Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями. Иногда растворяющийся газ вступает в химическую реакцию непосредственно с самим растворителем. Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией (хемосорбция). Химическую абсорбцию используют для извлечения кислых компонентов с низким парциальным давлением, низкой концентрации загрязняющих веществ для тонкой очистки газа [1].
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия (СО, SO2, H2S и др.), котельные ТЭЦ (пыль, дым, SO2 и др.), железнодорожный, автомобильный транспорт, почва, особенно при несовершенстве уличных покрытий (пыль, микроорганизмы). Вредные примеси в атмосферном воздухе отрицательно влияют на здоровье населения [2]. Сера содержится в таких полезных ископаемых, как уголь, нефть, железные, медные и другие руды; одни из них используют как топливо, другие направляют с целью переработки на предприятия химической и металлургической промышленности. При переработке (в частности, при обжиге руд) сера переходит в химические соединения, например, в сернистый газ (оксид серы (IV)). Образовавшиеся соединения частично улавливаются очистными сооружениями, но основная масса выбрасывается в атмосферу [3].
Одним из аппаратов очистки газовых выбросов малой концентрации (не более 0,12 мг/м3) является насадочный абсорбер, благодаря его высокой поверхности контакта и относительно незначительного гидравлического сопротивления [4]. Добавление в абсорбент гидроксида натрия позволит уменьшить концентрацию абсорбата тем самым ускорить процесс абсорбции. Это особенно актуально для плохо растворимых веществ, таких как SO2, H2S и др.
Целью работы является оценка экономической эффективности работы химического абсорбера на основании критерия оптимальности учитывающего: гидравлическое сопротивление; металлозатраты на абсорбер в зависимости от его диаметра и высоты; затраты на насадку в зависимости от количества, типа и материала.
Критерий оптимальности:
,
где Sэнерг,i – затраты энергии на преодоление гидравлического сопротивление для i-й насадки, руб; Sмет,i – металл затраты на аппарат для i-й насадки, руб; Sнас,i – стоимость насадки для i-й насадки, руб; i – номер насадки.
Для уменьшения затрат при заданной степени очистки будем использовать математическую модель мгновенной реакции [4, 5], включающую в себя расчеты размеров высоты насадочного слоя, высоты и диаметра колонны, гидравлического сопротивления, степени очистки, расхода абсорбента,
Изменять будем насадку, выбирать будем из: кольца Рашига внавал, кольца Рашига с перегородками правильно уложенные, кольца Паля, седла «Инталлокс».
Формула, используемая для расчета гидравлического сопротивления [5]:
,
где ΔPсух – гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па; U – плотность орошения, м3/(м2·с); k – опытный коэффициент (для беспорядочно засыпанных насадок k=0,06; для правильно уложенных насадок k=0,04).
Предложенный экономический критерий оптимальности поможет суммарно сократить производственные затраты на очистные сооружения, так как учитывает как текущие так и капитальные затраты.