А31ПД1Хим.фильтры 2

1.

Химические методы обезвреживания газовых
выбросов и их аппаратурное оформление
Подготовили:
Цвикевич София Алексеевна
Соколюк Ульяна Славомировна
Голда Анастасия Олеговна
Матусевич Янина Дмитриевна
Горло Никита Максимович

2.

4.1. Методы
адсорбции.
абсорбции,
хемосорбции,
4.2 Работа абсорбционной системы. Типы
оборудования. Абсорбенты (характеристика).
Регенерация.
утилизация
отработанного
абсорбента.
4.3.
Адсорбционные
системы.
Типы
оборудования для адсорбции. Адсорбенты.
Регенерация адсорбентов.

3.

Метод абсорбции
Метод абсорбции заключается в поглощении отдельных компонентов газовой смеси абсорбентом (поглотителем),
в качестве которого выступает жидкость. Абсорбент выбирают из условия растворимости в нем газа, подлежащего
удалению из газовой, смеси. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве
абсорбента применяют воду, для улавливания водяных паров — серную кислоту, для улавливания ароматических
углеводородов — масла.
При абсорбции происходит конвективная диффузия паро- и газооб-разных компонентов очищаемого газа в
жидкие поглотители. Для высокоэффективного изъятия загрязняющего вещества необходимо создать большую
площадь контакта между газом и жидкостью и обеспечить их интенсивное перемешивание. Это реализуется в
специальном оборудовании, основными типами которого являются:
Насадочные колонны (абсорберы);
Тарельчатые (барботажные) абсорберы;
Барботажно-пенные аппараты;
Форсуночные скрубберы (полые абсорберы).

4.

1. Насадочные колонны (абсорберы). Это вертикальные
аппараты, заполненные инертной насадкой (кольца Рашига,
седла Берля, спирали из керамики или металла). Абсорбент
подается сверху и стекает по насадке, смачивая ее
поверхность. Газовый поток движется снизу вверх навстречу
жидкости. Насадка создает огромную поверхность контакта,
на которой и происходит перенос примесей из газа в
жидкость. Такие аппараты эффективны для очистки больших
объемов газа.
а - со сплошным слоем насадки; б -с секционной
загрузкой насадки: 1- корпуса; 2-распределители
жидкости; 3- инертная насадка; 4 - опорные решетки;
5 - перераспределитель жидкости; 6-гидравли ческие
затворы.

5.

2. Тарельчатые (барботажные) абсорберы. В этих колоннах вместо насадки установлены горизонтальные тарелки
(ситчатые, колпачковые). Жидкость стекает с тарелки на тарелку через переливные устройства, а газ барботирует
(продавливается) через слой жидкости на каждой из них. Это обеспечивает интенсивное перемешивание и высокую
эффективность очистки, особенно при необходимости многостадийного процесса.

6.

3.
Барботажно-пенные
аппараты.
Являются
разновидностью тарельчатых абсорберов, но работают в
режиме, когда слой жидкости на тарелках находится во
взвешенном, пенистом состоянии. Газ, проходя с высокой
скоростью, создает пену, что многократно увеличивает
площадь контакта фаз и, как следствие, скорость абсорбции.
1 - корпус; 2 - слой пены; 3 - переливная решетка.

7.

4. Форсуночные скрубберы (полые абсорберы). В
этих аппаратах абсорбент распыляется с помощью
форсунок на мельчайшие капли, создавая "туман" внутри
полой колонны. Газовый поток проходит через этот поток
капель, и загрязнители поглощаются на их поверхности. Эти
аппараты часто комбинируют с другими, используя их на
первой стадии для охлаждения газа и грубой очистки.
Регенерацию (восстановление) абсорбента осуществляют
для его повторного использования и выделения
уловленного
компонента.
Основными
методами
регенерации
являются
снижение
общего
(или
парциального) давления примеси (например, в десорберах,
продуваемых инертным газом или воздухом), повышением
температуры (отгонка паром или нагревом) либо тем и
другим одновременно. Регенерация делает процесс
абсорбции экономически более выгодным и экологичным.

8.

