CC BY
10
УДК 532.528
Д. В. ільїн ОЧИСТКА ГАЗІВ У КАРБОНІЗАЦІЙНИХ РЕАКТОРАХ
Досліджено гідродинаміку й структуру та визначено модель потоків у реакторі; експериментально встановлено швидкість сорбції СО2 в новому газорідинному реакторі розчином nNa2O•nSiO2. Показано, що газорідинний реактор ефективно може бути використано у виробництві кальцинованої соди для вловлювання аміаку та очищення від пилу
Ключові слова: гідродинаміка, очищення, вловлювання, реактор, сорбція, аміак
1. Вступ
Загальною тенденцією розвитку галузі є збільшення продуктивності виробництв, що обумовлено також необхідністю розширення асортименту продукції, можливість одночасної переробки промислових відходів. Слід також зазначити жорсткість висунутих до виробництв екологічних вимог. У цих умовах основними вимогами до обладнання для очищення газів є: висока ефективність, стійкість роботи при різних параметрах, можливість комбінованого очищення газів.
2. Постановка проблеми
У виробництві кальцинованої соди є процеси абсорбції газів рідиною, що супроводжуються фізико - хімічними перетвореннями в рідині з утворенням й кристалізацією твердої фази. Вони в корені міняють технологію й надають нові перспективні можливості; дозволяють одержати вихід продуктів, що перевищує гранично припустимий, збільшити селективність, забезпечити високу рушійну силу процесу, створити більш легкі умови підведення й відведення теплоти, зменшити викиди забруднюючих речовин у навколишнє середовище й зробити більш компактними технологічні схеми.
3. Основна частина
3.1. Аналіз літературних джерел по темі дослідження
В роботах [1-3, 6] проведена систематизація сполучених реакційно-масообмінних процесів, що протікають у сучасних галузях промисловості. Проведено аналіз переваг та недоліків основних конструкцій. Зроблено акцент на найважливіших конструкційних параметрах технологічного обладнання. Наведено приклади інженерних розрахунків.
3.2 Результати досліджень
В роботах [4-8] наведено результати досліджень сумісного реакційно-масообмінного процесу, що до-
зволили для розрахунку технологічних параметрів карбонізаційних колон виробництва очищеного бікарбонату натрію отримати залежності:
и№ = -151.1+81.91Явих + 0.53Твх , (1)
де и№ - ступінь використання натрію, %; Явих -ступінь карбонізації розчину на виході з колони (КЛ); Твх - температура розчину на вході до КЛ, °С.
Залежність (1) отримана при обробці об’єму вибірки N = 95 ; залишкова квадратична помилка Soy = 0.28 %, множинний коефіцієнт кореляції Я = 0.58 , критерій Фішера FR = 1.45 на основі програмного пакету “Statistica 5.0”.
исо2 = -123.64 + 1.08А" + 51.27R.ux + 2^вї , (2)
де исо - ступінь використання СО2; А“ -
загальна лужність, н.д.; Lвх - щільність зрошення, м3/м2-год. Відповідно Soy = 4.38 %; R = 0.84; Fp = 3.24 .
Rвиx = 1.83 +1.95-10-Х +
+0.28 10-2СвСх°2 -0.35 10-2Л“ -0^вх , (3)
де Rвих - ступінь карбонізації на виході з коло-ни;^х - об’єм газової фази на вході до колони, м3/год;СС°2 - концентрація СО2 в газі на вході до колони, %. Відповідно Soy = 0.034 %;Я = 0.49 ; ^ = 1.25 .
Залежність ефективного коефіцієнту швидкості абсорбції здобуто у вигляді
Кф = ^Чп2 - К°их =-0.179+0.3510-^ + (4)
еф Н 2 - R , (4)
+0.55 -10-2Свсх°2 + 0.01Ьвх
де Н - робоча висота колони, м; N = 59 ; Soy = 0.06 %; Я = 0.75; Fp = 2.25 .
Залежність розміру кристалів №НС03 від основних параметрів на виході з колони має вигляд
0 = 222.69-1.64Твих + 0.01Явих-200.76W , (5)
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 6/2(8), 2012 © D. Ilin
де W - швидкість газу у вільному перетині колони, м/с; 0 - розмір кристалів, мкм.
Аналіз здобутих залежностей з використанням політерми розчинності в системі №2С03 - №НС03 -Н20 довів, що раціональний температурний інтервал в колоні карбонізації повинен знаходитись у межах 60 - 80 °С, причому 80 °С повинно відноситись до температури розчину, що надходить на карбонізацію. Процес абсорбції СО2 лімітується реакціями:
k6«1.5 10-
x2^w3 -1
CO2+OH- ^ HCO3 •■ k7 « 6 103 л■(моль■с)'■ k7 = 6 107 л/моль.
