www.referat.ro

Tehnologii de tratare a atmosferei

Proiect de an

Instalaie de separare continu a HCl din efluentul gazos al unei secii de zincare acid prin absorbie n ap

An universitar 2010 2011

CUPRINS

CAPITOLUL 1. TEMA DE PROIECTARE

CAPITOLUL 2.MEMORIU TEHNIC

CAPITOLUL 3. SURSA DE POLUARE

2.1 Procesul tehnologic de zincare slab acida

2.2 Proprietati ale componentului efluentului gazos

2.3 Efectele acidului clorhidric

2.4 Determinarea HCl din aer

CAPITOLUL 4. TEHNOLOGIA ADOPTATA

4.1 Conditii de calitate a aerului

4.2 Variante tehnologice

4.3 Alegerea variantei optime

4.4 Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schemei bloc. Elaborarea schemei tehnologice

CAPITOLUL 5. DIMENSIONAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR

5.1. Tipuri de utilaje. Alegere, descriere

5.1.1 Alegerea tipului de coloana

5.1.2. Alegerea umputurii pentru coloana

5.1.3 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura5.1.4. Materiale de constructie pentru coloane

5.1.5.Probleme de coroziune

5.2. Bilan de materiale pentru absorbie

5.3. Dimensionarea coloanei de absorbie

5.3.1. Calculul diametrului coloanei de absorbie

5.3.2. Calculul nlimii coloanei cu umplutur

5.3.2.1. Calculul coeficientului global de transfer de mas

5.3.2.2. Calculul fortei motrice medii (diferenta medie de potential global)

5.3.3. Calculul inaltimii coloanei

5.4. Dimensionarea racordurilor coloanei de absorbie

5.5. Calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloan

5.6. Dimensionarea pompei centrifuge

5.7 Dimensionarea ventilatorului

5.8 Dimensionarea vasului de neutralizare

5.9. Calculul puterii agitatorului

5.10 Dimensionarea utilajelor de depozitare

5.11. Fie tehnice

CAPITOLUL 6. EXPLOATAREA INSTALATIEI

6.1 Bilantul de masa pentru instalatie

6.2.Consumul de materii prime , auxiliare i utiliti . Consumuri specifice

CAPITOLUL. 7. CONTROLUL, AUTOMATIZAREA SI REGLAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE

CAPITOLUL 8.TEHNICA SECURITATII SI IGIENA MUNCII. MASURI P.S.I.

EPURAREA APELOR REZIDUALE SI PROTECTIA MEDIULUI AMBIANT

CAPITOLUL 9. NOTIUNI DE AMPLASARE A UTILAJELOR SI DE STABILIRE A TRASEELOR RETELELOR DE CONDUCTE

CAPITOLUL 10. SCHITE

CAPITOLUL 11. BIBLIOGRAFIE

Capitolul 1.Tema de proiectare

S se ntocmeasc proiectul de inginerie tehnologic pentru o instalaie de separare continu a HCl din efluentul gazos al unei secii de zincare acid prin absorbie n ap.

Se dau urmtoarele date de proiectare:

presiunea de lucru a coloanei de absorbie: p=1atm

debitul volumetric al efluentului gazos: MV=5400 m3/h

concentraia HCl n amestec gazos iniial: yi=290 mg/m3

gradul de separare al amestecului: =93,9 %

coeficientul de exces al absorbantului: =1,2 concentraia iniial HCl n absorbant: 0%

temperatura absorbantului la intrare: t=200C.

1.1. Memoriu tehnic

Proiectul de tehnologii de protecie a atmosferei are ca tem de proiectare o instalaie de separare continu a acidului clorhidric din efluentul gazos al unei secii de zincare acid prin metoda absorbiei n ap.

Proiectul este prevzut cu 11 capitole, fiecare avnd mai multe subcapitole.

n primul capitol, intitulat "Tema de proiectare" se prezint scopul lucrrii, proiectarea unei instalaii de absorbie a acidului clorhidric i se dau datele de proiectare.

n capitolul 2 este prezentat Memoriul tehnic.

n urmtorul capitol se prezint sursa de poluare: procesul de zincare slab acid (subcapitolul 3.1), proprietile efluentului gazos (acid clorhidric, aer) subcap.3.2, efectele acidului clorhidric (subcap.3.3), metode de determinare ale acidului clorhidric din aer (subcap.3.4).

n capitolul 4 este detaliat tehnologia adoptat: subcapitolul 4.1 trateaz condiiile de calitate ale aerului, subcapitolul 4.2 trateaz variantele tehnologice disponibile de depoluare a fluxurilor gazoase de acid clorhidric, subcapitolul 4.3 prezint justificarea alegerii variantei optime- absorbia, subcapitolul 4.4 prezint descrierea tehnologiei adoptate, elaboreaz schema bloc i schema de tehnologie aleas.

Capitolul 5 se numete "Dimensionarea tehnologic a utilajelor" i cuprinde urmtoarele subcapitole: 5.1 tipuri de utilaje, alegerea lor i descriere acestora ( 5.1.1 alegerea tipului de coloan, 5.1.2 alegerea umpluturii pentru coloan, 5.1.3 alegerea dispozitivelor interioare ale coloanei, 5.1.4 alegerea materialului de construcie pentru coloane, 5.1.5 problemele de coroziune), 5.2 bilanul de materiale n coloana de absorbie, 5.3 dimensionarea coloanei de absorbie ( 5.3.1 calculul diametrului coloanei de absorbie, 5.3.2 calculul nlimii coloanei de umplutur prin 2 metode de calcul, cu 5.3.2.1 calculul coeficienilor de transfer de mas, 5.3.2.2 calculul forei motrice medii, 5.3.3 calculul nlimii coloanei), 5.4 dimensionarea racordurilor coloanei de absorbie, 5.5 calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloan, 5.6 dimensionarea pompei centrifuge, 5.7 dimensionarea ventilatorului, 5.8 dimensionarea vasului de neutralizare, 5.9 calculul puterii agitatorului, 5.10 dimensionarea rezervorului, 5.11 fiele tehnice; acest capitol a avut drept scop calculul tuturor dimensiunilor necesare proiectrii instalaiei.

Urmtorul capitol trateaz probleme de exploatare a instalaiei de absorbie, referitoare la bilanul de mas pentru instalaie (6.1), consumul de materiale prime, auxiliare, i utiliti (6.2).

Capitolul 7 se refer la controlul, automatizarea i reglarea sistemelor tehnologice, cu automatizarea parial a coloanei de absorbie.

Capitolul 8 prezint problemele legate de protecia muncii n instalaii de absorbie i msuri P.S.I.

Capitolul urmtor, capitolul 9, face referiri la noiuni de amplasare a utilajelor i de stabilire a traseelor reelelor de conducte.

Capitolul 10 cuprinde 3 schie ale pieselor desenate: schia instalaiei de absorbie, schia coloanei de absorbie i schia pompei centrifuge.

n capitolul 11 este enumerat bibliografia.

Capitolul 3. Sursa de poluare

3.1. Procesul tehnologic de zincare slab acid

Operaia de zincare este un procedeu de acoperire electrolitic cu un strat de zinc ,a diferitelor piese n scopul protejrii suprafeelor mpotriva coroziunii i n acelai timp pentru a le da un aspect frumos.

Fluxul tehnologic al procesului de acoperiri metalice prin zincare consta n trecerea succesiv a pieselor metalice prin bai n care se desfoar urmtoarele operaii:

Figura 3.1. Fluxul tehnologi al pocesului

Operaia de degresarea chimic se realizeaz cu soluii alcaline puternic tensioactive la o temperatur de 50-600C.Aceast operaie este urmat apoi de splare, apa ce rezult n urma splrii este evacuata n mod periodic n bazinul de captare.

Decaparea se realizeaz cu ajutorul unei soluii de HCl de concentraie de 20-30%, durata acestei operaiei fiind n funcie de calitatea pieselor supuse zincrii. La sfritul acestei operaii piesele care au fost supuse decaprii sunt splate .

Zincarea se realizeaz prin electroliz n soluie slab acid. Anozii formai din zinc pur sunt amplasai pe prile laterale ale bii de zincare iar piesele supuse zincrii se suspend ape bar catodica situat central n baie. Omogenizarea soluiei din baie este asigurat prin barbotarea de aer comprimat.

Pasivarea se realizeaz prin cromare cu reactiv specific n mediu de HNO3. Aceasta operaia ofer o nuan de albastru strlucitor i o bun rezisten la coroziune.

Toate bile sunt prevzute cu sisteme de captare a gazului , gaze care sunt aspirate de un aspirator i trimise la sistemul de epurare al efluentului.

Apele rezultate de la toate bile de splare se colecteaz ntr-un bazin de colectare.

Astfel tehnologia de zincare reprezint o surs de poluare att pentru ap ct i pentru aer.

Poluanii coninui n efluenii gazoi ai atelierului pot fi componeni ai bailor de degresare, decapare, zincare i pasivare care au o tensiune de vapori ridicat.

HCl este principalul poluant coninut n efluentul gazos.

3.2. Proprieti ale componenilor efluentului gazos

3.2.1 Proprietile aerului

Aerul este un amestec de gaze a crui compoziie se menine aproximativ constant (tab.1):

Tabelul 3.1. Compoziia chimic a aerului

GAZE COMUNE, % volGAZE RARE, % vol

N2 78,09H2 5 x 10-5

O2 20,95He 5,2 x 10-4

Ar - 0,93Ne 1,8 x 10-3

CO2 0,03Kr 1 x 10-4

Xe 9 x 10-6

Caracteristicile fizico-chimice ale aerului se raporteaz la condiii normale i anume la temperatur de 0 C i presiune de 760 mm Hg. n aceste condiii , volumul pe care l ocup 1 mol de aer (volumul molar) este de 22,414 cm.

Masa molecular a aerului pur ,far poluani, Maer ,calculat pe baza fraciilor volumice i a maselor moleculare ale gazelor componente este 28,966 g/mol.

Densitatea aerului (greutatea specific), n condiii normale este: aer= 1,293 g/cm (kg/m).

Umiditatea aerului atmosferic este dat de ap existent n compoziia acestuia, sub form de vapori, picturi, cristale, provenit din evaporarea apelor de suprafa (n cea mai mare parte), din stratul superficial al solului , din procesul de transpiraie a plantelor sau din activiti industriale.

Umiditatea aerului poate fi de trei tipuri:

a) umiditatea absolut (Us) cantitatea de ap existent ntr-un volum de aer la un moment dat (g/m3);

b) umiditatea maxim (Um) cantitatea de ap pe care o poate primi un volum de aer la o anumit temperatur (g/m3). Se mai numete i presiune de saturaie cu vapori de ap a aerului la temperatura considerat.

c) umiditatea relativ (Ur) cantitatea de ap existent ntr-un volum de aer atmosferic i raportat la cantitatea maxim pe care ar putea-o cuprinde acelai volum de aer la o anumit temperatur. Altfel spus, umiditatea relativ reprezint raportul dintre umiditatea absolut i umiditatea maxim, respectiv raportul dintre presiunea vaporilor de ap (constatat experimental) i presiunea vaporilor de ap la saturaie.

Umiditatea aerului (respectiv presiunea vaporilor de ap) este strns legat de temperatur.Odat cu creterea temperaturii crete i presiunea vaporilor de ap. Aerul sturat cu vapori de ap va avea o presiune mai ridicat dect aerul uscat, din cauza presiunii suplimentare a vaporilor la saturaie.

Pentru determinarea umiditii relative este necesar rcirea aerului i observarea temperaturii la care ncepe condensarea vaporilor de ap, aa numitul punct de rou. La temperatura corespunztoare punctului de rou, aerul este sturat cu vapori de ap i va avea o presiune de vapori corespunztoare valorii de saturaie la acea temperatur. Aceast presiune de vapori , corespunztoare punctului de rou, va reprezenta n acelai timp presiunea de vapori a arului la temperatura pentru care se determin umiditatea, adic umiditatea absolut.

