Download
1 / 100
1.04k likes | 1.4k Views
METODY DEZODORYZACJI. METODY DEZODORYZACJI. Wstęp – o konieczności kompleksowej analizy możliwości zmniejszania uciążliwości, specyfika dezodoryzacji gazów odlotowych Metody „końca rury”: - absorpcja, - adsorpcja, - biofiltracja, - spalanie,
E N D
METODY DEZODORYZACJI Wstęp – o konieczności kompleksowej analizy możliwości zmniejszania uciążliwości, specyfika dezodoryzacji gazów odlotowych Metody „końca rury”: - absorpcja, - adsorpcja, - biofiltracja, - spalanie, i inne
WSTĘP • Ograniczanie zapachowej uciążliwości polega na: • zapobieganiu emisji odorantów, • zapewnianiu niezbędnej odległości źródeł od osiedli mieszkalnych (plany zagospodarowania), • zmniejszeniu intensywności / uciążliwości zapachu bez usuwania odorantów (np. domieszki maskujące lub neutralizujące, przekształcenie uciążliwych zanieczyszczeń w bezwonne lub mniej uciążliwe) • zmniejszaniu stężenia odorantów w punkcie emisji - przez rozcieńczanie, • - przez usuwanie wszystkich lub części zanieczyszczeń, • stosowaniu odpowiednio wysokich kominów.
Techniki „końca rury” powinny być stosowane po wyczerpaniu możliwości zapobiegania uciążliwym emisjom.
Podstawa: Valentin 1990: „MAKING CHEMICAL-PROCESS PLANTS ODOR-FREE”
Najważniejsze różnice między usuwaniem określonych zanieczyszczeń ze strumieni odlotowychi dezodoryzacją tych gazów • Dezodoryzacja powinna umożliwiać osiąganie stężeń wylotowych mniejszych od progów wyczuwalności poszczególnych zanieczyszczeń (stężenia często wielokrotnie mniejsze od ppm!) • Miarą skuteczności dezodoryzacji nie jest zmiana stężenia odorantów, ponieważ intensywność zapachu nie jest proporcjonalna do stężenia odorantu • Nie jest znana zależność intensywności zapachu od proporcji między składnikami mieszanin (nie są możliwe do przewidzenia efekty usunięcia określonej grupy zanieczyszczeń)
Najważniejsze różnice między usuwaniem określonych zanieczyszczeń ze strumieni odlotowychi dezodoryzacją tych gazów
Najważniejsze różnice między usuwaniem określonych zanieczyszczeń ze strumieni odlotowychi dezodoryzacją tych gazów
IZOTERMY ROZPUSZCZALNOŚCI GAZU W CIECZY Równowaga procesu absorpcji jest często opisywana równaniem: gdzie: Hc,i – współczynnik nazywany stałą Henry’ego, pi,r –ciśnienie cząstkowe składnika i w fazie gazowej w stanie równowagi, ci,r –stężenie molowe składnika i w fazie ciekłej w stanie równowagi. W układach zależnąrzeczywistych współczynnik Hc,i jest wielkością zmienną, zależnąna przykład od stężeńinnych składników układu: Hc,i = f (c1, c2, ...) p, T = const
W wypadkach rzeczywistych skuteczność oczyszczania gazów metodą absorpcji zależy nie tylko od współczynników podziału poszczególnych zanieczyszczeń w określonych warunkach fizycznych (p, T). Osiągnięcie stanu równowagi wymaga często nieracjonalnego wydłużenia czasu kontaktu faz ze względu na małą prędkość absorpcji. Na rysunku przedstawiono zmiany stężenia składnika i w tych warstewkach (ci pi) oraz sposób zdefiniowania zastępczej grubości obu warstewek: xc i xg. Zakłada się, że na granicy między warstewkami osiągane są stężenia pi,r i ci,r, charakterystyczne dla stanu termodynamicznej równowagi: pi,r = f(ci,r).
Ilości przenoszone przez obie warstewki (Ni) muszą być jednakowe: Ni = kg (pi – pi,r) = kc (ci – ci,r) co pozwala stwierdzić, że: Zależność ta umożliwia graficzne zilustrowanie udziałów obu warstewek laminarnych w ogólnym oporze dla przenikania masy.
Stan równowagi (pi,r, ci,r) przy ustalonym stosunku współczynników wnikania kc / kg. Opory wnikania po stronie gazu (Rg) i cieczy (Rc) w przypadku: b - złej rozpuszczalności związku i w cieczy, c - dobrej rozpuszczalności związku i w cieczy A – stężenie w obszarze burzliwym, B – stężenie na granicy faz (stan równowagi) a b c
W wypadku absorpcji zanieczyszczeń słabo rozpuszczalnych w wodzie zalecane jest zwiększenie turbulencji fazy ciekłej. Celowe jest wówczas wykorzystanie aparatów barbotażowych, w których ciecz jest intensywnie mieszana przez drobne pęcherzyki gazu. Korzystne jest też zastosowanie cieczy absorpcyjnych zawierających reagenty chemiczne, na przykład związki utleniające lub neutralizujące absorbaty (chemisorpcja). Sprawia to, że przenikaniu zanieczyszczenia gazu do fazy ciekłej nie towarzyszy zmniejszanie się siły napędowej dyfuzji – gradientu stężeń (pierwszy etap regeneracji sorbentu zachodzi równocześnie z absorpcją). W niektórych wypadkach stosowane są też procesy wielostopniowe, w których etap absorpcji jest poprzedzony etapem reakcji chemicznych w fazie gazowej (np. ozon, chlor lub dwutlenek chloru).
