UNIVERSITATEA GHEORGHE ASACHIFACULTATEA DE INGINERIE CHIMICA

SECTIA INGINERIA MEDIULUI

STUDENT:

2006-2007

1

2

CUPRINS

CAPITOLUL 1. TEMA DE PROIECTARE1.1 Memoriu tehnic

CAPITOLUL 2. SURSA DE POLUARE2.1 Procesul tehnologic de zincare slab acida2.2 Proprietati ale componentului efluentului gazos2.3 Efectele acidului clorhidric2.4 Determinarea HCl din aer

CAPITOLUL 3. TEHNOLOGIA ADOPTATA3.1 Conditii de calitate a aerului3.2 Variante tehnologice3.3 Alegerea variantei optime3.4 Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schemei bloc. Elaborarea schemei tehnologice3.5 Materii prime si auxiliare. Caracteristici.

3.5.1. Materii prime3.5.2. Utilitati

3.5.2.1. Apa3.5.2.2. Aburul3.5.2.3. Energia electrica3.5.2.4. Aerul comprimat3.5.2.5. Gazele inerte3.5.2.6. Solele de racier3.5.2.7. Caracteristicile solutiei de NaOH

CAPITOLUL 4. DIMENSIONAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR4.1. Tipuri de utilaje. Alegere, descriere

4.1.1 Alegerea tipului de coloana4.1.2. Alegerea umputurii pentru coloana4.1.3 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura

4.1.3.1. Gratare de sustinere 4.1.3.2. Distribuitoare pentru faza lichida 4.1.3.3. Redistribuitoare pentru faza lichida

4.1.4. Materiale de constructie pentru coloane 4.1.5.Probleme de coroziune4.1.5.1 Factori care influenteaza viteza proceselor de coroziune4.1.5.2 Scopul si mijloacele de combatere a coroziunii4.2. Bilanţ de materiale pentru absorbţie4.3. Dimensionarea coloanei de absorbţie

4.3.1. Calculul diametrului coloanei de absorbţie 4.3.2. Calculul înălţimii coloanei cu umplutură

4.3.2.1. Calculul coeficientului global de transfer de masă

3

4.3.2.2. Calculul fortei motrice medii (diferenta medie de potential global)4.3.3. Calculul inaltimii coloanei

4.4. Dimensionarea racordurilor coloanei de absorbţie4.5. Calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloană4.6. Dimensionarea pompei centrifuge4.7 Dimensionarea ventilatorului4.8 Dimensionarea vasului de neutralizare4.9. Calculul puterii agitatorului4.10 Dimensionarea utilajelor de depozitare4.11. Fişe tehnice

CAPITOLUL 5. EXPLOATAREA INSTALATIEI5.1 Bilantul de masa pentru instalatie5.2.Consumul de materii prime , auxiliare şi utilităţi . Consumuri specifice.

CAPITOLUL. 6. CONTROLUL, AUTOMATIZAREA SI REGLAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE6.1. Stabilirea parametrilor ce trebuiesc reglati si masurati.6.2. Reglarea automata a instalatiilor de

CAPITOLUL 7.TEHNICA SECURITATII SI IGIENA MUNCII. MASURI P.S.I.EPURAREA APELOR REZIDUALE SI PROTECTIA MEDIULUI AMBIANT. 7.1. Tehnica securitatii si protectia muncii7.2. Masuri P.S.I

CAPITOLUL 8. NOTIUNI DE AMPLASARE A UTILAJELOR SI DE STABILIRE A TRASEELOR RETELELOR DE CONDUCTE8.1.Cota de amplasament pe mai multe niveluri8.2.Recomandari privind amplasarea unor utilaje tip8.3.Traseele retelelor de conducte interne

CAPITOLUL 9. SCHITE

CAPITOLUL 10. BIBLIOGRAFIE

4

Capitolul 1. Tema de proiectare

Sa se intocmeasca proiectul de inginerie tehnologica pentru o instalatie de separare continua a HCl din efluentul gazos al unei sectii de zincare acida prin absorbtie in apa.