Метод хемосорбции
Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями, в результате чего
образуются малолетучие и малорастворимые соединения. В отличие от физической абсорбции, где процесс обратим,
хемосорбция часто носит необратимый характер, что делает ее высокоэффективной для глубокой очистки.
Хемосорбцию рационально применять при низких концентрациях загрязнителей, содержащихся в очищаемых газовых
смесях. Хемосорбция заключается в промывке очищаемого газа растворами, вступающими в химические реакции с
содержащимися в газе отдельными газообразными компонентами, что позволяет извлечь их или обезвредить. Например,
очистка газов от оксидов азота проводится с помощью известкового раствора. Для очистки газов от сероводорода применяют
мышьяково-щелочной раствор. Очистку высокосернистых газообразных продуктов сгорания энергетического топлива проводят
путем пропуски дыма через морскую воду. Степень очистки газа достигает при этом 95%.
Аппаратурное оформление процесса хемосорбции
Для проведения хемосорбции используется оборудование, аналогичное абсорбционному, но с учетом специфики
химических реакций — возможной коррозионной агрессивности реагентов, выделения тепла и необходимости обеспечения
времени для протекания реакции.

9.

1. Насадочные скрубберы. Это наиболее распространенный тип аппаратов для хемосорбции. Колонна,
заполненная насадкой, обеспечивает большую поверхность контакта между газом и жидким реагентом. Для
борьбы с коррозией аппараты часто выполняются из футерованной стали (покрытой кислотоупорной керамикой
или резиной) или из специальных пластиков (например, полипропилена).
2. Тарельчатые скрубберы. Применяются, когда необходим многостадийный процесс, например, для
последовательного удаления разных примесей или для обеспечения высокой степени очистки на каждой тарелке.
Конструкция тарелок (ситчатые, колпачковые) позволяет организовать интенсивный массообмен.
3. Барботажно-пенные аппараты. Используются для интенсивных процессов, где необходимо быстрое протекание
реакции. Слой пены, образующийся при барботаже газа через жидкость, обеспечивает максимальную площадь
контакта. Эффективны, например, при нейтрализации газов щелочами или кислотами.
4. Форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури. Хотя они обеспечивают меньшую поверхность контакта по
сравнению с насадочными, они хорошо подходят для начальных стадий очистки, совмещенных с охлаждением
газа, или для процессов, где химическая реакция протекает очень быстро.

10.

Метод адсорбции
Метод адсорбции основан на улавливании (поглощении) вредных газовых и парообразных примесей
поверхностью твердых тел, называемых адсорбентами. Этот процесс является физико-химическим и
наиболее эффективен при незначительных концентрациях загрязняющих компонентов в очищаемом газе,
что делает его идеальным для улавливания паров растворителей (эфира, ацетона, бензола), различных
углеводородов, а также для осушки газов.
Наиболее широко известным и универсальным адсорбентом является активированный уголь,который
особенно эффективен для улавливания органических паров. Также в зависимости от природы извлекаемого
компонента применяют:
● Силикагель (SiO₂·nH₂O) — преимущественно для осушки газов.
● Цеолиты — синтетические или природные, обладают молекулярно-ситовыми свойствами, что позволяет
селективно извлекать молекулы определенного размера.
● Активированный оксид алюминия — для осушки и очистки от кислых газов.

11.

Ключевым элементом любой адсорбционной установки является
адсорбер – колонна, загруженная адсорбентом. Конструкция и режим
работы адсорберов делятся на два основных типа:
• Адсорберы с неподвижным (стационарным)
слоем адсорбента;
• Адсорберы с движущимся и кипящим
(псевдоожиженным) слоем адсорбента.

12.

1. Адсорберы с неподвижным (стационарным) слоем адсорбента.
Это наиболее распространенный тип аппаратов периодического действия. Технологический цикл в таком
адсорбере состоит из нескольких последовательных стадий:
● Собственно адсорбция: Очищаемый газ пропускается через слой адсорбента. Процесс ведется до момента
«проскока» – когда концентрация загрязнителя на выходе из слоя достигает предельно допустимого значения.
Десорбция (регенерация): Насыщенный адсорбент регенерируют. Наиболее распространенный способ –
продувка острым паром или горячим инертным газом. Повышение температуры приводит к обратному процессу –
десорбции, когда уловленные примеси выделяются из адсорбента.
● Сушка и охлаждение: После десорбции паром адсорбент необходимо высушить, а после нагрева – охладить до
рабочей температуры, после чего цикл повторяется.
Для обеспечения непрерывности процесса очистки газов установка обычно включает несколько (часто два или
три) адсорберов, работающих в противофазе: пока в одном идет адсорбция, в другом – регенерация и охлаждение.

