Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Адсорбционная очистка вентвыбросов от паров эпихлоргидрина на углях и их регенерации

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Адсорбционная очистка вентвыбросов от паров эпихлоргидрина на углях и их регенерации"

РГ6 'од

- , ;петербургский

институт инженеров железнодорожного транспорта

На правах рукописи

ГУФРАНОВ

Мухиддин Сайфуддинович

УДК 661.183.2: [66.081.32] +66.081.5

АДСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВЕНТВЫБРОСОВ ОТ ПАРОВ ЭПИХЛОРГИДРИНА НА УГЛЯХ И ИХ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Специальность 11.00.11 — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском технологическом институте на кафедре экологической технологии и охраны труда.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор БЕЗДЕНЕЖНЫХ Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор СВАТОВСКАЯ Лариса Борисовна; кандидат технических наук, ст. научный сотрудник ШИРЯЕВ Алексей Николаевич

Ведущая организация — Российский научный центр «Прикладная химия» (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится 25 июня 1993 г. в 13.30 на заседании специализированного совета К 114.03.04 в Петербургском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 190031, С.-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 8-108.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИИТа.

Автореферат разослан « » мая 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. н., доцент

О. А. ПРОДОУС

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В химической и смежных с нею отраслях промышленности широко распространены технологические процессы, основанные на применении эпихлсргидрина (ЭХГ) в качестве сырья для производства синтетического глицерина, лаков и красок, эпоксидных смол, эпихлоргид-риновых каучуков, а такие промежуточных продуктов в производстве многих химических веществ.

ЭХГ является весьма реакционноспособнш и воспламеняющимся соединением. При сгорании его выделяются Фосген, хлористый водород и окись углерода. По степени воздействия на организм человека ЭХГ относится к классу высокоопасных веществ (ПДКр_3_=1,0 мг/м3; ЦДКу <=0,2 мг/м3). Поступление ЭХГ в атмосферу наносит значительный ущерб окружающей среде и здоровью людей. Поэтому очистка газовых выбросов от ЭХГ имеет важное санитарно-гигиеническое значение. Одновременно рекуперация паров ЭХГ позво- • ляет снизить себестоимость производимой продукции.

В настоящее время разработан ряд технологи!! очистки газов и вентвыброссв от ЭХГ.

Одним из эффективных способов очистки вентвкбросов от ЭХГ является адсорбция с использованием в качестве адсорбента активных углей, в частности, углей марки АР-B, СКТ-3, СКТ-6А. Последние отличаются своей гидро-фобностью, высокой адсорбционной емкостью, стабильной поглотительной способностью и т.д.

Эффективность адсорбционной очистки в значительной мере зависит от стадии десорбции (регенерации адсорбентов). Так, при десорбции ЭХГ водянш паром- на поверхности активных углей протекает реакция гидролиза с участием ЗХГ, в результате которой образуются труднодесорбируемке высокскипящие вещества: монохлоргвдрин глицерина (ЖГГ), дихлоргедрин глицерина (ДХГП и глицерин. Эти вещества в циклическом процессе адсорбция-регенерация блокируют по-, ры углей, что приводит к падению адсорбционной емкости

г

в 2*3 рада. Кроме этого образуется водный ковденсат, содержащий до 6% ЭХГ. При десорбции ЭХГ воздухом возможна его деструкция с образованием фосгена и других вредных веществ. Поэтому совершенствование стадии десорбции, увеличение срока службы адсорбентов и снижение энергозатрат на регенерацию являются определяющими при адсорбционной очистке газов от паров ЭХГ. Внедрение элективной регенерации активных углей позволяет улучшить технико-экономические показатели очистки, повысить качество ре-куперата и обеспечить защиту окружающей среды.

Таким образом, разработка, эффективной технологии очистки вентвыбросов от ЭХГ на углях и их регенерации являются задачами первостепенной важности, ибо ориентированы на решение проблемы защиты окружающей среды и снижение себестоимости прошталеяной продукции.

Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование и разработка рациональной технологии очистки вентвыбросов от ЭХГ, увеличение срока службы адсорбентов (активных углей) в процессе многоцикловой работы адсорбцич-регенерация путем подбора оптимальных условий десорбции.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: •

- экспериментально исследовать статику и динамику адсорбции ЭХГ активными углями и определить ее технологические _параметры;

- экспериментально исследовать статику и динамику термодесорбции 5ХГ из углей и определить ее технологические параметры;

- математически описать изотерму адсорбции ЭХГ активными углями;

~ раороботать математическую модель процесса термодесорбции ЭХГ из активных углей;

- разработать рекомендации по аппаратурно-технслогическо-му оформлен«» процессов очистки вентвыбросов от ЭХГ вд-сорбциеЯ яктивнкмк углями и их регенерации.

Научная новизна работы:

- выявлен механизм адсорбции ЗХГ активным углями и установлено, что процесс сорбции протекает послойно и его скорость лимитируется внутренней дифйузией;

- определена изотерма адсорбции, которая носит выпуклый характер и описывается уравнением Дубинина-Радушкевича;

- исследован механизм термодесорбции ЭХГ из углей в токе нагретого воздуха, выявлены причины деструкции ЭХГ при его десорбции и определены оптимальные режимные параметры регенерации углей;

- предлогзна математическая модель термодесорбции, позволяющая рассчитывать степень десорбции, время десорбции в зависимости от температуры и линейной скорости де-сорбируюцего агента, гранулометрического состава сорбента и его объема;

- предложена экологически безопасная технология очистки вентвыбросов от ЭХГ.

Практическая ценность и реализация результатов ра- •

боты:

- разработана и испытана технология очистки вентвыбросов от ЭХГ адсорбцией активными углями и технология их регенерации, которые позволяют обеспечить лг10055 степень очистки вентвыбросов и поддерживать постоянную адсорбционную емкость с высоким качеством рекуперата в адсорб-ционно-десорбционнон цикле;

- предложены уравнение изотермы адсорбции для системы ЭХГ-активные угли (АР-B, СКГ-3, СКГ-6А) и кинетическое уравнение термодесорбции, позволяющие рассчитывать аппа-ратурно-технологические параметры адсорбции и десорбции на уровне проектных разработок;

- технология очистки вентвыбросов от ЭХГ адсорбцией активными углями прошла испытания на- ПО "Заря Востока" республики Таджикистан и в настоящее время решается вопрос о

ее внедрении в промышленных условиях.

Апробация работы. Основные результаты работы докла- 1 дывались на заседаниях кафедры экологической технологии и охраны труда Санкт-Петербургского технологического института в 1969-1993 г.г., на научно-технической конференции "Экология и аналитическая химия", г.Санкт-Петербург (1991 г.), на II Всесоюзной научно-практической конференции "Молодежь и экология" г.Худжант (1991 г.), на межрегиональной научно-практической конференции "Очистка вентиляционного воздуха и промышленных газов перед выбросом в атмосферу" г.Санкт-Петербург (IS92 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 статей и I патент.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, содержит 151 страницу машинописного текста, включающего 34 рисунка, 26 таблиц и список использованной литературы с 134 ссылками.

ССдаРЕА.1Д1Е РАБОТЫ

Во введении излагается народнохозяйственная, санитарно-гигиеническая îi экологическая характеристики ЭХГ. Перечисляются методы очистки газов от ЭХГ, обосновывается це- . .несообразность применения для стих целей едсорбционно-де-сорбционной технологии с использованием активных углей. Определяется предмет диссертационной работы, формулируются ее цель и задачи.

3 r.iaee первой дан анализ современного состояния технологии очистки газов от ЭХГ.

Анализ показал, что методы термического и каталитического снигашш не, нашли применен! я в практике очистки вент ewîросс в от ЭХГ. Методы рекуперации (конденсация, абсорбция, адсорбция) являются наиболее экокомичнкчи с точки зрения эксплуатационных затрат. Однако, сущеетЕОНки.ш недостатками абсорбционного способа являются избирательность я низкая емкость абсорбентов, а также загрязнения

"ЭХГ поглотителем или превращение в глицерин на стадии ре^ генерации абсорбента. Применение конденсации требует сравнительно высоких концентраций ЗХГ 10^ г/м^) и давления несколько сот атмос-Хер.