Umiditatea relativ se va determina fcnd raportul dintre umiditatea absolut (exprimat prin presiunea de vapori la temperatura punctului de rou) i umiditatea maxim (exprimat prin presiunea vaporilor saturai la temperatura considerat, luat din tabele).

Temperatura aerului dintr-un loc sau dintr-o regiune ca i regimul ei zilnic, sezonier i anual este determinat n primul rnd de radiaia solar. Temperatura aerului nregistreaz variaii importante att pe orizontal ct i pe vertical. La modificarea temperaturii contribuie 2 factori importani,i anume:

factorul astronomic , determinat de faptul c axa polilor este nclinat spre Soare (vara este mai expus polul nord, iarna acelai pol este mai puin expus iar la echinociu axa polilor este perpendicular pe axa Pmnt Soare). Pentru simplificare, factorul astronomic se refer la variaiile de temperatur ce decurg din derularea ciclic a zilelor i nopilor. Ciclurile diurne i nocturne determin cantitatea de energie primit de la Soare i implicit, variaiile de temperatur ntre noapte i zi.

suma factorilor fizici i geografici.

Temperatura aerului este influenat de altitudine (scade cu nlimea), de caracteristicile solului (culoare, compoziie), de existena suprafeelor de ap (timp de nclzire diferit fa de sol), a vegetaiei (care reine o parte din radiaia solar), de nebulozitatea atmosferei (care diminueaz cantitatea energiei solare ce atinge suprafaa Pmntului) i de prezena centrelor populate (care intervin cu surse suplimentare de cldur).

Presiunea aerului

Datorit greutii sale specifice, aerul atmosferic exercit o presiune asupra tuturor corpurilor de pe Pmnt. Prin urmare, presiune atmosferic reprezint fora cu care aerul apas asupra Pmntului datorit greutii sale. Presiunea exercitat depinde de temperatur i circulaia maselor de aer.

Presiunea aerului se exprim n mm Hg/cm sau n milibari (750 mm Hg =1000 mb).

n S.I. unitatea de msur pentru presiune este pascalul (N/m).

n funcie de mai muli factori, presiunea atmosferic prezint diferite variaii. Cele mai importante sunt variaiile datorate altitudinii. n acest sens trebuie reinut faptul c la nivelul mrii i la 0C presiunea atmosferic este de 760 mm Hg (numit presiune atmosferic normal) i ea scade treptat cu altitudinea micorndu-se cu 1mm Hg pentru fiecare 10,33 m.

Solubilitatea aerului n ap

Solubilitatea aerului n ap, lipsit de CO2 i NH3, la t= 180C i p=760 mm Hg este de 19,38 ml/1000ml ap[M.Surpeanu-Chimia mediului]

3.2.2 Proprietile HCl

Acidul clorhidric, (HCl), este un gaz foarte corosiv, toxic i incolor, care formeaz vapori n contact cu umiditatea. Vaporii constau n acid hidrocloric ce se formeaz atunci cnd HCl se dizolv n ap. Acidul clorhidric gazos, ca i cel hidrocloric sunt substane importante n chimie, tiin i industrie (aprox. 3 milioane tone de acid hidrocloric sunt produse anual pentru utilizarea n curirea oelului naintea galvanizrii). Acidul hidrocloric este folosit n producia de cloruri, pentru rafinarea minereului n producia de staniu i tantal, pentru pilirea i curirea produselor metalice, n electroplatinarea pentru ndeprtarea pietrei de pe boilere, pentru neutralizarea sistemelor bazice, ca reactiv de laborator, drept catalizator i solvent n sinteze organice, n realizarea fertilizatorilor i coloranilor, pentru hidroliza amidonului i a proteinelor n prepararea diferitelor produse alimentare, n industria textil, a cauciucului, fotografic. Numele de acid clorhidric se refer deseori la acidul hidrocloric, n mod greit, i nu la acidul clorhidric gazos.

n tabelul urmtor sunt date unele proprieti fizice ale acestui gaz:

Tabelul 3.2. Proprietile fizice ale HCl

Proprieti generale

Denumire Acid clorhidric

Formula molecularHCl

Masa molar36.4606 g/mol

Form Gaz incolor, higroscopic

Proprieti fizice

Densitate gaz1.477 g/l, (25C)

Solubilitate n ap73,3 g/100 ml (18OC, 1 atm)

72 g/100 ml (20C, 1 atm)

Temp topire-114.2C (158.8 K)

Temp fierbere-85.1C (187.9 K)

Const aciditate (pKa)

Energie de formare Gibbs-95,2 kJ/mol (250C)

Entalpia standard formare-92,3 kJ/mol (25OC)

Entalpia standard de disociere

n atomi431,6 kJ/mol (25OC)

Structur

Forma moleculeiLiniar, distana internuclear

0,127 nm

Moment dipolar1.05 D

Proprieti chimice ale HCl:

Molecula de HCl este o molecul simpl, diatomic, alctuit dintr-un atom de H i un atom de Cl, conectate printr-o legtur covalent, simpl. Deoarece atomul de Cl este mai electronegativ dect cel de H, legtura covalent ntre atomi este polar. Deoarece molecula are per total un moment de dipol mare cu o sarcin parial negativ - pe atomul de Cl i una pozitiv +, pe atomul de H, molecula este polar. Din acest motiv, HCl este foarte solubil n ap i n ali solveni polari.

n contact cu apa, HCl ionizeaz imediat, formnd cationul H3O+ i anionul Cl-, printr-o reacie chimic reversibil n ap:

HCl + H2O H3O+ + ClRezultatul soluiei se numete acid hidrocloric i este un acid tare. Constanta de disociere sau ionizare Ka este foarte mare, ceea ce nseamn c HCl disociaz sau ionizeaz practic total n ap.

Chiar n absena apei, HCl se comport ca un acid. De exemplu, poate dizolva anumii ali solveni, ca metanolul i alte molecule protonate sau ioni i s se comporte ca un acid catalizator pentru reacii chimice, unde sunt dorite condiii anhidre:

HCl + CH3OH CH3O+H2 + Cl

HCl cedeaz un proton moleculei de metanol.

Datorit naturii acide, HCl este un gaz corosiv, n mod deosebit n prezena umiditii.

Proprieti fiziologice

[C.Neniescu Chimie General]

HCl este singurul acid anorganic care apare liber, cu o funcie important n organismul animalelor i anume n sucul gastric al mai tuturor vertebratelor. Concentraia de HCl din sucul stomacal al omului este de circa 0,3%. HCl este secretat de mucoasa stomacului i are rolul de activa una dintre enzimele digestiei (pepsina).

HCl este un gaz fara culoare, cu miros iritant, mai dens decat aerul(densitatea 1,268). Se lichefiaza prin racire dand un lichid fara culoare care nu conduce curentul electric si fierbe la -850C, solidificandu-se la -114,80C.

Cel gazos fumega in aer deoarece, fiind foarte solubil in apa, se dizolva in apa din atmosfera formand un fel de ceata.

Prin dizolvarea sa in apa se dezvolta caldura. Un litru de apa dizolva, la 00C, 503l acid clorhidric gazos.

Soluatia apoasa de HCl se mai numeste si spirt de sare.

Solutia de 42,9% HCl gazos are densitatea 1,21, iar cea de 37-39% are densitatea de 1,19.

Solutia apoasa de HCl este buna conducatoare de electricitate, deoarece prin dizolvarea in apa acidul clorhidric se disociaza in ioni de hidrogen si ioni de clor.

In stare gazoasa sau in stare anhidra , acidul clorhidric nu conduce curentul electric deoarece atomii de clor si de hidorgen sunt legati intre ei prin legaturi covalente.

In presenta apei, structura polara a moleculelor de HCl trece in structura ionica si disociatia electrolitica a acidului clorhidric este posibila.

In solutie apoasa HCl esre un acid tare deorece este puternic disociat.[1]

La temperatura obisnuita, acidul clorhidric gazos, perfect uscat, nu ataca majoritatea metalelor si nici oxizii lor.

La temperatura inalta, insa,acidul clorhidric atac metalele( formnd cloruri i ap), cu excepia metalelor nobile ca aurul, tantalul (germaniul), cuprul, argintului i mercurul:

HCl poate fi prezent in atmosfera ca urmare a eliminarii din diferite procese tehnologice.

HCl este un compus foarte reactive, care are actiune negative asupra metalelor, cu degajare de H2. Poate fi o sursa de incendiu si explozie.

In general necesita masuri speciale de pastrare si conservare. Astfel conservarea probelor se face in recipienti de sticla sau unele aliaje si materiale plastice rezistente la acest produs.

HCl poate produce asupra organismului uman intoxicatii si poate genera reactii secundare cum ar fi aparitia unor substante deosebit de toxice, in special hidrogenul arseniat ca urmare a reactiei cu metalele si aliaje.

Solubilitatea HCl in apa la 180C este de:

t = 180C l = 448

l = coeficientul de absorbtie, la care presiunea totala este egala cu 760 mm Hg.

q = masa de grame de gaz ce sunt adsorbite de 100g HCl cand presiunea totala la 180C este 760mm Hg.

q = 73,1g

la 180C A=451,2 cm3densitatea acid = 1,2064 (% greutatea HCl in solutie)

A = nr. de cm3 HCl absorbiti de 1 cm3 H2O la 760mm Hg.

[Manescu S., Cucu M., Diaconescu M., Chimia sanitara a mediului]

[Nenitescu, Manualul inginerului chimist]

3.3. Efectele HCl

Acidul clorhidric este un compus foarte reactiv ce are aciune negativ asupra tuturor metalelor,cu degajare de hidrogen.El poate fi o surs de incendiu i de explozie.Acesta poate produce asupra organismului uman intoxicatii i poate genera reacii secundare cum ar fi apariia unor substane deosebit de toxice ,n special hidrogenul arseniat ,ca urmare a reaciei cu metale i aliaje.

n ceea ce privete efectele asupra mediului trebuie de remarcat faptul c ploile acide pot conine HCl gazos dizolvat n ap avnd efecte negative asupra solului i plantelor. n plus HCl umed poate contribui la distrugerea cldirilor precum i a staturilor din marmur. Reacia cu hipocloritul de sodiu i permanganatul de potasiu produce gaze toxice de clor. Acidul clorhidric este coroziv cu metalele reactioneaza cu acestea producnd hidrogenul.Acidul clorhidric reactioneaza cu amoniacul producand fum dens alb de clorur de amoniu.

Acidul clorhidric influeneaza pH-ul apei avand efecte nocive asupra organismelor acvatice.

Acidul clorhidric este corosiv i toxic pentru ochi, piele i mucoase. Inhalarea sau expunerea acut poate cauza tuse, rgueal, inflamaii i ulceraii ale traiectului respirator, dureri de piept i edem pulmonar

Expunerea acut oral poate cauza corodarea membranelor mucoaselor, esofagului i stomacului, nsoit de ameeli, vom i diaree. Contactul cu pielea poate produce arsuri severe i ulceraii

Au fost raportate iritaii pulmonare, leziuni ale cilor respiratorii superioare, edeme ale laringelui la cei expui la inhalri acute.

Expunerea cronic la acid clorhidric duce la gastrit, bronit cronic, dermatit i fotosensibilitate la cei care lucreaz cu HCl. Expunerea prelungit la concentraii mici poate cauza decolorarea dinilor i erodarea lor.

Inhalaia cronic cauzeaz hiperplazia mucozitii nazale, leziuni ale laringelui, traheii, precum i ale cavitii nazale n cazul obolanilor.

3.4. Determinarea HCl din aer conform STAS-ului 339/80

Acidul clorhidric poate fi prezent n atmosfer ca urmare a eliminrii din diferite procese tehnologice.

Principiul metodei

Acidul clorhidric reacioneaz cu sulfocianura de mercur (II) formnd un complex slab disociat (HgCl4)2-. Sulfocianul eliberat reacioneaz cu fierul trivalent formnd sulfocianura feric, de culoare brun-rocat, proporional cu cantitatea de ioni clorur.

