Separarea continua a HCl din efluentul gazos al unei sectii de zincare acida prin absorbtie in apa

Student: Butnaru Liliana IV IPMIIndrumator: Prof. Dr.ing.DRAGOMIR Stefan

1 Elemente generale Procesul de acoperiri metalice prin zincare constă în trecerea succesivă a pieselor metalice prin băi, unde se desfașoară următoarele operații:

Fig.1 (Fluxul tehnologic de zincare)

• Degresarea chimică: se realizează cu soluţii alcaline, puternic tensioactive la o temperatura

de 50-600C.

• Spalarea: apa de spălare va fi evacuată periodic în bazinul de captare.

• Decaparea: se face cu soluţie de HCl 20-30%, durata operaţiei fiind în funcţie de

calitatea pieselor supuse zincării. Piesele decapate trec la spălare.

• Zincarea: se realizează prin electroliză în soluţie slab acidă. Anozii formaţi din Zn pur sunt

amplasaţi pe părţile laterale ale băii de zincare, iar piesele supuse zincării se suspendă pe bara catodică situată central pe baie.

• Pasivarea: se realizează prin cromare cu reactiv specific în mediu de HNO3(acid azotic).

Operaţia oferă o nuanţă albastru-strălucitoare şi o bună rezistenţă la coroziune.Apele din toate fazele de spălare se recoltează în bazine. Atelierul de zincare este sursă de poluare atât pentru ape, cât şi pentru aer. Poluanţii conţinuţi în efluentul gazos al atelierului pot fi compuşi ai băilor de degresare, decapare şi pasivare, care au o tensiune de vapori ridicată şi o concentraţie mai mare în fază lichidă. HCl este principalul poluant conţinut în efluentul gazos.

Masuri pentru reducerea poluanţilor gazoşi din aer

RecuperareDistrugere

Ardere Procedee biologice

Ardere suplimentara termica Filtrare biologica

Spălătoare biologice

recuperativ

Condensare

Adsorbţie

Absorbţie

Ardere suplimentară catalitică

regenerativ

recuperativSeparare prin membrane

regenerativ

Acidul clorhidric este o soluție apoasă a hidrogenului clorurat. Soluția este un acid anorganic tare făcând parte din grupa acizilor minerali. Sărurile acidului clorhidric se numesc cloruri, dintre care cea mai cunoscută este clorura de sodiu (NaCl). Efectele HCl asupra mediului:

• Emisiile provenite de la centralele electrice pe bază de cărbune au ca și efect acidularea apei și solului; • Acidul clorhidric soluție are o bună capacitate de infiltrare în sol. Scurgerile accidentale determină dizolvarea unor substanțe din sol, în particular cele pe bază de carbonați; • Acidul clorhidric accelerează dizolvarea multor minerale, cum ar fi :carbonați și toți aluminosilicații (argile și numeroase roci vulcanice). Astfel, contribuie la descompunerea clădirilor din calcar, alte structuri cum ar fi poduri si opere de artă ; • Acidul clorhidric are un efect toxic asupra tuturor formelor de viață ; • Soluțiile de acid clorhidric pot fi toxice pentru viața acvatică ; • HCl contribuie la apariția smogului fotochimic(ceața fotochimică) ; • Ploile acide pot conţine HCl gazos dizolvat în apă având efecte negative asupra solului şi plantelor. Efectele HCl asupra populației: • HCl acționează dăunator asupra mucoaselor pe care le irită și asupra smalțului dentar pe care îl distruge; • Acidul clorhidric din sucul gastric transformă pepsina, o enzimă ce contribuie la digestie în formă activă. Acidul clorhidric mai distruge bacteriile de putrefacție și cele patogene care pătrund în stomac; • Acidul clorhidric gazos are acțiune corozivă asupra căilor respiratorii mai slabă decât clorul.

2. Tehnologia adoptata Există două categorii de măsuri de reducere a emisiilor poluante în atmosferă :

Metode care oferă posibilitatea recuperării poluanţilor gazoşi şi refolosirea acestora;

Metode distructive în cadrul cărora au loc transformări ireversibile ale poluanţilor în substanţe nepoluante.

O subclasificare a acestor metode este prezentată în figura de mai jos:

Absorbtia este operatia de separare a unuia sau mai multor componenti dintr-un amestec gazos, prin dizolvare intr-un lichid cu proprietati selective (absorbtie fizica). Absorbtia poate fi insotita de o reactie chimica intre reactivii adaugati in lichidele absorbante si gaze (sau particule); operatia se numeste in acest caz absorbtie cu reactie chimica sau chemoabsorbtie.