Углеадсорбционнкй способ очистки имеет ряд преимуществ по сравненшэ с другими методами: сравнительно высокая адсорбционная емкость адсорбентов, относительно легкая регенерация их, умеренные капитальные затраты на строительство очистных сооружения. Следует отметить, что в практике углеадсорбционной очистки, регенерация адсорбента ясяется определяющей стадией, для осуществления которой требуется от 40 до 70% всех затрат. Наиболее распространении.! способом регенерации является десороция острил перегретым паром воды с последующей сушкой и охлаждением слоя угля.

Однако, десорбция ЭХГ из углей водянкм паром осложнена тем, что на поверхности углей протекает реакция гидролиза с участием ЭХГ, в результате которой образуются ' хлорцц водорода и труднодесорбируёмке ьксококипящие вещества: МХГГ, ДХГГ и глицерин с температурами кипения 182,213 и 200°С соответственно. Хлорид водорода ускоряет коррозию аппаратур«, недесорбируемые высококипящие вещества блокируют поверхность адсорбции в циклическом процессе адсорбция-регенерация. При этом требуются значительные энергозатраты на осушку слоя адсорбента от паров воды после десорбции (составляют 35*4055 от общей суммы энергозатрат).

Применение термодесорбции с использованием в качестве побудителя газов (воздуха, азота) позволяет ус- ^ транить недостатки десорбции водяным паром.

В настоящее время в отечественной промышленности адсорбционно-десорбционная технология очистки вентвыбросов от ЗХГ отсутствует. Это связано в первую очередь с недостаточным объемом экспериментальных данных, необходимых для проектирования. Б частности, отсутствуют данные по равновесию в системе ЭХГ-актившП уголь, без ко-

торга не возможен расчет аппарату рно-технологичесхих параметров процесса адсорбции; не изучена динамика адсорб-1 ции ЭХГ углями, нет данных по механизму термодесорбции в токе нагретого газа.

Таким образе«, решение указанных вопросов при разработке адсорбционно-десорбционной технологии очистки вентвыбросов от ЭХГ активными углями составляет предмет диссертационной работы, ее цель и задачи, а также определяют направление и объем экспериментальных исследований стадия адсорбции и десорбции.

В главе второй излагаются результаты экспериментальных исследований равновесной активности углей АР-B, СКГ-3, СКГ-6А по ЭХГ в статических и динамических условиях. Приведены экспериментальные данные по динамике адсорбции ЭХГ на углях из сухой и влажной паровоздушной смеси (ЛВС), а также влияния влажности углей на адсорбируемость ЭХГ.

Равновесная активность углей в статических условиях определялась эксикаторным методом, по результатам которого сделан вывод о хорошей адсорбируемост» ЭХГ активными углями;

В динамических условиях при температуре ЛО°С опре- _ делена изотерма адсорбции ЭХГ не.углях АР-B, СКГ-3, CKI-6A, которая имеет выпуклую'¿юрму, характерную для микропористых углеродных адсорбентов (рис.1).

Экспериментальные исследования, проведенные по изучению динамики адсорбции ЭХГ не. углях АР-B, СКГ-3, СКГ-6А показали, чго процесс адсорбции протекает в режиме параллельного переноса стационарного фронта адсорбции (рис.2). Это позволяло определить величину высоты работающего слоя углей по Формуле

(I)

CT

s.

1 I

Рис.1. Изотерма адсорбции ЗХГ на активных углях при температуре 20°С: I - АР-В; 2 - СКГ-3; 3 - СКТ-6А.

Oli '

5 ? «

/faimut лсуюёЗХГ Р, мя/aet

где Н - высота слоя адсорбента, м; - время до равновесного насыщения, мин; время проскока, мин; - неиспользованная равновесная емкость сорбента в условиях динамики (для микропористых адсорбентов /дг 0,5).

При этом степень использования адсорбционной емкости углей определяется по Формуле ■

\J =(#-/>/)/// (2)

Экспериментальные исследования по выявлению степени влияния влажности ПЗС на динамические параметры адсорбции ЭХГ на углях показали, что при относительной влажности ПВС ^<0,5 влиянием ее можно пренебречь, так как динамические параметры адсорбции ухудшаются в незначительной степени по сравнению с адсорбцией из сухой ПВС ( f =0).

