Нейтрализация паров кислоты (серная, азотная, соляная кислоты и т.п.) и щелочи (NaOH, KOH, NH3)
Нейтрализация паров кислоты
Нейтрализация паров кислоты и щелочей, а также аэрозолей.
Удаление паров кислоты и щелочи — актуальная задача в промышленности. Газоочистное оборудование сегодня используется, без преувеличения, во всех сферах промышленности. Это и пылеудаление в цехах механической обработки, и аспирационные мероприятия в швейных и текстильных цехах, и очистка биогаза, и удаление поллютантов из выбросов теплоэнергетических комплексов, и, конечно же, очистка газов в сфере добычи и переработки углеводородов.
Впрочем, не менее редки производственные операции, в которых ключевым фактором газо- и воздухоочистки является улавливание и нейтрализация паров кислот, представляющих высочайшую опасность для рабочего персонала и воздушного бассейна промышленной зоны.
Первая кислота была открыта античными винокурами. Нарушение технологии винопроизводства вело к закислению и порче напитка: избыточно образовывался acetum – уксус. Именно к этому корню восходят все современные термины, циркулирующие в международном лексиконе – acid, acidium, acida, ацидоз и другие.
Кислоты и щелочи (8.5<pH<6.5) участвуют в технологических циклах химической обработки на предприятиях травильной, гальванической, пищевой, горнорудной, сельскохозяйственной, нефтехимической, пластмассовой, бумажной промышленности. Явная выгода от использования агрессивных компонентов уравновешивается высокими требованиями к эффективности и химической стойкости аппаратов, способных приводить водородный показатель выбросов pH к безопасному с санитарной точки зрения значению.
Нейтрализация паров кислоты
В рамках научных и практических исследований востребованностью пользуются лабораторные абсорберы и скрубберы для вытяжных шкафов – как фильтры для тонкой очистки газа от фтора, хлора, озона, ацетона и других летучих и опасных соединений.
Нейтрализация паров кислот и щелочей (оснований). Таблица улавливаемых вредных веществ.
| Вещества кислой природы | Вещества основной природы | Прочие вещества |
|---|---|---|
| неорганические кислоты: HCl (соляная), HF (плавиковая), H2SO4 (серная), HNO3 (азотная), H3PO4 (фосфорная) и прочие | амины: (три-) (ди-) (моно-) метиламины, (три-) (ди-) (моно-) этиламины и другие | альдегиды, меркаптаны, озон, запахи, дурнопахнущие вещества |
| оксиды кислой природы: SO2 (диоксид серы), NO2 (диоксид азота), SO3, CrO3 и прочие | растворимые соли: BaCl2 (хлорид бария), NaCl (поваренная соль), NaNO2 (нитрит натрия), KaNO3 (нитрат калия) и прочие водорастворимые соли | H2S (сероводород), CH2O (формальдегид) |
| органические кислоты: HCOOH (муравьиная), CH3COOH (уксусная) и прочие | спирты: метиловый, этиловый, изопропиловый и прочие | |
| цианистый водород HCN | щелочи: NaOH (гидроксид натрия или «едкий натр»), KOH (гидроксид калия или «едкий калий») и так далее | |
| Cl2 (хлор), Br2 (бром) | эфиры (этилацетат, метилацетат, диметиловый, диэтиловый и др.) | |
| фенолы | ||
| NH3 (аммиак) |
Базовый принцип нейтрализации кислотных и щелочных паров
Принцип, лежащий в основе кисло-щелочного взаимодействия
В разрезе мокрой газоочистки очистка воздуха от кислот и алкалинов (нейтрализация паров кислоты и щелочи) в общем подходе повторяет принцип утилизации других химически активных веществ, эффективно задерживающихся в мокрых аппаратах насадочного типа. Мероприятия кисло-щелочного улавливания задействуют два параллельных процесса: непосредственно взаимную нейтрализацию кислот щелочами (и наоборот) и поглощение загрязнений кипящим псевдоожиженным слоем.
- Реакционное взаимодействие кислот и щелочей с образованием солей и воды. Это свойство, (т.н. химическая нейтрализация) используется не только в очистке газов от аэрозолей кислого или основного свойства, но и в системах утилизации активных жидких шламов. Подробнее о реакции нейтрализации.
