УДК 66128
Федоренко О.О.
Київський національний університет технологій та дизайну
Бурлакова С.А.
Київський національний університет технологій та дизайну
Поліщук Ю.В.
Київський національний університет технологій та дизайну
Розроблений метод очищення вентиляційних викидів від пари вуглеводнів і виготовлений експериментальний зразок адсорбційної установки, в якій застосовано двох ступеневе очищення повітря виробничої зони.
Розвиток технології захисту навколишнього середовища зумовлено не тільки збільшенням інтенсивності техногенного забруднення навколишнього середовища, але зміною вихідних критеріїв його захисту, диктованих переоцінкою підходів до використання паливних і сировинних матеріалів. Найважливішими проблемами охорони навколишнього середовища є захист повітряного та водного басейнів від надмірних забруднень різноманітними відходами промислового виробництва.
Актуальність досліджень.
У легкій та інших галузях промисловості широко застосовуються різні клейові і лакофарбні матеріали як розчинники в яких використовуються різні легколетючі вуглеводні (бензин, ацетон, етилацетат). Як правило ці розчинники випаровуються в навколишнє повітря і системами вентиляції викидаються в атмосферне повітря, забруднюючи довкілля. При цьому в атмосферу поступають сотні тонн в рік пари вуглеводнів, що є з одного боку назавжди втраченими матеріальними цінностями, з іншої – забрудненням атмосфери.
Таким чином, викид такого повітря в довкілля невигідний як економічно, так і екологічної точки зору.
Постановка задачі.
Найбільш ефективним методом витягу пар будь-якмх розчиників з бідних пароповітряних сумішей є адсорбційний метод.
Адсорбція полягая в поглинанні газів, чи пару пару розчинених речовин поверхнею твердих тіл(адсорбентів). У природі існує велика кількість речовин, як вугілля, сажа, силика-гель, глина й інш., що маючи дуже розвинену пористу поверхню, здатні поглинати, тобто адсорбіровати на цій поверхні різні гази та пари.
Явища адсорбції характерезується наявністю двох типів сил взаємодії між газом і твердим тілом, а саме: молекулярними(фізичними) і валентними(хімічними). Хімічна взаємодія характерезується повністю теплових ефектів, залежністю процесу від температури, необоротністю процесу й ін.
Проведена науково-дослідна робота, направлена на розробку технології і установки для уловлювання пари вуглеводнів з вентиляційних викидів. Зазвичай у вентиляційних викидах концентрація пари вуглеводнів, хоча і вище за ГДК, але порівняно низька, 1г/м, що не перевищує. Це затруднюєє їх уловлювання. Наприклад, для уловлювання етилацетату методом конденсації необхідно охолодити забруднене повітря до вельми низьких температур, порядку – 70 С, що при значних витратах повітря вимагає великих енергетичний і матеріальних витрат.
Пропонується адсорбційно-криогенний метод очищення. Суть методу в тому, що за допомогою адсорбції забруднене повітря очищається від пари вуглеводнів до концентрації в 10 разів менше ГДК. При цьому після регенерації адсорбенту виходить повітря, збагачене парами вуглеводнів до концентрації значно вище ГДК/обмеження, – вибухонебезпечна концентрация/ . Розрахунки показують, що при таких підвищених концентраціях можна сконденсувати до 80% пари вуглеводнів при охолоджуванні повітря всього до – 30 С. Враховуючи, що в цьому випадку кількість оброблюваного повітря зменшиться в 10 і більше разів, витрати на уловлювання пари вуглеводнів різко знижується і значною мірою окупаються поверненням розчинника для повторного використання.
На цьому принципі розроблена технологія очищення вентиляційних викидів від вуглеводнів і виготовлений експериментальний зразок адсорб ционно-кріогенної установки, в якій застосовано двоступінчате очищення вентиляційних викидів. У першому рівні підвищується концентрація забруднень шляхом зменшення кількості повітря при збереження кількості забруднень. У другому рівні виробляється криогенне очищення зменшеної кількості повітря при підвищеній концентрації забруднень.
У першому рівні застосований адсорбційний метод очищення, а адсорбційний фільтр виготовлений з вуглецево-волоконної тканини,саржевого переплетення з добре розвиненою макро- і мікропористістю. Для зменшення аеродинамічного опору і збільшення поверхні тканини розташовувалася в каналі воздуховода в декілька шарів.
В основі аналізу науково-технічної літератури і патентських досліджень по адсорбційним очищувальним пристроям розроблено принципову схему та виготовлено експериментальну адсорбційну установку (мал.2) та адсорбційний очищувач (мал.1). та Адсобрційний очищувач складається з двох секцій А і В. У кожній секції встановлено адсорбційнй фільтр 1. За допомогою клапанів 2 і 3 кожна секція поперемінне підключається або до повітропроводу чистого повітря 4, або до повітропроводу повітря збагаченого забрудненнями 5. Коли клапан 2 закритийг а клапан 3 відкритий основна маса (90%)вентиляційного повітря проходить скрізь адсорбційний фільтр А.
Речовини, що забруднюють повітря, адсорбуються на фільтрі, а очищуване повітря поступає в повітропровід збагаченого повітря 5, після насичення фільтра секції А, клапани 2 і 3 переключаються таким чином, що секція А підключається до повітропроводу збагаченого повітря 5, а секція В до повітропроводу чистого повітря 4. На очищення працює секція В, а секція А регенерується. Наявність двох фільтрів і клапанів дозволяє забезпечити безперервність роботи очищувача при періодичності процесів адсорбції і десорбції в фільтрах.