Степень влияния влажности ПВС на динамические параметры адсорбции при 0,5 определяется соотношением начальной концентрации ЭХГ в ПВС и ее влажности. Так установлено, что при начальной концентрации ЭХГ CQ5f 10,0 г/м^ и влажности ПВС ^>0,5 адсорбционная способность углей АР-B, СКГ-3, СКГ-бА по ЭХГ в динамических условиях снижаются. Параметры динамики адсорбции, полученные из решения уравнений (I), (2) и уравнения

во 160 *t» 320 ЗрмЯ aPcqocGft&t "Z.J ¡¿¿их

Рис.2. Зависимость относительной концентрации ЭХГ С/С0 на выходе из слоя адсорбента от времени адсорбции для углей: I - АР-В; 2 - СКТ-3; 3 - С1СГ-6А. Начальная концентрация С0=7,2 г/м^, температура 20°С, скорость ^=0,28 м/с, высота слоя Н»2,5 см.

Шилова приведены в табл.1.

Таблица I

Значения параметров динамики адсорбции ЭХГ из сухой и влажной IIBC на активных углях '

Адсор- Относитель-Внсота Коэбйл-бент ная влалс- работаю-циен1- заноет ь ПВО, ¡цего . потного (р слоя Ц. .действия

' см слоя К,

мшусм

Скорость Степень ис-движения пользования адсорбци-адсорбцион-

онного (f-ронта

¿мо"3,

см/мин

ной емкости угля, У

АР-В АР-Г» ОСГ-3

ал-з

СКТ-3 с;а-з cicc-вл

СНТ-бА СКГ-61

0,0+0,5

0,6+0,65

0,0+0,5 '

0,6+0,65

0,7+0,8

0,8+0,9

0,0+0,5

0,6+0,65'

0,7+0,8

0.Ü+0.9

Ь1 2,0

2,0

2,о 3,0 1,15

1.4 1,9

2.5

28 12 44,1

32.0

28 24 160 145 60,0

40.1

35,7 83,3 22,7 31,2 35,7 •12

6,25 6,76 iü.7 20,6

0,58 0,00 0,60 0,34 0,50 0,40 0,77 0,72 0,62 0,50

Как ввдно из табл.1 влажность ПВС неодинаково влияет на адсорбционную способность углеЯ AP-B, СКТ-3 и СКГ-. 6А: степень влияния влажности ПВС на угле С1СГ-6А проявляется меньше, чем на углях АР-B, СКГ-3. Это обусловлено влиянием на адсорбцию ЭХГ характеристической энергии адсорбции в микропорах Е0: чем она меныае, тем меньше крутизна изотермы адсорбции (рис.1). Поэтому влияние паров воды в наибольшей степени проявляется при адсорбции 5ХГ углями АР-B и СКГ-3, обладающими меньшей величиной Е0, чем CKI-6A. Следует отметить, что при адсорбции ЭХГ как из сухой, так и влажной ПВС процесс протекает в режиме параллельного переноса фронта адсорбции.

. При больших начальных концентрациях ЭХГ Со5>2С,0 г/м3 влиянием влажности ПВС вплоть до V «0,9 можно пренебречь, поскольку снижение динамической активности всех изученных углей не превышает \Ъ%.

Проведенные исследования по определению влияния влажности угля на адсорбируемость 'ЭХГ показали, что влажность углей существенно влияет на динамические параметры адсорбции ЭХГ. Установлено, .что при начальной концентрации ЭХГ 10,0 г/м3 и влааяости углей <Р> 0,5 активность углей по ЭХГ падает в 3*4 раза, вода практически не вытесняется из пор углей ЭХГ. При больших начальных концентрациях ЭХГ 20,0 г/м3 наблюдается вытеснение паров воды ЭХГ, активность лобовых слоев приближается к равновесной при адсорбции на сухом угле. Однако, высота работающего слоя в 243 раза <5олыае, чем при адсорбции на сухом угле.

В глава третьей изложены результаты Исследований динамики процесса термодесорбции ЭХГ из углей в токе воздуха.

Исследование гидролитической устойчивости ЭХГ показало, что образование МХГГ характерно для нейтральной и кислой сред. ДХГТ образуется в заметных количествах в нейтральной и щелочной средах. Из этого следует, что десорбция водянки паром обусловливает гидролиз ЭХГ как а

угле (щелочная среда), так и в конденсате (нейтральная среда).

