تصفیه شیمیایی گازها

تصفیه شیمیایی گازها

بیشتر گازهای صنعتی دارای ترکیباتی هستند که به دلایلی مختلف باید از گاز حذف شوند. به همین ترتیب، بعضی از گازهای حاصل از صنعت منیزیم، حاوی هیدروژن کلرید (HCL) می باشند که تخلیه این گازها در هوای آزاد مجاز نیست زیرا برای نباتات و دستگاه ها مضرند.

بیشتر آلودگی های شیمیایی گازها، اگر جمع آوری و تغلیظ شوند، از نظر اقتصادی ملی باارزشند و گاهی می تواند منبع اصلی مواد خام به منظور تولید فرآورده های شیمیایی مانند هیدروکلریک اسید، هیدروفلوئوریک اسید، نیتریک اسید، کربن بی سولفید و … را تشکیل دهند.

انحلال پذیری گاز در مایع:

انحلال گاز در مایع نقش عمده ای در تصفیه گازها و زدودن ناخالصی های شیمیایی گازی ایفا می کند. علاوه بر اجسام جامد و مایع، گازها نیز در تماس با مایع به صورت محلول در می آیند (مانند جذب اکسیژن در آب). مقدار گازی که در یک مایع حل می شود، به خواص گاز و مایع و نیز به شرایط انحلال مانند دمای مایع و فشار جزئی گاز روی مایع بستگی دارد. هر چه فشار جزئی گاز بیشتر باشد، مقدار گازی که می تواند در مایع حل شود بیشتر است، این رابطه را قانون هنری می نامند و با فرمول زیر بیان می شود.

C=HP

• C: غلظت جزء گازی در مایع
• F: فشار جزئی گاز در مخلوط گازی
• H: ثابت عددی که مقدار آن به خواص گاز و مایع و دمای انحلال بستگی دارد.

هرگاه مایعی که گازی در آن حل شده است، در ظرف بسته ای قرار داده شود و بالای سطح مایع فضایی موجود باشد (یعنی کل حجم ظرف توسط مایع اشغال شود) پس از مدتی، مقداری از گاز حل شده از مایع خارج و پس از توزیع نهایی جزء گازی بین گاز و مایع حالت تعادل برقرار می شود. هر گاه، یکی از اجزاء سازنده گاز در مایع نباشد، قسمتی از آن از فاز گازی وارد فاز مایع می گردد و در آن حل می شود و برعکس، اگر مقدار یکی از اجزاء گازی محلول در مایع، در فاز گازی کم باشد، قسمتی از آن از فاز مایع به فاز گاز خواهد رفت. این پدیده را می توان با نظریه سینیتیک مولکولی توضیح داد به این صورت که مولکول های گاز در  برخورد با مایع در اثر نیروهای بین مولکولی در آن حل (جذب) می شوند. منتها در طول مدت ماند و حرکت در مایع به علت زیاد بودن انرژی سینیتیک، ممکن است مایع را ترک کرده و وارد فاز گاز شوند. در حالت تعادل، تعداد مولکولها توسط مایع در یک مدت معین جذب می شوند، با تعداد مولکولهایی که از فاز مایع وارد فاز گازی می شوند، برابر است.

زمانی که تعادل از بین میرود موازنه در جهت جریان غالب فرآیند مربوط پیش میرود و حالت تعادل مجدداً ایجاد می شود. در محلول های غلیظ و در مواردی که برهم کنش های شیمیایی بین جزء حل شده و مایع صورت می گیرد قانون هنری صادق نیست.

انحلال گاز در مایع، به دمای انحلال بستگی دارد. با ازدیاد دما، میزان انحلال پایین می آید. (ضریب H کاهش می یابد) و یا به عبارت دیگر، با ازدیاد دما، فشار جزئی افزایش می یابد.

پدیده های مؤثر در فرآیند تصفیه گازها از ناخالصی های شیمیایی گازی:

با سه روش می توان ناخالصی های شیمیایی گازی را از گازها جدا نمود:

– شستشویی گاز توسط مایعات یا جذب سطحی توسط مایع

– جذب، جذب سطحی به وسیله جامدات

– تبدیل ناخالصی های شیمیایی گازی به جامد یا مایع با استفاده از مواد افزودنی گازی که به دنبال آن مواد حاصله تفکیمکک می شوند.

