв потребуе подiлу потоку вхщ-но! рiдини мiнiмум на два потоки: верхнш (на верхнш стутнь контакту фаз) та нижнш (в днище апарату). Якщо говорити про вихровi апарати, то верхнш потж рщини в свою чергу дощльно подшити на двi частини з вводом рщини на два ступеш контакту фаз. При цьому з кожного ступеню вихрового апарату рщина може бути виведена iз апарату. Це забезпечить мшмум гiдравлiчного опору вихрового апарату та максимум пропускно! здатност апарату по рщкш фаз1
5. Обговорення результат1в роботи инупчих абсорбер1в
У вiтчизнянiй практищ для абсорбцп амiаку у ви-кидах застосовуються барботажнi ковпачковi таршки.
На кожнiй тарiлцi розташовано 17 барботажних при-стро!в та один патрубок для переливу рщини через гщрозатвор на нижче розташовану таршку.
В основу матерiального балансу покладена пропускна здатшсть апарату по газовш фазi до 10000 м3/год та по рщкш фазi до 100 т/год. Концентращя амiаку на входi знаходиться в межах 65-130 г/м3, вiдповiдно на виходi в межах 0,1-0,2 г/м3.
Газовий потж входить в апарат знизу та виходить iз апарату зверху. Усп вiсiм барботажних ступенiв контакту фаз по конструкцп однаковi. Барботажнi ковпачки виконаш знiмними. Вони встановлюються на таршках зверху над газовими патрубками. Кожен барботажний ковпачок внутрiшнiми ребрами притискаеться до газового патрубку за допомогою шпильки та гайки.
Слщ вiдмiтити, що в лiтературi мало придiлено уваги опису бризкоунесення та його впливу на показники роботи апарату. Загальноприйнята величина допустимого бризкоунесення мiж ступенями в барботажних апаратах рiвна 10 % вщ надходячо! на тарiлку рщини.
Для скорочення бризкоунесення рщини в основу реконструкцп промивача газiв колон-2 може бути за-кладене застосування рукавних волокнистих голкопро-бивних полшропшенових фшк^в.
Якщо пiти шляхом замши джчих барботажних елементiв на набор маленьких вихрових елеменпв, то можна збшьшити продуктивнiсть апарату майже в 2 рази. Якщо прийняти на таршщ набор маленьких вихрових елеменпв та тти далi шляхом не реконструкцп, а шляхом створення нового вихрового апарату, то висоту ступеня можна зменшити з 1,3 м до 0,4 м. Це означае, що новий апарат дозволить забезпечити скорочення питомого об'ему ступеня приблизно в 6 раз.
У виробничих умовах перед шиберною засувкою, встановленою навколо промивача газiв-колонн-2, пiд-тримуеться тиск 250 мм. рт. ст. Гiдравлiчний отр дiю-чого барботажного промивача газiв колон-2 знаходиться в межах 100-110 мм. рт. ст. Стае очевидним, що гiдравлiч-ний отр шиберно! засувки складае 140-150 мм. рт. ст.
Подiбнi специфiчнi умови абсорбцп, характерш не тiльки лише для технолопчно! лiнi! виробництва кальциновано! соди, але й для багатьох шших хiмiчних виробництв. Дослiдження авторiв статтi також можна використати в шших виробництвах. Наприклад, в умовах виробництва арчано! кислоти навантаження абсорберiв по величиш L/Q також знаходиться в межах 6-10. Абсорбери триоксиду арки, абсорбери парiв води, абсорбери для промивки газiв у виробництвi сiрчано! кислоти також вiдрiзняються великою матерiаломiсткiс-тю. Загальна матерiаломiсткiсть насадних абсорберiв для виробництва ирчано! кислоти на деяких заводах досягае 1,5-2 тис. т.