Se dau urmatoarele date de proiectare :- presiunea de lucru a coloanei de absorbtie : p=1atm- debitul volumetric al efluentului gazos : MV=5000m3/h - concentratia HCl in amestec gazos initial : yi=300mg/m3

- gradul de separare al amestecului: α=93,3%- coeficientul de exces al absorbantului : β=1,3- concentratia initiala HCl in absorbant 0%- temperatura absorbantului la intrare: t=200C.

1.1. Memoriu tehnic

Proiectul de tehnologii de protecţie a atmosferei are ca temă de proiectare o instalaţie de separare continuă a acidului clorhidric din efluentul gazos al unei secţii de zincare acidă prin metoda absorbţiei în apă.

Proiectul este prevăzut cu 10 capitole, fiecare având mai multe subcapitole.În primul capitol, intitulat "Tema de proiectare" se prezintă scopul lucrării,

proiectarea unei instalaţii de absorbţie a acidului clorhidric şi se dau datele de proiectare.În următorul capitol se prezintă sursa de poluare: procesul de zincare slab acidă

(subcapitolul 2.1), proprietăţile efluentului gazos (acid clorhidric, aer) –subcap.2.2, efectele acidului clorhidric (subcap.2.3), metode de determinare ale acidului clorhidric din aer (subcap.2.4).

În capitolul 3 este detaliată tehnologia adoptată: subcapitolul 3.1 tratează condiţiile de calitate ale aerului, subcapitolul 3.2 tratează variantele tehnologice disponibile de depoluare a fluxurilor gazoase de acid clorhidric, subcapitolul 3.3 prezintă justificarea alegerii variantei optime- absorbţia, subcapitolul 3.4 prezintă descrierea tehnologiei adoptate, elaborează schema bloc şi schema de tehnologie aleasă, subcapitolul 3.5 tratează materiile prime şi auxiliare necesare.

Capitolul 4 se numeşte "Dimensionarea tehnologică a utilajelor" şi cuprinde următoarele subcapitole: 4.1 – tipuri de utilaje, alegerea lor şi descriere acestora ( 4.1.1 – alegerea tipului de coloană, 4.1.2 – alegerea umpluturii pentru coloană, 4.1.3 – alegerea dispozitivelor interioare ale coloanei, 4.1.4 – alegerea materialului de construcţie pentru coloane, 4.1.5 – problemele de coroziune), 4.2 – bilanţul de materiale în coloana de absorbţie, 4.3 – dimensionarea coloanei de absorbţie ( 4.3.1 – calculul diametrului coloanei de absorbţie, 4.3.2 – calculul înălţimii coloanei de umplutură prin 2 metode de calcul, cu 4.3.2.1 – calculul coeficienţilor de transfer de masă, 4.3.2.2 – calculul forţei motrice medii, 4.3.3 – calculul înălţimii coloanei), 4.4 – dimensionarea racordurilor

5

coloanei de absorbţie, 4.5 – calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloană, 4.6 – dimensionarea pompei centrifuge, 4.7 – dimensionarea ventilatorului, 4.8 – dimensionarea vasului de neutralizare, 4.9 – calculul puterii agitatorului, 4.10 – dimensionarea rezervorului, 4.11 – fişele tehnice; acest capitol a avut drept scop calculul tuturor dimensiunilor necesare proiectării instalaţiei.

Următorul capitol tratează probleme de exploatare a instalaţiei de absorbţie, referitoare la bilanţul de masă pentru instalaţie (5.1), consumul de materiale prime, auxiliare, şi utilităţi (5.2).

Capitolul 6 se referă la controlul, automatizarea şi reglarea sistemelor tehnologice, cu automatizarea parţială a coloanei de absorbţie.

Capitolul 7 prezintă problemele legate de protecţia muncii în instalaţii de absorbţie ţi măsuri P.S.I.

Capitolul următor, capitolul 8, face referiri la noţiuni de amplasare a utilajelor şi de stabilire a traseelor reţelelor de conducte.

