Очистка отходящих газов в производстве тиомочевино- формальдегидных соединений с ацетатами меди, цинка и кобальта

ЖД UNIVERSUM:

№ 12 (57)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_декабрь. 2018 г.

ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТИОМОЧЕВИНО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С АЦЕТАТАМИ МЕДИ, ЦИНКА И КОБАЛЬТА

Исаков Хаятулла

канд. техн. наук, доцент кафедры химии, Андижанский государственныйуниверситет,

Узбекистан, г. Андижан

Аскаров ИбрахимРахманович

д-р хим. наук, профессор кафедры химии, Андижанский государственный университет,

Узбекистан, г. Андижан

Усманов Султон

д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторией, АО «Институт химических наук имени А.Б. Бектурова»,

Республика Казахстан, г. Алматы

CLEANING OF EXHAUST GAS IN MANUFACTURE OF THIOUREA FORMALDEHYDE COMPOUNDS WITH COPPER, ZINC AND COBALT ACETATES

Hayatulla Isakov

candidate of technical sciences, associate professor of chemistry, Department of Chemistry, Andijan State University,

Uzbekistan, Andijan

Ibrahim Askarov

doctor of Chemical Sciences, Professor, Department of Chemistry, Andijan State University,

Uzbekistan, Andijan

Sulton Usmanov

doctor of technical sciences, professor, head of laboratories, JSC AB Bekturov Institute of Chemical Sciences,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

В статье преследовалась цель обобщить процессы улавливания пыли и формальдегида в производстве моче-вино- и тиомочевино-формальдегидных соединений с добавками ацетатов меди, цинка и кобальта. А также установить оптимальный режим этих процессов и разработать рациональную принципиальную схему и конструкцию аппаратуры, с помощью которой можно осуществлять комплексную очистку пыли и формальдегида с возвратом их в технологический процесс.

ABSTRACT

In the article the processes of dust and formaldehyde catching in the production of urea- and thioureaformaldehyde compounds with addition of copper, cobalt and zinc acetates were generalized. Optimal regime of these processes was given and a technological scheme and equipment for complex purification with dust and formaldehyde recucle were proposed.

Ключевые слова: монометилолтиомочевина, ацетаты меди, цинка, кобальта, формальдегид, конденсация, очистка, технологическая схема.

Keywords: monomethylthiourea, copper acetates, zinc, cobalt, formaldehyde, condensation cleaning, technology system.

Задача наших исследований - обобщить процессы улавливания пыли и формальдегида в производстве мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений с добавками ацетатов меди, кобальта и цинка, установить оптимальный режим этих процессов и разработать рациональную принципиальную

схему и конструкцию аппаратуры, с помощью которой можно осуществлять комплексную очистку пыли и формальдегида с возвратом их в технологический процесс.

В процессе получения мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений в виде сухих продук-

Библиографическое описание: Исаков Х., Аскаров И.Р., Усманов С. Очистка отходящих газов в производстве тиомочевино-формальдегидных соединений с ацетатами меди, цинка и кобальта // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 12(57). URL: http://7universum. com/ru/tech/archive/item/674 7

№ 12

тов можно использовать аппараты БГС, распылительные сушилки, аппараты с псевдоожиженным слоем. При этом во всех случаях происходит пыле-унос и выделение паров формальдегида в газовую фазу.

В.И. Левш, Н.И. Кушнер [5] приводят результаты исследовании улавливания мелкодисперсных пылей в аппаратах с псевдоожиженной насадкой.

В [2] авторы предлагают в производстве моче-вино-формальдегидных удобрений после аппарата БГС для улавливания пыли применять прямоточный аппарат с плавающей насадкой в режиме восходящего прямотока, а для улавливания формальдегида -абсорбер на провальных шариковых тарелках в режиме динамической пены.

В.Г. Синолиций [6], Т. Тогатаев [7]испытывали процессы улавливания пыли и формальдегида соответственно в производстве мочевино-формальдегид-ных удобрений и стимуляторов роста растений на основе монометилолтиомочевинных и ацетатов меди, цинка и кобальтана проточном скруббере с витающей кольцевой насадкой и противоточном скруббере с провальными тарелками в режиме динамической пены.

В зависимости от характера продукта применяли различные типы аппаратов для сушки. Если продукт

декабрь, 2018 г.

получается в виде удобрении, его сушат и гранулируют преимущественно в аппаратах БГС, если в виде порошка, то его сушат в аппаратах кипящего слоя или распылительных сушилках. При оптимальных условиях ведения процесса получения сухих продуктов (мочевино-формальдегидных соединений) на всех сушильных и сушильно-грануляционных аппаратах содержание пыли в газах после них составляет 170-300 мг/м3, а размер частиц пыли находится в интервале 0,8-5,1 мкм, в том числе от 2,0 до 5,1 мкм-66%, от 0,8 до 1,3 мкм - 30% и менее 8 мкм - 4%. Формальдегида в выхлопных газах содержится 0,20,35 г/м3.

Запыленность газа определяли по методике [1], содержание формальдегида в газе - по методике [3].