Дериватографический анализ образцов углей, насыщенных парами 5ХГ показал, что десорбция ЭХГ при температуре ниже 100°С протекает медленно; при температурах выше 200°С начинает интенсивно протекать химические реакции с участием ЭХГ. Поэтому исследования термодесорбции проводились в интервале температур 100-»200°С.

Было установлено, что адсорбция ЭХГ из влажной ПВО и десорбция неосушенныы потоком воздуха является необходимым условием для реакции гидролиза. Так при десорбции ЭХГ в интервале температур П0-*120°С динамическая активность углей от цикла к циклу уменьшается 2 раза и стабилизируется только к 15 циклу. Повышение температуры слоя угля до 180*200°С приводит к выделению продуктов гидролиза из пор углей. Динамическая активность углей стабилизируется за 3 цикла. При температурах 180*200°С скорость десорбции ЭХГ и его производных существенно' возрастает, но одновременно протекает реакция гвдролиза на поверхности углей. Центрами, ответственными за протекание реакции гидролиза ЭХГ являются неоднородная поверхность углей и присутствие влаги на поверхности адсорбента и в составе десорбирующего агента'. Для предотвращения реакции гидролиза необходимо удаление влаги с поверхности адсорбента и десорбирующего агета. В этом случае продукты гидролиза не были обнаружены, а динамическая активность углей стабилизировалась за 3 цикла (рис.3).

Наряду с температурой слоя угля значительный интерес представляет скорость йодачи десорбирующего агента -воадуха в десорбер, т.к. подача заведомо больших количеств газа приведет к разбавлению десорбата и затруднит его извлечение из парогазовой ¿меси. В то же время подача в десорбер малых количеств десорбирующего агента может привести к неполному выделению десорбата.

слоя угля -3 от времени адсо и в много-цикловоП те адсорб-ция-реген ,ия: I - 3-й цикл; 2 - й цикл.

Рис.3. За мость относительной центрации ЭХГ С/С0 : ыходе из

Высота сл> ■ 5,0 см; скорость . 0,15 м/с ; температура ¿р°С; на-

QI. л «In «hi rw I I, I

. НО „ £20 ЗЬО DfitAfsr a&eqoßi(*/ts t. нш

HO

j-V—i

3i0

С..- 10,2 г/м3:

температура 2( чальная конце;

чальная концентрация

. о

Изучение влияния линейной" скорости потока воздуха на кинетику десорбции показал, что на начальной стадии процесса независимо от температуры слоя при увеличении скорости потока с 0,0025 до 0,1 м/с степень десорбции возрастает, что указывает на внешнедпффузионный характер протекания процесса десорбции. При скоростях воздуха более 0,1 м/с его влияние на степень десорбции не наблюдав ется. Сопоставление скорости десорбции, как функции температуры слоя при различных скоростях потока воздуха показало, что лишь при температурах IÖ04200°C и скорости воздуха >0,1 м/с достигается высокая степень десорбции ЭХГ из угля.

Глава четвертая посвящена обработке и анализу данных экспериментальных исследований статики и кинетики адсорбции и десорбции и разработке на основе полученных результатов технологии углеадсорбционной очистки вентвыбросов от ЭХГ.

Изотерма адсорбции ЭХГ на активных углях AP-B, СКТ-3 и СКГ-бА имеет выпуклую форму (рисЛ) и для ее описания было использовано уравнение Дубинина-Радушкевича

(3)

где СС - равновесная величина адсорбции, ммоль/г; -- предельный объем адсорбционного пространства, см^/г;

мольный объем адсорбата, см^/ммоль; В - структурная константа; Т - температура. К; коэффициент аффин-

ности (для стандартного пара-бензола ^ - давле-

ние насыщенных паров, ьм.рт.ст.; Р - равновесное давление паров адсорбируемого вещества, мм.рт.ст.

Значения /^и В определены по экспериментальным данным и приведены в табл.2.

Таблица 2

Значения Щ и В для изотермы адсорбции 5ХГ на актившлс углях (мольный об„ем для ЭХГ V=0,0784 см^/ммоль)

Адсорбент Адсорбция DXT Адсорбция пара-бензола

Wo г СМ3/!' В-Ю-6 Wo, см3/г в-ю-б •

АР-В 0,255 0,72 . 0,26 0,70

СКТ-3 0,421 0,78 0,43 0,75 .

