Методы очистки газов от пыли.

Работа пылеулавливающих аппаратов основана на: - гравитационное осаждение под действием сил тяжести – осаждение под действием центробежных сил – инерционное осаждение – зацепление(если расстояние от частицы, движущейся вместе с газовым потоком до обтекаемого тела, равно ее радиусу или меньше его) – диффузионное осаждение – электрическое осаждение (при ионизации газа, частицы осаждаются на электродах)

Аппараты пылеулавливания: * механические: - циклоны – вихревые – ротационные – радиальные * гидравлические: центробежные – механические – турбулентные – скрубберы – пенные * Фильтрационные: - тканевые фильтры – зернистые – волокнистые.

Метод конденсации: применяют для улавливания паров и летучих растворителей. В основе метода лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Достоинства: простота аппаратурного оформления и эксплуатации установки. Недостатки: взрывоопасность процесса, высокие расходы холодильного реагента и электроэнергии, низкий вывод растворителей.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящихся под высоким давлением. Недостатки: сложность аппаратурного выполнения, невозможность работы с парами с низкой концентрацией.

57. Абсорбционные методы очистки газов(SO(2), N(x)O(y), H(2)S)

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителей и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы делятся на физическую и химическую абсорбцию. Для физической абсорбции применяют поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При химической абсорбции извлекаемые компоненты вступают в химическую реакцию с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости.

Известняковые и известковые методы

Очистка от SO(2).

Абсорбция SO(2) сульфитом натрия: метод двухстадийный -

---Na(2)SO(3) + SO(2) + H(2)O  2NaHSO(3) ---

--- 2NaHSO(3)  SO(2) + H(2)O + Na(2)SO(3) ---

Вторая стадия – регенерация сульфата натрия – проводится при температуре 130 гр, при этом выделяются газообразный S)(2). Охлажденный раствор сульфата натрия снова возвращается на абсорбцию, а SO(2) направляется на переработку в серную кислоту.

Аммиачный способ улавливания SO(2):

--- SO(2) + NH(4)OH = NH(4)HSO(3) ---

--- (NH(4))(2)SO(3) + SO(2) + H(2)O = 2NH(4)HSO(3) --- при нагревании бисульфат аммония разлагается:

--- 2NH(4)HSO(3)  (NH(4))(2)SO(3) + SO(2) + H(2)O ---

Высокая степень улавливания SO(2).

Магнезиальные методы.

Диоксид серы поглощается суспензией оксиды-гидроксиды магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфата магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SO(2) – содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают в абсорбцию. Реакции в абсорбере:

--- MgO + SO(2) = MgSO(3)--- MgSO(3) + SO(2) + H(2)O = Mg(HSO(3))(2)---

Бисульфат магния нейтрализуется добавкой соответствующего количества свежего оксида магния:

---Mg(HSO(3))(2) + MgO = 2MgSO(3) + H(2)O --- Осадок подвергается термической обработке (800 – 900гр.) ---MgSO(3)MgO + SO(2)---

Оксид магния возвращается на абсорбцию,SO(2) перерабатывается в серную кислоту или в серу. Фосфатный метод – абсорбция SO(2) водным раствором фосфата натрия. Кислотно-каталитический – применение разбавленной H(2)SO(3) в качестве катализаторов. Озоно-каталитический. Радиционно-каталитический - использование органических сорбентов.

Очистка от газов и оксидов азота.

Проблема – низкая химическая активность и растворимость оксидов азота. Для абсорбции используют воду, растворы щелочей, кислоты и окислители.