Operatia inverse de trecere in faza gazoasa a unui component dizolvat in lichid se numeste desorbtie.

AdsorbţiaPoluanţii gazoşi pot fi reţinuţi din aer prin adsorbţie pe suprafaţa unui adsorbant. Suprafeţele adsorbante pot fi solide sau lichide. Adsorbţia pe suprafaţă lichidă este considerată ca făcând parte din absorbţie, astfel încât se consideră ca proces de adsorbţie numai reţinerea pe suprafeţe solide.

Cele mai importante sisteme de adsorbţie: - Sisteme de adsorbţie cu strat fix - Sisteme de adsorbţie cu strat mobil şi sisteme de adsorbţie cu strat fluid - Sisteme de adsorbţie cu rotativ.Desorbţia În funcţie de amestecul de substanţe şi de condiţiile de lucru alese, se utilizează următoarele metode de desorbţie:

desorbţia cu vapori se realizează cu vapori de apă la temperaturi de 120 până la 140°C.

Aceştia trec prin adsorbant şi îndepărtează sub formă de vapori substanţele adsorbite. desorbţia cu gaz cald se realizează cu gaz încălzit la 150 - 350 °C. Pentru aceasta poate fi folosit atât gaz inert (N2) cât şi aer de ardere sărac in O2. Gazele calde sunt introduse în adsorbant în contracurent.

CondensareaFluxul de gaz impur este răcit până la o temperatură mai mică decât cea a punctului de condensare a compuşilor gazoşi iar condensatul este colectat direct. Pentru eliminarea substanţelor gazoase sunt necesare în general temperaturi de condensare foarte joase. O problemă specială a procedeului de condensare o reprezintă faptul că vaporii apă şi alte substanţe gazoase, care prezintă puncte de congelare mai ridicate decât alte gaze pot conduce la îngheţarea agregatelor. Din acest motiv, instalaţiile de condensare trebuie prevăzute, în general, cu dispozitive de dezgheţ.

Figura 2: Principiul tehnicii de condensare

3. Dimensionarea tehnologica a utilajelor Utilajele pentru absorbţie pot fi clasificate , după principiu de funcţionare , în patru categorii:

Absorbere de suprafaţă; Absorbere cu pulverizare; Absorbere cu barbotare : Absorbere cu peliculă sau film.

a) Absorberele de suprafaţă Se concretizează sub forma turilelor , vaselor Cellarius şi a serpentinelor . Sunt confecţionate din materiale rezistente la coroziune ,respectiv din gresie ,ceramică , grafit, cuarţ. Aceste absorbere au o suprafaţă de contact mică fapt pentru care eficacitatea lor este scăzută. Din acest motiv sunt utilizate numai pentru gaze uşor solubile. b)Absorbere cu pulverizare Din această categorie de utilaje fac parte coloane cu stropire, absorberele cu discuri, absorberele mecanice cu trunchiuri de con şi absorberele cu strat fluidizat trifazic. Suprafaţa de contact între faze este generată prin dispersia fazei lichide sub formă de picături în masa fazei gazoase şi este dată de suprafaţa tuturor picăturilor existente la un moment dat . Cu cât fineţea picăturilor şi viteza gazului sunt mai mari cu atât eficacitatea acestor utilaje este mai mare. c)Absorbere cu barbotareAceste utilaje sunt de regulă sub formă de coloane prevăzute în interior cu mai multe talere cu clopoţei ,valve sau talere perforate. Funcţionarea coloanelor de absorbţie se bazează pe dispersarea fazei gazoase sub formă de bule în straturile de absorbant existente pe talere. În

figura urmatoare este reprezentată schematic o coloană de absorbţie cu talere perforate .Faza lichidă (absorbantul) intră în coloană pe la partea superioară pe primul taler şi curge prin cădere liberă din taler în taler prin tuburile deversoare existente pe fiecare taler până la baza coloanei. Faza gazoasă intră pe la partea inferioară şi trece prin orificiile talerelor , barbotează în stratul de lichid de pe fiecare taler , şi iese prin racordul aflat la vârful coloanei . Transferul de masă are loc numai în straturile de lichid de pe taler.

Figura 3: Absorber cu barbotare

d)Absorbere cu peliculă

Acest tip de absorber este cel utilizat de noi in proiectare.În cazul acestor utilaje,absorbantul curge sub formă de film subţire prin fascicule de ţevi sau starturi cu umplutură în contracurent cu faza gazoasă . Din această categorie de utilaje fac parte coloanele cu umplutură şi utilajele tip schimbător de căldură cu fascicul de ţevi .Coloanele cu umplutură se utilizează cel mai frecvent la absorbţie.

