CC BY
42
Библиографические ссылки:
1. Клапшин Ю.П. Умягчение воды ионообменным и барометрическим методами: Нижегородский госуниверситет, 2011
2. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки: ПГУ, 2006
3. Пат. № 2325945, РФ, МПК ВОЮ 71/02. Бюл. № 16, 2008. Мембрана из неорганического материала и способ её применения // Терпугов Г.В. Мы-нинВ.Н.
4. Комягина Е.А., Мынин В.Н. и др. Пути решения проблемы очистки сточных вод // Экология и промышленность России, 2008
5. Терпугов Г.В., Кабанов О.В. и др. Новые технологические процессы с применением мембран: М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009
УДК 66.069.82
М.А. Носырев, Г.В. Терпугов, С.И. Ильина, А.В. Вешняков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИКИ В АБСОРБЦИОННЫХ АППАРАТАХ С ПСЕВДООЖИЖЕННОЙ НАСАДКОЙ
Предложен способ улавливания СОг и SO2, подобран тип аппарата для поглощения этих газов, проведены исследования процесса абсорбции в аппарате с псевдоожиженной насадкой, подобрано уравнение для расчета скорости захлебывания, получены коэффициенты для этого уравнения в случае работы аппарата с шаровой насадкой.
The way of catching of CO2 and SO2 is offered, the device type for absorption of these gases is picked up, researches of process of absorption in the device with a fluidizated nozzle are carried out, the equation for calculation of speed of entrainment flooding is picked up, factors for this equation in case of operation of the device with a spherical nozzle are received.
В настоящее время наша планета стоит на грани экологической катастрофы. Во-первых, существует угроза глобального потепления. Одна из причин этого явления - выброс в атмосферу «парниковых» газов, к которым относится и СО2. Во-вторых, природе и жизнедеятельности человека наносят вред выпадение кислотных дождей, что связано с выбросами в атмосферу различных окислов азота и серы. Кроме этого, еще одной экологической проблемой является сброс сточных вод различных хозяйственных предприятий.
Как уже не раз отмечалось [1]: лишь комплексный подход позволяет наиболее оптимально решить ту или иную проблему.
На промышленных предприятиях, а также на ТЭЦ, присутствуют линии водоподготовки, где проводится умягчение и обессоливание воды. В результате получают концентрат с повышенным содержанием ионов Ca2+ и Mg2+, который часто просто сливают. В РХТУ им. Д.И. Менделеева разрабатывается технологическая схема, в которой такая вода может быть использована для улавливания газов СО2 и SO2.
Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в жидкости (абсорбенте), либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а
во втором случае - хемосорбцией. В данной работе в процессе улавливания углекислого газа наблюдается комбинирование этих двух механизмов абсорбции, в результате чего происходит выпадение твёрдой фазы, что способствует сдвигу равновесия в сторону продуктов реакции.
В настоящее время в промышленности для улавливания газовых выбросов широко используются различные типы абсорберов: распыливающие, плёночные, тарельчатые и насадочные.
В силу образования твердого нерастворимого осадка тарельчатые абсорберы не эффективны, необходима их частая чистка, по тем же причинам не подходят насадочные абсорберы. Распыливающие абсорберы имеют небольшие коэффициенты массоотдачи, в силу чего необходима большая поверхность массопередачи.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что в данном случае наиболее оптимально применять насадочные абсорберы.
Одним из недостатков насадочных абсорберов является, так называемый, «пристеночный» эффект. Заключается он в неравномерном стекании жидкости по насадке, ее наибольшем скоплении у стенок аппарата. Это является следствием неодинаковой порозности в слое насадки и у стенок аппарата. Однако в абсорберах с псевдоожиженной насадкой этот недостаток отчасти устранен. Это происходит из-за того, что за счет перемешивания насадки в аппарате, перемешивается и находящаяся в колонне жидкость, что способствует уменьшению «пристеночного» эффекта.
Насадочные тела в таком типе абсорберов поддерживаются во взвешенном состоянии потоком газа, движущимся снизу вверх. Орошающая колонну жидкость в зависимости от режима работы аппарата образует пленку, покрывающую поверхность насадочных тел, либо, при более интенсивных режимах, входит в состав барботажного газо-жидкостного слоя, либо присутствует в виде капель и струй, распределенных в газе.