Абсорбция водой: в газовую фазы выделяется часть менее опасного оксида азота, скорость окисления которого мала:

--- 3NO(2) + H(2)O →< 2HNO(3) + NO + Q --- Утилизация оксидов:

--- NO + H(2)O(2) → NO(2) + H(2)O ---

--- 3NO(2) + H(2)O → 2HNO(3) + NO---

--- N(2)O(3) + H(2)O(2) → N(2)O(4) + H(2)O---

--- H(2)O(4) + H(2)O → HNO(3) + HNO(2)---

Абсорбция щелочами: Реакции хемосорбции:

--- N(2)O(3) + NaCO(3) = 2NaNO(2) + CO(2) + Q ---

--- N(2)O(3) + Ca(OH)(2) = Ca(NO(2))(2) + H(2)O ---

--- 2NO(2) + Na(2)CO(3) = 2NaNO(2) + H(2)O ---

Селективные абсорбенты.

Для очистки газов при отсутствии кислорода используют растворы FeSO(4), FeCl(2), Na(2)SO(3), Na(2)S(2)O(3)… Протекают следующие реакции:

--- FeCl(2) + NO → < Fe(NO)Cl(2) --- FeSO(4) + NO →< Fe(NO)SO(4)---

Применение растворов восстановителей:

--- 2Na(2)S(2)O(3) + 6NO = 3Na(2)SO(4) + 2SO(2)---

Очистка газов от сероводорода. Газы содержащие H(2)S – коррозийно-активны. Мышьяково-щелочные методы. Применяют водный раствор кальцинированной соды и мышьяка, содержащий 10 – 18 г/л мышьяковистого ангидрида As(2)O(3) в виде Na(3)AsO(4), Na(2)HasO(3)…образование поглотительного раствора:

--- 2NaHAsO(3) + 5H(2)S →< Na(4)As(2)S(5) + 6H(2)O ---

Na(4)As(2)S(5) + O(2) →< Na(4)As(2)S(5)O(2) ---

Ba(4)As(2)S(5)O(2) + H(2)S = Na(4)As(2)S(6)O + H(2)O---

--- Na(4)As(2)S(6)O + H(2)S = Na(4)As(2)S(7) + H(2)O ---

Степень очистки 96 – 97%.

Абсорбция этаноламинами.

Для извлечения H(2)S используют моно- и триэтаноламины. Процесс поглощения:

2(OH-CH(2)-CH(2)-NH(2)) + H(2)S =

= OH-CH(2)-CH(2)-NH(3)\S

-- OH-CH(2)-CH(2)-NH(3)\S + H(2)S =

OH-CH(2)-CH(2)-NH(3)/

-- OH-CH(2)-CH(2)-NH(3)/

= 2(OH-CH(2)-CH(2)-NH(3)-HS)

При 25-40 гр. Направление реакции поглощения слева направо, с повышением температуры до 105 гр. – обратное направление с удалением из раствора H(2)S и CO(2).

Фосфатный метод.

Для поглощения H(2)S используется 40-50% растворы фосфата калия:

K(3)PO(4) --- K(3)PO(4) + H(2)S < KHS + K(2)HPO(4) ---

Из растворов сероводород удаляется кипячением.

58. Суть адсорбционных методов очистки газов. Типы адсорбентов.

Адсорбционные методы очистки основаны на поглощении примесей твердыми телами с развитой поверхностью, адсорбентами. Поглощаемые молекулы удерживаются на поверхности твердых тел силами

Ван-дер-Ваальса(физическая адсорбция) или химическими силами(хемосорбция). Стадии адсорбции: - перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела – проникновение молекул газа в поры твердого тела – собственно адсорбция. Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляют из адсорбентов с помощью десорбции инертным газом или паром. Преимущество: высокая степень очистки. Недостатки: “чистые” (сухие и без пыли) газы, небольшая скорость. Адсорбенты – материалы высокоразвитой внутренней поверхностью(природные и синтетические): активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты, иониты. Активированные угли – гидрофобны. Для адсорбции газов и паров используют микропористые гранулированные активированные угли. Силикагели – гидратированные аморфные кремнеземы (SiO(2)nH(2)O), являющиеся реакционно-способными соединениями переменного состава, превращения которых идет по механизму полконденсации. Зазоры м/у частицами образуют пористую структуру селикагеля. Получают путем осаждения аморфного кремнезема из силикатно-щелочных металлов. Служат для поглощения полярных веществ. Алюмогели (Al(2)O(3)*nH(2)O где 0< n < 6) – получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. Используют для улавливания полярных органических соединений и осушки газов. Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Характеризуются регулярной структурой пор, соизмеримых с размерами молекул. Общая химическая формула: Me(2/n)C*Al(2)O(3)*xSi(2)*yH(2)O, где Me катион металла, n – его валентность. Получают синтетически и добывают при разработки месторождений. Обладают наибольшей адсорбцией по парам полярных соединений и веществ с кратными связями в молекулах. Иониты - высокомолекулярные соединения с развитой поверхностью.

