ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Конденсация парообразных примесей

Конденсационную обработку отбросных газов обычно включают в тех­нологический цикл, если процесс сопровождается ощутимыми потерями проме­жуточных или конечных продуктов. Часто посредством конденсации улавливают и возвращают в технологический процесс пары растворителей, удаляемых с по­верхности изделий после нанесения функциональных, защитных и окрашиваю­щих слоев. Иногда конденсацию применяют для извлечения из газового потока ценных (дорогостоящих) или особо опасных веществ. При экономически и тех­нически приемлемых параметрах рабочей среды можно перевести в конденси­рованное состояние пары легкокипящих соединений (обычно используемых в качестве растворителей) с концентрациями не ниже 5...10 г/м. Конденсация бо­лее разбавленных загрязнителей представляет технически сложную задачу и требует значительных затрат.

Степень улавливания (глубина извлечения) загрязнителя зависит от степени охлаждения и сжатия газовых выбросов. В производственных условиях температуру и давление принимают такими, чтобы энергозатраты на конденса­цию составляли незначительную долю общих затрат на технологию. Поэтому степень извлечения даже дорогостоящих продуктов назначают невысокой, как правило, в пределах 70...80%. По этой же причине использовать конденсацию в качестве самостоятельного средства санитарной очистки (т. е. с глубиной из­влечения до санитарных норм) неприемлемо.

В то же время конденсационная обработка может успешно применяться в многоступенчатых схемах очистки выбросов. Существуют три направления в области газоочистки, где конденсация не только полезна, но и необходима. Это - предварительное осаждение основной массы паров загрязнителей пе­ред адсорберами при высокой степени загрязнения выбросов;

- парциальное извлечение паров, содержащих соединения фосфора, мышь­яка, тяжелых металлов, галогенов перед термообезвреживанием смеси загрязните­лей;

- конденсация загрязнителей после химической обработки с целью перевода в легкоконденсируемые соединения, например, после хемосорбционных аппаратов.

Конденсация может быть применена для обработки систем, содер­жащих пары веществ при температурах, достаточно близких к их точке ро­сы. Этот метод наиболее эффективен в случае углеводородов и других ор­ганических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипе­ния, при обычных условиях и присутствующих в газовой фазе в относи­тельно высоких концентрациях. Для удаления загрязнителей, имеющих достаточно низкое давление пара при обычных температурах, можно ис­пользовать конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Для бо­лее летучих растворителей возможна двухстадийная конденсация с ис­пользованием водяного охлаждения на первой стадии и низкотемператур­ного - на второй. Максимальное снижение содержания инертных или не­конденсирующихся газов в обрабатываемой смеси позволяет облегчить проведение процесса концентрации и повысить ее экономическую эффек­тивность, поскольку дает возможность исключить необходимость охлаж­дения до очень низких температур, соответствующих точке росы.

Конденсация может быть применена для предварительной обработки газов, при которой выделяются ценные растворители и уменьшается коли­чество загрязнителей перед последующей стадией обработки. Парциальная конденсация может найти применение в тех случаях, когда обрабатывае­мый газ не выбрасывается, а снова возвращается в процесс или использу­ется в процессе дожигания. Предварительная обработка конденсацией це­лесообразна в тех случаях, когда перед основной обработкой газовой поток необходимо охладить, например, при осуществлении адсорбции.

При охлаждении многокомпонентной газовой смеси, содержащей обычные неконденсирующиеся газы, охлаждение смеси сначала происхо­дит за счет конвекции, а теплосодержание передающей поверхности (стен­ка трубы в поверхностном конденсаторе либо капля или пленка хладоаген - та при непосредственном контакте) уменьшается до тех пор, пока газовая фаза не насыщается одним или несколькими из ее конденсируемых компо­нентов. При дополнительном охлаждении конденсируемые газы диффун­дируют к теплопередающей поверхности, где происходит их конденсация с выделением скрытой теплоты. Начальная точка росы или температура насыщения для каждого компонента может быть определена из кривой за­висимости температуры от давления пара для данного компонента при из­вестной величине его мольной доли в парах:

.К4 • P = (Ра)п, (8.1)

Где yA - мольная доля компонента А в парах; Р - суммарное абсолютное давление газа; (РА)п - парциальное давление компонента А в парах.

Компонент А начинает конденсироваться, когда температура газа снижается до температуры, при которой компонент А имеет давление пара Ра = (Ра)п.

После начала конденсации температура газа будет понижаться толь­ко по мере отвода соответствующего количества тепла и скрытой теплоты, вследствие которого в процессе снижения температуры газ будет оставать­ся насыщенным компонентом А.

Поскольку пары вещества А должны диффундировать к теплопере - дающей поверхности, процесс контролируется тепло - и массапереносом. В системе, содержащей другие конденсирующиеся компоненты (В, С и т. д.), каждый из этих компонентов начнет конденсироваться тогда, когда газ станет насыщен этим компонентом, и для него будет выполняться соотношение парциальных давлений, аналогичное Ра = (РА)п.

Для определения температуры, до которой нужно охладить газ, что­бы достичь после обработки требуемое содержание компонента А, исполь­зуются следующие уравнения:

Ыг = Ыг; (Ул)г-Р = (Рл)г, (8.2)

Где (л)г - допустимая объемная доля компонента А в газовых выбросах; (ул)г - допустимая мольная доля компонента А в выбросах; Р - абсолютное парциальное давление газа; (Рл)г - допустимое давление пара компонента.

Необходимая температура газа представляет собой температуру, при которой давление пара компонента А равно величине (Рл)г на кривой дав­ления пара. В присутствии нескольких компонентов улавливание осущест­вляется по компоненту, требующему наиболее низкой температуры.