4HCl + Hg(SCN)2 2HSCN + H2[HgCl4] (1)

3HSCN + Fe3+ Fe(SCN)3 + 3H+ (2)

Interferene

La determinarea HCl din aer prin metoda spectrofotometric interfer aerosolii de cloruri, bromuri, ioduri. Interferena acestora se elimin prin filtrarea aerului care se recolteaz folosind un filtru de hrtie, plasat naintea vasului de absorbie.

Reactivi

Hidroxid de sodiu, soluie 0,01 N

Sulfocianur mercuric, soluie alcoolic 0,3 % (n alcool metilic)

Alaun feriamoniacal, NH4Fe(SO4)212H2O, soluie 6% n HNO3 5N

Soluie etalon stoc. Se dizolv 0,2046 g KCl ntr-un flacon cotat de 50 ml i se aduce la semn cu ap distilat. 1 ml soluie corespunde la 2 mg HCl.

Soluie etalon de lucru: se dilueaz 2,5 ml soluie etalon stoc cu ap distilat la 100 ml. 1 ml soluie corespunde la 50 g HCl.

Recoltarea probelor

Se aspir aerul de analizat ntr-un absorbitor care conine 10 ml soluie de NaOH 0,01N. Debitul de aspiraie este de 2,5-3 l/min.

Modul de lucru

Coninutul absorbitorului se aduce cantitativ ntr-un flacon cotat de 25 ml i se completeaz volumul la 20 ml. Se adaug 2,5 ml sulfocianur mercuric i 2,5 ml alaun feriamoniacal, agitnd flaconul dup adugarea fiecrui reactiv. Dup 10 min se msoar absorbanta la =470 nm fa de un martor preparat cu ap distilat i aceeai reactivi.

n paralel, se traseaz curba de etalonare pentru cantiti de HCl cuprinse ntre 0-50 g i se determin coninutul de HCl din proba de analizat.

Datele de etalonare se trec ntr-un tabel de form:

Cantitate HCl, g01020304050

Soluie etalon de lucru, ml00,20,40,60.81

Ap distilat, mlcompletare la 20 ml

Sulfocianur mercuric, ml2,52,52,52,52,52,5

Alaun feriamoniacal, ml2,52,52,52,52,52,5

Absorbana, =470 nm

Tabelul 3.3. Datele de etalonare

Se traseaz curba de etalonare A=f(C)

Calculul rezultatelor

Concentraia de HCl din proba de aer analizat se calculeaz cu relaia:

HCl (mg/m3)=Cx/V

n care:

Cx cantitatea de HCl n proba fotometrat, g

V volumul de aer recoltat, l[Zaharia, Surpateanu ABC metode de analiza]

[STAS 339/80 Determinarea HCl]

Capitolul 4. Tehnologia adoptata

4.1. Conditii de calitate a aerului

Unul din cel mai important standard de mediu este standardul de calitate a aerului care prevede concentraiile maxime admisibile (CMA) ntr-o anumit perioad de timp ale unor poluani importani n zonele protejate-STAS 12574-87.Aceste concentraii sunt prezentate n tabelul 3:

Tabelul 4.1. Concentraiile maxim admise ale diferiilor poluani ai aerului

Substana poluantConcentraia maxim admisibil, mg/m3Metod de analiz

Medie de scurt duratMedie zilnic

1234

30 minute24 ore

Acid clorhidric0,30,01STAS 10943-89

* Metodele de analiz sunt conform Ministerului Sntii.

.

STAS 12574-87. Aer in zonele protejate. Condiii de calitate.

Acest standard de calitate a aerului cuprinde dou pri i anume:

1. Indicaii generale;

2. Condiii de calitate.

n prima parte sunt enunate o serie de noiuni care vizeaz concentraiile poluanilor i modul lor de calcul.

Astfel, prin concentratie medie lunar sau anual se inelege media aritmetic a concentraiilor medii zilnice obinute n perioada respectiv . Pentru calculul concentraiei medii lunare sunt necesare minimum 15 valori medii zilnice.

Se constat c n Romania sunt specificate mai mult normele privind concentraiile medii admisibile de scurt durat sau zilnice i mai puin cele de lung durat, lunare sau anuale.

De asemenea, trebuie facute unele precizri i anume:

- concentraia unui poluant n aer este o mrime aleatoare caracterizat prin fluctuaii imprevizibile, datorate preponderent turbulenei atmosferice dar i fluctuaiilor emisiei;

- se definete norma de calitate a aerului pentru un poluant dat ce trebuie sa cuprind concentraia maxim admis medie pentru un interval de timp, frecven f asociata C.M.A. i intervalul de referin I;

- norma pentru un poluant, ntr-un punct dat din zona de interes, este respectat dac C.M.A. medie pe intervalul este atinsa sau depit cu o frecven cel mult egal cu f in intervalul de timp I;

- pentru un poluant dat se stabilesc C.M.A. corespunznd mai multor perioade de mediere.

Normativul romnesc prevede cea mai mare parte a cazurilor concentraii maxime admise medii pe 30 minute i pe 24 ore. Justificarea este ca o C.M.A. medie pe 24 ore nu este suficient de restrictiv ea singura, n sensul c, datorit variabilitii mari a concentraiei poluantului, respectarea normei nu ar asigura automat mpotriva unor concentraii de scurt durat inacceptabil de mari.

n cea de-a doua parte a standardului privind condiiile de calitate a aerului sunt prezentate principalele substane chimice poluante i concentraiile lor maxim admisibile, principalele aspecte privind pulberile sedimentabile i , respectiv, radioactivitatea.

Concentraia maxim admis este pentru urmtoarele substane cu aciune sinergic, dac sunt prezente simultan in aer:

SO2, NO2 si NH3 SO2 si F(compusi anorganici

SO2 si aerosoli de H2SO4 SO2 si pulberi in suspensie

NO2 si pulberi in suspensie

HCl, HNO3 si aerosoli de H2SO4Legislaia n domeniul proteciei atmosferei este reprezentat n principal de Legea Proteciei mediului nr.137/195, republicat prin Legea nr.159/1999 i completat prin U.G. nr.91/2002 i reglementrile juridice i tehnice privind factorul de mediu-aer i anume a calittii acestuia n diferite zone cum ar fi: zone protejate, zone cu emisii importante de fluxuri gazoase ca urmare a desfurarii unor activiti social-economice.

Reglementrile privind protecia atmosferei sunt cuprinse n capitolul III, sectiunea a 2-a n care sunt specificate urmtoarele aspecte importante.

Art.41. Prin protecia atmosferei se urmrete prevenirea, limitarea deteriorrii i ameliorrii calitii acesteia pentru a evita manifestarea unor efecte negative asupra mediului, sntii umane i a bunurilor materiale.

Art.42. Autoritatea central pentru protecia mediului promoveaz politicile regionale i globale, fundamentnd principiile i actiunile specifice att la nivel naional, ct i local, privind protecia atmosferei.

Art.43.Autoritatea publica central pentru protecia mediului, cu consultarea ministerelor competente, elaboreaz norme tehnice, standardele i regulamentele de aplicare privind:

calitatea aerului n funcie de factorii poluani din atmosfer;

emisiile de poluani atmosferici pentru surse fixe i mobile, precum i condiiile de restricie sau de interdicie pentru utilizare;

calitatea combustibililor i carburanilor, precum i reglementrile privind introducerea pe pia i transportul acestora;

pragul fonic i reglementri pentru limitarea zgomotelor;

supravegherea calitii aerului, proceduri de prelevare i analiz, amplasarea punctelor i instrumentelor pentru probare i analiz, frecvena msuratorilor i altele;

identificarea, supravegherea i controlul agenilor economici a cror activitate este generatoare de risc potenial i poluare atmosferic;

sistemul de notificare rapid , n caz de poluare acuta a atmosferei cu efecte transfrontiere, a autoritatilor desemnate cu aplicarea Conventiei privind efectele transfrontiere ale accidentelor industriale.

Art.44. Autoritatea public central pentru protecia mediului supravegheaz i controleaz aplicarea prevederilor legale privind protecia atmosferei, n care scop:

constat apariia episoadelor de poluare a atmosferei, d alerte i emite prognoze legate de acestea;

dispune ncetarea temporar sau definitiv a activitilor generatoare de poluare n vederea aplicrii unor msuri de urgen sau pentru nerespectarea programului pentru conformare;

solicit msuri tehnologice, aplic restricii i interdicii n vederea prevenirii, limitrii sau eliminrii emisiilor de poluani;

aplic sanciunile prevzute de lege n caz de nerespectare a msurilor dispuse.

Ordinul 462/1993 al Ministrului Apelor Pdurilor i Proteciei Mediului (MAPM) prevede normele de limitare preventiv a emisiilor de poluani n atmosfer aa cum sunt prezentate la punctele 1-5:

Dac debitul masic este ( 0,5 kg/h, emisiile sub form de pulberi la toate categoriile de substane poluante nu trebuie s depeasc 50 mg/m3, la o dimensiune a diametrului mediu al particulelor dp ( 5 mm.

Limitare poluani atmosferici. [C. Zaharia-Legislaia pentru protecia mediului]

Tabelul 4.2. Limitare poluanti atmosfeici

Nr. crt.SubstanaDebit masic

g/hConcentraii emisii, mg/m3

DenumireaSimbol

Clasa 1(10,2

1Cadmiu i compuii siCd

2Mercur i compuii siHg

Clasa 2(51

1Arsen i compuii si, excepie hidrogenul arseniatAs

2Cobalt i compuii siCo

3Nichel i compuii siNi

Clasa 3(255

1Crom i compuii siCr

2CianurCN

3Cupru i compuii siCu

4Fluoruri sub form de pulberiF

5Plumb i compuii siPb

6Mangan i compuii siMn

Etc..

Tabelul 4.3.Limitare substante anorganice sub forma e vapori si gaze

Nr. crt.SubstanaDebit masic

g/hConcentraii emisii, mg/m3

Clasa 1(101

1Clorur de cianogen

2Hidrogen arseniat

3Hidrogen fosforat

Clasa 2(505

1Acid clorhidric

2Brom i clor

3Fluor i compuii si

4Hidrogen sulfurat

Clasa 3(30030

1Compui clorurai

2Amoniac

Clasa 4(500500

1Oxizi de sulf

2Oxizi de Azot

Etc..

4.2. Variante tehnologice de reducere a poluanilor gazoi din aer

Activitile industrial i cele antropice emit n atmosfer o multitudine de poluani i pentru reinerea acestora din atmosfera se pot utiliza diferite procese,cele mai utilizate fiind urmtoarele:absorbia,adsorbia, codensarea, reinerea pe membrane.

Exist dou categorii de msuri de reducere a emisiilor poluante n atmosfer :

Metode care ofer posibilitatea recuperrii poluanilor gazoi i refolosirea acestora

Metode distructive n cadrul crora au loc transformri ireversibile ale poluanilor n substane nepoluante

O subclasificare a acestor metode este prezentat n figur 2:

Figura 4.1.Clasificarea msurilor de reinere a poluanilor gazo

Absorbia

Este operaia de separare a unuia sau a mai multor componeni dintr-un amestec gazos pe baza solubilitii diferite a acestora ntr-un lichid numit absorbant.Absorbia poate ava loc fie prin dizolvarea gazului n lichid (absorbie fizic),fie printr-o reacie chimic ntre gaz i absorbant (chemosorbie).

Aceast operaie difer de purificarea pe cale umed prin faptul c absorbia se refer la gaze , .iar purificarea umed se refer la particule. Multe gaze pot fi uor absorbite de ap cu sau fr aditivi chimici.

Absorbia fizic

Acest tip de absorbie implica prezena a doua faze,i anume una lichid i una gazoas.

Concentraia gazului dizolvat n soluia aflat n echilibru cu faza gazoas se mai numete solubilitatea gazului.n ceea ce privete solubilitatea gazelor se tie c aceasta crete odat cu crestera temperaturii.