Каталитические методы.

связанны с химическим превращением токсичных компонентов в нетоксичные в присутствии катализаторов. Аппараты – реакторы различной конструкции. Используются для очистки от: оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей.

Оксид азота восстанавливается газом – восстановителем(CO,CH(4)…) в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов используют различные металлы, которыми покрывают огнеупорные материалы (носители). Часто применяют палладиевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия. Температура 400 470 гр. Реакции: --- 4NO + CH(4) = CO(2) + 2H(2)O + 2N(2) --- 2NO(2) + CH(4) = CO(2) + 2H(2)O + N(2) --- 2NO + 2H(2) = N(2) + 2H(2)O --- 2NO(2) + 4H(2) = N(2) + 4H(2)O --- 2NO + PCO → N(2) + 2CO(2) --- 2NO(2) + 4CO → N(2) + 4CO(2)---

Очистка от оксида углерода является наиболее рациональной. Процесс гидрирования оксида углерода на никелевых и железных катализаторах проводят при высоких давлениях и повышенных температурах: --- CO + 3H(2) = CH(4) + H(2)O --- C)(2) + 4H(2) = CH(4) + 2H(2)O --- 1/2O(2) + H(2) = H(2)O---

Очистка от диоксида серы – основана на принципе окисления SO(2) и SO(3) контактным методом. Используют метод очистки с получением сульфата аммония, который можно использовать как удобрение. SO(2) окисляют до SO(3) в присутствии V(2)O(5) при 450 –480 гр. Затем при температуре 220-260 гр. Вводят газообразный аммиак. Полученные кристаллы сульфата аммония отделяют в циклонах и электрофильтрах.

Каталитическая очистка газов от органических веществ. В качестве катализаторов используют Cu, Cr, Co, Mn, Ni … в отдельных случаях бокситы, цеолиты. Катализаторы условно делятся на: - цельнометаллические (металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на ленты, сетки, спирали из нержавеющей стали) – смешанные (металлы платиновой группы или оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид алюминия, нержавеющую сталь) – керамические (-=-, нанесенные на керамическую основу в виде сот или решеток) – насыпные (гранулы или таблетки из оксида алюминия с нанесенными на него металлами платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, зерна оксидов небл. Мет.) Преимуществом обладают катализатор, нанесенные на мет носители. Они более термостабильны, прочны, с легкой регенерацией.

Очистка газов от серо-органических соединений заключается в их окислении при повышенных температурах. Каталитическое окисление производят кислородом, образованием кислородных соединений серы. В качестве катализаторов процессов гидрирования серо-органических соединений водородом используют контактные массы на основе оксидов Fe, Co, Ni, Cu, Zn. При гидрировании водяным паром используют катализаторы, содержащие в качестве компонента оксид железа.

Задача. Концентрация растворимого соединения А в сточной воде составляет С_А. Во сколько раз необходимо разбавить эту воду, чтобы можно было сливать ее в канализацию, если известна ПДК соединения А?

