Proiect Final Tpkma

8/12/2019 Proiect Final Tpkma

1/104

2

TEMA PROIECT:

PROIECTAREA INSTALATIEI DE SEPARARE

CONTINUE A HCl DIN EFLUENTUL GAZOS

REZULTAT DE LA O SECTIE DE ZINCARE

ACIDA PRIN OPERATIA DE

ABSORBTIE IN APA


2/104

3

CUPRINS

CAPITOLUL I. Tema de proiectare ...........6

CAPITOLUL II. Memoriu tehnic ...........7

CAPITOLUL III. Sursa de poluare.............9

3.1.Procesul de zincare slab acid...............................9

3.2.Proprietatile i efectul efluentului gazos...........10

3.2.1. Proprietile fizice ale HCl................................................................10

3.2.2. Proprietile chimice ale HCl..........................................................12

3.2.3. Proprietile fiziologice...................................................................16

3.2.4. Efectele HCl....................................................................................16

3.2.4.1.Efectele asupra organismelor vii...........................................17

3.2.4.2.Efectele asupra mediului.......................................................17

3.3.Determinarea HCl din aer.........19

CAPITOLUL IV. Tehnologia adoptat...........20

4.1.Condii de calitate ale aerului........20

4.2.Variante tehnologice.............................23

4.2.1. Absorbia.......................................................................................24

4.2.1.1. Absorbia fizic....................................................................24

4.2.1.2.Absorbia chimic..................................................................24

4.2.2.Adsorbia........................................................................................25

4.3.Alegerea variantei optime- operaia de absorbie......26

4.4. Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schemei bloc.

Elaborarea schemei tehnologice........27


3/104

4

CAPITOLUL V. Dimensionarea tehnologic a utilajelor........30

5.1. Tipuri de utilaje. Alegerea. Descrierea...........30

5.1.1. Alegerea tipului de coloan.........30

5.1.2.Alegerea umpluturii pentru colan...............34

5.1.3.Dispozitive interioare pentru coloana cu umplutur........................37

5.1.3.1.Grtarele de susinere.................................................................37

5.1.3.2.Distribuitoare pentru faza lichida................................................38

5.1.3.3.Redistribuitoare pentru faza lichid............................................39

5.1.4.Materiale de construcie pentru colan.....................39

5.1.5.Probleme de coroziune..........41

5.1.5.1.Factori care influeneaz viteza proceselor de coroziune............43

5.1.5.2.Scopul i mijloacele de combatere a coroziunii..........................46

5.2. Bilan de materiale pentru absorbie...............47

5.3.Dimensionarea coloanei de absorbie..........555.3.1.Calculul diametrului colanei de absorbie.....................55

5.3.2.Calculul nalimii coloanei cu umplutur..................57

5.3.2.1.Calculul coeficientului global de transfer de mas.........58

5.3.2.2.Calculul forei motrice medie.............61

5.3.3.Calculul nalimii coloanei...........................63

5.4.Dimensionarea racordurilor coloanei de absorbie.........................67

5.5.Pierderea de presiune la curgerea gazului prin coloan..................71

5.6.Dimensionarea pompei centrifuge..........72

5.7.Dimensionarea ventilatorului..........78


4/104

5

5.8.Dimensionarea vasului de neutralizare...................82

5.9.Calulul puterii agitatorului..............83

5.10.Dimensionarea rezervorului..........84

5.11.Fia tehnic...........................87

CAPITOLUL VI. Exploatarea instalatiei........90

6.1.Bilande mas pe instalaie....................................90

6.2.Consumul pe materii prime auxiliare i utilitai.........................91

6.3.Subproduse i deseuri.............93

CAPITOLUL VII. Controlul, automatizarea i reglarea procesuluitehnologic.................................................................................................94

CAPITOLUL VIII. Protecia muncii i msuri PSI............97

CAPITOLUL IX. Noiuni de amplasare a utilajelor i de stabilire a traseelorretelelor de conduct ......98

CAPITOLUL X. Piese desenate.......104

CAPITOLUL XI. Bibliografie..........105


5/104

6

Capitolul I. TEMA DE PROIECTARE

S se ntocmeasc proiectul de inginerie tehnologic pentru o instalaie de separare

continu a HCl din efluentul gazos rezultat de la o secie de zincare acid prin operatia de

absorbie n ap. Se dau urmtoarele date de proiectare:

presiunea de lucru n coloana de absorbie p= 1 atm

debitul volumetric al efluentului gazos Mv = 4300 m3/h

concentraia HCl n amestecul gazos iniial y i=350 mg/m3

gradul de separare al amestecului = 93,2% coeficientul de exces al absorbantului = 1,2

concentraia iniial a HCl n absorbant 0%

temperatura absorbantului la intrare T= 20oC


6/104

7

Capitolul II. 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 10 capitole, fiecare avnd mai multe subcapitole.

n capitolul, intitulat "Tema de proiectare" se prezint scopul lucrrii, proiectarea unei instalaii

de absorbie a acidului clorhidric i se dau datele de p roiectare.

n capitolul III se prezint sursa de poluare: procesul de zincare slab acid -subcapitolul 3.1,

proprietilesi efectele efluentului gazos (acid clorhidric, aer) subcapitolul 3.2 (3.2.1.

proprietile fizice ale HCl, 3.2.2. proprietile chimice ale HCl, 3.2.3. proprietile fiziologice,3.2.4. efectele HCl cu -3.2.4.1.efectele asupra organismelor vii si 3.2.4.2.efectele asupra

mediului) , metode de determinare ale acidului clorhidric din aer -subcapitolul 3.3.

n capitolul IV 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 (4.2.1. absorbia-4.2.1.1. absorbia fizicsi 4.2.1.2.absorbia chimic,

4.2.2.adsorbia.), subcapitolul 4.3 prezint justificarea alegerii variantei optime- absorbia,

subcapitolul 4.4 prezint descrierea tehnologiei adoptate, elaboreaz schema bloc i schema detehnologie aleas.

Capitolul V 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 cu 5.1.3.1. grtarele de susinere; 5.1.3.2.distribuitoare pentru faza lichida; 5.1.3.3.

redistribuitoare pentru faza lichid, 5.1.4 alegerea materialului de construcie pentru coloane,

5.1.5 problemele de coroziune cu 5.1.5.1.factori care influeneaz viteza proceselor decoroziune si 5.1.5.2. scopul i mijloacele de combatere a coroziunii), 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,


7/104

8

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 VII se refer la controlul, automatizarea i reglarea sistemelor tehnologice, cu

automatizarea parial a coloanei de absorbie.

Capitolul VIII prezint problemele legate de protecia muncii n instalaii de absorbie i msuri

P.S.I.

Capitolul urmtor, capitolul IX, face referiri la noiuni de amplasare a utilajelor i de stabilire a

traseelor reelelor de conducte.