Capitolul 9 cuprinde 3 schiţe ale pieselor desenate: schiţa instalaţiei de absorbţie, schiţa coloanei de absorbţie şi schiţa pompei centrifuge.

În capitolul 10 este enumerată bibliografia.

6

Capitolul 2. Sursa de poluare

2.1. Procesul tehnologic de zincare slab acida

Fluxul tehnologic al procesului de acoperiri metalice prin zincare consta in trecerea succesiva a pieselor metalice prin bai in care se desfasoara urmatoarele operatii :

Degresarea chimica se realizeaza cu solutii alcaline puternic tensioactive la o

temperatura de 50-600C. Ea este urmata de spalare, apa de spalare fiind evacuata periodic in bazinul de captare.

Decaparea se face cu solutie de HCl 20-30%, durata operatiei fiind in functie de calitatea pieselor supuse zincarii. Piesele decapate trec in continuare la spalare.

Zincarea se realizeaza prin electroliza in solutie slab acida. Anozii formati din zinc pur sunt amplasati pe partile laterale ale baii de zincare iar piesele supuse zincarii se suspend ape bara catodica situata central in baie. Omogenizarea solutiei din baie este asigurata prin barbotarea de aer comprimat.

Pasivarea se realizeaza prin cromare cu reactiv specific in mediu de HNO3. Operatia ofera o nuanta nevoalata de albastru stralucitor si o buna rezistenta la coroziune.

Toate baile sunt prevazute cu sisteme de captare a gazului , gaze care sunt aspirate de un aspirator si trimise la sistemul de epurare al efluentului.

7

Apele din toate baile de spalare se colecteaza intr-un bazin de colectare.Atelierul de zincare este o sursa de poluare atat pentru apa cat si pentru aer.Poluantii continuti in efluentii gazosi ai atelierului pot fi componenti ai bailor de

degresare, decapare, zincare si pasivare care au o tensiune de vapori ridicata.HCl este principalul poluant continut in efluentul gazos.

2.2. Proprietati ale componentilor efluentului gazos

2.2.1 Proprietăţile aerului Aerul este un amestec de gaze a căror compoziţie se menţine aproximativ

constantă (tab.1):

GAZE COMUNE, % vol GAZE RARE, % volN2 – 78,09 H2 – 5 x 10-5O2 – 20,95 He – 5,2 x 10-4Ar - 0,93 Ne – 1,8 x 10-3CO2 – 0,03 Kr – 1 x 10-4

Xe – 9 x 10-6Tabelul 1. Compoziţia chimică a aerului

Caracteristicile fizico-chimice ale aerului se raportează la condiţii normale reprezentate de o temperatură de 00 C şi presiune de 760 mm Hg. În această stare , volumul ocupat de 1 mol de aer (volumul molar) este de 22,414 cm3.

Masa moleculară a aerului curat , Maer ,calculată pe baza fracţiilor volumice şi a maselor moleculare ale gazelor componente este 28,966 g/mol.

Densitatea aerului (greutatea specifică), în condiţii normale este: ρaer= 1,293 g/cm3 (kg/m3).

Umiditatea aerului atmosferic este reprezentată de apa existentă în el, sub formă de vapori, picături, cristale, provenită din evaporarea apelor de suprafaţă (în cea mai mare parte), din stratul superficial al solului , din procesul de transpiraţie a plantelor sau din activităţi industriale.

Aprecierea umidităţii se face prin: a) umiditatea absolută (Us) –cantitatea de apă existentă într-un volum de aer la un

moment dat (g/m3); b) umiditatea maximă (Um) –cantitatea de apă pe care o poate primi un volum de

aer la o anumită temperatură (g/m3). Se mai numeşte şi presiune de saturaţie cu vapori de apă a aerului la temperatura considerată.

c) umiditatea relativă (Ur) –cantitatea de apă existentă într-un volum de aer atmosferic şi raportată la cantitatea maximă pe care ar putea-o cuprinde acelaşi volum de aer la o anumită temperatură. Altfel spus, umiditatea relativă reprezintă raportul dintre umiditatea absolută şi umiditatea maximă, respectiv raportul dintre presiunea vaporilor de apă (constatată experimental) şi presiunea vaporilor de apă la saturaţie.