В процессе получения тиомочевино-формальде-гидных соединений с ацетатами цинка, меди и кобальта в составе отходящих газов содержится мелкодисперсная пыль продукта и формальдегид [4]. В данной статье приведены результаты исследования по изучению состава пыли, содержащей целевой продукт, и формальдегида в опытно-промышленных условиях.

В табл. 1 приведены данные запыленности газового потока после распылительной сушилки. Измерения производили с помощью импактора конструкции НИИОгаз.

Таблица 1.

Общий фракционный состав пыли после распылительной сушилки

1ЧГ1ЧГ Фракционный состав пыли

NN п/п Название соединения Общая запылен-ность,мг/м3 Размер частиц Массовая доля

аэрозоля, мкм частиц, %

1. КН2С8КНСН20Н- Си(СНзСОО)2 Н2О 180 5,1 19,7

3,4 14,3

2,7 13,9

2,0 10,3

1,3 9,2

0,8 4,5

0,8 0,6

2. КН2С8КНСН20Н-2п(СНзС00)2-2Н20 190 5,1 18,4

3,4 15,5

2,7 12,2

2,0 10,6

1,3 12,2

0,8 11,8

0,8 0,4

3. ]Ж2С8КНСН20Н- Со(СНзС00)2-4Н20 170 5,1 13,8

3,4 17,5

2,7 8,2

2,0 8,0

1,3 15,9

0,8 21,1

0,8 0,9

0,7 19,1

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в составе пыли стимуляторов роста растений преобладают мелкодисперсные частицы размером 0,8 до 5 мкм, эффективным способом улавливания которых

является применение скоростного прямоточного скруббера с витающей кольцевой насадкой (ВН).

В задачу данных исследований входило определение гидродинамического сопротивления аппарата

№ 12

декабрь, 2018 г.

ВН и определение оптимальных технологических параметров пылеулавливания. Исследования проводили на опытном пылегазоулавливающем аппарате (рис. 1) на вентиляционном участке УзКТЖМ.

Опытный газоулавливающий аппарат (рис.1) состоит из прямоточного скруббера с витающей кольцевой насадкой (1), диаметром 350 мм и высотой 1200 мм. Верхняя часть аппарата снабжена сепаратором (2) инерционного типа, диаметром 800 мм и высотой 500 мм, внутри которого установлена сетка, предотвращающая брызгоунос и выброс насадки. В нижней части аппарата расположен шламосборник (3) объемом 2,0м3, к которому поступает из сепаратора шлам содержащая жидкость. Чистая вода поступает на подпитку через вентиль(4). После отстаивания шлама осветленная вода с помощью насоса (5) подается на орошение колонны. Расход осветленной жидкости регулируется вентилем (6) по показаниям расходомера (7).

Полученная суспензия (шлам) периодически возвращается в технологический цикл через вентиль (8). Воздух в аппарат подавался центробежным вентилятором высокого давления (9), производительностью 4^5 тыс.м3 и напором до 400 мм вод.ст.

В нижней части рабочей зоны аппарата (1) установлена решетка рационально-колосникового типа (10), живым сечением 50%, на которой расположен слой насадки (11) высотой 200-250 мм. В качестве насадки использованы резиновые кольца размером 40x40 мм. Жидкость на орошение колонны подавалась компактной струей через патрубок (12) в центральную часть тарелки, распределение жидкости посечениюаппарата осуществлялось за счет движения насадки.

Рисунок 1. Двухступенчатый абсорбер пылегазоочистки с плавающей насадкой в производстве мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений В аппарате имеется замкнутая система циркуляции, что позволяет достичь необходимой концентрации пыли в суспензии для последующей утилизации. Подача пыли в аппарат осуществлялась пылепитате-лем (13). Отбор проб производили непосредственно в воздуховоде (14) и после (15) пылеулавливающего аппарата (1). Продолжительность отбора проб зависела от степени запыленности воздуха и длилась 1030 минут.

Определение запыленности воздуха проводили с помощью аэрозольного фильтра марки АФА-В-18 и электро аспиратора согласно методике (120-172). Для определения привеса пыли фильтр взвешивали до и после анализа на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Зная привес пыли в, запыленность воздуха определяли по формуле:

О = О/У

Количество воздуха, пропущенного за время опыта через фильтр и приведенного к нормальным условиям, вычисляли по уравнению

УН = УР

N

273 760

У-Рр)

(273 +

где: Рр- разряжения у расходомера, мм рт.ст.; V: - объем воздуха, отобранного во время замера, м3;Ур, м3-объемная скорость всасываемого воздуха м3 опре-

т3/с

делялась микроманометром;—— - время эксперимента, с.;Рк - плотность воздуха при калибровке расходомера, кг/м3;Рн- плотность воздуха при термальных условиях, кг/м3; в-бараметрическое давление, мм рт. ст.; £д-температура у расходомера, оС.

Для определения степени поглощения формальдегида раствором мочевины отбор проб воздуха производили до и после колонны, протягивая газ электроаспиратором (19) через дрексельные склянки (18) в течение 5-10 минут. Концентрацию формальдегида в газовом потоке рассчитывали по результатам химического анализа на содержание уловленного формальдегида в дрексельных склянках и расхода через них газа, приведенного к нормальным условиям.