Capitolul X cuprinde 3 schie ale pieselor desenate: schia instalaiei de absorbie, schia

ventilatorului i schia automatizat a instalaiei de absorbie.

n capitolul XI este enumerat bibliografia.


8/104

9

Capitolul III. SURSA DE POLUARE

3.1.Procesul de zincare slab acida

Fluxul tehnologic al procesului de acoperiri metalice prin zincare const n trecereasuccesiv a pieselor metalice prin bi in care se desfoar urmtoarele operaii:

Fig. 3.1. Fluxul operaiilor procesului de acoperiri metalice prin zincare

Degresarea chimic se realizeaz cu soluii alcaline puternic tensioactive la o

temperatur de 5060oC. Ea e urmat desplare, apa de splare fiind evacuat periodic in baza

de captare.

Decaparea se face cu soluie de HCl 20-30%, durata operaiei fiind in funcie de

calitatea pieselor supuse zincrii. Piesele decapate trec n continuare la splare.


9/104

10

Zincarease realizeaz n soluie slab acid prin elecroliz. Anozii formai din zinc pur

sunt amplasai pe parile laterale iar piesele supuse zincrii se suspend pe baia catodic situat

central n baie. Omogenizarea soluiei se realizeaz prin barbotarea soluiei de aer comprimat.

Pasivarea se realizeaz prin cromare cu reactiv specific n mediu de HNO3. Operaiaofer o manta nevoalat de albastru strlucitor i o buna rezisten la coroziune. Toate bile sunt

prevzute cu sisteme de captare a gazelor, gaze care sunt aspirate de un ventilator i trimise la

sistemul de epurare al efluentului.Apele din toate bile de splare se colecteaz ntr-un bazin de

colectare.

Atelierul de zincare este sursa de poluare att pentru apa ct i pentru aer. Poluanii

coninui n efluentul gazos pot fi componeni ai bilor de degresare chimic, decapare, zincare,

pasivare, care au o presiune de vaporizare ridicat. HCl e principalul poluant coninut nefluentul gazos.

III.2.Proprietatile si efectul efluentului gazos

3.2.1.Proprieti fizice

Acidul clorhidric, (HCl), este un gaz foarte corosiv, toxic i incolor, care formeaz vaporin 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.


10/104

11

HCl poate fi prezent in atmosfer ca urmare a eliminrii din diferite procese tehnologice.

HCl este un compus foarte reactiv care are aciune asupra tuturor metalelor cu degajare de H2. El

poate fi o surs de incendiu i explozie. n general necesit msuri speciale de pstrare i

conservare. Astfel conservarea probelor se face in recipieni de sticl sau unele aliaje i materiale

plastice rezistente la acest produs.

HCl poate produce asupra organismului uman intoxicaii i poate genera reacii secundare

cum ar fi apariia unor substane deosebit de toxice, in special hidrogenul arseniat ca urmare a

reaciei cu metale i aliaje.

Se ambaleaz n cisterne de oel cptuite n interior cu ebonit, ale furnizorului sau

beneficiarului. Se depoziteaz n rezervoare de oel ebonitate, prevzute cu conducte de

degazare.

Acidul clorhidric este un produs agresiv i toxic. nainte de a manipula i utiliza acest

produs, personalul trebuie s fie familiarizat cu informaiile referitoare la pericolele la care este

expus. Aceste informaii sunt disponibile n mai multe forme, de exemplu MSDS i etichete ale

produsului. [Negoiu,1972].


11/104

12

Tabel 3.1. Proprietati fizice ale HCl

Procent

masic,

Concentratie

masica,

Grad

Baume

Densitate Molaritate pH Vascozitate Capacitate

calorica

Presiune

de

vapori

Punct

de

fierbere

Punct

de

topire

Kg

HCl/kg

Kg HCl/m3 Baume Kg/l Mol/dm3 mPas kJ/(kgK) Pa oC oC

10% 104.80 6.6 1.048 2.87 -0.5 1.16 3.47 0.527 103 -18

20% 219.60 13 1.098 6.02 -0.8 1.37 2.99 27.3 108 -59

30% 344.70 19 1.149 9.45 -1.0 1.70 2.60 1.410 90 -52

32% 370.88 20 1.159 10.17 -1.0 1.80 2.55 3.130 84 -43

34% 397.46 21 1.169 10.90 -1.0 1.90 2.50 6.733 71 -36

36% 424.44 22 1.179 11.64 -1.1 1.99 2.46 14.100 61 -30

38% 451.82 23 1.189 12.39 -1.1 2.10 2.43 28.000 48 -26

[www.wikipedia.org]


12/104

13

3.2.2.Proprieti chimice ale HCl:

Acidul clorhidric in stare lichida are o activitate chimica slaba. Majoritatea metalelor se

acopera cu o patura protectoare de clorura fara a degaja hidrogen. Sarurile sunt in general

insolubile cu exceptia carbonatilor care se transforma in cloriri.

Acidul clorhidric gazos reactioneaza cu oxigenul astfel:

4HCl + O2 2Cl2+ 2H2O H=-27.63 kcal

Conversia acidului clorhidric in clor cu ajutorul oxigenului a castigat importanta odata

cu supraproductia de acid clorhidric, produs secundar de la clorurarile organice (D. Kenneth si C.

Rub - 1946). Aceasta reactive se realizeaza la 250C (in loc de 500C in procedeul H. Deacon)

cu catalizatori ca: Al2O3, Cr2O3sau UO2(NO3)4- Th(NO3)4.S-a folosit chiar clorura de cupru

(Patent U.S.A. 2 644 846-1953).

Metalele sunt transformate, in general, de acidul clorhidric gazos in cloriri cu degajare de

hydrogen (I. Besson - 1950) la anumite temperature. Astfel, potasiul se aprinde spontan la

temperature obisnuita. Acidul clorhidric gazos ataca cuprul, argintul si bismultul, care nu sunt

atacate de solutiile sale apoase decat in aer si in prezenta oxidantilor, Fierul, nichelul si

aluminiul sunt atacate la 300C, rar mercurul la 550C:

2HCl + Fe = FeCl2+ H2

Metalele mai putin electropositive decat hidrogenul nu sunt atacate decat in prezenta

oxigenului. Aurul si platina nu sunt atacate nici la tempetatura inalta.

Acidul clorhidric are proprietati reducatoare. Dioxizii de plumb si mangan degaja clor

(K.W.Scheele - 1774) din acidul clorhidric

MnO2+ 4HCl = MnCl2+ 2H2O + Cl2

Sub actiunea acidului clorhidric oxizii se transforma in cloruri sau oxicloruri , iar

hidrurile in cloruri. Acidul clorhidric gazos reactioneaza cu azotatii, hipocloratii si cloratii cu

degajare de clor si cu azotatii, percloratii si sulfatii cu formare de cloruri. Se cunosc, de


13/104

14

asemenea, o serie de compusi de aditie ca: NOHCl, NH 4Cl, 2HCNHCl, SeO24HCl,

SeO22HCl, Cl22HCl.