Umiditatea aerului (respectiv presiunea vaporilor de apă) este strâns legată de temperatură. Dacă temperatura creşte, creşte implicit presiunea vaporilor de apă. Aerul

8

saturat cu vapori de apă va avea o presiune mai ridicată decât aerul uscat, din cauza presiunii suplimentare a vaporilor la saturaţie.

La 200C presiunea vaporilor de apă saturaţi este de 18 mm Hg. Dacă temperatura se micşorează, umiditatea relativă creşte, acesta fiind mecanismul de formare a norilor

Pentru determinarea umidităţii relative este necesară răcirea aerului şi observarea temperaturii la care începe condensarea vaporilor de apă, aşa numitul punct de rouă. La temperatura corespunzătoare punctului de rouă, aerul este saturat cu vapori de apă şi va avea o presiune de vapori corespunzătoare valorii de saturaţie la acea temperatură. Această presiune de vapori , corespunzătoare punctului de rouă, va reprezenta în acelaşi timp presiunea de vapori a arului la temperatura pentru care se determină umiditatea, adică umiditatea absolută.

Umiditatea relativă se va determina făcând raportul dintre umiditatea absolută (exprimată prin presiunea de vapori la temperatura punctului de rouă) şi umiditatea maximă (exprimată prin presiunea vaporilor saturaţi la temperatura considerată, luată din tabele).

Temperatura aerului dintr-un loc sau dintr-o regiune ca şi regimul ei zilnic, sezonier şi anual este determinat în primul rând de radiaţia solară. Temperatura aerului înregistrează variaţii importante atât pe orizontală cât şi pe verticală. Trebuie remarcată în acest sens contribuţia a 2 factori:

factorul astronomic , determinat de faptul că axa polilor este înclinată spre Soare (vara este mai expus polul nord, iarna acelaşi pol este mai puţin expus iar la echinocţiu axa polilor este perpendiculară pe axa Pământ – Soare). Pentru simplificare, factorul astronomic se referă la variaţiile de temperatură ce decurg din derularea ciclică a zilelor şi nopţilor. Ciclurile diurne şi nocturne determină cantitatea de energie primită de la Soare şi implicit, variaţiile de temperatură între noapte şi zi.

suma factorilor fizici şi geografici.În esenţă, temperatura aerului este influenţată de altitudine (scade cu înălţimea),

de caracteristicile solului (culoare, compoziţie), de existenţa suprafeţelor de apă (timp de încălzire diferit faţă de sol), a vegetaţiei (care reţine o parte din radiaţia solară), de nebulozitatea atmosferei (care diminuează cantitatea energiei solare ce atinge suprafaţa Pământului) şi de prezenţa centrelor populate (care intervin cu surse suplimentare de căldură).

Presiunea aerului Datorită greutăţii sale specifice, aerul atmosferic exercită o presiune asupra tuturor

corpurilor de pe Pământ. Prin urmare, presiune atmosferică reprezintă forţa cu care aerul apasă asupra Pământului datorită greutăţii sale. Presiunea exercitată depinde de temperatura şi circulaţia maselor de aer.

Presiunea aerului se exprimă în mm Hg/cm2 sau în milibari (750 mm Hg =1000 mb).

În S.I. unitatea de măsură pentru presiune este pascalul.În funcţie de mai mulţi factori, presiunea atmosferică prezintă diferite variaţii. Cele

mai importante sunt variaţiile datorate altitudinii. În acest sens trebuie reţinut faptul că la nivelul mării şi la 0oC presiunea atmosferică este de 760 mm Hg (numită presiune atmosferică normală) şi ea scade treptat cu altitudinea micşorându-se cu 1mm Hg pentru fiecare 10,33 m.

9

Solubilitatea aerului în apă [ G. Niac, V.Voiculescu, I. Bâldea, M. Preda –Formule, tabele,probleme de chimie-fizică,Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1984, p.204]

Solubilitatea aerului în apă, lipsit de CO2 şi NH3, la t= 180C şi p=760 mm Hg este de 19,38 ml/1000ml apă.