Адсорбційний фільтр виготовлений з вуглицево-волоконної тканини «Карбопон» і складається з кількох шарів. Для зменшення аеродинамічного опору тканини збільшується поверхня тканини шляхом зігзагоподібного розташування її в повітропроводі, в експерементальному стенді площа фільтрації в 10 раз перевищує площу поперечного перетину повітропровода. Це співвідношення може бути збільшено по збільшенні довжини фільтра. Застосування в якості фільтра електропровідної вуглицево-волоконної тканини дозволяє суттєво спростити процес регенерації фільтра. При регенерації скрізь тканину пропускається електричний струм, за рахунок чого збільшується температура (і) тканини і тривалість процесу десорбції. Зрівнюються з тривалістю процесу абсорбції. При такому рішенні вдається забезпечити безперервність роботи очищувача при двох фільтруючих секціях.
Мал.1. Принципова схема очищувача повітря
1- адсорбційний фільтр;2 - клапан секції Б;3 - клапан секції А;4 - повітряпровід чистого повітря;5 - повітряпровід забрудненого повітря.
В якості адсорбтива використовується бензол або ацетон. Адсорбтив в кількості 100 мл поступово вводиться в повітропровід через гумову прокладку дозатора на протязі всього часу проведення експерименту підтримуючи тим самим сталу величину концентрації адсорбтива Со перед шаром адсорбенту. Вихідні концентрації С за шаром адсорбенту змінюється від 0,05 Со до 0,45 Со; що свідчить про насичення адсорбенту та втрату його захисної дії. В цьому разі введення адсорбтива через дозатор припиняється.
Під час введення досліджуваємої речовини необхідно звернути особливу увагу на момент початку "проскока", який характеризується концентрацією 0,05 Со завершено часу адсорбційної або захисної дії шару адсорбенту.
У експериментальній установці площу фільтрації в 10 разів перевищувала площа поперечного перетину воздуховода. Це співвідношення може бути збільшене при збільшенні довжини фільтру.
Результати експериментальної перевірки роботи установки показали, що фільтр з шести шарів тканини при швидкості набігаючого потоку 0,1 м/с мав опір 300Па і протягом 5 хвилин зменшував концентрацію етилацетату в повітрі в 10 разів.
Регенерація фільтру при температурі тканини 80 С тривала 4,5 мин.
Охолоджування повітря з великою концентрацією етилацетату і конденсація його проводилася в другому рівні установки за допомогою повітряної холодильної машини
ТХМ 1-25 виробничість холоду 30кВт і витратою охолоджуваного повітря 3600 кг/година.
Для уловлювання конденсуючих речовин був розроблений спеціальний теплообмінник. При цьому температура конденсації була біля – 30 С. Це дає змогу подальшого використання розчинника в виробництві
Висновок.
Використання в якості фільтру електропровідної углеграфітової тканини дозволяє істотно спростити процес регенерації фільтру. При регенаріциі через тканину пропускається електричний струм, за рахунок чого збільшується температура тканини і тривалість процесу десорбції зрівнюється з тривалістю процесу абсорбції. При однаковому часі роботи, і регенерації фільтру удається забезпечити безперервність роботи очисника при двох секціях, що фільтрують. Використання три і більш за секції дозволяє забезпечити захоплення часу регенерації два і більше разів відносно часу роботи фільтру.
Таким чином, проведені випробування показали, що розроблена технологія і установка для очищення вентиляційних викидів від пари вуглеводнів сповна працездатні і можуть бути використані у виробництві.
Література:
1) Адсорбция паров бензола и метил этилкетонапри низких концентрациях пористыми углеродными адсорбентами. Huag.F., Kang F.б Wu H., Liang K. 2000 Китай
2) Исследование структуры и сорбционных свойств углеродных адсорбентов.
Готелишвили Г.Ш., Ладычук ДюВ., и др. 9 международня конференция по теоретичиским вопросам „адсорбции и адсорбционной хроматографии”. Тезисы докладов, из-в ИФХ.РАН 2001.
3) Адсорбційна установка для повітряно-газових сумішей. ПАТ 39520Ф Україна ВОД53/74.
4) Математическое описание изотерм сорбции и адсорбции на основе обобщенного уравнения. Ефремов Г.И., Сажин В.Б., и др. Тезисі 14-й Международной конференции молодіх ученіх по химии. МКХТ-2000. Изд. РХТУ 2000г. Москва.
5) Исследование процессов биофильтрации воздуха для очистки его от примисей легколетучих органических соединений. Gerard A.M., Misiaczek O., Paca J.. DECHEMA.2003 c.86. Англ.
6) Технология получения и свойства тканей из активированного угля, связанных клеями.
Zhou-Jian-bin. Coll 2003/ 20, №4, с, 360-363, 2 ил.Библ.6. Кит.; рез.Англ.
7) Луцик Р.В., Малкін Є.С. Тепло-масообмін при обробці текстильних матеріалів. Київ, Наукова думка 1993р. 344 ст.
8) Адсорбційна установка ПАТ№39519А Україна Пісарєв В.Є., Луцик Р.В., Федоренко О.О.2003 р
9) Адсорбційний апарат Пат №40194 України Пісарєв В.Є., Луцик Р.В., Федоренко О.О.2003 р