Absorbia chimic

Acest proces este cel mai utilizat deoarece ,cele mai multe dintre procesele de depoluare a aerului prin absorbie sunt bazate pe reacia dintre gazul poluant i lichidul absorbant sau un alt component present n soluia absorbant.Acest proces prezint efectul cel mai puternic atunci cnd reacia e ireversibil.Nu exista o linie de demarcaie exact intre absorbia fizic i chemoabsorbtie.

Prin procesul de absorbie se pot reine urmtorii compui: CO, CO2, H2S, oxizii de azot, SO2, SO3, HF, HCl i compui organici.

Operaia invers acestiu proces ,i anume de trecere n faza gazoas a unui component dizolvat n lichid se numete desorbie . Desorbia urmeaz absorbia , mai ales n cazul recuperrii i se face prin nclzirea indirect cu abur , la temperatur ridicat solubilitatea componentului dizolvat fiind mult mai mic , el trece n faz gazoas i este evacuate cu o pomp de vid sau antrenat de abur la un condensator.

Absorberele pentru poluani gazoi pot funciona :

-numai cu ap;

-cu ap , cu sau fr reglarea pH-ului;

-cu ap, cu sau fr reglarea pH-ului , i cu aditivi chimici.

Adsorbia

Este operaia de transfer de mas prin care un material solid su lichid (adsorbant)reine pe suprafaa s substane solide,lichide sau gazoase (adsorbit) din mediul fluid nconjurtor.Adsorbia este deobicei urmat de desorbie.

Desorbia este operaia prin care substanele adsorbite sunt puse n libertate, adsorbantul rezultat putnd fi reutilizat n procesul de adsorbie. Dac substana adsorbit nu poate fi ndeprtat prin desorbie ,adsorbantul este reactivat prin alte operaii( de exemplu calcinarea)

Exist 3 caracteristici ale adsorbiei care o deosebesc de alte procedee:

-reinerea particolelor mici,

-reinerea unor substane ce se gsesc n concentraii minime n materialul supus absorbiei,

-selectivitatea adsorbanilor fa de unii componeni ai amestecului.

Adsorbia poate fi aplicat pentru:

-rafinarea produselor petroliere, a uleiurilor, a zaharului, a grsimilor;

-separarea benzenului din gazele de cocserie;

-condiionarea aerului;

-recuperarea metalelor.

Funcie de forele ce intervin ntre moleculele adsorbantului i cele ale substanelor adsorbite deosebim mai multe tipuri de adsorbie: adsorbia fizic, adsorbia chimic, persorbia. [www.mmediu.ro]

Figura 4.2.Instalaia de adsorbie fizic desorbtie a unui omponent gazos dintr-un amestec de gaze

4.3. Alegerea variantei optime

Absorbia n ap, soluie acid sau alcalin se recomand n special pentru emisiile care conin HF, HCl, Cl2, COV, SO2, H2S, NH3

Pentru separarea unui amestec gazos binar, n cazul nostru aer i HCl, se poate utiliza oricare dintre metodele utilizate anterior.

n cazul dat, gradul de separare al solutului trebuie s fie ridicat. Capacitatea de producie este relativ mic, costul investiiei, exploatrii i al ntreinerii instalaiei trebuie s fie ct mai mic.

Utilizarea metodei de separare prin condensare i difuziune prin membrane este neeconomica deoarece instalaiile corespunztoare sunt costisitoare, consumul de energie i costul de fabricaie sunt foarte ridicate.

Utilizarea adsorbiei pentru separare necesita totodat regenerarea adsorbantului ceea ce implic un consum sporit de energie.

Avnd n vedere natura componentului din amestecul gazos, gradul de separare cerut, costul materiei prime, costul investiiei i al exploatrii, se alege ca metoda de separare absorbia.

Proprietile de separare ale HCl n ap sunt:

T=180C: aer :19,38 cm3 aer1 cm3 ap

HCl:451 cm3 HCl 1 cm3 ap

[Neniescu, Manualul inginerului chimist, vol II, Ed. Tehnic, Bucureti, 1952]

n acest context adoptm ca modalitate de separare a HCl din aer, se alege operaia de absorbie a HCl n ap, ceea ce implic o instalaie simpl i o eficien mare.

4.4. Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schemei bloc. Elaborarea sschemei tehnologice

Separarea HCl din amestecul gazos iniial constituit din aer + HCl se realizeaz prin absorbie n apa ntr-o coloan.

Schema bloc a procedeului este redat n figura.4.1:

Figura 4.1. Schema bloc a procedeului

Figura 4.2. Schema tehnologic

1-ventilator

2-coloana de absorbie

3-rezervor de depozitare ap

4-pompa centrifug

5-rezervor stocare soluie HCl

6-vas de neutralizare

7-rezervor de stocare a soluiei de HCl 10%

8-vas de preparare a soluiei de NaOH de 10%

9-canalizare.

Fluxul gazos contaminat cu HCl este introdus n coloana de absorbie cu ajutorul ventilatorului(1) i strbate coloana n sens ascendent.Cu ajutorul unei pompe centrifuge este introdus n coloan de absorbie un flux de ap,i strbate coloana n sens descendent.Cele dou faze gazoas i lichid au o circulaie n contracurent n interiorul coloanei astfel nct HCl din faza gazoas este transferat n faz lichid.Fluxul gazos purificat cu o concentraie mai mic de 30 mg/m este eliminat pe la partea superioar a coloanei,iar la partea inferioar a coloanei este eliminat fluxul lichid a soluiei de HCl i apa format n coloan.Acest flux depozitat intrun vas(5) prin cdere liber.

Din vasul de stocare a soluiei de HCl i ap cu ajutorul pompei centrifuge este adus n vasul de neutralizare i se realizeaz neutralizarea acesteia cu o soluie de 10 %NaOH.

Vasul este prevzut cu un agitator de palete pentru o omogenizare mai bun.Soluia de NaOH de 10% este format n vasul de preparare(8) n care se introduce ap i NaOH.Vasul este prevzut cu un agitator de palete.

Soluia de NaOH de 10% este stocat n rezervorul 7.n vasul de neutralizare apa care rezult este derversat la canal doar dac concentraia HCl din ap este mai mic dect concentraia HCl prevzut n NTPA 002.

Capitolul 5. Dimensionarea tehnologic a utilajelor

5.1. Tipuri de utilaje. Alegere. Descriere

5.1.1 Alegerea tipului de coloana

n alegerea tipului de coloana pentru separarea unui amestec gazos se ine cont de mai muli factori i anume:

de caracteristicile constructive;

de factorii hidrodinamici;

- de caracteristicile fazelor participante.

Utilajele de absorbie pot fi clasificate dup principiul de funcionare, n patru categorii:

absorbere de suprafa;

absorbere cu pulverizare;

absorbere cu barbotare;

absorbere cu pelicul sau fil.

n scopul realizrii unei eficaciti ridicate, absorberele trebuie s satisfac o serie de condiii:

- s ofere o suprafa de contact mare prin dispersarea unei faze n cealalt;

- s asigure contactarea fazelor n contracurent pentru o separare ct mai avansat;

- viteza celor doua faze s fie mare;

- cderea de presiune la curgerea fazelor prin utilaj s fie mic;

- s asigure evacuarea cldurii atunci cand absorbia este nsoi de efecte termice

ridicate;

- s realizeze un grad de separare mare pentru soluii;

- s evite obturarea seciunii de curgere atunci cnd fazele conin impuriti mecanice sau apare tendina cristalizrii unui component din faza lichid;

- s prezinte o siguran n functionare, un cost redus al investiiei, ntreinerii i exploatrii utilajului;

- materialul din care e confecionat utilajul s aib o bun rezistena la coroziune.

a) Absorbere de suprafata

- se concretizeaz sub forma turilelor, vaselor Callarius i a serpentinelor. Sunt confecionate din materiale rezistente la coroziune, respectiv din gresie, ceramic, grafit, cuar. Aceste absorbere au o suprafa de contact mic fapt pentru care eficacitatea lor este sczut. Din acest motiv sunt utilizate numai pentru gaze uor solubile.

b) Absorbere cu pulverizare

Din aceast categorie de utilaje fac parte coloanele cu stropire, absorberele cu diacuri, absorberele mecanice cu trunchiuri de con i absorberele cu strat fluidizat trifazic. Suprafaa de contact ntre faze este generat prin dispersia fazei lichide sub forma de picaturi n masa fazei gazoase i este dat de suprafaa tuturor picturilor existente la un moment dat. Cu ct fineea picturilor i fineea gazului sunt mai mari cu att eficacitatea acestor gaze este mai mare.

c) Absorbere cu barbotare

Aceste coloane sunt de regul sub form de coloan prevzute n interior cu mai multe talere cu clopoei, valve sau talere perforate. Funcionarea coloanelor de absorbie se bazeaz pe dispersia fazei gazoase sub form de bule n straturile de absorbant existente pe talere. n figura 5.1.1 este reprezentat schematic o coloan de absorbie cu talere perforate.

Figura 5.1. Coloana de absorbtie cu talere perforate.

Faza lichid (absorbantul) intra n coloan pe la partea superioar pe primul taler i curge prin cdere liber din taler n taler prin tuburile deversoare existente pe fiecare taler pn la baza coloanei. Faza gazoas intra pe la partea inferioar i trece prin orificiile talerelor, barboteaz n stratul de lichid de pe fiecare taler, i, iese prin racordul aflat la vrful coloanei. Transferul de masa are loc numai n straturile de lichid de pe taler.

d) Absorbere cu pelicul

n cazul acestor utilaje, absorbantul curge sub form de film suire prin fascicule de evi sau straturi cu umplutur, n contracurent cu faza gazoas. Din aceast categorie de utilaje fac parte coloanele cu umplutur i utilajele tip schimbtor de cldur cu fascicul de evi. Coloanele cu umpultur se utilizeaz cel mai frecvent la absorbie.

Coloana cu umplutura , Figura 5.1.2 este constituit dintr-un corp cilindric vertical, grtare care au rolul de a susine straturile de umplutur, dispozitive pentru distribuia absorbantului i dispozitive pentru redistribuirea absorbantului.

Figura 5.2 Coloana cu umplutura.

Faza lichid este distribuit la vrful coloanei printr-un dispozitiv de distribuie i curge sub form de film subire pe suprafaa umpluturii n sens descendent, iar la ieirea din fiecare strat de umplutur este redistribuit. n contracurent cu absorbantul, prin golurile straturilor de umplutur circul faza gazoas. Contactul dintre faze fiind continuu, concentraia solutului variaz continuu pe nlimea coloanei.

Principalele avantaje ale coloanelor cu umplutur fa de cele cu talere sunt:

- prezint nlime mai mica dect coloanele cu talere echivalente;

- necesit curare mai rar decat cele cu talere(de obicei la reviziile anuale);

- prezint rezisten hidrodinamic mai mic;

- prezint transfer de mas mai bun dac determinatul de viteza este transferul prin faza gazoas;

- prezint eficacitate de separare mai mare;

- se pot prelucra faze puternic corozive;

- costurile de investiie i exploatare sunt mai mici;

- pot prelucra sisteme care spumeaz deoarece posibilitatea formrii spumei este redus la coloanele cu umplutur.

Date fiind avantajele menionate mai sus precum i proprietile sistemului gazos prelucrat pentru separarea amestecului aer-amoniac se utilizeaz o coloan de umplutur.

Dintre aparatele pentru absorbie cea mai larg utilizare n practic o au coloanele cu umplutura i cele cu talere. Aceste coloane difer prin modul de contactare diferenial sau n trepte a fazelor lichid i gazoas.

Alegerea coloanelor cu talere sau cu umplutur depinde de mai muli factori care au fost grupai n: caracteristici contructive, factori hidrodinamici i caracteristicile fazelor participante.

n tabelul 5.1.1 sunt prezentate n funcie de aceti factori condiiile n care se pot utiliza coloanele cu umplutur sau cu talere. Prin urmare tabelul 5.1.1 permite alegerea tipului de coloan care este indicat pentru un anumit scop.