 

С_нд=0,0005 моль/л m=νM

ПДК_нд=0,0005мг/л m_нд=0,0005*200=0,1 г

 

 

С_NO3-=0.01 моль/л m=νM

ПДК _NO3-=45мг/л m _NO3-=0,01*62=0,62 г

 

 

С_NO2-=0,5 моль/л m=νM

ПДК_NO2-=3,3мг/л m _NO3-=0,5*46=23 г

Задача. В воздухе обнаружено присутствие примесей А, В, С в концентрациях С_А, С_В, С_С. Соотв. ли установленным нормативам качество воздуха, если ПДК этих веществ равны соотв. ПДК_А, ПДК_В, ПДК_С? При ответе учесть эффект суммации.

 

находится по формуле:

если ≤1, то соответствует, если неравенство не выполняется, значит концентрация в воздухе вредных примесей превышает нормам.

Задача. Жесткость некоторого образца воды обусловливается только дикарбонатом магния. При кипячении 0,5 л воды в осадок выпало 14 мг Mg(OH)₂. Чему равна жесткость воды?

Решение 1.

, или

эквивалентной массы, или

0,48 мэкв Mg(OH)₂

В 0,5 л воды содержится 0,48 мэкв Mg(OH)₂,

жесткость воды равна

Решение 2.

В 1 л воды содержится 0,014/0,5 = 0,028 г Mg(OH)₂,

что составляет 0,028/0,029=0,00096 г-экв
или 0,96 мг-экв (29 – эквивалент Mg(OH)₂)

Следовательно, жесткость воды 0,96 мг-экв

Задача. Чему равна жесткость (в ммоль/л) 0,003 М раствора MgCl₂?

 

0,003 М MgCl₂

0,003 М = 0,003 моль/л = 3ммоль/л

 

Задача. На титрование 0,5 л образца воды израсходовано 22,8 мл 0,1 н НС1. Чему равна карбонатная жесткость воды?

V_H2O=0.5 л 0,1н HCl

V_HCl=22,8 мл

Задача. Сколько л 20 % соляной кислоты, плотностью 1,098 г/см³, потребуется для нейтрализации 700л 5 М щелочной сточной воды?

 

1 л раствора имеет массу 1098 г и содержит 1098*0,20=219,60 г HCl, что составляет

C₁V₁ = C₂V₂

700л*5М=Хл*6М

 

 

Задача. Рассчитайте минимальный объем (в литрах) 15 % раствора соды (плотность 1,158 г/мл), необходимый для устранения жесткости 100 л природной воды с содержанием гидрокарбонат-ионов, равным 0,61 г/л.

 

1 л раствора имеет массу 1158 г и содержит 1158*0,15=173,7 г Na₂CO₃

C₁V₁ = C₂V₂

100*0,61=Х*173,7

 

Задача. Диоксид углерода поглощают раствором гидроксида кальция. Вначале образуется осадок, затем он исчезает. Определите общий объем газа (в литрах, н.у.), израсходованный при образовании 74 г осадка.

 

 

 

Задача. Смесь бромидов натрия и калия применяют в медицине как успокоительное средство. Найдите число бромид-ионов, поступивших в организм после приема 10 мл раствора, содержащего по 30 г бромида натрия и бромида калия в 1 л.

ν=30/103=0,29 моль NaBr

ν=30/119=0,25 моль KBr

[Br]^-_общ=0,29+0,25=0,54 моль/л

0,54 моль – 1000 мл

Х – 10 мл

число Br^-=5.4*10^-3=32.5*10²⁰

Задача. Газовая смесь содержит СО2, СО, О2 и N2. При анализе 100 мл смеси методом химического поглощения получены следующие результаты.

Компонент	Количество газа после поглощения, мл
СО2	83,20
О2	82.40
СО	75.60
N2	75,60

Определите количественный состав смеси (объемный %), если происходит последовательное поглощение газов из смеси, a N₂ не поглощается.

 

V_CO2=83,20 мл

V_О2=82,40 мл

V_СО=75,60 мл

V_N2=75,60 мл

V_общ=83,20+82,40+75,60+75,60=316,80 мл

100-(26,3+26+23,9)=23,8% N₂