[M.Surpăţeanu-Chimia mediului,Ed. Univ. Tehnice Iaşi, 1999, p.16-23]:

2.2.2 Proprietăţile HCl

Acidul clorhidric, (HCl), este un gaz foarte corosiv, toxic şi incolor, care formează vapori în contact cu umiditatea. Vaporii constau în acid hidrocloric ce se formează atunci când HCl se dizolvă în apă. Acidul clorhidric gazos, ca şi cel hidrocloric sunt substanţe importante în chimie, ştiinţă şi industrie (aprox. 3 milioane tone de acid hidrocloric sunt produse anual pentru utilizarea în curăţirea oţelului înaintea galvanizării). Acidul hidrocloric este folosit în producţia de cloruri, pentru rafinarea minereului în producţia de staniu şi tantal, pentru pilirea şi curăţirea produselor metalice, în electroplatinarea pentru îndepărtarea pietrei de pe boilere, pentru neutralizarea sistemelor bazice, ca reactiv de laborator, drept catalizator şi solvent în sinteze organice, în realizarea fertilizatorilor şi coloranţilor, pentru hidroliza amidonului şi a proteinelor în prepararea diferitelor produse alimentare, în industria textilă, a cauciucului, fotografică. Numele de acid clorhidric se referă deseori la acidul hidrocloric, în mod greşit, şi nu la acidul clorhidric gazos.

În tabelul următor sunt date unele proprietăţi fizice ale acestui gaz:

Proprietăţi generale

Denumire Acid clorhidric

Formula moleculară HCl

Masa molară 36.4606 g/mol

Formă Gaz incolor, higroscopic

Proprietăţi fizice

Densitate gaz 1.477 g/l, (25°C)

Solubilitate în apă73,3 g/100 ml (18OC, 1

atm)72 g/100 ml (20°C, 1 atm)

Temp topire -114.2°C (158.8 K)

Temp fierbere -85.1°C (187.9 K)

Const aciditate (pKa) -4

10

Energie de formare Gibbs -95,2 kJ/mol (250C)

Entalpia standard formare -92,3 kJ/mol (25OC)

Entalpia standard de disociere

În atomi431,6 kJ/mol (25OC)

Structură

Forma moleculeiLiniară, distanţa

internucleară 0,127 nm

Moment dipolar 1.05 D

Tabelul 2. Proprietăţi ale HCl

[ www.en.wikipedia.org- Hydrogen chloride]:

Proprietăţi chimice ale HCl:Molecula de HCl este o moleculă simplă, diatomică, alcătuită dintr-un atom de H şi

un atom de Cl, conectate printr-o legătură covalentă, simplă. Deoarece atomul de Cl este mai electronegativ decât cel de H, legătura covalentă între atomi este polară. Deoarece molecula are per total un moment de dipol mare cu o sarcină parţială negativă δ- pe atomul de Cl şi una pozitivă δ+, pe atomul de H, molecula este polară. Din acest motiv, HCl este foarte solubil în apă şi în alţi solvenţi polari.

În contact cu apa, HCl ionizează imediat, formând cationul H3O+ şi anionul Cl-, printr-o reacţie chimică reversibilă în apă:

HCl + H2O → H3O+ + Cl−

Rezultatul soluţiei se numeşte acid hidrocloric şi este un acid tare. Constanta de disociere sau ionizare Ka este foarte mare, ceea ce înseamnă că HCl disociază sau ionizează practic total în apă.

Chiar în absenţa apei, HCl se comportă ca un acid. De exemplu, poate dizolva anumiţi alţi solvenţi, ca metanolul şi alte molecule protonate sau ioni şi să se comporte ca un acid catalizator pentru reacţii chimice, unde sunt dorite condiţii anhidre:

HCl + CH3OH → CH3O+H2 + Cl−

HCl cedează un proton moleculei de metanol.Datorită naturii acide, HCl este un gaz corosiv, în mod deosebit în prezenţa

umidităţii.