Tabelul 5.1. Alegerea tipului contructiv de coloana n funcie de caracteristicile constructive, hidrodinamice i de natura sistemului.

Caracteristicile sistemuluiCondiii n care se recomand utilizarea coloanelor cu umpluturCondiii n care se recomand utilizarea coloanelor cu talere

Caracteristici contructivea.Dimensiuni principaleSpaiul este limitat pe nalime.Spaiul este limitat pe orizontal .

b.Conexiuni laterale

Nu necesit scoaterea sau introducerea intremediar a unui lichid sau gazEste necesar scoaterea sau intoducerea intermediar a unui lichid sau gaz.

c. curairea coloaneiCurairea coloanei trebuie efectuat foarte rar .Curairea coloanei trebuie efectuat periodic .

d. costul coloaneiPentru diametru pn la 0,75 .Pentru diametre mai mari de 1,25

Factori hidrodinamicia. debitele celor dou fluideDebite de lichid i gaz nu prea mari.La mrirea debitului de gaz crete cantitatea de lichid reinut fapt care duce la micorarea seciunii libere de trecere a lichidului.Debite variabile de lichid sau de gaz .

a. debitele celor dou fluideDebite de lichid i gaz nu prea mari.La mrirea debitului de gaz crete cantitatea de lichid reinut fapt care duce la micorarea seciunii libere de trecere a lichidului.Debite variabile de lichid sau de gaz .

b. cderea de presiuneCderi de presiune mici .Cderi de presiune mari

c. viteza de curgere a fluidelorViteze mici la curgerea fazei gazoase i lichide.Viteze mici la curgerea celor dou faze .

d. eficacitateaValori ale eficacitii n limite largi .Valori ale eficacitii n limite largi.

e. funcionarea discontinuLa capaciti mici i temperaturi apropiate de cea a mediului ambiant .La capaciti i temperaturi in limite largi.

f. capacitatea de produciePentru capaciti mici i medii de producie.Pentru capaciti mari de producie.

Caracteristicile fazelor participantea.sisteme coroziveSisteme cu grad nalt de coroziune Sisteme fr aciune coroziv .

b. sisteme care spumeazSisteme ce prezint spumare puternic.Sisteme fr spumare.

c. sisteme care conin solide sau slamuriSisteme care nu conin solide sau slamuri .Sisteme care conin solide sau slamuri n concentraie mare .

d. sisteme termolabileSisteme stabile din punct de vedere termicSisteme care nu prezint stabilitate din punct de vedere termic

e. sisteme vscoaseSisteme cu vscozitate mare.Sisteme cu vscozitate mica .

f. sisteme cu degajri de cldurSisteme cu degajri nensemnate de cldur la absorbie.Sisteme cu degajri mari de cldur la absorbie.

n final se alege coloana cu umplutur.

5.1.2. Alegerea umputurii pentru coloan

Umpluturile utilizate pentru coloane se pot mpari n trei categorii:

- corpuri de umplere de form neregulat;

- corpuri de umplere de forma definit;

- grtare.

Umpluturile utilizate trebuie s prezinte o serie de caracteristici:

-s prezinte suprafa specific mare;

-s realizeze o distribuie a fazei lichide ct mai uniform pe suprafaa umpluturii i deasemenea o distribuie ct mai uniform a fazei gazoase n golurile umpluturii;

-s aib rezisten mic la curgerea fazelor;

-s asigure o bun ametecare a fazelor;

-s aib o rezisten mecanic i chimic bun.

-s fie ieftine i uor de procurat.

Pentru a fi eficiente, umpluturile trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: s prezinte o suprafa mare raportat la unitatea de volum, s realizeze o distribuie uniform a fazei gazoase printre golurile umpluturii, s prezinte o rezisten mic la curgerea fazelor, s realizeze o amestecare bun a celor dou faze, s prezinte o rezisten mecanic i chimic corespunztoare, s fie ieftine i uor de procurat.

Corpurile de umplere de form neregulat sunt n general foarte rar ntrebuinate deoarece corpurile au dimensiuni diferite i pentru a obine o mrime ct mai uniform este necesar o sortare cu atenie.

Corpurile de umplere de forma definit sunt cele mai rspndite umpluturi n cadrul industriei chimice i se concretizeaz n inele Raschig, ei Berl, inele Pall, ei Intalor, etc. Sunt confecionate din materiale ceramice, plastice, tabl de diferite caliti, carborund, etc. n tabelul 5.1.2 sunt date principalele caracteristici ale ctorva corpuri de umplere.

Pentru a evita formarea canalelor prefereniale de curgere se utilizeaz urmtoarele metode:

-se aranjeaz ct mai uniform umplutura n strat;

-se asigur o distribuie uniform a fazei lichide n seciunea transversal a stratului;

-pentru aceasta se utilizeaz corpuri de umplere cu diametru de cel puin 8 ani mai mic dect diametrul coloanei;

-se folosesc mai multe straturi de umplutur.

Tabelul 5.2. Caracteristicile principale ale ctorva corpuri de umplere.

Tipul umpluturiiMaterialulDimensiuni (mm)Suprafaa specific (m2/m3)Volumul liber (m3/m3)Densitatea (kg/m3)

Inele Rasching (n gramada)ceramica15x15x2

330

0,71

690

Pentru acest caz s-au ales inele Rasching de tipul 10x10x1,5.

Corpurile de umplere pot fi aezate n mod regulat n coloan sau turnate. La umpluturile aezate n vrac distribuia lichidului depinde de forma i mrimea corpurilor de umplere, diametrul coloanei, naltimea stratului i distribuia iniial. Umpluturile de diametre mici duc la formarea unor pungi de lichid datorit capilare ce apar la punctele de contact dintre corpuri ceea ce determin micorarea suprafeei udat a umpluturii i prin urmare scderea eficacitii coloanei.

n scopul realizrii unei bune distribuii a lichidului n seciunea transversal a stratului de umplutur se recomand ca diametrul nominal al corpurilor de umplere s fie de cel puin 8 ori mai mic dect diametrul coloanei.

Evitarea formrii canalelor se realizeaz prin turnarea uniform a umpluturii n strat, distribuia uniform a fazei lichide mprirea umpluturii n mai multe straturi ntre care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului .

Grtarele se contruiesc din lemn, materiale ceramice, metalice, plastice n form simpl ca bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor dou fluide. n timp ce grtarele simple se demonteaz uor, realizeaz o cdere de presiune mic, nu se nfund cnd lichidul conine particule solide n suspensie, grtarele complexe asigur o umezire aproape complet a umpluturii prentmpin apariia unor curgeri prefereniale i a pungilor de lichid.

Grtarele se monteaz n coloane de suprapunere. O larg utilizare i-au gsit n ultimul timp grtarele Koch-Sulzer, Glitsch, Spraypack, Stedman.

Se alege ca material de umplutur inele ceramice Raschig cu diametrul 10x10x1,5.

5.1.3 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutur.

Dispozitivele interioare care se utilizeaz n cazul coloanelor cu umplutur sunt grtarele de susinere a umpluturii, distribuitoarele i redistribuitoarele pentru faza lichid.

5.1.3.1. Grtarele de susinere.

Dintre cele mai vechi i mai simple grtare de susinere a umpluturii sunt plcile perforate care i mai gsesc i astzi o larg utilizare n special cnd se lucreaz cu debite mici de lichid i gaze. Seciunea liber pentru trecerea celor dou faze este mai mic dect n stratul cu umplutur fapt care determin n cazul unor debite mari de lichid i de gaz o cdere mare de presiune i o reducere a eficacitii coloanei. Un astfel de grtar utilizat este cel prezentat n figura 5.1.3.

Figura 5.3. Grtar de susine a umpluturii

Acest grtar este confecionat din mai multe platbande fixate prin sudur de o placa de baz, distana dintre platbade fiind astfel aleas ncat seciunea liber a grtarului s fie egal sau mai mare dect cea a umpluturii. Pentru a nu permite cderea umpluturii printre platbande acestea se acoper cu cteva straturi de corpuri de umplere cu dimensiuni mai mari sau se acoper cu o sit metalic. n locul platbandelor se pot utiliza bare din metal sau plci din gresie dac mediul este coroziv. Literatura indic i alte tipuri de grtare suport cum sunt cele formate din mai multe grinzi din tabl perforat cu orificii de form alungit sunt fixate pe o plac de baz de asemenea perforat. Seciunea liber de trecere a fazelor este mai mare de 85%.

5.1.3.2. Distribuitoare pentru faza lichid

Distribuitoarele tip taler sunt formate dintr-o plac cu diametrul de 250-1800 mm prevzut cu orificii circulare n care se fixeaz evi de distribuiie avnd diametre cuprinse ntre 25 i 50 mm.

Pentru coloanele cu diametru de peste 2 m se pot utiliza dispozitive sub forma unor plci plane perforate cu guri de diametre 5-6 mm i care sunt nconjurate de un contur crenelat avnd rolul unui deversor.

Figura 5.4.Distribuitoare de tip taler .

5.1.3.3. Redistribuitoare pentru faza lichid

Necesitatea utilizrii mai multor straturi de umplutur ntr-o coloan determin folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului. Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitivele de distribuie speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare.

Astfel de dispozitive de redistribuire a lichidului const din dou plci suprapuse care ndeplinesc rolul de suport, redistribuitor, alimentare i evacuare a fazelor. Placa superioar este identic cu grtarul de susinere , iar placa inferioar este prevazut cu orificii cu diametrul de 3-5 mm i orificii cu diametrul de 3-10 cm n care se fixeaz evi. Dispozitivul are nlimea total egal cu 350 mm.

Conurile de distribuie sunt cele mai simple dispozitive pentru redistribuirea fazei lichide care dirijeaz lichidul ce se scurge pe corpul interior al utilajului ctre axul acestuia. Aceste dispozitive se aeaz unul fa de altul la distan de (1,6-2) din diametrul coloanei i prezint ca dezavantaj principal micorarea seciunii coloanei.

Un alt dispozitiv pentru redistribuire foarte simplu const dintr-un buzunar ngust fixat de mantaua utilajului de la care pleac radial nclinat trei sau mai multe evi. Prin evi lichidul adunat n buzunarul dispozitivului se scurge spre axul utilajului.

5.1.4. Materiale de construcie pentru coloane

Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau umplutur se construiesc din oel-carbon, fonta, oeluri speciale aliate cu Cr, Ni i Mo, oeluri emailate, oeluri metalizate sau cptuite cu materiale rezistente la aciunea coroziv a celor dou faze care particip la absorbie.

Elementele interioare ale coloanelor cu umplutur i cu talere sunt confecionate din materiale specificate anterior. n cazul coloanelor cu umplutur, dac substanele cu care se lucreaz sunt puternic corozive, corpul acestor utilaje se cptuesc n interior cu o crmid antiacid sau se torcreteaz cu chit antiacid. Alegerea materialelor necesare pentru corpul i elementele interioare ale absorberului se face n funcie de natura substanelor vehiculate prin coloan i aciunea lor coroziv.

n continuare se prezint detaliat modul de alegere al materialelor de construcie pentru diferite utilaje precum i tipuri de materiale indicate.

Materialul cel mai des folosit n industria chimic este tabla din oel. n functie de compoziia sa chimic, tabla din oel poate fi: oel carbon, oel slab aliat i oel aliat.

- Tabla din oel carbon i oel aliat se utilizeaz frecvent n construcia utilajelor cu condiia ca acestea s nu conin fluide toxice, inflamabile, explozive fisurant sub sarcin.

- Table din oel aliat se utilizeaz n cazul mediilor corozive i la temperaturi ridicate. Cea mai mare parte a oelurilor sunt aliate cu Cr i Ni. n vederea prevenirii coroziunii intercristaline se stabilizeaz cu titan si niobiu.