Figura 4: Coloană cu umplutură

Bilanţ de materiale pentru procesul de absorbţie

Fig.5 Fluxurile de materiale dintr-o coloană de absorbţie

În figura este reprezentată o coloană de absorbţie cu umplutură în care sunt specificate fluxurile de materiale. Unde:

G- debit de amestec gazos [kmol aer/h];Yi- concentraţia iniţială a HCl din amestec gazos la intrare [kmol HCl/ kmol aer ];L- debit absorbant (apă ) [kmol apa/h ];Yf- concentraţia finala a HCl în gaz la ieşire [ kmol HCl /kmol aer];Xi- concentraţia solutului (HCl ) în faza lichidă la intrare [kmol HCl /kmol aer];Xf- concentraţia HCl în absorbant la ieşire [kmol HCl/ kmol apă];Date de echilibru: x-concentraţia HCl în lichid;y-concentraţia HCl în gaz;

Fracţii molare : x A=

kmoliHClkmoliHCl+kmoliapa

y A= kmoliHClkmoliHCl+kmoliaer

Rapoarte molare:

X A=kmoliHClkmoliapa

Y A= kmoliHClkmoliaer

Transformari :

X A=

x A

1+ x A

Y A=y A

1+ y A

Calculul debitului de absorbant (L) şi concentraţia HCl în apă (Xf)

L = β· Lmin [kmol apă/h]

β-coeficient de exces al absorbantului;

Lmin – debitul minim de apa necesar;

N A=Lmin ( X f−X i ) ;

x*

f = xmax = valoarea de echilibru a lui xf care este echivalenta cu concentraţia la ieşire

Yf în fază gazoasă.

4.Exploatarea instalatiei

Bilanţul de masă pentru instalaţie este dat de următoarea relaţie :

unde:

- debit masic de aer intrat în coloana de absorbţie [kg/h];

= 6577.2 kg/h

- debit masic de HCl intrat odată cu faza gazoasă [kg/h]

= 1.7856 kg/h

- debit de apă care intră în coloana de absorbţie [kg/h]

= 10893.6 kg/h;

- debit masic de NaOH care intră în vasul de neutralizare;

= 1.95 [kg/h]

- debit masic de apă folosit pentru obţinerea soluţiei de NaOH

= 19.5 kg/h

- debit masic de NaCl rezultat în urma neutralizării

= 2.86kg/h

- debit masic de aer care iese din coloana de absorbţie

= 6577.2 kg/h

- debit masic de apă care iese din coloana de absorbţie

= 10893.6 kg/h

= 0.88 kg/h

M apa+NaOH =19.5 kg/h6577.2 +1.7856 +10893.6 +1.95+19.5= 2.86+6577.2+10893.6+0.88+19.517494.03=17494.04

5. BIBLIOGRAFIE

1. R.Z.Tudose, ş.a.- Fenomene de transfer şi utilaje în industria chimică, Îndrumar de proiectare, Ed. Institutului Politehnic, Iaşi, 1990.2. M.Surpăţeanu-Chimia mediului,Ed. Univ. Tehnice Iaşi, 1999, p.16-233. G. Niac, V.Voiculescu, I. Bâldea, M. Preda –Formule, tabele,probleme de chimie-fizică,Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1984, p.2044. www.en.wikipedia.org- Hydrogen chloride5.C.Neniţescu –Chimie Generală,Ed.Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1972, p. 6736. www.epa.gov- Hydrogen chloride7. M Surpăţeanu, C. Zaharia- ABC Metode de analiză a calităţii factorilor de mediu- Editura T, Iaşi, 2002, p50-528. www.mmediu.ro- Măsuri postproces pentru reducerea compuşilor organici volatili DFIU-Karlsruhe, Implementarea Directivei IPPC9. V. Oros, C. Drăghici- Managementul Deşeurilor, Editura Univ. Transilvania, Braşov, 2002, p167-168)10. Neniţescu- Manualul inginerului chimist , vol.II11. Manescu S., Cucu M., Diaconescu M., Chimia sanitara a mediului, Editura medicala, Bucuresti 199412. Automatizarea in industria chimica, Silvia Curteanu, Ungureanu S., Iasi,200013. STAS 339/80 – Determinarea HCl14. Scenarii de compensare al factorului de putere - Pop Adrian-Cornel, Czumbil Levente ori.utcluj.ro15. http://www.elewatt.ro/Instalatii-electrice/Agenda-tehnica/imbunatatirea-factorului-de-putere.html