Solutiile de acid clorhidric, desi foarte stabile, sunt descompuse de lumina in prezenta

catalizatorilor (Mn2+

,Fe2+

, apa oxigenata). Acidul azotic oxideaza acidul clorhidric conformechilibrului:

2HCl +_HNOHNO2+ Cl2+ H20

Iar fluorul la 150 C elibereaza total si imediat clorul :

F2 + 2HCl=2HF + Cl2

Acidul clorhidric in solutie apoasa ataca energie, la rece, metalele care sunt mai

elecropozitivedecat hidrogenul (alcaline, alcalino-pamantoase, magneziu, zinc, aluminiu, fier):

Acidul clorhidric ataca aluminiul cu o viteza care depinde de viteza de dizolvare a

stratului protector de Al(OH)3. Celelalte metale sunt atacate la rece numai in prezenta oxigenului

2Cu + 4HCl + O2= 2CUCl2+ 2H2O

Atacul este determinat de forta electromotoare sau potentialul de electrod al metalului si

hidrogenului.

S-a masurat viteza de ataca unor metale (Owe Berg - 1954). Tantalul este atacat, motiv

pentru care el poate forma o camasa protectoare in turnurile modern de absorbtie a acidului

clorhidric in apa. Oxizii sunt atacati cu formare de cloruri, iar pe oxizii , ca si permanganatii ,

cromatii, persulfatii, cloratii degaja clor.

Acidul clorhidric in solutie apoasa este puternic ionizat. Masurarea conductibilitatii

electrice, a indicelui de refractive, a temperaturii de inghetare a unor amestecuri de acid

clorhidric si hidroxid de potasiu echimoleculare in proportii variabilesi cu acelasi volum

totalarata un minim pentru raportul

HCl : KOH = 1:1.

Caldura de neutralizare la dilutie infinita a reactiei:


14/104

15

HCl + NaOH = NaCl + H 2O = -13.320 kcal/mol

indica un acid monobasic tare.

Clorurile, sarurile acidului clorhidric, se obtin prin actiunea acidului asupra metalului,

bazei, oxidului, carbonatului sau sulfurii. Se obtine astfel clorura cu valenta inferioara. Prin

actiunea clorului asupra metaluluise obtine o clorura anhidrica in stare superioara de valenta.

Clorurarea se poate face cu clor si carbon asupra unui oxid , cu fosgen asupra unui oxid sau

sulfuri , cu monoclorura de sulf si clor asupra oxizilor , cu tetraclorura de carbon asupra oxizilor .

Agenti clorurati mai sunt: diclorura de tionil , monoclorura de iod etc. Clorurile se mai pot obtine

disociere, dismutatie, reducere, deplasare si clorurarea clorurilor inferioare:

VCl4= VCl3+ Cl2

2TiCl3= TiCl2+TiCl4

TiCl4+ Ti = 2TICl2

3Hg2Cl2+ 2Bi = 2BiCl2+ 6Hg

SnCl2+ Cl2= SnCl4

Clorurile cele mai exoterme sunt cele al toriului, bariului si strontului. Caldura de

formare impartita la numarul atomilor de clor din molecula este mai mica decat pentru floruri si

scade in ordinea Cs, Rb, K, Na, Li.

Cloririle alcaline si alcalino-pamantoase formeaza retele ionice. Cele ale metalelor grele

au o retea molecular. Clorurile metalice se topesc , in general, la temperature mai joase decat

metalul, fara descompunere. Clorurile metalelor nobile se disociaza reversibil. Sunt insolubile

clorurile de Cu(I), Hg(I), Ag(I), Au(I), Tl(I), Pb(II).In general, clorurile sunt electroliti puternici

cu exceptia BeCl2, CdCl2, HgCl2. Conductibilitatea in stare solida creste cu temperature , este

ionica prin anion in diclorura de plumb si prin cation in NaCl, CuCl, KCl (J. Frers -1927) restul

ionului ramanand imobil. Clorura de cupru prezinta o conductibilitate mixta, ionica si


15/104

16

electronica. Multe cloruri sunt reduse de hydrogen si de oxidul de carbon (PbCl2, AgCl, CuCl2).

Clorurile nemetalelor hidrolizeaza:

AsCl2+ 3H2O H3AsO3+3HCl

Ele sunt descompuse cantitativ de un element mai electronegative:

2MCl + F2= 2MF +Cl2

Se cunosc un mare numar de hidrati ai unor cloruri care au fixat acid clorhidric :

PtCl42HCl4H2O , HgCl22HCl7H2O sau saruri complexe : KClAuCl3, 2KClPtCl4, care se

formeaza ca saruri K[AuCl4] K[PtCl6] ale acizilor H[AuCl4] si H2[PtCl6]. Se cunosc si cloruri

complexe in care clorul se gaseste alaturi de alti liganzi in sfera intai de coordinatie ca in

diclorura monocloro- cobalt (III) (H. Jorgensen - 1878): CoCl35NH3sau Cl2[Co(NH3)5Cl].

3.2.3.Proprietati fiziologice

Acidul clorhidric din sucul gastric transforma pepsina , o enzima care contribuie la

digestie in forma activa.Acidul clorhidric mai distruge bacteriile de putrefactive si cele patogene

care patrund in stomac. Acidul clorhidric gazos are actiune coroziva asupra cailor respiratorii,

mai slaba decat clorul.[Negoiu,1972].

3.2.4.Efectele HCl

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.

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.


16/104

17

Nu exist nici o informaie despre efectele HCl asupra reproducerii sau de dezvoltrii

oamenilor.

3.2.4.1.Efectele asupra organismelor vii

La animale concentraiile mai mari de 10 ppm produc iritaii ale sistemului respirator

mai ales la nivelul esofagului. Concentraii mai mari de 50 ppm pot produce edem pulmonar.

Expunerea timp de cteva minute la concentraii mai mari de 200 ppm poate conduce la deces,

iar concentraii mai mari de 400 ppm sunt fatale majoritii animalelor.

Inhalaia cronic cauzeaz hiperplazia mucozitii nazale, leziuni ale laringelui, traheii,

precum i ale cavitii nazale n cazul obolanilor

Concentraia de referin (RfC) pentru HCl este de 0,02 mg/m3, valoarea bazndu-se pehiperplazia mucoasei nazale, laringelui i traheii obolanilor. RfC este o estimare a inhalrii

continue de ctre populaia uman (inclusiv a grupului sensibil) care nu are un risc apreciabil de

apariie efectelor cronice n timpul vieii. RfC nu este un estimator direct al riscului, dar

reprezint un punct de referin pentru a scoate n eviden potenialele efecte. La expuneri mai

mari dect RfC, potenialul efectelor secundare crete. Expunerea pe durata ntregii viei la doze

mai mari ca RfC nu implic neaprat i apariia unor efecte negativeasupra ssntii.