Jeżeli absorbowane zanieczyszczenia są dobrze rozpuszczalne w cieczy, opór przenikania masy występuje przede wszystkim po stronie gazowej. Wskazane jest stworzenie warunków burzliwego przepływu gazu wśród kropli cieczy. Stosowane są aparaty rozpryskowe. Zwiększenie powierzchni ciecz-gaz uzyskuje się dzięki rozdrobnieniu kropel (natrysk przez dysze, atomizery lub wirujące elementy rozpryskujące). TYPOWE SKRUBERY ROZPRYSKOWE (ZRASZACZE): a) przeciwprądowa kolumna rozpryskowa, b) poziomy absorber z krzyżowym przepływem faz, c) skruber cyklonowy
Atomizery są instalowane w przewodach wentylacyjnych (kuchnie, restauracje, hotele, zakłady rzemieślnicze,...). W tych wypadkach bywa wytwarzana mgła roztworów reagentów chemicznych, na przykład związków neutralizujących. Często stosowanymi reagentami są związki utleniające, takie jak woda utleniona lub ozon (wytwarzany w kanale wentylacyjnym pod wpływem lamp UV lub w odrębnym generatorze). Dezodoryzację gazów zawierających duże ilości amin i amoniaku prowadzi się z użyciem roztworów zawierających kwas octowy. Odmianą skruberów rozpryskowych są urządzenia „dry-scrubbing”(metoda „półsucha”), w których rozpryskiwany roztwór sorpcyjny (lub zawiesina) zawiera składniki reagujące z zanieczyszczeniami gorącego gazu odlotowego. Po absorpcji zanieczyszczeń i reakcji woda odparowuje. Ochłodzony gaz, zawierający produkty reakcji w postaci pyłu,jest kierowany do filtrów elektrostatycznych lub workowych.
Za rodzaj rozpryskowego „skrubera bez ścian” można uznać systemy ograniczania niezorganizowanej emisji odorantów zwane „barierami antyosmicznymi”. Uciążliwość zapachu takich obiektów, jak składowiska odpadów komunalnych, oczyszczalnie ścieków, kompostownie, fermy hodowlane i inne, może być ograniczona dzięki wytwarzaniu mgły bezpośrednio nad powierzchnią wydzielającego odoranty materiału lub na jej obwodzie. Dostępne w handlu preparaty zawierają środki powierzchniowo czynne, które ułatwiają rozwinięcie powierzchni wymiany masy w strefie mgły, utrwalają stan gazozolu i sprzyjają sorpcji zanieczyszczeń powietrza (związków polarnych). Zależnie od rodzaju i wielkości instalacji stosuje się wysokociśnieniowe systemy rozpylające lub małe urządzenia niskociśnieniowe (ULV – Ultra Low Volume) – przenośne lub przewoźne. Wchodzące w skład lekkich urządzeń przewoźnych giętkie węże z wmontowanymi atomizerami (od kilku do kilku tysięcy dysz) umożliwiają doraźne uruchamianie barier osmogenicznych, na przykład po zawietrznej stronie okresowego źródła zanieczyszczeń powietrza.
Bardzo popularne kolumny absorpcyjne z wypełnieniem są użyteczne w wypadku podobnych oporów wymiany masy po obu stronach granicy faz. W kolumnach z wypełnieniem można doprowadzić do intensywnego mieszania gazu i cieczy – warunkiem jest prawidłowy dobór wypełnienia i natężeń przepływu obu faz. Podobnie jak w wypadku absorberów rozpryskowychmoże być celowe wstępne utlenianie usuwanych zanieczyszczeń w fazie gazowej oraz stosowanie chemisorpcji. ABSORBERY Z WYPEŁNIENIEM (przykłady): a) przeciwprąd, wypełnienie stałe, b) przeciwprąd, wypełnienie ruchome, c) przepływ krzyżowy, wypełnienie stałe, d) elementy typowych wypełnień
Oczyszczane gazy są zwykle zanieczyszczone mieszaninami związków o różnych właściwościach (rozpuszczalności w wodzie, kwasowości/zasadowości itp.). Przeważnie nie są dostępne informacje o równowagach ciecz-gaz, współczynnikach wnikania itp.. Często stosuje się wielostopniowe instalacje absorpcyjne (parametry dobierane eksperymentalnie).