13.

14.

2. Адсорберы с движущимся и кипящим (псевдоожиженным) слоем адсорбента.
Эти аппараты предназначены для непрерывного процесса.
• В движущемся слое гранулы адсорбента медленно перемещаются сверху вниз под действием силы тяжести,
навстречу потоку газа. Отработанный адсорбент выгружается из нижней части аппарата и транспортируется в
отдельный блок для регенерации, а затем возвращается в систему.
• В кипящем слое поток газа
подается с такой скоростью, что
слой адсорбента переходит во
взвешенное состояние, интенсивно
перемешиваясь. Это обеспечивает
высокую скорость массопереноса и
эффективный теплообмен, что
особенно важно для процессов,
сопровождающихся значительным
тепловыделением.

15.

Адсорбционные системы. Типы оборудования для адсорбции.
Адсорбция является процессом взаимодействия между поверхностью твердого материала, называемого
адсорбентом, и молекулами или атомами вещества, называемого адсорбатом. В результате адсорбции
адсорбат оседает на поверхности адсорбента, образуя тонкий слой или покрытие. Адсорбция играет важную
роль во многих областях, включая промышленность, окружающую среду и химическую технологию.
Адсорберы — это устройства или системы, используемые для проведения процессов адсорбции. Они
играют решающую роль в различных отраслях, включая промышленность и охрану окружающей среды.
Адсорберы предназначены для обеспечения эффективного контакта между адсорбентом и адсорбатом, а также
для разделения или улавливания определенных компонентов из газовых или жидких смесей.
Адсорберы обычно имеют цилиндрическую или прямоугольную форму и могут быть различных размеров
в зависимости от конкретных требований и условий применения. Внешний вид адсорбера может также
включать различные вспомогательные компоненты, такие как патрубки, решетки и люк, о которых будет
подробнее рассказано далее.

16.

Адсорберы обычно устанавливаются на железобетонных основаниях для обеспечения их стабильности и
безопасности. Железобетонные основания также способствуют уменьшению вибрации и амортизации
возможных ударов или нагрузок, которые могут возникнуть в процессе работы адсорбера.
Патрубки являются важной частью адсорбера и используются для подачи газовой смеси внутрь адсорбера
и вывода очищенного газа из него. Они обычно подключаются к входному и выходному отверстию адсорбера и
могут быть оборудованы клапанами или другими устройствами для регулирования потока газа.
Решетка и основание адсорбера служат для поддержки и удержания адсорбента внутри адсорбера.
Решетка предотвращает выпадение адсорбента и обеспечивает равномерное распределение газовой смеси на
поверхности адсорбента. Основание адсорбера представляет собой прочную платформу, на которой
размещается решетка и фиксируется адсорбент.
Люк адсорбера является доступной точкой для выгрузки и загрузки адсорбента, а также для проведения
ревизии и ремонтных работ. Люк обычно располагается на верхней или боковой стороне адсорбера и может
быть открыт для осуществления необходимых операций.

17.

Адсорбенты
Цеолит и активированный уголь являются двумя широко используемыми материалами в качестве
адсорбентов. Цеолиты — это пористые минералы, имеющие высокую площадь поверхности и способность
селективного поглощения определенных веществ. Активированный уголь обладает большой площадью
поверхности, микропористой структурой и хорошими адсорбционными свойствами, что делает его
эффективным для очистки газов и жидкостей.
Рассматривая принцип работы установки, следует отметить, что основным функтором, фильтрующим
загрязнители (газовоздушной, паровоздушной или жидкой среды), является массив адсорбента, который
обычно представляет собой таблетки, гранулы, пеллеты или крошку различной дисперсности.

18.

Типы твердых сорбентов. Слева направо – угольная крошка, шарики цеолита, силикагель
Самым распространенным адсорбентом, демонстрирующим высокие показатели КПД для захвата широкой
гаммы газообразных и паровоздушных примесей, является активированный уголь, но помимо угля в
промышленности часто используется силикагель, природные и синтетические микропористые минералы
(например, цеолиты), а также полимеры, в том числе, усиленные металлическими включениями алюминия,
марганца, кальция, йода и иных активных элементов.

19.