- Tablele placate constituie soluia tehnic i economic convenabil pentru rezolvarea problemelor legate de coroziune chimic. Se utilizeaz o combinaie de oel carbon sau slabaliat i un placaj de oel anticoroziv nalt aliat. Grosimea placajului trebuie s fie aproximativ 10 % din grosimea stratului de baz.

- Fonta se utilizeaz pentru construcia recipienilor care lucreaz la presiuni interioare de calcul de 0,3 0,6 MPa i presiuni exterioare de calcul 0,6 1,2 MPa i diametre respectiv mai mici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Si, sau Mo poate fi utilizat n medii corozive (acizi, detergeni i alte medii corozive). Fonta cu Ni sau fonta austenitica este rezistent la soluii alcaline concentrate, acid sulfuric i ali acizi anorganici la temperaturi de pn la 850oC.

- Materiale metalice neferoase utilizate n construcia recipienilor, att ca materialul de baz ct i ca material de protecie sunt: cuprul, aluminiul, nichelul, titanul, zirconiul, niobiul, molibdenul, etc.). cuprul i aliajele lui este folosit ca material de

Construcia pentru utilaje n cazul mediilor corozive i temperaturi mai mici de 250oC. Aluminiul se utilizeaz la temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive (acid azotic concentrat). Nichelul, n stare pur sau aliat, poate fi utilizat la topituri de alcalii.

- Materialele nemetalice pot fi anorganice i organice. Dintre cele anorganice fac parte: sticla, gresia, porelanul, etc. Acestea se recomand la temperaturi foarte nalte.

Materialele nemetalice organice folosite n construcia recipienilor fac parte din categoria compuilor macromoleculari (policlorura de vinil, polietilena i polipropilena). Acestea se pot folosi n construcia recipienilor i ca protecii anticorozive. n tebelul 5.1.4.1 se indic compoziia chimic a unor mrci de oeluri inoxidabile conform normelor ISO (Organizaia internaional de standardizare) i Euronorm (folosit n Germania), iar n tabelul 5.1.4.2 se indic corespondena ntre mrcile de oeluri inoxidabile din diverse ri.

Pentru alegerea corect a unui oel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ine seama de urmtoarele elemente:

- proprietile fizice, chimice i mecanice ale oelului;

- condiiile de lucru (temperatur, presiune);

- economicitatea realizrii produsului pentru a avea fiabilitatea ridicat.

n tabelul 5.1.4.2 se prezint unele medii de lucru (concentraiile i temperatura) i calitile de oel recomandat. Aceste recomandri constituie doar repere de plecare pentru folosirea raional a oelurilor inoxidabile.

Tabelul 5.3.Oeluri inoxidabile conform normelor ISO i Euronorm.

Clasa

Marca ISO 683/XIIIEuronorma 88-71Compoziia chimic %

CSiMnMoCrNi

Martensitice

Feritice1X6Cr 130,0811-11,5-140,5

3X12Cr 130,09-0,1511-11,5-141

5X30Cr 130,26-0,3511-12-141

7X12Cr S130,08-0,1511,50,612-141

Feritice8X8Cr 120,111,5-16-180,5

8aX10 CrS170,12011,50,616-180,5

9-0,1-0,211-16-180,5

9cX8CrMo 17111-16-180,9-1,3

A-1bX105CrMo 170,95-1,2110,7516-180,5

Austenitice10X3CrNi 18.00,0312-17-199-12

11X6rNi 18.00,0712-17-198-11

12X10Ni 18.0,1212-17-198-10

19X3CrNiMo 17.12.20,03122-2,516-18,511-14

20X6CrNiMo 17.12.20,07122-2,516-18,5-

20X6CrNiMo 17.13.30,07122,5-316-18,511,5-14,5

X6CrNiMo 17.13.30,07122,5-316-18,511,5-14,5

25-0,07123-417,5-19,513-16

Tabelul 5.4. Oeluri recomandate pentru diverse medii.

Mediu de lucruMrci de oeluri recomandate

Nr. crt.DenumireConcentraii %Temperatura KPierderi din greutate 0,1 g/m2h sau diminuarea grosimii 0,1 mm/an

1.Acid

clorhidric

solutie1293Z2CND17-12; X2CrNiMO18-12; Z8CNDT17-12; X10CrNiMoTi18.10;

Z10CrNiMoTi18.10

5.1.5. Probleme de coroziune

Materialele metalice, precum i cele nemetalice sufer n timpul exploatrii un proces de degradare chimic sau electrochimic a mediului de lucru.

Coroziunea este un proces complex de distrugere a materialului datorit aciunii mediului nconjurtor prin procesele chimice i electrochimice ce se desfoar la interfaa metal-gaz, metal-lichid, ce dau reacii eterogene.

Reaciile de coroziune pot fi clasificate n trei tipuri de procese i anume:

- coroziune cu degajare de hidrogen:

2Na + 2H2O 2NaOH + H2Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2- coroziune cu reducere de oxigen:

2Fe + 2H2O + O2 Fe(OH)2-coroziune cu reducere de ioni ferici:

Fe + Fe2(SO)4 3FeSO4

n general, reaciile catalitice sunt cu:

-reducerea ionilor de hidrogen:

2H+ + 2e- H2-reducerea ionilor de oxigen:

O2+ + 2H2O + 4e- 4OH--reducerea ionilor ferici:

Fe3+ + e- Fe2+

Coroziunea metalelor cu reducerea ionilor de hidrogen are loc n acizi neoxidani i n alcalini.Metalele alcaline i magneziul se corodeaza cu reducerea ionilor de hidrogen i n medii neutre. Se remarc faptul c, n general, are loc corodarea metalelor cu reducerea ionilor de oxigen n medii neutre.Acest tip de coroziune este important , deoarece n condiiile atmosferice,n contact cu apa i cu soluiile srurilor neutre, metalele se corodeaz cu degajarea ionilor de oxigen.n medii acide i bazice este posibil reducerea catodic a oxigenului,dar principala reacie este reducerea ionilor de hidrogen.

n industria chimic se ntlnesc frecvent coroziuni prin reducerea ionilor ferici, datorit contactului metalului cu soluia diverselor substane chimice.

Fenomenul de coroziune const dintr-un schimb de ioni ntre metal i mediu de lucru i orice modificare a acestui schimb este foarte important.n timpul coroziunii, pe metal se stabilete un anumit potenial a crui valoare se afl ntre valorile standard ale potenialelor pariale de electrod. Deplasarea celor dou poteniale de echilibru la potenialul de coroziune este o consecin a fenomenului de polarizaiei proceselor de electrod , fenomene ce au loc instantaneu , odat cu apariia contactului metal- mediu de lucru.

Polarizaia este deplasarea potenialului de echilibru, la o nou valoare, sub aciunea trecerii curentului electric propriu de coroziune, produs de reaciile electrochimice conjugate de electrod. Polarizaia este o fran n dezvoltarea coroziunii i datorita ei dup o perioad de atac, se formeaz , n condiii bine precizate, straturi subiri de metal pur, de compui chimici care protejeaz mpotriva atacului de lucru , adic are loc pasivizarea metalului. n cazul oelurilor inoxidabile intereseaz pasivitatea elementelor componente fier, nichel, crom.

Factori care influeneaz viteza proceselor de coroziune

O cauz frecvent de intensificare a distrungerii prin coroziune a utilajelor care vin n contact cu soluii de electrolii o constitue efectul galvanic ce apare la mbinarea a dou piese confecionate din dou materiale de metale diferite. De exemplu la contactul dintre cupru i fier , cuprul este protejat n dauna fierului care este mai intens corodat. Fierul trece n soluie sub form de ioni (Fe+), iar procesul coroziv respectiv este cunoscut sub denumirea de coroziune de contact.

Oxigenul constitue cel mai comun factor care intensific coroziunea , mai ales n medii cu pH cuprins ntre 6 i 8.

Viteza fluidelor vehiculate ca i gradul n care ele transport suspensii abrazive.n acest scop, poate fi amintit efectul cavitaiei, fenomen care apare la viteze mari ale fluidelor.

Coroziunea de tip punctiform care este mai grav la oelurile inoxidabile. n acest tip de coroziune apar guri de diametre mai mari sau foarte mici, n vreme ce restul suprafeei este caracterizat prin viteze mici, prin greuti mari la depistarea n timp i prin pagube foarte mari. Se poate diminua sau elimina acest tip de coroziune printr-un mod corespunztor de finisare a suprafeei.

Un alt factor care agraveaz procesele de coroziune este legat de fenomenele de coroziune sub tensiune(o solicitare mecanic acioneaz simultan cu una chimic sau electrochimic). Solicitrile mecanice sunt, n general, tensiuni reziduale provenite de la prelucrarea la rece, tratamente termice i sudur, sau apar n cursul exploatrii din cauze externe.

Coroziunea la oboseal este un caz particular a acestui tip (nu este prezent nici un agent coroziv) i se datoreaz unor tensiuni aprute periodic(ciclic).

Apariia coroziunii sub tensiune este de obicei legat i de seciunea combinat a unui reactiv asupra unui anumit material metalic (de exemplu soluii de NHOH sau NaOH, n cazul oelului carbon sau soluii de cloruri, soluii de acid azotic sau sulfuric, n cazul oelurilor inoxidabile austenitice).

Creterea temperaturii constituie un element de agravare a coroziunii sub tensiune.

Punctele de fisurare ale coroziunii sub tensiune le constituie defectele de structur metalografic precum i dislocrile datorit unor solicitri mecanice. Influena atomilor din defectele respective, precum i agresivitatea mediului sunt factori determinani pentru modul de desfaurare a procesului coroziv.

La aluminiu, cupru, oeluri-carbon i oeluri inoxidabile feritice apar procese corozive intergranulare, n care zonele anodice sunt amplasate la marginea cristalelor structurii metalice. La aliajele slab aliate, o alt form de coroziune structural o constituie fragilizarea la hidrogen.

La unele oeluri inoxidabile apar procese corozive intergranulare n soluii apoase care conin ioni hidroxil sau de clor n unele cazuri aparnd n lipsa tensiunilor mecanice.

La oelurile inoxidabile austenitice acest tip de coroziune apare n medii alcaline (soluii sau vapori contaminai) sub form de rupturi inter sau transcristaline, la temperaturi i timp de exploatare diferite.

Sub tensiuni, apar frecvent procese de coroziune transgranular la oelurile austenitice mai ales cnd mediile din exploatare conin cloruri. Unele adaosuri (Mo sau Ti) mresc sensibilitatea la acest tip de coroziune. n aceste medii cu ioni clor s-au observat debutul unui proces coroziv punctiform i dezvoltarea lui, n continuare, pe calea clasic a coroziunii sub tensiune.

- Defecte de proiectare, de execuie sau de exploatare (fante, interstiii, depuneri, etc.) datorit unor posibile schimbri ale condiiilor (de exemplu concentraia diferenial n oxigen sau de ioni a mediului, prezena unor piese realizate din alt material etc.) accentueaz aciunea i dezvoltarea proceselor corozive.

- Parametrii unor procese chimice care influeneaz apariia i desfurarea proceselor corozive care se ntlnesc ntr-o anumit instalatie chimica sunt: concentratia unor substante care intra in compozitia mediului, impuritatile, temperatura, ph-ul, gradul de aerare, viteza cu care circula fluidul, inhibitorii, modul si ritmicitatea cu care se efectueaza pornirea si oprirea instalatiei respective.

Temperatura mediului agresiv mrete viteza de coroziune n mod exponenial. La unele schimbtoare de cldur la care se ating temperaturi de 100C, evaporarea apei din porii stratului de rugin agraveaz i mai mult efectul coroziv. La fel de grav este apariia unor condensate agresive la utilajele n care are loc un transfer de cldur.

Prezena oxigenului (introdus de pompe i neetaneiti) este un pericol care poate fi diminuat fie printr-o proiectare, un montaj i o ntreinere mai ingrijit, fie prin introducerea unui inhibitor.