С1СГ-6А 0,582 I.I 0,60 1,05

После подстановки значений В в уравнение (3) с учетом величин № иß были получены уравнения изотермы адсорбции &ХГ на активных углях:

- для угля АР-В

(4)

- для угля СКТ-3

а =ü,38Ä^/-0,78-I0-6r2(Ä7§/P)2/ (о)

- для угля СКТ-6А

¿2=7,42 ' (б)

В табл.3 приведены экспериментальные и вычисленные по уравнениям (4) - (6) равновесные значения адсорбции поров ЭХГ.

Таблица 3

Расчетные и экспериментальные значения адсорбции паров ЭХГ при температуре 20°С

1.10-4 р/р ,1'Ю-З

Адсорбент

P/B. -I-I0-2

dt ммоль/г (2, ммоль/г OL, ммоль/г

расч. эксп. расч. эксп.

расч.

эксп.

АР-В 0,65 СКГ-3 0,93 СКГ-6А 0,63

0,64 0,98 0,63

1,14 1,73 1,50

1,13 1,73 1,51

1,78 1,76 2,81 2,87 2,97 2,96

Из табл.3 следует, что расхоздение между расчетными и экспериментальными значениями адсорбции ЭХГ углями АР-B, С2СГ-3 и СКТ-6А составляет 5+10%. Это подтверждает достаточно хорошую адекватность уравнения изотермы адсорбции ЭХГ на углях реальным условиям.

Характер кинетических кривых десорбции ЭХГ (рис.4-6) по Форме близок к экспоненте и для ее математического описания было использовано уравнение Викке

C/C^asexpi-K^f-c-z^)] (7)

где С» С0 - текущая и равновесная концентрации адсорба-та, ммоль/г; Kj - константа десорбции, с" ско-

рость потока воздуха в расчете на полное сечение слоя адсорбента, м/с; Н - высота слоя адсорбента, м; "С - текущее время десорбции, с; T^f время половинной десорбции, с.

Подставляя экспериментальные данные по кинетике в уравнение (7) и решая относительно К^ были определены ее значения. Результаты расчета для угля СКТ-3 представлены в табл.4.

Как следует из данных табл.4 величина константы десорбции Kd для одного и того же адсорбента зависит только от температуры. Изменение скорости десорбируицего агента и высоты слог адсорбента практически не сказыва-

Рис■4. Кинетические кривые десорбции ЭХГ из угля АР-В при различных скоростях потока воздуха: 1-0,01; 2 - 0,04; 3 - 0,1; 4 - 0,5 м/с. Температура слоя 180°С, высота 4 см.

20 4о 60 овмя Зисрбции <С,*и*

Рис.5. Кинетические кривые десорбции ЭХГ из угля СКГ-3 при различных скоростях потока воздуха: I -0,01; 2 - 0,04; 3 - 0,1; 4 - С,5 м/с. Температуре, слоя 180°С, высота 4 см.

• 20 40 60 £ре*я оесср&аш G,

Рис.6. Кинетические кривые десорбции ЭХГ из угля СКГ-6А при различных скоростях потока воздуха: I - 0,01; 2 - 0,04; 3 - 0,1; 4 - 0,5 м/с. Температура слоя 180°С, высота 4 см.

20 60 ßpesrst 9гс()0&4аи

Таблица 4

Значения константы десорбции Kj для ЭХГ из угля ОСГ-3 . Л

Температура слоя угля, °С ^0,5» 0 í¿Wc Н-Ю~2,м

130 130 130 360 580 1430 0,1 од O.'l 2,5 4*0 IÓ.0 9,14 9*14 9!l4

150 150 150 260 410 1040 0,1 0 1 0.1 2,5 4.0 10.0 ооо ннн

180 180 180 330 325 320 0,1 0,3 0.5 4,0 40 4.0 12,8 12,8 12.8

ются на значении К^.