Регенерация адсорбентов
Регенерация адсорбентов — ключевой этап адсорбционной очистки, особенно при использовании
дорогостоящих сорбентов, например, активного угля. Её цели:
1. Десорбция или разрушение адсорбированных веществ.
2. Восстановление адсорбционной способности.
Основные методы регенерации:
1. Вытеснительная десорбция
Для вытеснения веществ с поверхности адсорбента используют низкокипящие растворители (метанол, бензол, толуол). После
обработки остатки растворителя удаляют острым паром.
2. Смещение равновесия системы
Достигается тремя способами:
Снижение концентрации адсорбтива: Сдвигает равновесие в сторону десорбции.
* Повышение температуры: Увеличивает кинетическую энергию молекул, способствуя их отрыву от поверхности. Для этого
используют нагретый воздух (120-140°C), инертные газы (300-500°C) или острый пар (200-300°C).
* Перевод в диссоциированную форму: Органические кислоты удаляют раствором щелочи, а основания — раствором кислоты,
так как ионы адсорбируются хуже молекул.
3. Окисление химическими реагентами
Применяется, когда вещество не представляет ценности. Используются сильные окислители, такие как хлор или озон.
4. Термическая деструкция
Проводится при высокой температуре (700-1000°C) без доступа кислорода. Органические вещества подвергаются пиролизу,
что восстанавливает свойства адсорбента. Потери активного угля составляют 5-10%.

20.

Адсорбционные системы
Адсорбция – это процесс поглощения вещества (адсорбата) из газовой или жидкой среды поверхностью твердого тела
(адсорбента).
Воздух поступает в ротор с
адсорбционной смесью;
Адсорбент поглощает влагу и
намокает;
Пневматический поток попадает в
канал и пневматическую систему;
Часть потока попадает в
регенерационное ответвление и
нагревается до 140°С (в случае
горячей регенерации);
Поток горячего воздуха проходит
через барабан и высушивает
влажный адсорбент;
Влажный и горячий воздух
выбрасывается в атмосферу через
специальный патрубок.

21.

Типы оборудования для адсорбции
Оборудование различается по способу организации процесса: периодический или непрерывный.
1. Адсорберы с неподвижным слоем (фиксированной
2. Адсорберы кипящего слоя
загрузкой)
Описание: Адсорбент находится в подвижном,
Описание: Наиболее распространенный тип. Адсорбент
"псевдоожиженном" состоянии за счет высокоскоростного потока
загружен в колонны (адсорберы). Поток подается сверху
газа.
вниз.
Преимущества: Высокая
интенсивность процесса,
Преимущества:
хороший теплообмен.
Простота конструкции,
Недостатки: Большой
надежность.
износ адсорбента
Недостакость:
(истирание), сложность
Цикличность работы
конструкции.
(поглощение →
регенерация →
охлаждение).

22.

Адсорбенты
Адсорбенты – это высокопористые материалы с
большой удельной поверхностью.
1. Активированные угли
Применение: Улавливание органических паров, очистка
воды, обесцвечивание.
Особенность: Неполярная поверхность, лучше всего
адсорбирует неполярные молекулы.
2. Цеолиты (молекулярные сита)
Применение: Осушка газов, разделение газов
(кислород/азот), катализ.
Особенность: Кристаллическая структура с порами
строго определенного размера (селективность).
3. Силикагели
Применение: Осушка воздуха и газов.
Особенность: Полярная поверхность, высокая
гигроскопичность.
4. Алюмогели (активированный оксид алюминия)
Применение: Глубокая осушка газов, особенно в
нефтегазовой отрасли.
Особенность: Прочный, устойчив к капельной влаге.

23.

Регенерация адсорбентов
Регенерация – процесс удаления адсорбированного вещества для восстановления активности адсорбента.
Метод
Принцип действия
Когда применяется
Термическая (нагревом)
Нагрев адсорбента горячим газом или
паром. Молекулы десорбируются.
Самый распространенный
способ. Часто с прямым
пропусканием пара через слой.
Регенерация продувкой
(промывкой)
Продувка инертным газом или подача
растворителя. Снижение парциального
давления.
Более мягкий способ, когда
нельзя применять высокие
температуры.
Редукция давления (PSA/TSA)
PSA (Pressure Swing Adsorption): Резкое Для разделения газовых смесей
снижение давления. TSA (Temperature (например, получение азота или
Swing Adsorption): Нагрев после
кислорода из воздуха).
завершения цикла адсорбции.