Одним из главных недостатков абсорберов с псевдоожиженной насадкой является выравнивание концентраций в продольном направлении и уменьшение за счет этого движущей силы процесса. Эффективным средством борьбы с данным недостатком является секционирование абсорбера [2].
Выбранный в работе для улавливания углекислого газа абсорбер с псевдоожиженной насадкой имеет ряд преимуществ перед другими типами абсорберов. Он имеет высокую эффективность за счет развитой поверхности массоотдачи и высоких значений коэффициентов массоотдачи. У него отсутствует поперечная неравномерность потоков за счет хорошего перемешивания жидкости. Одним из главных преимуществ конкретно для нашей работы является его возможность работы с загрязненными твердыми частицами газами и жидкостями.
Существует много типов насадок, применяемых в промышленности. Известно, что для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям: 1) обладать большой поверхностью в единице объёма; 2) хорошо смачиваться орошающей жидкостью; 3)оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; 4) равномерно распределять орошающую жидкость; 5) быть стойкой к химическому воздействию жидкости
и газа, движущихся в колонне; 6) иметь малый удельный вес; 7) обладать высокой механической прочностью; 8) иметь невысокую стоимость[3].
В нашем случае мы использовали шаровую насадку, не смотря на ее сравнительно малую удельную поверхность, т.к. она хорошо самоочищается от выпадающей твёрдой фазы.
Принцип действия абсорберов с псевдоожиженной насадкой приведен на рисунке 1. Полый скруббер произвольной формы (цилиндр, конус, квадрат и др.) разделен поперечными решетками на секции. В пространство между решетками помещена насадка из элемента той или иной формы (шары полые и сплошные, цилиндры, кольца). Нижняя решетка, называемая опорно-распределительной, не должна допускать провала насадки. Верхняя решетка, называемая ограничительной, не допускает уноса насадки из абсорбера. В то же время ограничительная решетка служит распределителем стекающей по абсорберу жидкости.
Если при одновременной подаче в колонну жидкости и газа, увеличивать расход газа, то при наступлении определенной скорости газа, называемой критической скоростью псевдоожижения, неподвижный слой насадки перейдет в псевдоожиженное состояние. При дальнейшем увеличении расхода газа, наступит такая скорость газа, при которой насадка переместится к верхней (ограничительной) решетке, при этом образуется плотный, «плавающий» слой насадки [4].
В целях изучения гидравлики процесса нами была проведена серия опытов, в которых мы варьировали высоту насадки и плотность орошения.
Газ Жидкость
Газ Жидкость
А
Газ Жидкость
А
0°о °
°°°о°о°0с О О "о
о о
о о
ООО
о О по
о О
000 о о о ^-----
п
Газ Жидкость
Газ Жидкость
Газ Жидкость
а б в
Рис. 1. Схема псевдоожижения в абсорбере с псевдоожиженной насадкой: а- скорость газа ниже критической скорости псевдоожижения; б- работа в режиме турбулетно-контатктного слоя (обычное псевдоожижение); в - работа в режиме плавающего слоя; 1 -секция абсорбера; 2 - опорно-распределительная решетка; 3 - ограничительная решетка.
Главным фактором, ограничивающим область работы насадочных колонн, является процесс захлёбывания. У псевдоожиженных насадок в этом отношении существенное преимущество перед неподвижными. При достаточно большом объёме сепарационного пространства захлёбывание насадки
не происходит даже при достаточно высоких расходах фаз. Это вызвано расширением псевдоожиженной насадки, которая ограничена только размерами сепарационного пространства. Однако сепарационное пространство не должно занимать слишком большой объем, так как это приводит к увеличению габаритных размеров аппарата. Вероятнее, наиболее оптимальным будет, высота сепарационного пространства не более половины от высоты слоя насадки. Для такого соотношения высоты слоя насадки и сепарационного пространства уже возможен режим захлёбывания, когда в процессе псевдоожижения насадка заполнит всё сепарационное пространство и не сможет дальше расширяться. Таким образом, режим захлёбывания псевдоожиженной насадки невозможен, пока её высота не зафиксирована, и увеличения расхода будет приводить к росту высоты слоя псевдоожиженной насадки вплоть до изменения протекания процесса на поверхности насадки в процессе барботажа газовой фазы через жидкую, когда роль насадки становится незначительным. Для насадки, предельная высота которой зафиксирована, возможен режим захлёбывания, так же, как для неподвижной насадки. Поэтому мы предполагаем возможность использования для нашей псевдоожиженной насадки формулы для расчёта скорости захлёбывания применительно для неподвижных насадок [5].
lg[wy2-ao-py^x°'16/(g-s3-px)] = А - B-(L/G)°'25-[py/(px-py)]0'125 (1)
где a° - удельная поверхность насадки; py - плотность воздуха; px -плотность жидкости; цх - вязкость жидкости; s - порозность насадки; g -ускорение свободного падения; wy - скорость захлёбывания; L - объёмный расход жидкости; G - объёмный расход газа.