La obolanii expui inhalrii HCl, au fost observate: dispnee sever, cianozri, cretereamortalitii fetale precum i scderea n greutate a puilor. Nu exist nici o informaie asupra

efectelor carcinogene la oameni datorat HCl. ntr-un studiu efectuat asupra obolanilor nu a fost

observat nici un rspuns carcinogenic EPA nu consider HCl ca un potenial agent carcinogen.

3.2.4.2.Efectele asupra mediului

n ceea ce privete efectele asupra mediului trebuie de remarcat faptul c plo ile 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.

Emisiile provenite de la centralele electrice pe baz de crbune au ca si efect acidularea apei si

solului; acidul clorhidric solutie are o bun capacitate de infiltrare n sol.Scurgerile accidentale

determin dizolvarea unor substante din sol, n particular cele pe baz de carbonati.


17/104

18

HCl accelereaza dizolvarea multor minerale,cum ar fi :carbonati(calcar) si toti

aluminosilicatii(argile si numeroase roci vulcanice). Astfel, contribuie la descompunerea

cladirilor din calcar, alte structuri cum ar fi poduri si opere de arta; solutiile de acid clorhidric pot

fi toxice pentru viata acvatic.

Acidul clorhidric are un efect toxic asupra tuturor formelor de viata, de asemenea,

contribuie la aparitia smogului fotochimic(ceata fotochimica) ;

Ploile acide pot conine HCl gazos dizolvat n ap avnd efecte negative asupra solului i

plantelor.

3.3.Determinarea HCl din aer

Generaliti

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

tehnologice. El este un compus foarte reactiv ce are aciune negativ asupra tuturor metalelor, cu

degajare de hidrogen. El poate fi o surs de incendiere i explozie. In general, necesit msuri

speciale de pstrare i conservare. Astfel, conservarea probelor se face n recipieni de sticl sau

unele aliaje i materiale plastice rezistente la acest produs.

Acidul clorhidric poate produce asupra organismului uman intoxicaii 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.

Principiul metodei

Acidul clorhidric reacioneaz cu sulfocianura de mercur (II) cu formarea unui complex

slab disociat (HgCl4). 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]

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


18/104

19

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 [NH4FeSO4 12H2O], soluie 6% in HNO35N;

-soluie etalon stoc. Se dizolv 0,2046 g KCl ntr-un flacon cotat de 50 ml ise 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 apdistilat la 100 ml

1 ml corespunde la 50 g HCl.

Recoltarea probelor

Se aspir aerul de analizat ntr-un absorbitor care conine 10 ml soluie de NaOH 0,01 N.

Debitul de aspiraie este de 2,5 3 l/min.

Modul de lucru

Coninutul absorbitorului se aduce cantitativ ntr-un flacon cotat de 25ml i se completeaz

volumul la 20 ml (dac este necesar). Se adaug 2,5ml sulfocianur mercuric i 2,5ml alaun

feriamoniacal agitnd flaconul dup adugarea fiecrui reactiv. Dup 10 minute, se msoara

absorbant 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 intre 0 -0,5 g i se

determin coninutul de HCl din proba de analizat.


19/104

20

Tabel 3.2. Tabel cu date de etalonare

Cantitate de HCl, g 0 10 20 30 40 50

Soluie etalon de lucru, ml 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Ap distilat, ml completare la 20 ml

Sulfocianur mercurian, ml 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

Alaun feriamoniacal, ml 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

Absorbant, = 470 nm

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) = xC

V

n care: Cx - cantitatea de HCl n proba fotometrat, g

V volumul de aer recoltat, l.

[Surpateanu i Zaharia,2002]

CAPITOLUL IV. Tehnologia adoptata

4.1.Conditi de calitate ale aerului

Legislaia n domeniul proteciei atmosferei este reprezentat n principal de LegeaProteciei Mediului nr.137/1995, republicat prin Legea nr.159/1999 i completat prin

U.G.nr.91/2002 (extras privind protecia atmosferei) i reglementrile juridice i tehnice privind

factorul de mediu aer i anume,a calitaii acestuia n diferite zone cum ar fi: zone protejate,

zone cu emisii importante de fluxuri gazoase ca urmare a desfaurrii unor activitai social

economice (procese de ardere, transport, etc).


20/104

21

Conform STAS-ului 12574/1987, concentratia maxima admisa (CMA) in zonele protejate

al acidului clorhidric, media zilnica este de 0,01 mg/m3 iar media de scurta durata este de 0,3

mg/m3.

Determinarea HCl si Cl din aer se face conform stasurilor :

STAS 10943-89: Puritatea aerului. Determinarea continutului de HCl

STAS 339-80: Determinarea acidului clorhidric din aer

SR EN 1911:2011 : Emisii de la surse fixe. Determinarea concentraiei masice decloruri

gazoase, exprimat n HCl.

Standardele de mediu i emisie privitoare la protecia i puritatea aerului

Unul din cele mai importante standarde de mediu este standardul de calitate a aerului care

prevede concentraii maxime admisibile ntr-o anumit perioad de timp ale unor poluani

importani n zonele protejate STATS 12574-87. Cel mai important standar de mediu care st

la baza strategiilor de control al polurii aerului este STAS 12574-87 (Aer din zonele protejate.

Condiii de calitate).

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

Standardul 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 concentraie 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, iar pentru calculul concentraiei medii

anuale sunt necesare minimum 100 valori medii zilnice, uniform repartizate pe perioada

respectiv de timp.

S-a constatat c n Romania sunt specificate mai mult normele privind concentraiile

medii maxim admisibile de scurt durata (30 minute) sau zilnice i mai puin cele de lung


21/104

22

durat, lunare sau anuale, cum este cazul S.U.A. unde concentraiile medii admisibile anuale sau

lunare joac rolul cel mai important n estimrile i evalurile privind poluarea atmosferei. De

asemenea, trebuie fcute unele precizri i anume:

- concentraia unui poluant n aer este o mrime aleatorie caracterizat prin fluctuaii

imprevizibile, datorate preponderent turbulenei atmosferice dar i flucutaiilor emisiei;

- se definete norma de calitate a aerului pentru un poluant dat ce trebuie s cuprind

concentraia maxim admis (CMA) mediepentru un interval de timp definit v, frecvena f

asociat CMA i intervalul de referint l (de regula un an, luna, zi, etc.);

- norma pentru un poluant, ntr-un punct dat din zona de interes, este respectat dac

CMA medie pe intervalul v este atins saudepait cu o frecven cel mult egala cu f intervalul

de timp l;

- pentru un poluant dat se stabilesc CMA corespunznd mai multor perioade de mediere.n cazul STAS 12574-87, nu se specific f i este foarte puin considerat l pe o perioada

de un an. Ca urmare, normele de calitate vor fi interpretate ca fiind valori limit care nu pot fi

atinse niciodat (lucru care poate conduce uneori la ambiguiti).