Слщ вiдмiтити, що задача скорочення бризкоунесення арчано! кислоти, задачi iнтенсифiкацii процеав абсорбцГ! газiв у виробництвах йоду та брому ствпадають з проблемою штенсифжацп процесу абсорбцГ! амiаку в технолог!! виробництва кальциновано! соди, хоча конструкцп дшчих апаратiв згаданих виробництв принципово вiдрiзняються.
Приведенi даш вказують на недолiки та немож-ливiсть подальшо! iнтенсифiкацii абсорберiв, маючих щ контактнi елементи. Тому досто!нствами розробки вихрових апаратiв для абсорбцп по експлуатацшним витратам буде застосування спадного та перехресного способу контактування фаз.
Дослiдження aBTopiB статт е продовженням ранiше виконаних дослiджень у роботах [14-17]. Авторами роз-роблена нова конструкцiя вихрового абсорбера, на яку подано документи на отримання патенту Украши та створюеться установка для проведення експерименталь-них дослщжень, якi дозволять у подальшому впровадити дану конструкцiю у виробництво.
6. висновки
Для хiмiчноi промисловост назрiла необхiднiсть ство-рення наукових основ принципово нових компактних та високоефективних вихрових абсорберiв, працездат-них при високому вщношенш L/Q та забезпечуючих не тшьки штенсифжащю процесiв абсорбцii газiв, але й рiшення важливiших еколопчних проблем.
У результатi проведених дослщжень обгрунтована необхiднiсть пiдвищення ефективностi процесу абсорбцп за рахунок розробленоi авторами конструкцп вихрового апарату.
Дослiджено вплив технолопчних i конструктивних параметрiв iснуючого обладнання на стутнь очистки та гiдравлiчний опiр.
Показано, що можливо збшьшити продуктивнiсть вихрових апаратiв в 2 рази, а висоту ступеня зменшити з 1,3 до 0,4 м.
Новий апарат дозволить скоротити питомий об'ем приблизно в 6 раз, а також скоротити енергетичш за-трати на процес очистки i таким чином знизити вар-псть очистки.
Лггература
1. Титов, В. М. Основные направления модернизации тепло- и массообменных аппаратов содового производства с целью защиты окружающей среды [Текст] / В. М. Титов, Г. А. Ткач, В. П. Шапорев, А. В. Колосов // XI Всесоюзная конференция по химическим реакторам «Химреактор-11. Реакторы для процессов защиты окружающей среды». — Алушта, 1992. — 12 с.
2. Титов, В. М. Разработка теоретических основ технологии и оборудования производства кальцинированной соды с целью создания малоотходного производства [Текст]: автореф. дис. ... докт. техн. наук / В. М. Титов. — Харьков, 2001. — 32 с.
3. Зеликин, М. Б. Производство кальцинированной соды [Текст] / М. Б. Зеликин, Е. М. Миткевич, Е. С. Ненко и др. — М.: Госхимиздат, 1959. — 422 с.
4. Смит, Р. Основы интеграции тепловых процессов [Текст]: монография / Р. Смит, Й. Клемеш, Л. Л. Товажнянский и др . — Харьков: НТУ «ХПИ», 2000. — 456 с.
5. Трусова, Е. А. Состояние и перспектива каталитической очистки газовых выбросов (обзор) [Текст] / Е. А. Трусова, М. В. Цодиков, В. П. Сливинский и др. // Нефтехимия. — 1995. — Т. 35, № 1. — С. 3-24.
6. Тропинкина, Г. Н. Технико-экономические показатели промышленной очистки воздуха от органических веществ [Текст] / Г. Н. Тропинкина, Л. И. Калинкина. — М.: ЦИНТЭ-нефте-маш, 1983. — 45 с.
7. Николаев, Н. А. Исследования и расчет ректификационных и абсорбционных аппаратов вихревого типа [Текст]: авто-реф. дис. ... докт. техн. наук / Н. А. Николаев. — Казань: КХТИ, 1974. — 33 с.
8. Рамм, В. М. Абсорбция газов [Текст] / В. М. Рамм. — М.: Химия, 1976. — 656 с.