Proprietăţi fiziologice [C.Neniţescu –Chimie Generală,Ed.Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1972, p. 673]

HCl este singurul acid anorganic care apare liber, cu o funcţie importantă în organismul animalelor şi anume în sucul gastric al mai tuturor vertebratelor. Concentraţia

11

de HCl din sucul stomacal al omului este de circa 0,3%. HCl este secretat de mucoasa stomacului şi are rolul de activa una dintre enzimele digestiei (pepsina).

HCl este un gaz fara culoare, cu miros iritant, mai dens decat aerul(densitatea 1,268). Se lichefiaza prin racire dand un lichid fara culoare care nu conduce curentul electric si fierbe la -850C, solidificandu-se la -114,80C.

Cel gazos fumega in aer deoarece, fiind foarte solubil in apa, se dizolva in apa din atmosfera formand un fel de ceata.

Prin dizolvarea sa in apa se dezvolta caldura. Un litru de apa dizolva, la 00C, 503l acid clorhidric gazos.

Soluatia apoasa de HCl se mai numeste si spirt de sare.Solutia de 42,9% HCl gazos are densitatea 1,21, iar cea de 37-39% are densitatea

de 1,19.Solutia apoasa de HCl este buna conducatoare de electricitate, deoarece prin

dizolvarea in apa acidul clorhidric se disociaza in ioni de hidrogen si ioni de clor.In stare gazoasa sau in stare anhidra , acidul clorhidric nu conduce curentul

electric deoarece atomii de clor si de hidorgen sunt legati intre ei prin legaturi covalente.In presenta apei, structura polara a moleculelor de HCl trece in structura ionica si

disociatia electrolitica a acidului clorhidric este posibila.In solutie apoasa HCl esre un acid tare deorece este puternic disociat.[1]La temperatura obisnuita, acidul clorhidric gazos, perfect uscat, nu ataca

majoritatea metalelor si nici oxizii lor.La temperatura inalta, insa, acidul clorhidric ataca metalele, cu exceptia aurului si

a platinei, dand nastere la cloruri cu dezvoltare de hidrogen :Me’’ + 2HCl = Me ’’Cl2 + H2

HCl poate fi prezent in atmosfera ca urmare a eliminarii din diferite procese tehnologice.

HCl este un compus foarte reactive, care are actiune negative asupra metalelor, cu degajare de H2. Poate fi o sursa de incendiu si explozie.

In general necesita masuri speciale de pastrare si conservare. Astfel conservarea probelor se face in recipienti de sticla sau unele aliaje si materiale plastice rezistente la acest produs.

HCl poate produce asupra organismului uman intoxicatii si poate genera reactii secundare cum ar fi aparitia unor substante deosebit de toxice, in special hidrogenul arseniat ca urmare a reactiei cu metalele si aliaje.

Cantitatea de clor a scoartei este de 0,045%. Clorul, ca si ceilalti halogeni nu se gaseste liber in natura din cauza puternicei tendinte de combinare. Se gaseste sub forma de depozite de clorura de sodiu (sare gema, halita) depuse prin evaporarea unor mari inchise sau lacuri. In tara noastra se gasesc saline in formatiunile tertiarului la : Ocnele Mari, Slanic, Targu Ocna, Praid, Cacica, Ocna Dej, Ocna Muresului, Ocna Sibiului etc.Sursa cea mai importanta este apa marii in care se gasesc 3% saruri din care circa 80% este clorura de sodiu si alte cloruri in proportie mai mica (clorura de potasiu, magneziu, calciu). Lacurile sarate (marile lacuri sarate din Utah), Marea Caspica, Marea Moarta contin concentratii mult mai mari de cloruri si alte saruri.

