Введение к работе
Актуальность темы определяется широким практическим использованием органических растворителей (ОР) и значительными их потерями за счет испарения в различных технологических процессах. Только в России эти потери оценивают последнее время в 700-900 гыс.т в год, причем большую их часть представляют ОР, используемые при прсизводстве лакокрасочных материалов.
В отечественной практике рекуперации ОР из воздушных выб-. зосов широкое распространение получил способ адсорбции их паров штивными углями с регенерацией отработанного стационарного слоя юглотителя острым перегретым водяным паром. Однако необходимая і,ля проектировочных расчетов таких процессов информация о равно-ієсньк характеристиках адсорбции паров ОР на наиболее доступных і настоящее время активных углях рекуперационных марок АР-Б И Р-В весьма ограничена. Кроме того, приводимые данные в боль-іинстве случаев получены на углях, регенерированных в жестких словиях, которые, как правило, не могут быть реализованы на ірактике. из-за чрезмерных затрат. Информация о равновесных ха-іактеристиках адсорбции паров ОР на углях, регенерированных в словиях, близких к промышленным, практически отсутствует.
Наряду с этим использование в названных процессах острого одяного пара на стадии десорбции приводит к образованию обвод-енных конденсатов (2-6 кг воды на I кг ОР), потерям раствори-еля из-за реакций гидролиза, вызывает необходимость очистки бразующихся сточных вод и значительного расхода энергий на гадига сушки угля. В этой связи определенный интерес представ-яет термодесорбция поглощенных ОР инертным газом, исключающая Зразование стоков и затраты на сушку угля, хотя опубликование данные недостаточны для инженерного расчета данного процесса.
Цель работы состоит в изучении закономерностей адсорбцион-эго улавливания ОР углями марки АР с термической регенерацией юыщенного поглотителя азотом и разработке на этой основе тех-злогии очистки воздушных выбросов процессов производства и :пользования лакокрасочных материалов.
Научная новизна. Исследованиями равновесия в системах ак-шный уголь (АР-Б, АР-В) - пары органического растворителя щетон, бутилацетат, бутанол,' толуол, ксилол, изопропакол, [йхлоргидрин, циклогексанон) показано 30-50 %-Ное сокращение іглотительной способности адсорбентов, регенерированных в по-
токе азота при 200 С, по сравнению с таковой свежих образцов. Определены коэффициенты адекватно описывающих равновесие уравнений Дубинина-Радупщевича и Кисарова. Оценена удерживающая способность угля АР-В при температурах 100-200 С, установлена ее связь со свойствами адсорбента и адсорбата, а также независимость от скорости потока инерта и размеров слоя поглотителя на стадии его регенерации.
Показана неизменность вида зависимости степени изотермической десорбции слоя насыценного угля от отношения объемов пропущенного азота и слоя поглотителя для слоя любой длины при неизменности прочих параметров, чем обоснована возможность расчета остаточных концентраций целевых компонентов в твердой фазе в любой момент реализации этой стадии рекуперационного цикла. Выявлено наличие оптималь^ ных значений скорости потока инерта, не зависящих от температуры и размеров слоя адсорбента.
Обоснована возможность использования для регенерации адсорбента р^ота, содержащего пары ОР, и определен максимально допустимый уровень концентраций в нем этих паров.
Практическая значимость. Получены данные, необходимые для проектировочных расчетов адсорбционных установок улавливания летучих органических растворителей с циклично используемым активным углем, термически регенерируемым в токе инертного газа. Обоснованы условия, определяющие рациональность проведения регенерации насыщенно-то поглотителя методом термодесорбции азотом.
На примере эпихлоргидркна выполнен технико-окономический анализ влияния значений параметров процессов адсорбции и десорбции на величину затрат на реализацию процесса очистки воздушных выбросов от паров ОР. Как следствие этого анализа предложен способ оценки оптимальных значений параметров стадий адсорбции и десорбции на основе универсального критерия оптимизации, базирующегося на разности между стоимостью рекуперированного растворителя и затратами на проведение процесса очистки воздушного выброса.
На защиту выносятся:
данные по равновесию адсорбции паров ацетона, бутилацетата, бута-нола, изопропанола, толуола, ксилола, циклогексанона и зпихлоргнц-рина на рекуперационных углях АР-Б и АР-В, регенерированных в течение 15 мин при 200 С в потоке азота;
зависимости динамических характеристик процесса адсорбции названными углями от скорости паровоздушных смесей и начальной концентрации в них ОР;
закономерности термодесорбции азотом OP из насыщенного угля в изотермических и неизотермических условиях, а также зависимости удерживающей способности угля от температуры десорбции;
возможность использования зависимостей степени десорбции от температуры и времени десорбции, установленных для изотермической десорбции, для описания десорбции в неизотермическом режиме;
результаты анализа влияния параметров реализации стадий адсорбции и десорбции на экономическую эффективность процесса очистки воздуха от паров ОР;
концепция технологической схемы процесса непрерывной углеад-сорбционной очистки воздушных выбросов от ОР с термической регенерацией насыщенного поглотителя в токе инертного газа.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на зональной конференции "Обезвреживание и регенерация твердых органических отходов и растворителей", Пенза, 1990 г.; научно-практической конференции "Очистка газовых выбросов промышленных предприятий", Тольятти, 1990 г.; научно-техническом семинаре "Современные способы очистки вредных выбросов в атмосферу", Ленинград, 1991 г., конференции "Очистка воздуха и обезвреживание отходящих газов", Пенза, 1991 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 3 4 рисунка, ,J5 таблицы, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 158 наименований, и приложения.