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.

Deoarece poluarea este influenat de un numr mare de factori, efectele polurii asupra

santii i mediului sunt dificil de cuantificat, aprnd controverse n ceea ce privete nivelele

generale la care efectele adverse sunt detectabile. Sunt cunoscute de asemenea, specificaiile

privind OMS pentru protecia sntii publice i efectele poluanilor asupra sntii.

[Zaharia,2002].

Strategia Naional pentru Protecia Atmosferei, aprobat prin HG nr.731/2004, descrie situaia

pn n prezent n ceea ce privete calitatea aerului n Romnia, precum i obiectivele de urmrit

n vederea mbuntirii proteciei atmosferei i a calitii aerului ambiental:

meninerea calitii aerului nconjurtor n zonele i aglomerrile n care se ncadreaz n

limitele prevzute de normele n vigoare pentru indicatorii de calitate;

mbuntirea calitii aerului nconjurtor n zonele i aglomerrile n care nu se

ncadreaz n limitele prevzute de normele n vigoare pentru indicatorii de calitate;


22/104

23

adoptarea msurilor necesare n scopul limitrii pn la eliminare a efectelor negative

asupra mediului, inclusiv n context transfrontalier;

ndeplinirea obligaiilor asumate prin acordurile i tratatele internaionale la care

Romnia este parte i participarea la cooperarea internaional n

domeniu.[www.anpm.ro]

4.2. Variante tehnologice de reducere a poluanilor gazoi din aer

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

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

Metode recuperative care ofer posibilitatea recuperrii poluanilor gazoi irefolosirea acestora

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

O subclasificare a acestor metode este prezentat n figur 4.1.

Figura 4.1.Clasificarea msurilor de reinere a poluanilor gazo

Masuri pentru reducerea poluanilor gazoi din aer

RecuperareDistrugere

Ardere Procedee biologice

Ardere

suplimentara Filtrare biologica

Spalatoare biologice

recuperativ

Condensare

Adsorbie

Absorbie

Ardere

suplimentara

regenerati

recuperati

Separare prin

membrane

regenerati


23/104

24

4.2.1. 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 iabsorbant (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.

4.2.1.1. 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.

4.2.1.2Absorbia 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 solubilitateacomponentului 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;


24/104

25

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

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

4.2.2.Adsorbia

Este operaia de transfer de mas prin care un material solid sau lichid (adsorbant)reine

pe suprafaa sasubstane 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]


25/104

26

Figura 4.2.Instalaia de adsorbie fizicdesorbtie a unui omponent gazos dintr-un amestec de

gaz

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 lichifiere urmata de rectificare prin difuzie prin

membrane selective este neeconomica deoarece instalaiile corespunztoare sunt costisitoare,

consumul de energie i costul de fabricaie sunt foarte ridicate.


26/104

27

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 cm3aer1 cm3ap

HCl :451 cm3HCl 1 cm3ap

[Neniescu, 1952]

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

4.4. Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schemei bloc.

Elaborarea schemei 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 figura4.3:


27/104

28

Figura 4.3. Schema bloc a procedeului


28/104

29

Figura 4.4. 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 NaOH 10%

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

9-canalizare.


29/104

30

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 deNaOH 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.[Notite proiectare]

Capitolul V. 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.


30/104

31

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.


31/104

32

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 fazeigazoase 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. 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.


32/104

33

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 cuumpultur se utilizeaz cel mai frecvent la absorbie.

Coloana cu umplutura , Figura 5.2. 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;


33/104

34

- 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 lichidi 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.

[Tudose,1990]

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 seriede caracteristici:

-s prezinte suprafa specific mare;


34/104

35

-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 lacurgerea 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. Suntconfecionate din materiale ceramice, plastice, tabl de diferite caliti, carborund, etc. n tabelul

5.1. 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.


35/104

36

Tabelul 5.1. Caracteristicile principale ale ctorva corpuri de umplere.

Tipulumpluturii

Materialul Dimensiuni(mm)

Suprafaaspecific(m2/m3)

Volumulliber(m3/m3)

Densitatea(kg/m3)

IneleRasching (ngramada)

ceramica 10x10x1.5 440 0,7 700

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 simplca 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.


36/104

37

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.

[Tudose,1990]

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 5.3.

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 saumai 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


37/104

38

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 .


38/104

39

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. Placasuperioar 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. [Tudose,1990]

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.


39/104


40/104

41

n tabelul 5.2. 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 5.2. Oeluri recomandate pentru diverse medii.

Mediu de lucru Mrci de oeluri recomandate

Nr.crt.

Denumire Concentraii%

TemperaturaK

Pierderi din greutate 0,1 g/m2hsau diminuarea grosimii 0,1

mm/an

1. Acid

clorhidric

solutie

1 293 Z2CND17-12; X2CrNiMO18-12; Z8CNDT17-12;

X10CrNiMoTi18.10;

Z10CrNiMoTi18.10

[Tudose,1990]

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 + H2


41/104

42

Zn + 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 srurilorneutre, 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


42/104

43

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.

5.1.5.1.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 timpi 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


43/104

44

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 NH 4 OH 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.


44/104

45

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 stratuluide 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).


45/104

46

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 iapariia unor fante suntrezolvri 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.

5.1.5.2.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, sse 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.


46/104

47

5.2. Bilant de material pentru absorbtie

Date de echilibru:

x concentraia HCl n lichid;y concentraia HCl n gaz;

Fracii molare:A

kmoliAx

kmoliA kmoliC=

+ ,

A

kmoliAy

kmoliA kmoliB=

+

Rapoarte molare:A

kmoliAX

kmoliC= ,

A

kmoliAY

kmoliB=

1

AA

A

xX

x=

,

1

AA

A

yY

y=

1

AA

A

XxX

=+

,1

AA

A

YyY

=+

Operaia de absorbie presupune existena a dou faze:

- faza gazoas

- faza lichid

Faza gazoas este format din doi componeni:

- HCl care se absoarbe in faza lichid

- inertul (aer)

Faza lichid este constituit din ap pur. In fig. 5.5.este reprezentat o coloan de

absorbie (cu umplutur) n care sunt specificate fluxurile de materiale, unde:

G - debit de aer intrare[kmol aer/h];

Yi- concentraia HCl n faza gazoas la intrare [kmol HCl/kmol aer];

L - debit de absorbant (apa) [kmol apa/h];

Yf- concentraia HCl n faza gazoas la ieire [kmol HCl/kmol aer];

Xi- concentraia HCl n faza lichid la intrare [kmol HCl/kmol ap];

Xf - concentraia HCl in faza lichid la ieire [kmol HCl/kmol ap].