Przykład 1 Przewoźna instalacji doświadczalna laboratoryjna testowana w wytwórni mączki rybnej PPDiUR ODRA w Świnoujściu (zestaw trzech kolumn pianowych; absorpcja + utlenianie NaOCl)
Schemat instalacji doświadczalnej testowanej w zakładzie utylizacji odpadów mięsnych. (kolumna o wysokości około 10 metrów i średnicy 1,5 m; absorpcja + utlenianie H2O2) Przykład 2
OCZYSZCZANIE GAZÓW ODLOTOWYCH Z WYTAPIALNI TŁUSZCZU ZWIERZĘCEGO; I, II - stopnie absorbera; stężenia zanieczyszczeń: przed oczyszczaniem – w polu białym, po oczyszczaniu – pole bezwypełnienia
Przykład 4 Dezodoryzacja gazów z biologicznej oczyszczalni ściekóww trójstopniowym absorberze z krzyżowym przepływem faz (absorpcja + utlenianie NaOCl) Uwaga! Możliwa emisja wtórna
Przykład 3 Schemat instalacji do dezodoryzacji gazów metodąFresenius-S-KT (absorpcja + ozonowanie)
Przykład 5 Schemat instalacji do dezodoryzacji gazów odlotowych z wytwórni mączki rybnej (absorpcja + ozonowanie)
ABSORPCJA ADSORPCJA
Podstawy procesu Cząsteczki gazu lub cieczy, które znajdują się w pobliżu powierzchni ciała stałego, ulegają działaniu sił powierzchniowych. Siła tego oddziaływania zależy od właściwości obu ośrodków i tworzących je cząsteczek. Sprawia to, że na granicy między fazami tworzą się warstewki o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Ich powstawanie wywołuje zróżnicowane efekty energetyczne – zależne od rodzaju powstających wiązań adsorbatu (cząsteczek adsorbowanych) z powierzchnią adsorbenta (ciała stałego).
Z tego punktu widzenia wyodrębnia się adsorpcję „fizyczną” i „chemisorpcję”. Adsorpcja fizyczna jest wywołana siłami przyciągania międzycząsteczkowego. Jej energetyczne efekty są podobne do efektów sublimacji lub kondensacji par, a powstające na powierzchni sorbentu warstewki przypominają ciecz: „dwuwymiarową” (warstewki jednocząsteczkowe) lub „trójwymiarową” (układy wielowarstwowe). Adsorpcja chemiczna (chemisorpcja) zachodzi wskutek tworzenia się wiązań chemicznych między cząsteczkami adsorbatu i powierzchni ciała stałego, z czym wiąże się wydzielanie większych ilości ciepła (ciepło reakcji chemicznych).
Izoterma Langmuira to podstawowa izoterma adsorpcji wprowadzona w 1916 r. przez Irvinga Langmuira, laureata nagrody Nobla w 1932 r. Ta teoria kinetyczna zakłada, że adsorbat może tworzyć na powierzchni adsorbentu tzw. monowarstwę cząsteczek oddziaływających z miejscami adsorpcyjnymi, a nie oddziaływajacymi ze sobą). Cząsteczki adsorbatu obecne w fazie gazowej uderzają w powierzchnię - prawdopodobieństwo zaadsorbowania rośnie wraz z dostępną wolną powierzchnią. Zaadsorbowane cząsteczki charakteryzuje pewne prawdopodobieństwo desorpcji. Oba prawdopodobieństwa zależą od temperatury i wielkości energii adsorpcji. Wraz z ciśnieniem rośnie częstość uderzeń cząsteczek w powierzchnię, a wraz z ilością zaadsorbowanych cząsteczek maleje dostępna powierzchnia. Z Wikipedii
Izoterma Langmuira Z Wikipedii
Izoterma Langmuira Nads = kads p (1 – Ѳ) Ndes = kdesѲ Nads = N des k ads p (1 - Ѳ) = kdes Ѳ k ads / kdes = K Kp (1 - Ѳ) = Ѳ K p - K p a/am = a/am Ѳ = a / am K p am – K p a = a a = am K p/ (1 + K p) Z Wikipedii
Izoterma Langmuira a = am K p/ (1 + K p) a - adsorpcja rzeczywista am - wielkość adsorpcji przy zapełnieniu warstwy K - stała równowagi adsorpcji p - ciśnienie Z Wikipedii
Izoterma Langmuira a = am K p/ (1 + K p) a - adsorpcja rzeczywista am - wielkość adsorpcji przy zapełnieniu warstwy K - stała równowagi adsorpcji p - ciśnienie Z Wikipedii
Izoterma Freundlicha równanie o charakterze eksperymentalnym dobrze opisujące adsorpcję na powierzchniach heterogenicznych (energetycznie niejednorodnych) oraz na adsorbentach mikroporowatych. a = k p 1 / n a = am (K p)m a = am (p / ps)m gdzie: a - adsorpcja rzeczywista, am - wielkość adsorpcji odpowiadająca zapełnieniu warstwy adsorpcyjnej lub zapełnieniu mikroporów, k - stała, K - stała równowagi adsorpcji, p - ciśnienie adsorbatu, x = p/ps - tzw. ciśnienie względne (ps - ciśnienie pary nasyconej), n,m - parametry heterogeniczności (m = 1/n ≤ 1 - im wartość m jest mniejsza tym większa jest niejednorodność energetyczna układu adsorpcyjnego). Z Wikipedii
