Рекуперация паров органических растворителей в аппаратах вихревого типа

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 66.074.5.081.3

М. Р. Вахитов, А. Н. Николаев

РЕКУПЕРАЦИЯ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ В АППАРАТАХ ВИХРЕВОГО ТИПА

Ключевые слова: абсорбция, пары ацетона, прямоточно-вихревые контактные устройства.

Представлены результаты исследования кинетики абсорбции паров органических растворителей на примере абсорбции паров ацетона из воздуха водой в аппарате с двумя прямоточно-вихревыми контактными устройствами диаметром 65 мм и высотой 250 мм, а также результаты измерений эффективности контактных устройств при абсорбции паров ацетона из воздуха водой

Keywords: absorption, vapours of acetone, single-pass vortex contact devices.

Results of investigations of kinetics of absorption of vapours of organic solvents on the example of absorption of vapours of acetone from air by water in an apparatus with two single-pass vortex contact devices 65 mm in diameter and 250 mm in height are presented. The results of measurements of effectiveness of contact devices during absorption of vapours of acetone from air by water are also presented.

Очистка промышленных газовых выбросов от паров органических растворителей является одной из острейших проблем, поскольку в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни тысяч тонн органических растворителей в газообразном состоянии. Очистка промышленных газовых выбросов от паров органических растворителей предполагает их извлечение из воздуха путем абсорбции или адсорбции и последующее укрепление раствора методом ректификации с целью их возвращения в технологический процесс.

Установка очистки промышленных газовых выбросов от паров органических растворителей и их регенерации с целью повторного использования в технологическом процессе с использованием в качестве абсорбера и десорбера многоступенчатых аппаратов прямоточно-вихревого типа [1,2] представлена на рис.1.

Рис. 1 - Установка рекуперации паров органических растворителей из газовых выбросов: 1 - абсорбер, 2 - ректификационная колонна, 3 - дефлегматор, 4 - кипятильник, 5, 6 - теплообменники, 7 - насосы. I - газ на очистку, II - очищенный газ, III - насыщенный абсорбент, IV - органический растворитель, V - регенерированный абсорбент, VI - водяной пар

Особенность работы установки заключается в том, что после разделения абсорбента и растворителя в ректификационной колонне абсорбент вновь подается на орошение абсорбера. Это позволяет организовать замкнутый цикл, исключив сброс использованного абсорбента в систему очистки стоков промышленного предприятия и тем самым практически полностью исключить его расход. При такой организации процесса очистки промышленных газовых выбросов от паров органических растворителей можно использовать любой пригодный для этих целей поглотитель.

Исследование кинетики абсорбции паров органических растворителей проводилось на примере абсорбции паров ацетона из воздуха водой в аппарате с двумя прямоточно-вихревыми контактными устройствами диаметром 65 мм и высотой 250 мм. Контактные устройства были оснащены завих-рителями потока тангенциально-лопаточного типа с живым сечением 0,001 м2 и сепараторами тороидального типа. Воздух в аппарат подавался вентилятором высокого давления, а его расход измеряли нормальной остроугольной диафрагмой. Температура воздуха поддерживалась равной 20 + 0,5оС с помощью электрокалорифера. Орошение аппарата осуществлялось конденсатом водяного пара также с температурой 20оС. Расход орошения контролировался ротаметрами. Жидкий ацетон распылялся в поток воздуха в воздуховоде, а его расход контролировался реометром. Перед поступлением в аппарат воздух насыщался парами воды. Пробы жидкости на входе и на выходе из контактных устройств отбирались с помощью пробоотборников. Содержание ацетона в воде измерялось на рефрактометре ИРФ-23. Измерения проводились в интервале скорости газа в контактном устройстве 20 - 38 м/с и плотности орошения 1,3 - 3,1 м3/м-час.

Концентрация ацетона в воздухе на входе в контактные устройства определялась исходя из его количества, введенного в поток, а концентрация

ацетона в воздухе на входе рассчитывалась по материальному балансу

С

Эффективность контактных устройств определялась из выражения

Еу= Ун7; .,

Ун -У К

где у * ) - концентрация ацетона в воздухе, равновесная с концентрацией ацетона в жидкости, покидающей контактное устройство, кг/м3.