47/104

48

Fig. 5.5. Fluxurile de materiale ntr-o coloan de absorbie

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

NA = G(Y i - Yf) = L(Xf - X i), unde:

NA - debitul de solut transferat din faza gazoas n faza lichid [kmolHCl/h]

Presupunem urmtoarele date de proiectare:

P = 1atm

MV= 4300 m3/h debit amestec gazos

Y i= 350 mg/m3 concentraia HCl n amestecul gazos iniial

= 93.2 % - grad de separare al amestecului

= 1,2 coeficient de exces al absorbantului

X i= 0% - concentraia HCl din absorbant

T = 20oC temperatura absorbantului la intrare

G = G(1-Y i)

= 22.4

=4300

22.4= 191.96428 ( +)


48/104

49

y i= 3503 = 35010310322.436,5 = 214.79452 106

Y i=

1=214,840110-6G= G(1-Y i) = 191.96428 (1-214.8401 10-6)

G = 191.8818 [kmol aer/h]

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

separare:

A= grad de separare = 93,2%

( )1

i f fAA

i i i

G Y Y Y N

G Y G Y Y

= = =

Yf= Y i (1- A ) =214.8401 10-6(1-0,932) = 14.6090210-6[kmolHCl/kmol aer]

Yf =14.6090210-6[kmolHCl/kmol aer]

=

= 191.8818(214.8401

106

14.60902

106) = 0,03842

N A = 0,03842kmol/h;

Calculul debitului de absorbant (L) i concentraiaHCl n ap(Xf)

L = Lmin [kmol apa/h]

unde: L - consum real de absorbant

- coeficient de exces al absorbantului = 1,2

Lmin- debit minim de absorbant [kmolC/h]

min *

A

f i

NL

X X=

unde:


49/104

50

unde: Xf* = xmax

Xf*- valoarea de echilibru a lui X f pentru concentraia de ieire Y fn faza gazoas.

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 faza gazoas;

HA- constanta lui Henry pentru componentul A (HCl);

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

Conform legii lui Dalton putem scrie:

AA

Py

P=

unde: PA- presiunea parial a HCl n amestecul gazos;

P - presiune total;

yA- fracia molar a componentului A (HCl).

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

P yA= HA xA

= 1 + = 214.8401 106

1 + 214.8401 106 = 214.7939 106 ( +)HA(20

o

C)= 0,00209 106

mmHg = 2,75 atm [Tudose 1990]

= = 1 214.7939 106

2,75= 7.8106 105 ( +)

= = 1 = 7.8106 105

1 7.8106 105 = 7.8112 105


50/104

51

Deci Xf*= 7.8112*10-5kmoli HCl/kmoli apa

X i = 0

=

=

0.03842

7.8112 105 0= 491.8515

L = Lmin = 1,2 491.8515= 590.2219 [kmoli apa/h]

NA = L(Xf - X i) si X i = 0, aadar:

NA = L X f => = = 0.03842590.2219 = 6.5094 105 Pe baza celor calculate pn acum se ntocmesc bilanurile de materiale la intrare i la

ieirea din coloana de absorbie.

Se construiete curba de echilibru YA funcie de XA. Pentru construirea curbei de echlibru se

procedeazastfel:

1) se admit valori pentru x (fracia molar a HCl n ap) de la 0 pnla o valoare superioara

a lui x care s fie mai mare dect valoarea calculatdin Xf.

x i= 0

= 1 + = 6.5094 105

1 + 6.5094 105 = 6.5074 105 ( +)2) se alege un pas ( X = 1 10-5).

3) conform ecuaiei lui Henry i a lui Dalton, pentru fiecare x admis se calculeaz p*HCl i

y*HCl.

pHCl= HA x (legea lui Henry)

yHCl = PHCl/P (legea lui Dalton) , p=1atm => pHCl= yHCl

4) se ntocmete tabel de date


51/104

52

Tabel 5.3. Tabel cu date de echilibru

Nr. crt. xA10-5 pA yA XA YA

1 0 0 0 0 0

2 1 2,75 2,75 1 2,75

3 2 5,5 5,5 2 5,5

4 3 8,25 8,25 3 8,25

5 4 11 11 4 11

6 5 13,75 13,75 5 13,75

7 6 16,5 16,5 6 16,5

8 7 19,25 19,25 7 19,25

9 8 22 22 8 22


52/104

53


53/104

54

Tabelul 5.4. Bilanul de materiale la intrareIntrare

Faza Component Debit Concentra

ie

kmol /s kg /s sm /3 X(Y) x(y) x (y )A 1,145110-5 41,796110-5 25,650210-5 2,148410-4 2,147910-4

2,71337 10

Gazoasa B 5,3300510-2 1,54038445 1,1939312 9,997810-5 9,997810-1 9,997210-

Total 5,3311910-2 1,5408024 1,1941877 1 1 1A 0 0 0 0 0 0

Lichida C 1,639510-1 2,9511 2,951110-3 1 1 1Total 1,639510-1 2,9511 2,951110-3 1 1 1

Total 0,21726 4,4919 1,1971388 2 2 2

Tabelul 5.5. Bilan

ul de materiale la ie

ire

Iesire

Faza Component Debit Concentraiekmol/s kg/s m 3 /s X(Y) x(y) x (y )

A 7,7810-7 2,839710-5 1,742710-5 1,4610-5 1,468910-5 1,845 10-

Gazoasa B 5,3300510-2 1,54038445 1,1939312 9,9998510-1 9,999810-1 9,9998110

Total 5,3301210-2 1,540412 1,193948 1 1 1

A 1,106710-5 3,895310-4 3,895310-7 6,509410-5 6,508910-4 1,319910

Lichida C 1,639510-1

2,9511 2,951110-3

9,9993410-1

9,999910-1

9,996810Total 1,1639610-1 2,951489 3,33410-3 1 1 1

Total 0,21726 4,4919 1,197288 2 2 2


54/104

55

5.3. Dimensionarea coloanei de absorbtie

5.3.1. Calculul diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul colanelor de absorbie cu umplutur se determin cu ecuaia debitului volumic

de gaz care circul prin coloan :

MV=2

4

MV - debit volumic mediu de gaz=4300 [m3/h] = 1.19444m3/s

D - diametru interior al coloanei [m];

Vf - viteza fictiv a gazului [m/s]

Vf = (0.75-0.9) vi[m/s]

unde vi-viteza de nec ;

Pentru calculul vitezei de nec se utilizeaz relaia Kafarov :

log2 0.16

3

=

1.75

0.25

0.125

unde :

a - suprafaa specific a umpluturii [m2/m3]

a = 440 m2/m3pentru inele Raschig 15x15x1.5

g = acceleraia gravitaional [m/s2] = 9.81 m/s2

- porozitatea stratului de umplutur [m3/m3] = 0.7 m3/m3

l,g = densitatea lichidului si a gazului [kg/m3]

g = yi.HCl+ (1-yi)

.aer= 1.56214.79410-6+1.289(1-214.79410-6)

g = 1.28905kg/m3


55/104

56

l =1000 kg/m3ap.

l = vascozitatea dinamica a lichidului [CP]

apa= 1 CP

L,G = debitele masice de lichid si gaz [kg/s]

L = 2.9511 Kg/s

G =1.540384 Kg/s

A=0,022 pentru umpluturi din inele sau spirale.