توجه: روش تفکیک ناخالصی های شیمیایی گازی در بیشتر موارد پیچیده است زیرا جمع آوری ذرات ریز جامد و مایع حاصله بسیار دشوار است از این رو، این روش به ندرت به /؟کار گرفته می شود، منتها، این پدیده ها در بعضی از فرآیندهای تولید به طور خود به خود روی می دهند. به این ترتیب، در صنعت اسید سولفوریک، این ماده بخار آب موجود در گازها را جذب می کند. برای این کار مقدار کمی از تری اکسید گوگرد So3)) وارد فاز گازی شده و در ترکیب با بخار آب، تشکیل میغ اسید سولفوریک می دهد.

1- شستشوی گاز به وسیله مایعات، یا جذب سطحی توسط مایعات:

روشی که در صنایع شیمیایی و متالوژی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد روش جذب است. حذف یک یا چند جزء از یک مخلوط گازی به وسیله فرآیند جذب احتمالا مهم ترین عملیات کنترل انتشار آلاینده های گازی می باشد. فرآیند جذب مربوط به تماس تنگاتنگ یک مخلوط گازی با مایع است تا یک یا چند جزء گاز در مایع حل شود و لازم است که از یکسو از تماس کافی بین گاز و مایع اطمینان حاصل شود و از سوی دیگر، مایعی مناسب انتخاب شود که ظرفیت آن برای جذب جزء مورد نظر کافی و نسبت به اجزای دیگر گاز بی اثر باشد.

شرط لازم برای جذب ، قابلیت انحلال گاز در مایع جذب کننده است. گازهایی که انحلال پذیری آنها در صفر درجه سانتیگراد و فشار جزیی ( N.m²101325 یا mmHg ۷۶۰ در یک کیلوگرم آب، چند صد گرم باشد)  بسیار محلول شمرده می شوند. گاز

آمونیاک، هیدروژن كلريد و فلوئورید و… جزء این دسته اند.

انحلال پذیزی گازهای کم محلول مانند اکسیژن، نیتروژن و مونو کسید کربن در شرایط استاندارد در حدود چند دهم و یا صدم گرم یک کیلوگرم آب است.

گازهایی مانند کلر و دی اکسید گوگرد از انحلال پذیری متوسط برخوردارند، در نتیجه گاز امونیاک و یا هیدروژن کلرید را به سهولت می توان با روش شستشوی گاز توسط آب جدا نمود و مصرف آب هم چندان زیاد نیست. جذاب دی اکسید گوگرد از گازها، به مقدار آب بیشتری نیاز دارد و خارج کردن مونوکسیدکربن از گاز، به روش شستشویی گاز توسط آب، امکان پذیر نیست.

گاھی اجرای گازی را به وسیله مایعی غیر از آب، مانند روغن های معدنی (برای جذب دی سولفید کربن) اسید سولفوریک ( برای جذب بخار آب)  و غيره جذب می کنند. در هر صورت اساس کار بر این است که از محلول های آبی، ماده ای به کار گرفتهشود که بتواند با جز مورد نظر واکنش دهد بعنوان مثال NH₃ با استفاده از محلول اسید سولفوریک استخراج می گردد.

انتخاب مایع یا محلول جذب کننده عمدتاً با توجه به خواص شیمیایی ماده جذب کننده و جزء گازی مورد نظر، صورت می گیرد.

درگاه لازم باشد که ناخالصی شیمیایی گازی به تنهایی جذب شود، باید ماده جاذبی انتخاب کرد که قابلیت ترکیب شیمیایی مورد نظر را داشته باشد و اگر هدف، تنها تصفیه گاز از جزء مورد نظر نباشد و جداسازی ناخالصی نیز مطرح باشد، انتخاب دستگاه باید طوری باشد که این منظور را تأمین نماید.

در انتخاب یک حلال خاص علاوه بر مواردی که ذکر شد باید دقت نمود که حلال مورد نظر دارای ویژگی های زیر نیز باشد:

1. قابلیت انحلال گاز- میزان انحلال گاز در حلال مورد نظر بالا باشد چون باعث افزایش میزان جذب شده و مقدار حلال لازم را کاهش می دهد.
2. فراریت – حلال باید دارای فشار بخار پایینی باشد چون در غیر این صورت گاز خروجی از واحد جذب با حلال به حد شباع رسیده و از این طریق ممکن است به مقدار زیادی تلف گردد.
3. قابلیت خورندگی
4. هزینه
5. ویسکوزیته – ویسکوزیته پایین به علت میزان جذب سریع و خصوصیات انتقال گرمایی خوب و افت فشار پایین تر مطلوب می باشد.
6. پایداری شیمیایی – حلال باید از لحاظ شیمیایی پایدار بوده و در صورت امکان غیرقابل اشتعال باشد.
7. میزان سمی بودن از نقطه انجماد پایین – در صورت امکان نقطه انجماد پایین ترجیح داده می شود چون هر گونه جامد شدن حلال در ستون می تواند فاجعه آمیز باشد.