Опыт проводили при скорости воздуха 2-3 м/с, так как при скорости менее 2м/с не создается динамическая пена, а при скорости более 3 м/с наблюдается существенный брызгоунос. Плотность орошения варьировалась в интервале (3-8)10-3 м/с при температуре 30-50°С. Исследование процесса улавливания формальдегида из газовоздушной смеси 30%-ным раствором тиомочевины проводили по следующей методике. Сначала в колонну подавали воздух и устанавливали его необходимую скорость. Затем подавали формальдегид из испарителя (7). Количество подаваемого формальдегида устанавливали по ротаметру (17). Через 3-5 мин. после установления постоянного положения поплавка ротаметра проводился отбор проб для определения начального содержания формальдегида в воздухе. Затем осуществляли оро-

к

Т

Н

№ 12

декабрь, 2018 г.

шение колонны раствором тиомочевины и проводили отбор проб газовоздушной смеси, выходящей из аппарата.

На рис.2 и 3 представлены зависимости количества поглощенного формальдегида от скорости газового потока и плотности орошения (Ь) 30%-ным раствором тиомочевины при температуре 30 и 50оС.

аппарате, следовательно, увеличением времени абсорбционного поглощения формальдегида тиомоче-виной.

Малое гидравлическое сопротивление проточного скруббера с провальной тарелкой (0,35-0,65 кПа) свидетельствует о перспективности его применения (рис.4).

100

к

о

3

о

с

о и

н ж

о

-е-

о

3

80

60

40

г ^

5 6 7 8

Плотность орошения, Ю'м/с

Рисунок 2. Зависимость коэффициента поглощения формальдегида от плотности орошения

1. W=2,2 м/с;

2. W=2,6 м/с;

3. W=3,0 м/с.

Рисунок 3. Зависимость коэффициента поглощения формальдегида от скорости газового потока

1.3 Ь=710-3м3/м2с;

2.4 Ь=6^10-3м3/м2с; 1,2 T=30oC; 3,4 T=50oC.

Проведенные исследования свидетельствуют, что степень поглощения формальдегида из газового потока увеличивается с увеличением газового потока и плотности орошения раствора тиомочевины, что объясняется увеличением слоя динамической пены в

Рисунок 4. Зависимость степени поглощения формальдегида от гидравлического сопротивления газожидкостного слоя скруббера

На основании эксперимента, проведенного в колонне с Ь=300 мм на системе «формальдегидный раствор - тиомочевина- воздух» в процессе поглощения, установлено, что применение раствора тиомоче-вины с концентрацией 30% масс позволяет обеспечить эффективную очистку газовых выбросов производства на основе низкомолекулярных тиомочевино-формальдегидных соединений ацетатов меди, кобальта, цинка от формальдегида и может быть рекомендовано для промышленного внедрения. Высокая степень улавливания формальдегида (92%) водным раствором тиомочевины достигается при плотностях орошения противоточного скруббера (З-6) • 10-3 м/с и скорости газового потока 3 м/с даже на одной провальной тарелке.

Таким образом, исследован процесс очистки отходящих газов после распылительной сушки при получении на основе низкомолекулярных тиомоче-вино-формальдегидных соединений и ацетатов меди, кобальта, цинка от пыли продукта и формальдегида.

Установлено, что в прямоточном скруббере с витающей кольцевой насадкой при плотности орошения (4,4-5,5)-10-3 м/с и скорости газового потока 9-10 м/с достигается высокая степень улавливания пыли продукта, равная 97-99%. Определено, что высокая степень улавливания формальдегида в противоточ-ном скруббере с провальной шаровой тарелкой водным раствором тиомочевины концентрацией 30% достигается при скорости газового потока 2,0-3,0 м/с и плотности орошения (3-6)10-3 м/с.

№ 12

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

• 7universum.com

декабрь, 2018 г.

Список литературы:

1. Базелин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии. - М.: Просвещение, 1980. -271 с.

2. Газоочистка в производстве мочевино-формальдегидных удобрений / В.И. Левш, С. Усманов, В.Г. Синоли-ций и др.//Узбекский химический журнал. - 1985. - № 2. - С. 50-56.

3. Губен-Вейль. Методы органической химии. Методы анализа. - М.: Гос. науч.-техн. издат. хим. лит., 1963. -

4. Исаков Х., Аскаров И.Р., Усманов С. Исследование процесса получения стимуляторов роста растений на основе диметилолтиомочевины и ацетатов меди, кобальта и цинка в распылительной сушилке // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2017. - № 6 - С. 14-18.

5. Левш В.И., КушнерН.И. «Современные машины и аппараты химических производств». // Мат-лы 2-й Все-

союз. науч.конф. - Чимкент: Б. и., 1980. - С. 417-420.

6. Синолиций В.Г. Разработка безотходной технологии мочевино-формальдегидного удобрения: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Ташкент, 1985. - 30с.

7. Тогатаев Т. Разработка технологии стимуляторов роста растений на основе монометилолтиомочевины и ацетатов меди, кобальта и цинка: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Ташкент, 1993. - 30с.

1032 с.