(6)
(7)
Швидкість абсорбції може бути визначена рівнянням
dU
= - ^ln dt H
2 - R,
2 - R,
вих m _p
rCO, rCO,
(8)
Величина пересичення по №НС03 в колоні залежить від величин dUCo/dt та W рівняння (5), (8). Аналіз довів, що коли починається кристалізація №НС03 величина dUCO2/dt повинна аномально збільшуватись, а коли утворюється №НС03 - прямувати до нуля. Все вищеозначене свідчить про те, що в колоні по висоті повинно розрізнятися три зони. Визначено, що основним показником, який характеризує третю зону є час перебування суспензії в зоні, що визначається співвідношенням
Vn
1/4
16пр
(Kn ■ KG
-1/4
ри ри
Na+ ■ HCO3
П
(9)
де Кк - константа нуклеації;Кс - константа швидкості росту кристалів; С^+ та СНсо- - концентрація іонів у пересиченому розчині; р - щільність кристалів;П - добуток розчинності, моль2/м6.
Обґрунтовано, що в колоні з новою комбінацією контакторів масообмінні процеси пов’язанні з поглинанням СО2 протікають більш інтенсивно, ніж в колоні з пасетами у 1,7-2,3 рази, що підвищує ступінь використання СО2 до 90 % та, відповідно продуктивність колони у 1,5 рази при збереженні її габаритів.
Література
1. Васильев, М.И. Вопросы интенсификации массообменных процессов при протекании реакций в сложно-реакционных гетерогенных системах [Текст] / Васильев М.И., Шапорев В.П. // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2008. - № 6/4 (36). - С.39-46.
2. Машини та апарати у хімічних, харчових і переробних виробництвах [Текст] : підручник / Товажнянський Л.Л., Шапорев В.П., Пітак І.В., Васильєв М.І. та ін. - Х.: Колегіум, 2011. - 606 с.
3. Солодкий, В.Д. Основні складові механізму реалізації стратегії Карпатської конвенції на Буковині [Текст] / Солодкий В.Д., Mасікевич Ю.Г., Mоісеєв В.Ф., Пітак І.В. // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2012. - № 2/12(56). - С. 19-22.
4. Васильев, M^. Исследование структуры многофазного закрученного потока в криволинейном канале и математическая модель газожидкостного реактора [Текст] / Васильев M^., Шапорев В.П. // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - № 37. - С.3-12.
5. Васильєв, M.I. Деякі аспекти моделювання пристрою контактування фаз [Текст] / Шапорев В.П., Васильєв M.I. // Промислова гідравліка і пневматика. - Вінниця: ВНАУ, 2011. - С.41-43.
6. Васильев, M^. Интенсификация совмещенных реакционно-массообменных процессов в карбонизационных реакторах содового производства [Текст] : дис. канд. техн. наук / M.R Васильев. - Х., 2012. - 169 с.
7. Пристрій для контактування фаз [Текст]: пат. Укр. на кор. модель № 50143: MПK (2009)B01J19/00, B01D53/04 / Васильєв M.I., Шапорев В.П., Mоісеєв В.Ф., Бубликова Є.В.^ заявники та патентовласники Васильєв M.I., Шапорев В.П., Mоісеєв В.Ф., Бубликова ЄВ заявл. 10.12.2009; публ. 25.05.10, Бюл.№10.
8. Карбонізаційна колона для здійснення складно-реакційного гетерогенного процесу [Текст]: пат. Укр. на кор. модель № 65361: MПK (2011.01)B01J 8/00. / Васильєв M.I., Пітак І.В., Mоісеєв В.Ф., Цейтлін M.A., Шапорев В.П., Алаа Файяд Mакки• заявники та патентовласники Васильєв M.I., Пітак І.В., Mоісеєв В.Ф., Цейтлін M.A., Шапорев В.П., Ллаа Файяд Mакки• заявл. 09.03.2011; публ. 12.12.11, Бюл.№23.
9. Питак, И.В. Основы теории и расчета деталей роторного аппарата [Текст] / И.В. Пи-так // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2012. - №4/7(58). - С. 14-17.
ОЧИСТКА ГАЗОВ В КАРБОНИЗАЦИОННЫХ РЕАКТОРАХ Д. В. Ильин
Исследована гидродинамика, структура потоков а также построена модель потоков в реакторе, экспериментально установлена скорость сорбции СО2 в новом газожидкостном реакторе. Показано, что газожидкостной реактор может эффективно применяться в производстве кальцинированной соды для улавливания аммиака и очистки от пыли
Ключевые слова: гидродинамика, улавливание, реактор, сорбция, аммиак
Денис Владимирович Ильин, студент кафедры химической техники и промышленной экологии Национального технического университета «Харьковский политехнический институт», тел. (095) 5494938, e-mail: [email protected]
CLEAN GASES IN THE KARBONIZATSION REACTORS D. Ilin
Studied fluid dynamics, flow structure and a model of flow in the reactor has been established experimentally that the rate of sorption СО2 in the new gas-liquid reactor. Shown that the gas-liquid reactor can be effectively used in the production of soda ash for trapping ammonia and dust removal
Keywords: hydrodynamics, capture, reactor, sorption, ammonia
Denis Ilin, student of department of chemical technology and industrial ecology, National technical university “Kharkiv polytechnic institute”, tеl. (095) 549-49-38, e-mail: [email protected]
3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/2(8), 2012