دستگاه:

پس از مشخص شدن حلال باید نسبت به انتخاب سیستم و دستگاه جذب اقدام نمود. در این بخش چند نوع اصلی دستگاه های جذب به طور مختصر شرح داده شده اند.

جذب کننده های مکانیکی

این جذب کننده افقی بوده و دارای محفظه ای به شکل مکعب مستطیل است که در قسمت تحتانی آن لایه ای از مایع قرار می گیرد. مایع به وسیله پره هایی که حول محورهای افقی می چرخند (انتهای پره ها در لایه مایع فرو می روند) در فضایی جذب کننده پاشیده می شود.

شکل (1): جذب کننده مکانیکی

در بعضی موارد، محفظه جذب کننده به وسیله قسمتهای جداکننده عرضی که به سقف محفظه آویزان می باشند و به سطح مایع نمی رسند، به چند قسمت تقسیم می شود. عموماً عرض محفظه ۱-0.7 متر و ارتفاع آن که از سطح مایع به بالا اندازه گیری می شود ۲ متر می باشد. عمق لایه مایع 200- 300 میلیمتر, قطر چرخش پرهها ۳۵۰ میلیمتر و عمق قسمت غوطه ور آن در مایع ۴۰- ۳۰ میلیمتر می باشد. سرعت چرخش پرهها ۴۵۰- 400 دور در دقیقه و جهت چرخش آن هم جهت جریان مایع است.

بهتر آن است که انتهاهای پره ها به شعاع ۵۰ میلیمتر به ترتیبی خم شوند که زاویه خروجی آن ۵۵ درجه باشد. تعداد مطلوب پره ها ۴ است و عرض پره ها به عرض محفظه جذب کننده بستگی دارد. جذبکننده مکانیکی برای جذب هیدروژن فلوئورید و H₂SiF₆ به کار میرود.

2- غبار روب ART

در این دستگاه گاز مورد تصفیه با سرعت کم از یک لوله ونتوری عبور می کند. غبار روب دارای یک محفظه قائم است که قسمت وسط آن، مجموعه ای ، از لوله های ونتوری را در خود جای دارد و گاز و مایع از بالا وارددستگاه می شوند. قسمت پایین یک جداکننده افشانه ای است.

سرعت گاز در لوله ونتوری m/s 25-35 و در قسمت جداکننده افشانه ای 6m/s است. بازدهی این دستگاه تا حد زیادی به گاز و مایع افشانی بستگی دارد. یکی از نقایص آن اشکال در توزیع یکنواخت گاز با توجه به تعداد لوله های ونتوری است و در صورتی که مایع، حامل ذرات جامد نیز باشد، نحوه کار پیچیده و بحرانی می شود.

با توجه به این که بازدهی این دستگاه ها اغلب بالا نیست، با زیاد کردن جمع مایع و تبدیل آن به قطراتی با قطر 1-3 میلی متر می توان بازدهی آنها را افزایش داد. قطرات کوچک به راحتی همراه با گاز خارج می شوند و مقدار جذب ضریب آنها کوچک است. قطرات بزرگ، سطح تماس خیلی کوچکی بین گاز و مایع ایجاد می کنند.

شکل (۲): غبار روب ART

ادامه مطلب که شامل موضوعات زیر است را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید:

• ستونهای پر شده
• ستونهای صفحه ای
• غبار روب خالی با جریان سریع
• روش شیر آهک
• تصفیه گازها از هیدروژن کلراید
• تصفیه گازها از کلر
• تصفیه گازها از بخار جیوه

حتما بخوانید:

⇐ تصفیه کننده های هوا پالایشگرها

⇐ سیستم های کنترل آلاینده ها

⇐ دستگاه های اندازه گیری گازها

⇐ قوانین فیزیکو شیمیایی گازها