Umiditatea, mai des n cazul n care produsele n stare anhidr nu sunt agresive este duntoare.

Proiectarea trebuie fcut corespunztor pentru a evita apariia umiditii.

Impuritile pot avea aciune bun ntr-un mediu coroziv (de exemplu: inhibitorii) dar pot avea i aciune duntoare (de exemplu prezena ionilor de Cl- care duneaz strii pasive a unor suprafee metalice sau a ionilor CN- care dau compleci cu metalele ca aurul i argintul).

Produsele de coroziune, cu excepia cazului cnd apar sub forma de filme continui i compacte, mpiedicnd accesul agenilor corozivi, accelereaz produsele de coroziune.Trebuie evitat, de asemenea, apariia unor produi de coroziune n suspensii n lichide (favorizani ai proceselor corozive localizate).

Microorganismele generatoare de procese biocorozive sunt ali factori de intensificare sau apariie a fenomenelor corozive.

Factorii geometrici sunt o alt categorie care influeneaz procesele corozive. Evitarea apariiei unor locuri n care s se nregistreze colectarea unor cantiti de lichide stagnante i apariia unor fante sunt rezolvri impuse proiectantului.

Atmosferele industriale sunt poluate cu gaze, vapori i aerosoli purtai de cureni de aer. Din punct de vedere chimic, aceti poluani pot fi acizi, baze, sruri sau solveni organici.

Cunoaterea gradului gradului de poluare a unei atmosfere industriale nseamn cunoaterea: compoziiei chimice, a proporiei i a agresivitii poluanilor. Atunci cnd poluanii sunt solizi , trebuie cunoscut dimensiunea particulelor, forma i densitatea lor. Temperatura nregistrat n timpul exploatrii ca i umiditatea relativ trebuie bine cunoscute.

Trebuie subliniat faptul c, n afara pagubelor materiale, coroziunea are i consecine sociale care conduc i la pagube. Se pot aminti astfel consecinele referitoare la dezastre (incendii, explozii, degajri nocive, distrugeri de cldiri ), la sntate, degradarea esteticii instalaiilor, cldirilor i a peisajului nconjurator.

Scopul i mijloacele de combatere a coroziunii

n combaterea coroziunii, n industria chimic, se urmrete s se creeze o uniformitate a suprafeei care se apr, s se realizeze o polarizare a cuplurilor de coroziune posibile s apar, s se ascund metalul, printr-un strat de oxizi sau un material oarecare avnd anumite caracteristici fizico-chimice, s se diminueze agresivitatea unui anumit mediu, prin introducerea unor inhibitori sau prin modificarea procesului tehnologic i s se diminueze efectele agresive ale unui anumit mediu prin modificarea unor profile sau mbinri. Se urmrete, de asemenea, s se mreasc durata n exploatarea utilajelor i s se diminueze riscurile de a fi impurificate semifabricatele i produsele.

Posibilitile de combatere a coroziunii pot fi active sau pasive. n tabelul 5.1.5. sunt prezentate exemple i se dau precizrile necesare.

Tabel 5.5. Metode de combatere i reducere a proceselor corozive

TipulProcedeulExempleAvantajeDezavantaje

Activ (se acioneaz nemijlocit asupra proscesului coroziv)Alegerea unui material de construcie foarte rezistent.Durata foarte mare, n exploatare, impurificri excluse, opriri rare ale procesului tehnologic, cheltuieli de ntreinere.Investiie mare, uneori, materialul este deficitar.

Excluderea printr-o proiectare competena, a profilelor, pieselor sau mbinrilor favorizante pentru apariia proceselor corozive.Eliminarea apariiei unor fante la unele mbinri.Idem

Intervenia n procesul tehnologic pentru eliminarea unor medii corozive.Degazarea apei de alimentarea rcitoarelor.Ieftinirea investiiei, durat mrit n exploatare, micorarea pericolului impurificrii produselor i a necesitii introducerii unor purificari suplimentare.Uneori cheltuieli mai mari necesare pentru cercetare.

Introducerea n medii corozive a unor inhibitori.Ieftinirea investiiei, durata n exploatare mrit.Uneori sunt necesare faze de purificare suplimentare.

Reglarea procesului electrochimic prin modificarea potenialului.Protecia catodic sau anodic.Cheltuieli aferente ntreinerii, nlocuirilor, controlului i opririi instalaiei scad.Investiia se mrete.

Pasiv (se introduc

unele unele acoperiri metalice sau nemetalice)Cptuiri, peliculizri sau acoperiri metalice.

Cptuiri mecanice prin laminare la cald sau rece, presare, topire, etc.IdemIdem

Depuneri electrolitice din soluii apoase sau topituri ale unor sruri ale metalelor.IdemIdem

Depuneri chimice din soluii sau topituri ale unor metale.IdemIdem

Depuneri chimice din soluii sau topituri ale unor metale.IdemIdem

Depuneri prin imersie n metale topite (cositorirea i zincarea la cald)IdemIdem

ncrcare cu sudur.IdemIdem

Acoperire local cu metal topit (plumbuire omogen).IdemIdem

Cptuiri, peliculizri sau acoperiri nemetaliceCptueli cu crmizi sau plci ceramice antiacide.IdemIdem

Scliviseli cu cimenturi rezistente la medii agresive.IdemIdem

EmailriIdemAplicabilitate limitat.

Acoperiri cu materiale ceramice rezistente la temperaturi mari.

Oxidare chimic (brunri, eloxri. pasivri, etc.)Eficacitate i aplicabilitate limitat.

Cromalari

Cptuiri, peliculizri sau acoperiri organice cu materiale termoplastice sau termorigideCptuiri cu rini fenolice.Nerezistene la medii alcaline i ocuri mecanice.

Cptuiri cu folii de materiale termoplastice.Limit a temperaturii maxime de regim la care pot fi folosite, utilajele devin mai grele.

Cauciucri de diferite tipuri.Idem

Acoperiri sinterizate cu pulberi organice de sintez (termorigide sau termoplastice) i naturale prin pulverizare.Idem

Acoperiri cu materiale dizolvate n solveni care, dup aplicare se ntresc, prin eliminarea solvenilor.Refacere periodic

5.2. Bilan de materiale pentru absorbie

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze, gazoasa respectiv lichida care sunt constituite din unul sau mai multi componenti. Pentru simplificarea bilantului de materiale in cele ce urmeaza se considera faza gazoasa formata din componentii A si B, A fiind solutul si B inertul, iar faza lichida din componentul A provenit din faza gazoasa si C fiind absorbantul.

Pentru calculul bilanului de materiale se dau date de echilibru, i anume :

x-concentraia HCl n lichid ;

y-concentraia HCl n gaz ;

n calculul bilanului se vor nota:

- Fractii masice:

- Fracii molare :

- Rapoarte molare:

Relaiile de legatur dintre fraciile molare i rapoartele molare sunt:

Operaia de absorbie presupune existena a dou faze : faza gazoas i faza lichid .

Faza gazoas este format din doi componeni :

HCl care se absoarbe n faza lichid ;

Inertul (aer).

Faza lichida este constituit din ap pur .

n figura 5.1. este reprezenatat o coloan de absorbie cu umplutur n care sunt specificate fluxurile de materiale care participa la procesul de absorbtie.

Fig. 5.1. Coloana de absorbtie cu umplutura

Unde:G - debit de inert(aer) n faza gazoas, [kmol aer/h];

L debitul de absorbant (ap ) din faza lichid, [kmolHCl/ h];

- concentraia solutului (HCl) n faza gazoas la intrareio respectiv ieiredin coloan, [ kmol HCl /kmol aer]

- concentraia solutului (HCl ) n faza lichid la intrare i respectiv iesire din coloan, [kmol HCl /kmol aer]

Pentru coloan se poate scrie urmtoarea ecuaie de bilan de materiale:

NA = G (Yi - Yf) = L (Xf - Xi)

unde :

- debitul de solut transferat din faza gazoas n faza lichid [ kmol HCl /h].

Date de proiectare :

P = 1 atm;

MV =5400 m3/h ; - debit amestec gazos;

Yi = 290 mg/m3 ; - concentraia HCl n amestecul iniial ;

= 93,9 % ; - grad de separare al amestecului ;

= 1,2 ; - coeficient de exces al absorbantului;

Xi = 0 ; - concentraia HCl din absorbant

T = 20C , - temperatura absorbantului la intrare ;

n continuare se calculeaz debitul de aer ca fiind:

G = G (1-Yi)

Unde: G = G - debit de aer [kmol aer/h];

G = debitul de flux gazos [kmol aer+HCl/h]

Yi - concentraia iniial a HCl n faz gazoas [kmol HCl/ kmol aer ];

iar

unde : = debitul volumic de amestec gazos, [m] ;

= volumul molar , [kmol/m]; [kmol/m];

[kmoli gaz(aer+HCl)

Pentru calcularea debitului de aer este nevoie sa se stie valoarea lui care se calculeaz astfel:

tiindu-se valorile lui G si , G are valoarea:

n scopul caracterizrii evoluiei procesului de absorbie se introduce noiunea de grad de separare:

i are valoare : =93,9 %

tiindu-se relaia de legtur dintre , i i valorile lui i se calculeaz:

Iar este:

(valoare ce reprezint 80 % din CMA= 30 [mg/m])

n continuare se calculeaz debitul molar, debitul masic i debitul volumic de HCl la intrarea n coloan , ca fiind:

G Yi = 241,0281,7810 = 4,2910 [ ]

G Yi 36,5 = 241,0281,781036,5=1,566 []

Debitul masic de aer n coloana de absorbie este:

G 28,9= 241,02828,9=6965,71 []

Deci se poate calcula cantitatea de HCl transferat din aer n ap ,N, ca debite molare i masice, ca fiind:

NA = G (Yi - Yf) =241,028(1,7810- 1,085810)= 4,00610

NA =4,006 10 36,5 = 1,4622 []

Calculul debitului de absorbant (L) i concentraia HCl n ap (Xf)

Calculul debitului de absorbant se face utiliznd ecuaia:

L = Lmin ,[kmol ap/h]

unde : L- consum real de absorbant ;

- coeficient de exces al absorbantului.

= 1,2

Lmin = debit minim de absorbant [kmol C / h]

ar debitul minim de absorbant, , se calculeaz cu relaia:

Xf* = Xmax

X*f = Xmax = valoarea de echilibru a lui xf pentru care concentraia la ieire Yf n faz gazoas ;

Determinarea debitului minim de absorbant implic cunoaterea concentraiei solutului din faza lichid final la echilibru corespunztoare concentraiei solutului din faza gazoas iniial. Acest lucru necesit date de echilibru .

Determinarea concentraiei x*f se poate face grafic, sau la concentraii mici analitic , utiliznd ecuaia Henry:

PA = HA xA

unde :PA- presiunea parial a solutului n faz gazoas .

HA-constanta Henry pentru componentul A (HCl);

xA-fracia molar a solutului (HCl ) din faza lichid.

Conform legii lui Dalton putem scrie :

Unde : PA= presiunea parial a HCl n amestecul gazos ;

P = presiunea total ;

yA= fracia molar a componentului HCl.

Deci , PA = P yA, relaie pe care o nlocuim n ecuaia Henry:

P yA = HA xA

Se determin fracia molar a HCl din amestecul gazos ca fiind:

HA = 0,00209 106 mmHg = 2,75 atm.(R.Z. Tudose,Fenomene de transfer i utilaje n industria chimic,pg.112).

n continuare se calculeaz raportul molar a HCl din amestecul de ap si HCl:

tiindu-se valorile se poate calcula valoarea debitului minim de absorbant, ca fiind:

n continuare se calculeaz debitul de absorbant i apoi concentraia solutului n faza lichid la ieirea din coloan:

Pe baza celor calculate pn acum se ntocmete bilanul de materiale la intrare i la ieire din coloana de absorbie .