- Захват загрязнителей в межфазном слое. В одной или нескольких массообменных секциях скрубберной колонны размещены полимерные, металлические или керамические насадки – тела небольшого объема с большой удельной поверхностью. Орошение насадочных секций вкупе с воздействием газовоздушного потока, (противоположного по направлению), создает на поверхности насадочных тел межфазный слой, чрезвычайно активно взаимодействующий с кислыми или щелочными составляющими.
Насадки
Кислотоупорные и щелочностойкие конструкционные материалы
После рассмотрения физико-химических процессов, имеющих место в массообменных секциях, необходимо затронуть тему материалов, из которых изготавливаются газопромыватели и абсорберы для улавливания и нейтрализации кислых и щелочных паров и аэрозолей.
Один из самых распространенных и недорогих конструкционных материалов – «черная» углеродистая сталь – не может (без предварительной футеровки) использоваться в изготовлении насадочных скрубберов, абсорберов и газопромывателей – в силу высокой подверженности стали к коррозионной деградации. Причем, существенное ухудшение свойств углеродистой стали проявляется не только при контакте с чистыми соединениями, но и с их растворами, эмульсиями, суспензиями, парами и аэрозолями.
В этой связи широкое применение получил химически и механически стойкий полипропилен (PP), «нечувствительный» к множеству распространенных кислот и щелочей. Для повышения химической и термической стойкости пропилен может быть модифицирован с помощью специальных присадок.
Щелочи (Alkali) – впервые слово зафиксировано в 1677 году. Предположительно, происходит от арабского al-qily – пепел, зола. Изначально щелок (для стирки одежды и мытья) делали именно из золы, пепла, оставшихся после костров. Эта традиция до сих пор сохраняется у некоторых малых народов России и мира.
Полипропилен и другие материалы
Получаемый путем полимеризации пропилена (пропена) в присутствии металлических катализаторов, изотактический полимеризованный пропилен является одним из наиболее предпочтительных конструкционных материалов в сфере производства кислотоупорного и щелочестойкого оборудования, а также вспомогательных элементов обвязки (короба, раструбы, газоходы).
Таблица стойкости полипропилена к распространенным хим. соединениям
| Параметр (название + концентрация) | Значение |
| Стойкость к парам и аэрозолям кислот при t < 60 °C | |
| Серная, до 80% | + |
| Фосфорная, до 85% | + |
| Азотная, 6%, до 60 °C | (ограниченная стойкость) |
| Фторводородная, до 50% | + |
| Уксусная, до 40% | + |
| Соляная, до 35% | + |
| Синильная техническая | + |
| Стойкость к щелочам | |
| Едкий натр, до 50% | + |
| Едкий калий, до 50% | + |
Оговоримся, что полипропилен эффективен в отношении не всех кислот и щелочей. Так, PP недостаточно стоек к концентрированной HNO3, H2CrO4, HSO3Cl, олеуму, галогенам, и некоторым другим, (а также не всегда пригоден для высокотемпературных условий эксплуатации).
Скруббер из полипропилена. Нейтрализация паров кислоты и щелочи.
Рассмотрим один из аппаратов скруббер/абсорбер из полипропилена
Скруббер из полипропилена
Технические характеристики
- Производительность по потоку – 1 000 — 50 000 м3 / час;
- Высота колонны 3 — 7 м;
- Области применения: металлургия, пищевая сфера, нефтехимия, бумажная промышленность, травильные аппараты, гальваника;
- Комплектация: рабочая колонна, опорные решетки, массообменная секция, форсуночный блок, каплеуловитель, бак для абсорбента, уровнемер, насос с магнитной муфтой, щит управления, электрокабели, паспорт, инструкция;
- Установка, в зависимости от требований, может комплектоваться полипропиленовой, керамической или металлической насадкой. Насыпная плотность, регулярность укладки и форма тел выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальный уровень воздухоочистки при минимальном гидравлическом сопротивлении;
- Удельная поверхность, м2/м3 – до 400;
- Оптимальная скорость внутреннего потока – от 0,5 до 2 м / сек;
- Степень очистки от паров и аэрозолей щелочей, кислот и иных активных фракций – 98-99%;
- Нейтрализация паров кислоты и щелочи;
Скруббер из полипропилена входит в справочник наилучших доступных технологий (НДТ (22 раздел) Очистка вредных выбросов).