Результаты измерений эффективности контактных устройств при абсорбции паров ацетона из воздуха водой представлены на рис. 2.

Lm/Gm

Рис. 2- Зависимость эффективности вихревых контактных устройств от весового соотношения потоков для абсорбции ацетона из воздуха водой при скоростях воздуха на входе в завихритель: 1 - 20 м/с, 2 - 30 м/с, 3 - 40 м/с

Исследование кинетики процесса ректификации смеси ацетон-вода в прямоточно-вихревых контактных устройствах проводилось на опытной установке, состоящей из колонны, куба и дефлегматора, выполненных из нержавеющей стали. Колонна диаметром 180 мм состояла из нескольких царг и имела 3 контактных ступени с расположенными на них двумя контактными устройствами диаметром 65 мм и высотой 250 мм. Контактные устройства были оснащены завихрителями потока тангенциального типа с живым сечением 0,001 м2. Куб емкостью 120 литров имел 6 автономных электронагревателей общей мощностью 40 кВт. Регулировка теплового потока в кубе осуществлялась автотрансформаторами. Дефлегматор представлял собой горизонтальный одноходовый кожухотрубный теплообменник с поверхностью теплообмена 6 м2. Расход воды в дефлегматоре устанавливался таким образом, чтобы температура флегмы была на несколько градусов ниже температуры кипения смеси и измерялся нормальной остроугольной диафрагмой. При работе установки часть конденсата из дефлегматора подавалась на орошение колонны, а остаток сливался в куб. Расходы потоков контролировались

ротаметрами. В верхней части установки был установлен клапан для удаления воздуха из системы при ее запуске. Труба, соединяющая колонну с дефлегматором, подогревалась для предотвращения частичной конденсации паров легколетучего компонента (ЛЛК). Подогревался также поток флегмы перед поступлением в колонну. Температура потоков пара и жидкости на контактных ступенях, а также в кубе и дефлегматоре измерялись хромель-копелевыми термопарами и регистрировались потенциометром Э1II1-09. Отбор проб пара и жидкости производился со средней ступени через пробоотборники с притертыми кранами. Пробы пара конденсировались в шариковых холодильниках и термостатировались, так же как и пробы жидкости. Измерение концентрации ЛЛК в смеси производилось на рефрактометре ИРФ - 23. Исследования проводились при концентрациях ацетона в смеси от 0,005 до 0,85 мольн. доли в интервале соотношения весовых потоков пара и жидкости Ст/Ьт = 1,0 - 2,3. Градуировка ротаметров проводилась на воде при температуре 20оС с последующим пересчетом на реальную смесь.

Эффективности контактных устройств Еу

определялись из выражения (2), где ун и ^ принимались равными концентрациям ЛЛК в паре на входе в контактный элемент и на выходе из него, а к - концентрации ЛЛК в жидкости, покидающей контактное устройство.

Результаты измерения эффективности пря-моточно-вихревых контактных устройств при разделении смеси ацетон-вода представлены на рис. 3.

0,8

0,7

0,6

0,5

\

гЧ utr-j о о О

0 2 4 6 8 10 mG/L

Рис. 3 - Зависимость эффективности вихревых контактных устройств от фактора тО/Ь при ректификации смеси ацетон - вода

Литература

1. А.Н. Николаев, О.В. Козулина, Р.Р. Фатыхов, Вестник Казанского технологического университета, 3, 155-160 (2011).

2. Р.Р. Фатыхов, О.В. Козулина, А.Н. Николаев, Вестник Казанского технологического университета, 8, 144-149 (2011).

0,8

0.6

0.4

0,2

0,5

1,0

1,5

© М. Р. Вахитов - магистрант кафедра «Оборудования пищевых производств» КИТУ, opp-srv@rambler.ru; А. Н. Николаев -профессор, зав. каф. «Оборудования пищевых производств» КНИТУ.

© M. R. Vakhitov, magistrant, «Equipment for food production» department, KNRTU, opp-srv@rambler.ru; A. N. Nikolaev, head of department, professor, «Equipment for food production» department, KNRTU.