Tabelul 5.2.1. Bilanul de materiale la intrare

Intrare

FazaComponentDebitConcentraie

kmol /skg /s

X(Y)x(y)()

A

GazoasaB

1,9351,4997

Total

1,935441,4999711

A000000

LichidaC

3,7156

111

Total

3,7156

111

Tabelul 5.2.2. Bilanul de materiale la ieire

Iesire

FazaComponentDebitConcentraie

kmol/skg/sm/sX(Y)x(y)()

A

GazoasaB

1,9351,4997

Total

1,935021,4997111

A

LichidaC

3,7156

99,991099,9910

Total

3,716

11

Pe baza datelor obinute se construiete curba de echilibru YA funcie de XA

Pentru construirea curbei de echilibru se procedeaz astfel :

1. Se admit valori pentru x (fracia molar a HCl n ap ) de la 0 pn la o valoare superioar a lui x care s fie mai mare dect valoarea calculat din Xf .

Figura 5.2. Graficul cu linia de operare sicea de echilibruDeterminarea concentratiei Xf *2. Se alege un pas

x=110 3. Conform ecuaiei Henry i ecuaiei Dalton , pentru fiecare x admis se calculeaz p*HCl , y*HCl.

Pentru x=0 avem:

Pentru avem:

Pentru avem:

EMBED Equation.3 Pentru avem:

Pentru avem:

Pentru avem:

Pentru avem:

Pentru avem:

Pentru avem:

Tabelul 5.2.3. Presiunea parial a solutului din faza gazoas la diferite concentraii

Nr. Crt

100000

2

3

4

5

6

7

8

9

5.3.Dimensionarea coloanei de absorbie

5.3.1.Calculul diametrului coloanei cu umplutur

Diametrul coloanei cu umplutur se determin funcie de debitul de amestec gazos care intr n coloan conform ecuaiei:

,[m]

unde: =debitul volumic de amestec gazos ce intr n coloan, [m/s];

=viteza fictiv a gazului n coloana cu umplutur(reprezint viteza cu care gazul circul prin coloan ca i cum nu ar exista umplutur), [m/s];

Di=diametrul interior al coloanei cu umplutur, [m];

Din datele de proiectare se cunoaste : = 5400 [m/h] =1,5 [m/s].

Viteza fictiv ,, se calculeaz funcie de viteza de nec ,, vitez ce se poate determina cu ajutorul ecuaiei lui Kafarov:

unde: a=suprafaa specific a umpluturii, [m/m];

=volumul liber al umpluturii, [m/m];

=densitatea amestecului gazos care circul prin coloan, [kg/m];

=densitatea apei, [kg/m];

=vscozitatea dinamic a apei, [cP];

A=constant numeric ce depinde de tipul de umplutur,

L=debitul masic de absorbant, [kg/s];

G=debitul masic de aer, [kg/s];

Pentru calcularea vitezei de nec se cunosc urmtoarele date:

a i se scot din tabel funcie de dimensiunile corpurilor de umplere pentru inelele

i au valorile:

a =330 [ m/m]

=0,71 [ m/m]

densitatea amestecului gazos se calculeaza funcie de densitatea aerului, , i densitatea acidului clorhidric , ,cu ajutorul formulei:

unde, respectiv sunt fraciile masice ale aerului, respectiv a acidului clorhidric din amestecul gazos i au valorile:

=99,9775 [ kg HCl/kg amestec gazos]

=2,2468 [ kg aer/kg amestec gazos]

iar valorile densitilor aerului, respectiv a acidului clorhidric au valorile:

=1,29 [kg aer/m]

=1,56 [kg HCl/m]

Conform acestor date densitatea amestecului gazos are valoarea:

[kg/m]

densitatea apei are valoarea:

=1000 [kg/m]

vscozitatea apei are valoarea:

=1[cP]

pentru umpluturi cu inele ,A are valoarea:

A=0,022

debitul masic de absorbant, respectiv de aer au valorile:

L=3,7156 [kg/s]

G=1,935 [kg/s]

Cunoscnd aceste date se poate calcula deci valoarea vitezei de nec,i anume:

Viteza fictiv reprezint o valoare ntre 0,8 i 0,9 din viteza de nec. n cazul acesta s-a ales ca viteza fictiv s fie:

=0,81,049=0,8392 [ m/s]

Cunoscnd valoarea vitezei fictive se poate calcula diametrul interior,,ca fiind:

tiind valoarea diametrului interior,, se poate calcula i diametrul exterior, , al coloanei de absorbie , ca fiind:

unde este grosimea peretelui coloanei de absorbie i are valoarea de 25 mm. Aadar valoarea diametrului exterior ,, este:

=1,509 +20,025=1,559 [m]

5.3.2. Calculul nlimii coloanei cu umplutur

nlimea coloanei cu umplutur este determinat de nlimea stratului de umplutur din coloana de absorbie.nlimea umpluturii ntr-o coloan de absorbie se poate calcula prin 3 metode:

1.din aria de transfer de mas determinat din ecuaia de proiectare, i anume:

unde: A=suprafaa de transfer de mas corespunztoare umpluturii, [m];

=diametrul interior al coloanei cu umplutur, [m];

Hu=nlimea stratului de umplutur, [m];

=coeficientul de udare al umpluturii.

a = suprafaa specific a umpluturii, [m/m];

2.Din numarul de trepte teoretice de contact si inaltimea echivalenta cu o treapta teoretica:

Unde: = numarul de trepte teoretice

IETT = inaltimea echivalenta unei trepte teoretice e contact

3. Din numarul unitatilor globale de transer si inaltimea unitatii globale de transfer

Unde : NUT =numarul unitatilor de tansfer

IUT = inaltimea globala a unitatii de transfer

1. Determinarea nlimii umpluturii din aria de transfer de mas se realizeaz calculnd mai nti suprafaa de transfer de mas din ecuaiile de transfer de mas raportate la cele doua faze. Ecuaiile de transferde mas pentru cele doua faze sunt:

pentru raportarea la faza gazoas, ecuaia de transfer de mas are forma:

pentru raportarea la faza lichid,ecuaia de transfer de mas are forma:

unde:

=debitul de acid clorhidric separat n coloan,[kmol/s];

=coeficientul global de transfer de mas cnd raportarea se face la faza gazoas, [kmol/ms];

=coeficientul global de transfer de mas cnd raportarea se face la faza lichid, [kmol/ms];

= fora motrice global a transferului de mas cnd raportarea se face la faza gazoas, [kmol HCl/kmol aer];

=fora motrice global a transferului de mas cnd raportarea se face la faza lichid, [ kmol HCl/kmol ap];

=aria de transfer de mas cnd raportarea se face la faza gazoas,respectiv la faza lichid, [m].

5.3.2.1. Calculul coeficienilor globali de transfer de mas

Coeficienii globali de transfer de mas se calculeaz cu ajutorul coeficienilor individuali de transfer de mas ,determinai la rndul lor utiliznd relaii criteriale.

Coeficientul global de transfer de mas raportat la faza gazoas,Ky, se calculeaz cu relatia:

iar coeficientul global de transfer de mas raportat la faza lichid,Kx, se calculeaz cu relaia:

unde:

= coeficienii individuali de transfer de mas prin filmul gazos i respectiv lichid;

m = panta medie a curbei de echilibru.

Pentru faza gazoas

Pentru calculul coeficientului individual de transfer de mas n filmul gazos n cazul utilizrii umpluturii constituit din inele Raschig se folosssete releia:

unde: Sh=criteriul Sherwood;

Re=criteriul Reynolds;

Sc=criteriul Schmidt;

C= constant adimensional ce poate lua valori ntre 0,1 i 0,2.n acest caz valoarea lui C este 1,5.

Pentru calcularea criteriului Sherwood se utilizeaz urmtoarea relaie:

unde:

=coeficientul de difuzie a HCl n aer ,i are valoarea:

[m/s] (Pavlov,pg. 520)

kg = coeficientul individual de transfer de mas , raportat la faza gazoas, [m/s];

d = diametrul echivalent al corpurilor de umplere , M, i se calculeaz cu relaia:

unde Vp este volumul unui corp de umplere,m, i se calculeaz cu relaia:

unde:H=nlimea corpului de umplere,[m];

=diametrul exterior al corpului de umplere, [m];

=diametrul interior al corpului de umplere, [m].

Pentru Inele Rasching(n grmad) din ceramic de dimensiuni 15x15x2 (mm) avem:

H=15 [mm]= [m]

De=15 [mm]= [m]

unde s este grosimea peretelui corpului de umplere i este s=2 [mm]= [m], iar diametrul interior al corpului de umplere este:

D=15 - 22=11 [mm] = [m]

Conform datelor de mai sus volumul unui corp de umplere este:

[m]

tiind valoarea lui Vp se poate calcula diametrul echivalent al corpurilor de umplere,d, avnd valoarea:

[ m]

Conform datelor obinute pn acum criteriul Sherwood capt forma:

Pentru calcularea valorii criteriului Reynolds se utilizeaz relaia:

unde: a=suprafaa specific a umpluturii,m/m,i are n cazul de fa valoarea:

a=330 [m/m]

g=vscozitatea fazei gazoase ,Pas, i are valoarea:

=0,018 [cP]=1,810 [Pas]

qg=debitul masic specific de gaz, [kg/ms] , i se calculeaz cu relaia:

unde:G=debitul masic de aer, [kg/s], i are valoarea :

G=1,935 [kg/s]

D= diametrul interior al coloanei de absorbie, [m], i are valoarea:

D=1,509 [m]

tiind valorile lui G i ale lui D, se determin valoarea lui qg ca fiind:

[kg/ms]

Cunoscnd valorile lui a, g i qg se poate calcula criteriul Reynolds care capt valoarea:

Pentru calcularea valorii criteriului Schmidt se folosete relaia:

unde:

= vscozitatea fazei gazoase , Pas, i are valoarea:

= 0,018 [cP] =1,810 [Pas]

=densitatea amestecului gazos ,[kg/m] ,i are valoarea:

= 1,29 [kg/m] (valoare calculat la subcapitolul 5.3.1)

Da,g = coeficientul de difuzie a HCl n aer, i are valoarea:

[m/s] (Pavlov,pag520)

Conform datelor de mai sus ,criteriul Schmidt are valoare:

tiind valorile criteriului Reynolds,a lui Schmidt i a lui C se poate calcula criteriul Sherwood ca fiind:

Cunoscnd cele doua forme ale criteriului Sherwood i egalndule se poate afla valoare coeficientului individual de transfer de mas ,kg.Aadar conform datelor obinute valoarea coeficientului individual este:

[m/s]

ntruct coeficientul individual de transfer de mas trebuie sa aib ca untitate de msur [kmol HCl/(smkmol HCl/ kmol aer)],valoarea obinut anterior n m/s se mulete cu densitatea gazului,g, i se mparte la masa molecular,M, a gazului.Deoarece raportul dintre densitate i masa molecular reprezint inversul volumului molar,Vm, coeficientul individual , ky poate fi scris:

Pentru faza lichid

Coeficientul individual de transfer de mas din faza lichid se determin din criteriul Shelwood,Sh, din ecuaia criterial aleas pentru faza lichid:

unde:coeficientul i exponenii m i n sunt tabelai n tabelul 7.2.7/pg.114 ( Fenomene de transfer i utilaje n industria chimic ndrumar de proiectare).Pentru Inele Raschig de dimensiuni 15x15x2 au valorile:

C= 0,013 ; m=0,50 ; n=0,5 pentru ql>380.

Deci ,

unde :Re= criteriul Reynolds;

Sc =criteriul Schmidt.

Criteriul Reynolds se calculeaz cu relaia:

n care: q= debitul masic de lichid [kg/mh];

= vscozitatea apei la temperatura din coloan [Pas],(din Pavlov) i are valoarea:

= [Pas]

d =diametrul echivalent [m] ,ce se calculeaz cu relaia:

d= , [m]

unde a este suprafaa specific a umpluturii