Зависимость времени половинной десорбции от Н линейна и при заданной температуре и скорости десорбируо-щего агента может быть представлена выражением вода

ч:0f5 *<рн, с (8)

где ф - коэффициент пропорциональности, зависящий от марки угля, температуры слоя угля и скорости десорбируицего агента. Для угля ОСГ-3 при Т»180°С и ¿#>0,1+0,5 м/с коэф{>ициент ^«0,815*Ю4. Знание величин К^и t0.G позволяет определить время десорбции для слоя угля произвольной высоты при заданной степени десорбции, или рассчитать степень десорбции при заданной величине времени десорбции.

В ходе исследований установлено, что на область протекания процесса десорбции заметное влияние оказывает относительная величина удерживания углей. В частности, внутридиффузионное торможение в процессе десорбции ЭХГ начинает сказываться: для угля СКТ-6А в области относительной величины десорбции =0,2 (рис.6), для углей AP-B, СКТ-3 лишь в области ¿/^0,05+0,1 (рис.4 и 5), что соответствует степени десорбции 60 и 90+95$. Относитель-

ная величина удерживания, адсорбента тем больше, чем больше объем микропор и чем меньше их размер. В теории объемного заполнения микропор эти два фактора характеризуются предельным адсорбционным объемом и структурной константой В. По удердивающей способности изученные угли располагаются в следующий ряд: СКТ-бА >СКГ-3 > >АР-В. Для угля СКГ-6А нецелесообразно стремиться к высокой степени десорбции ЭХГ, так как это приведет к возрастании общих энергозатрат.

С учетом линейной лгорости десорбирующего агента на степень десорбции вначале целесообразно проводить процесс при скоростях воздуха-с- 0,1 у/с, а затем снизить ее до значений^? 0,05 м/с.

Технологическая схема (рис.7) включает в себя две линии, функционально отражающие две стадии адсорбционно-деесрбционного цикла. •

Технологический режим работы - периодический с использованием двухстадийного цикла: адсорбция-десорбция.

Вентиыбросы, состоящие из смеси паров ЭХГ и воздуха (ПВС), подаются вентилятором (I) в адсорбер (3), предварительно охлаждаясь до температуры адсорбции в холодильнике (2) (на случай очистки горячих вентвкбросов). Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу через трубу (5), перед которой устанавливается " хвостовой " вентилятор (4), создающий тягу ПВС через адсорбер.

После насыщения угля ЭХГ адсорбер переключается на режим десорбции. Десорбция проводится в токе .нагретого воздуха до температуры 180°С. Нагрев воздуха осуществляется в электронагревателе (7). ДесорбироЕаншй ЭХГ в смеси с воздухом поступает в конденсатор (8), в котором парь; ЭХГ конденсируются (температура конденсации ЭХГ 11С°С). Десорбирующий агент выбрасывается в воздух через трубу (10). Охлаждение адсорбента после десорбции - естественное.

Используя результата исследования адсорбции и десорбции ЭХГ был сделал расчет (на уровне предпроектной проработки) адсорбера с определением алпаратурно-техноло-гических параметров на стадии адсорбции ЭХГ И его десорбции при регенерации адсорбента. Расчет выполнен применительно к очистке вентвыбросов ПО "Заря Востока" республики Таджикистан.

Рис.7. Технологическая схема адсорбционной

счистки вентвыбросов от ЭХГ. 1,4,6,9 - Еентиляторы; 2 - холодильник для ПВС; 3 - адсорберы; 5,10.- трубы для сброса газов; 7 - электронагреватель воздуха; 8 - конденсатор для паров ЭХГ

Расчет адсорбера. Исходные данные:

производительность по вентвыбросам 1^10000 м^/ч; начальная концентрация ЭХГ Соя19-10~^ кг/м3; конечная концентрация ЭХГ С—0 (следы ЗХГ); адсорбент уголь марки СКТ-3 (средний диаметр зерна г£«2 мм; насыпная плотность =470 кг/м3).

Результаты расчета:

- количество адсорберов 3« из них два используются параллельно на адсорбции, один - на десорбции и в резер-

-. ве;

- размеры адсорбера и слоя адсорбента: диаыетр£^1,4 м, высота слоя адсорбента Н«1 м, объем слоя 1^«1,54 м^, масса адсорбента &д«723,8 кг;

- продолжительность стадии адсорбции 2Г-66 сут (д^ два месяца работы).