2

0.16

3 = 101.75(

)0.25 (

)0.125

vi=101.75()0.25 ( )0.125

0.16 3

vi=100.0221.75( 2.95111.540384 )0.25 (1.289051000 )0.1254401.28905 10.16 9.81 0.73 1000

vi=0.1557609567.1842

3364.83=0.961277[m/s]

vf=0.80.961277=0.76902[m/s]

MV=2

4

D=4 =41.194443.140.76902= 1.406625 [m]DSTAS=D+2 DSTAS = 1.406625+20.07=1.546 [m]


56/104

57

5.3.2. Calculul nlimii coloanei cu umplutur

nlimea coloanelor cu umplutur se poate determina prin 3 metode:

- cu ajutorul nlimii echivalente a unei trepte teoretice de contact ;

- n funcie de suprafaa de transfer de mas;

- ca produsul dintre IUT i NUT.

Calculul inaltimii coloanei cu umplutura n funcie de suprafaa de transfer de mas

Aceast metod utilizeaz ecuaiile transferului de mas :

NA= KyAYmed = KxAXmed , unde:

NA-fluxul de HCl transferat din faza gazoas n faza lichid [kmol/s];

Ky, Kx coeficieni globali de transfer de mas raportai la faza gazoas i lichid

[kmol/m2sPa] ;

A-suprafaa de transfer de mas [m2

] ;

Ymed,Xmed-diferenta medie de potential global (forte motrice medii globale)

A= =

[2]Pentru coloanele cu umplutura:

A=Vua unde:

factor de udare (=0,9);Vu volumul umpluturii [m

3]

Vu=2

4 unde :


57/104

58

Hu - inaltimea umpluturii [m]

D diametrul coloanei [m]

a suprafata specifica a umpluturii [m2/m3]

Se poate scrie:

A=2

4

Hu=42

5.3.2.1.Calculul coeficientului global de transfer de mas

Coeficientul global de transfer de mas raportat la faza gazoas sau lichid se calculeaz

cu relaiile:

Ky=1

1+ 2

Kx=1

1+

2 unde: m - panta medie a curbei de echilibru se determin astfel:

kx,ky- coeficieni individuali de transfer de mas se detrmin cu ajutorul ecuaiilor criteriale .

Pentru faza gazoasa

Pentru calculul coeficientilor individuali de transfer de masa de partea fazei gazoase, la

coloanele cu umplutura formate din inele Rashig, se recomanda relatia :

Sh=cRe0,8Sc0,33

Sh criteriu Sherwood

Sc- criteriu Schmidt


58/104

59

Re- criteriu Reynolds

Sh= ,

unde d = diametru echivalent al corpurilor de umplere [m].

Vp = volumul corpurilor de umplere[m3]

d=63 Vp=

4

(2 2)

= 10

10

3

4 (102 106 72 106)

Vp=4 107[m3]d=64107

3.14

3

= 0.009143 = 9.14 103[]Re=

4

unde a=440m2/m3

qg- debitul masic specific de gaz [kg/m2s]

qg=42 = 41.5403843.141.542 = 0.8274[kg/m2s]

- vascozitatea fazei gazoase = 1,8 105[ ] = 0.8274[kg/m

2

s]

C=0,18

Re=40.8274

4401.8105=417.8787


59/104

60

Sc= , =

1.81051.28905 13106 = 1,07413

Da,g = coeficient de difuziune a HCl in aer

Da,g=1310-6

[m2

/s]

Sh=0.18417.87870.81.074130.33= 23.0325

kg=23.0325

417.8787= 0.03274

ky= = = 0.0327422.4 = 0.0014616 = 1.4616 103 2 Faza lichida

Pentru faza lichida se recomanda urmatoarea ecuatie criteriala:

Sh=cRe0.5Sc0.5

C=0.013

Re=4

ql debit masic specific de lichid[kg/m2h]

ql=42 = 42.95113.141.542 = 2.44114 [kg/m2h]

de- diametrul echivalent

de=1 = 1440 = 2.27 10-3 m

l= vascozitatea apei la temperatura medie din coloana [Pa s]

= 103[Pa s]Re=

42.441140.0227 103 = 4301 103

Sc= , =

1031000 1,76109 = 568,181


60/104

61

= 1000[/3]Da,l= coeficientul de difuziune a HCl in apa [m

2/s]

Da,l=1,7610-9

Sh= ,

l = lungimea caracteristica, care se calculeaza cu relatia

l= 223 =(106)100029,813 = 4,6713 105m5

3

9

4,67 1026, 534 10

1,76 10

l

h l

kS k

= =

Sh= 0,013 (4301103 )0,5 568,18180,5

Sh= 642,688

Sh= 26,534 kl 310 =>kl=2.42210

-2

kx=kl

= 2,422

10

2

1000

18

= 1,3455

2

m=8,9

3.2= 2,78

Kx=1

1+ 1 =

11

1,3455+

1

2,781,461103=4,049 103

Ky =1

1+=

11

1,461 103+ 2,781,3455=1,456 103

5.3.2.2.Calculul forei motrice

Pentru Xmed si Ymedse utilizeaz ecuaiile:


61/104

62

1 2

1

2

lnmed

Y YY

Y

Y

=

1 2

1

2

lnmed

X XX

X

X

=

n cazul n care raportul1

2

X

X

sau 1

2

2Y

Y

, atunci Xmed i Ymed se calculeaz cu media

aritmetic a diferenelor extreme de potenial astfel:

1 2

2med

Y YY

+ = ; 1 2

2med

X XX

+ = .

Diferenele extreme de potenial rezult clar din urmtoarele reprezentri grafice:

Fig. 5.6. Calculul diferenelor Y1i Y2(a), respectiv X1 i X2(b)

Y1=3,58410-5 Y2 =1,4610

-5

X1= 1,310-5 X2=0,5510

-5

Ymed=3,584 1051,461053,584 105

1,46 105=2,365710-5

Xmed=1,31050,55105

1,3 1050,55 105

=8,71810-5


62/104

63

Calculul nlimii umpluturii

Suprafaa de transfer de mas rezult din expresiile:

NA= KyAYmed= KxAXmed. ;

A A

X med Y med

N NA

K X K Y = =

;

Pentru o coloan de absorbie cu umplutur constituit din corpuri de umplere de form

definit expresia geometric a suprafeei de transfer de mas este:

2

4

u

DA H a

=

unde:

- coeficientul de umezire al umpluturii (0


63/104

64

straturi, ntre straturi lichidul fiind redistribuit. nlimea straturilor (hu) depinde de diametrul

aparatului, aa cum reiese i din tabelul de mai jos:

Tabel 5.6. Stabilirea nlimii straturilorde umplutur n funcie de diametrul coloanei.