9. Gilliland, E. R. Diffusion of vapors into Air Streams [Text] / E. R. Gilliland, T. K. Sherwood // Industrial & Engineering Chemistry — 1934. — Vol. 26, № 5. — P. 516-523. doi:10.1021/ ie50293a010
10. Кафаров, В. В. Основы массопередачи [Текст] / В. В. Ка-фаров. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1971. — 494 с.
11. Антонов, Ю. Е. Исследование межфазной поверхности в вихревой распылительной колонне [Текст] / Ю. Е. Антонов, Р. Ш. Сафин, В. Н. Реут // Теоретические основы химической технологии. — 1975. — Т. 9, № 1. — С. 140-142.
12. Сафин, Р. Ш. К вопросу использования вихревого эффекта в скоростных массообменных аппаратах [Текст] / Р. Ш. Сафин, В. М. Лобанов // Труды КХТИ. — Казань, 1968. — Вып. 39. — С. 283-288.
13. Махоткин, А. Ф. Определение концентрации и размера частиц тумана азотной кислоты: Метод указания [Текст] / А. Ф. Махоткин, И. Н. Хапугин, А. Ф. Поздеева; Казан. гос. технол. ун-т. — Казань, 2001. — 8 с.
14. Тарат, Э. Я. Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жидкости [Текст] / под ред. Э. Я. Тарата. — Л.: Химия, 1976. — 100 с.
15. Hatch, T. F. Simultaneous Absorption of Carbon Dioxide and Amonia in Water [Text] / T. F. Hatch, R. I. Pigford // Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. — 1962. — Vol. 3, № 1. — Р. 209-214. doi:10.1021/i160003a009
16. Pinset, B. R. W. The Kinetics of Combination of Carbon Dioxide with Ammonia [Text] / B. R. W. Pinset, L. Pearson, F. G. W. Roughton // Transactions of the Faraday Society — 1956. — Vol. 52. — P. 1594-1958. doi:10.1039/tf9565201594
17. Цейтлин, М. А. Расчет одновременной абсорбции аммиака и диоксида углерода в содовом производстве [Текст] / М. А. Цейтлин, В. М. Фрумин // Химическая промышленность. — 1984. — № 7. — С. 424-426.
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОМЫВАТЕЛЯ ГАЗОВ КОЛОНН В ПРОИЗВОДСТВЕ КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ
Освещены главные задачи и проблемы работы аппаратов для очистки газовых выбросов в технологии производства кальцинированной соды. Определены основные источники выбросов аммиака в производстве кальцинированной соды и недостатки существующих промышленных аппаратов. Показана необходимость создания принципиально новых компактных и высокоэффективных вихревых абсорберов, обеспечивающих интенсификацию процессов абсорбции газов и решение экологических проблем.
Ключевые слова: кальцинированная сода, абсорбция, вихревой абсорбер, барботажный принцип, массообменный аппарат, газовые выбросы.
Moiceee Ыктор Федорович, кандидат техтчних наук, про-фесор кафедри хмчног техтки та промисловог екологп, На-щональний техтчний утверситет «Хартвський полтехтчний iнститут», Украгна.
Манойло €вгетя Володимирiвна, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра хмчног техшки та промисловог екологп, На-щональний техжчний утверситет «Хартвський полтех^чний iнститут», Украгна.
Грубтк Алта Олегiвна, кафедра хмчног технки та промисловог екологп, Нащональний технгчний утверситет «Хартвський полтех^чний iнститут», Украгна, e-mail: gr_alia@mail.ru.
Моисеев Виктор Федорович, кандидат технических наук, профессор кафедры химической техники и промышленной экологии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Манойло Евгения Владимировна, кандидат технических наук, доцент, кафедра химической техники и промышленной экологии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Грубник Алина Олеговна, кафедра химической техники и промышленной экологии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Moiseev Victor, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine.
Manoilo Eugenia, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine.
Grubnik Alina, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: gr_alia@mail.ru