Расчет продолжительности стадии десорбции. Исходные данные:

- начальная концентрация адсорбтива ££>100 кг/м^;

- конечная концентрация адсорбтива ¿1-1,4 кг/м3;

- температура десорбции Т»1£0°С;

- скорость десорбирующего агента (воздуха) 10«0,1 u/ß)

- высота слоя адсорбента Н«1 м. . •

Результате расчета:

- время десорбции 71 «10 ч;.

- обьемшй расход воздуха 1^-554 м^/ч.

ОСНОВНЫЕ .РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Изучен механизм адсорбции ЭХГ активными углями и установлено, что процесс адсорбции протекает послойно и его скорость лимитируется внутренней диффузией. Определены коэффициенты защитного действия углей и скорость движения адсорбционного фронта, а также показано влияние на эти параметры влажности смеси ЭХГ + воздух. .

2. Изучено равновесие в системе ЭХГ - активные угли и определена изотерма адсорбции, которая носит выпуклый характер и математически описывается уравнением Дубкни-на-Ратуижевича. Найдены значения эмпирических коэффициентов изотермы для углей марки АР-B, СКГ-З, СКТ-6А.

3. Исследован механизм термодесорбции ЭХГ из углей в, токе нагретого воздуха от 130 до 180°С, выявлены причины деструкции ЭХГ при его десорбции, в частности, условия протекания реакции гвдролиза. Определены экспериментально оптимальные режимные параметры регенерации углей при десорбции ЭХГ.

4. Предложена математическая модель термодесорбции в токе нагретого воздуха, позволяющая проводить инженерные расчеты степени десорбции и продолжительности периода десорбции в зависимости от температуры десорбирующе-го агента, его линейной окорости, гранулометрического состава углей и высоты слоя.

5. Предложена экологически безопасная технология очистки вентвыбросов от ЭХГ. Разработана методика расчета алпаратурно-технологических параметров адсорбера в цикле адсорбция - десорбция.

На ПО "Заря Востока" республика Таджикистан - проведены успешные испытания предложенной технологии по очистке вентвыбросов от ЭХГ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛВДУЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Гуфранов ¡I.e., Безденежных A.A. Очистка промышленных газовых выбросов в атмосферу от паров эпихлорги-дрина./Дез.докл. II Всесоюз.научн.-практ.конф. Худжант-ский государственный университет1991 - С.2-3.

2. Беэдене-дных A.A., Гуфранов U.C., Поверго К.И. Определение содержания эпихлоргедрина методом газовой _ хроматографии с предварительным концентрированием ./Дез. докл.научн.-техн.конф. "Экология и аналитическая химия".--Л., Ï99I - С.30-31.

3. Гуфранов М.С., Безденежных A.A., Соколов В.М. Рекуперация органических растворителей адсорбцией.//ЯТИ км.Ленсовета.- Л., 1992.-50с.-Деп. в ВИНИТИ 01.04.92, «U04-B 92.

*

4. Гуфранов M.С., Безденежных A.A., Соколов В.М. Подбор и исследование эффективных адсорбентов применительно к рекуперации эпихлоргвдрина.//С-ПТИ.-С-Пб., 1992.- 8 с.-Деп. в ВИНИТИ 23.07.92, Й2418-В 92.

5. Гуфранов U.C., Безденежных A.A. Технология адсорбционной очистки вентвыбросов от эпихлоргвдрина./Дез. докл.ыежрегион.научн.-практ.конферен. "Очистка вентиляционного воздуха и промышленных газов перед выбросом в атмосферу".-С-Пб., I992.-C.I8.

6. Пат. 5006775/26 (072850- СССР, №1 В 01 Д 53/02. Способ рекуперации паров эпихлоргедрина из газовых выбро-сов/Ы.С.Гуфранов, А.А.Безденежных, В.U.Соколов. Заявл. 30.09.91.

П,

Подг.лсано к печати /¿Г.05.93 г. Фори т 60x84 I/X6 Бумага

для множит• ana. Печать офсетная» Усл.печ.л. 1,25. Тирах 100 экз.

Заказ te £ Qß^ _Беспл§тнод___________________

Р'ХП ШШТа 190031 С-Ветербург Московский пр.,9