D [m] 0,4 0,5-1,2 1,4-2,2 2,4-3

hu 10 D 6 D 3 D 2 D

nlimea coloanei de absorbie este dat de relaia:

H = Hu + h1+ h2+2hc,unde:

hu - nlimea unui strat de umplutur [m] ;

h1 distana de la partea superioar a ultimului strat pn la vrful coloanei = 1...1,5[m];

h2 distana de la partea inferioar a ultimului strat pn la baza coloanei = 1,5...2 [m];

hc- nlimea capacului

hc= 100mm+

4= 0,485 m

Fig. 5.7. nlimea coloanei de absorbie


64/104

65

nlimile h1, h2i h3 se vor alege astfel nct s se evite antrenarea picturilor de ctre

faza gazoas i s se poat asigura montarea dispozitivelor de distribuie i redistribuire a

lichidului. Coloanele cu umplutur sunt prevzute cu dou racorduri la partea superioar a

coloanei pentru intrarea absorbantului i ieirea fazei gazoase i dou racorduri la partea

inferioar pentru ieirea fazei lichide i intrarea fazei gazoase. Pentru calculul acestora, se

utilizeaz metodica general. n ceea ce privete nlimea i diametrul coloanei de desorbie cu

umplutur, pentru simplificarea proiectrii execuiei acesteia, se adopt aceleai valori ca i

pentru coloana de absorbie.

Considernd:

Considernd:

Hu= 0,4252m ;

h1= 1,25m ;

h2= 1,5m ;

hc= 0,485m ;

vom avea:

H = 0,424+0,485+1,25+1,5 = 3,66 m

Metoda 2: Caculul inaltimii umpluturii cu ajutorul inaltimii cu ajutorul inaltimii

echivalente a unei trepte teoretice de calcul

Conform acestei metode, nlimea umpluturii poate fi calculat cu relaia:

Hu= nT IETT

unde: nT - numrul treptelor teoretice de contact = 8 trepte;

IETT - nlimea echivalent unei trepte teoretice.


65/104

66

Numrul treptelor teoretice de contact se determin, de regul grafic. n acest scop se

reprezint grafic linia de echilibru i linia de operare, dup cum se vede n fig. 5.6. Din punctul N

se duc paralele la abscisa i ordonata ntre cele dou linii rezultnd o linie frnt n trepte.

Numrul de intersecii ale liniei n trepte cu linia de echilibru d numrul de trepte teoretice de

contact. nlimea echivalent unei trepte teoretice de contact depinde de mrimea i de forma

umpluturii, geometria aparatului, natura sistemului care se separ, hidrodinamica fazelor i

modul de contactare. IETT se determin pe cale experimental sau se poate calcula utiliznd

ecuaii empirice.

Fig.5.8. Determinarea grafic a numrului treptelor teoreticede contact.

Pentru calculul lui IETT se poate utiliza ecuaia propus de Kafarov i Ditnerski:

1,2

0,4

1200 [ ]

f

IETT ma v

=

unde: - volumul liber al umpluturii = 0,7 [m3/m3]

a - suprafaa specific a umpluturii = 200 [m2/m3]

vf- viteza fictiv a fazei gazoase = 0.769[m/s]


66/104

67

Deci: = 200 0,74401,2 1

0.7690.4= 0.09741

IETT = 0.097 [m]

Cunoscnd i numrul treptelor teoretice de contact (nT) i IETT, putem afla nlimeacoloanei cu umplutura:

Hu= nT IETT = 8 0.09741 =0.779 [m]

5.4.Dimensionarea racordurilor coloanei de absorbtie

In orice tehnologie din industria chimica se folosesc materiale solide, lichide si gazoase

care sunt in continua miscare. Transportul gazelor si lichidelor este comod, deoarece acestea au

proprietatea de a curge. Pentru transportul solidelor se folosesc alte tehnici si anume:dizolvarea

solidului intr-un lichid, maruntire, antrenare cu un gaz(transport pneumatic), sau cu un lichid.

Transportul fluidelor se face prin conducte si canale(fluidul nu umple sectiunea

canalului).

Conducta este un ansamblu de elemente montate intre ele pe un traseu bine determinat. In

general, orice traseu de conducta este constituit din tubulatura, elemente de legatura(flanse, piese

fasonate, fitinguri), dispozitive de preluare a dilatatiilor termice, armaturi de inchidere, reglare sidistribuire, precum si din elemente de rezemare sau sustinere. Conductele tehnologice sunt

montate pe trasee comune, la acelasi nivel sau nivele diferite, ceea ce usureaza intr-o anumita

masura solutionarea tehnica a sprijinirii.

Majoritatea elementelor componente ale conductelor sunt definite prin diametrul

nominal, Dn si presiunea nominala pn.

Diametrul nominal, Dn (mm), este o presiune conventionala care serveste pentru

indicarea univoca a dimensiunii diferitelor elemente de conducta, reprezentand in cazul

conductelor aproximativ diametrul interior al acestora Di. Diametrul exterior De este o

dimensiune de legatura, fiind marime standardizata, in cazul elementelor de conducta.


67/104

68

Presiunea nominala pn este o presiune conventionala, utilizata la clasificarea in calculul

elementelor de conducta, reprezentand valoarea presiunii maxime ce poate solicita conducta la

temperatura standard 200C.

Dimensiunile conductelor, diametrul si lungimea, depind de: debitul si proprietatilefluidului transportat si distanta de transport. Lungimea conductelor nu se calculeaza ci se

stabileste in functie de conditiile de amplasare a utilajelor intre care se realizeaza transportul.

Pentru conductele de lungime mica, inclusiv racordurile utilajelor, diametrul se

calculeaza din relatia debitului masic, in functie de viteza fluidului.

Mv=24 in care : MV - debit volumic

3[ / ]m s ;

- viteza fluidului [m/s];d - diametrul racordului [m].

Valoarea diametrului obinut prin calcul se rotunjete la o valoare nominal conform

STAS 10321-88 i STAS 10358-80 . Vitezele de transfer de mas sunt urmtoarele:

Pentru lichide-curgere liber (0,1-1 m/s)

-curgere forat (0,5-2 m/s)

Pentru gaze: 5 -25 m/s;

Proiect Final Tpkma

Documents

Transcript of Proiect Final Tpkma