На основании наших экспериментальных данных было получено, что для шаровой насадки в режиме псевдоожижения коэффициент А=0,4823, а коэффициент В=-1,4434. Точность обобщения экспериментальных данных линейной зависимостью для основной массы экспериментальных данных лежит в пределах 10%. Исключение составляют экспериментальные данные, полученные для неподвижной насадки (погрешность составляет +/- 15%). Для малых значений высоты слоя насадки, когда сепарационное пространство над насадкой было существенно больше высоты самой насадки, погрешность имеет положительный знак. Мы полагаем, что в этом случае экспериментальная скорость захлёбывания выше расчётной скорости, при этом режим захлебывания работы абсорбера не достигается.
Еще раз отметим, что уравнение (1) при экспериментально найденных нами коэффициентах применимо для шаровых псевдоожиженных насадок с ограниченным сепарационным пространством над насадкой. Очевидно, что если высота насадки при псевдоожижении увеличилась более, чем в 2-3 раза, то рассматриваемый процесс уже нельзя считать происходящим на поверхности насадки. В таком случае поверхность контакта фаз образуется уже не за счёт поверхности насадки, а за счёт непосредственного соприкосновения фаз и процесс превращается в барботажный. Скорость захлёбывания для таких случаев рассчитывают совершенно иными методами.
На основании этого можно сделать вывод, что формула (1) позволяет рассчитать скорость захлёбывания при оптимальном соотношении высоты сепарационного пространства и высоты слоя неподвижной насадки; в случае применения шаровой насадки коэффициенты А и В составляют 0,4823 и -1,4434 соответственно.
Библиографические ссылки
1. Хожаинов Ю.М., Колесников В.А., Нейра Ф., Ильина С.И. Комплексная переработка природных и промышленных вод с целью получения пресной воды// Третий Международный конгресс «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-98. Тезисы докладов: М., 1998 г., с.472.
2. Заминян А.А., Рамм В.М. Абсорберы с псевдоожиженной насадкой. М.: Химия, 1980- 184 с.
3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Хи-мия.1992.-384 с.
4. Коуль А.Л., Ризенфельд Ф.С. Очистка газа. Перевод с англ./ Под редакцией И. И. Абрамсона. 2-е издание. М.: Недра, 1968- 392 с.
5. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: ГОСХИМИЗДАТ, 1962 - 844 с.
УДК 5422.941.4
О.В. Стародубцева, В.Н. Грунский, А.В. Беспалов, Г.В. Авраменко, А.В Игнатов, Ю.А. Пинчук
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МЕХАНИЗМ СЕЛЕКТИВНОГО ГИДРИРОВАНИЯ ДИБЕНЗАЛЬАЦЕТОНА НА ВЫСОКОПОРИСТОМ ЯЧЕИСТОМ ПАЛЛАДИЕВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Синтезирован высокоэффективный высокопористый ячеистый палладиевый катализатор селективного гидрирования дибензальацетона. ИК- и ПМР-спектры подтверждают полное гидрирование этиленовых связей в дибензальацетоне.
The highly effective high porous cellular palladium catalyst of the selective hydrogénation of the dibenzalacetone was synthesized. IR and PMR spectra confirm the complete hydrogenation of ethylene bonds in dibenzalacetone.
В настоящей статье рассматривается возможность проведения процесса гидрирования через реакционный разнолигандный комплекс (растворитель, субстрат, водород, высокопористый ячеистый катализатор, активный компонент, активная подложка, носитель), представляющий собой "многоэтажную конструкцию" [1], а также изучено влияние температуры и давления [2] на каталитическую активность и селективность процесса для чего в качестве модельного вещества был выбран дибензальацетон (ДБА).
Анализ дисперсности частиц палладия и распределения их по размерам для катализаторов с разным содержанием палладия показал, что с увеличением активного компонента повышается доля частиц размером 3.5-5.0 нм. Для металлических частиц диаметром 5 нм содержание растворенного