La temperatura ordinara, clorul este un gaz de culoare galben-verzuie (hloros=verde ) si miros sufocant. In stare lichida este tot galben-verzui

12

La 0oC si 760 mm Hg un litru de clor cantareste 3,214g, deci este de circa 2,7 ori mai greu decat aerul. Densitatea sa este un indiciu ca molecula este diatomica.Gazul se lichefieaza sub presiunea de o atmosfera, la temperatura de -34,6oC (la 0oC sub presiune de 3,66 atmosfere, la 15oC sub presiune de 5,8 atmosfere si la 20oC sub presiune de 6,57 atmosfere). Temperatura critica este 144oC, presiunea critica 76,1 atm si densitatea critica 0,57. Clorul prezinta sapte izotopi 33Cl, 34Cl, 35Cl(75,4%), 36Cl, 37Cl(24,6%), 38Cl. El este un gaz putin solubil in apa. Un volum de apa dizolva circa 2,15 volume de clor la 20 oC. Solubilitatea sa mica este atribuita lipsei de polaritate a moleculei respective. [2]

Clorul se intalneste in aerul atmosferic in apropierea fabricilor de clor, de hartie, colorantilor, fabricilor de clorura de var.

Clorul este un gaz cu mare putere de reactie, alcatuieste cu vaporii din atmosfera HCl care provoaca coroziunea metalelor, are actiune iritanta asupra cailor respiratorii.

In ceea ce priveste solubilitatea aerului in apa la 180C, valoarea acesteia este urmatoarea pentru fiecare din componentii aerului :

Cm3 O2 N2+Ar Suma cm3 %O2 in aerul dizolvat180C 6,61 12,77 19,38 34,12

Solubilitatea HCl in apa la 180C este de :

t = 180C l = 448l = coeficientul de absorbtie, la care presiunea totala este egala cu 760 mm Hg.q = masa de grame de gaz ce sunt adsorbite de 100g HCl cand presiunea totala la

180C este 760mm Hg.q = 73,1gla 180C A=451,2 cm3

densitatea acid = 1,2064 (% greutatea HCl in solutie)A = nr. de cm3 HCl absorbiti de 1 cm3 H2O la 760mm Hg.

[Manescu S., Cucu M., Diaconescu M., Chimia sanitara a mediului, Editura medicala, Bucuresti 1994][Nenitescu, Manualul inginerului chimist, Vol II, Editura Tehnica, Bucuresti 1952][Mioara Surpateanu, Carmen Zaharia – ABC metode de analiza a calitatii factorilor de mediu, Editura Tehnica, Iasi 2002]

2.3. Efectele HClHCl actioneaza daunator asupra mucoaselor pe care le irita si asupra smaltului

dentar pe care il distruge.Acidul clorhidric din sucul gastric transforma pepsina, o enzima ce contribuie la

digestie in forma activa. Acidul clorhidric mai distruge bacteriile de putrefactie si cele patogene care patrund in stomac. Acidul clorhidric gazos are actiune coroziva asupre cailor respiratorii mai slaba decat clorul.

13

Clorul este primul gaz sufocant folosit ca atare in primul razboi mondial(1915).Clorul ataca membrana plamanului care devine permeabila pentru apa permitand plasmei sanguine sa treaca in alveolele plamanului astfel incat acesta nu-si mai poate indeplini functiunea (edem pulmonar). Si alti derivati ai clorului au fost folositi in primul razboi mondial : fosgenul, difosgenul, iperita.Iritarea organelor respiratorii este urmata de tuse dureroase. Moartea vine rapid cand clorul depaseste 0.6% . Clorul ataca in general organismul animal si vegetal. El se combina cu hidrogenul producand o oxidare profunda. Este deci un dezinfectant energic . [2]

Efecte acute

Acidul clorhidric este corosiv şi toxic pentru ochi, piele şi mucoase. Inhalarea sau expunerea acută poate cauza tuse, răguşeală, inflamaţii şi ulceraţii ale traiectului respirator, dureri de piept şi edem pulmonar

Expunerea acută orală poate cauza corodarea membranelor mucoaselor, esofagului şi stomacului, însoţită de ameţeli, vomă şi diaree. Contactul cu pielea poate produce arsuri severe şi ulceraţii

Au fost raportate iritaţii pulmonare, leziuni ale căilor respiratorii superioare, edeme ale laringelui la cei expuşi la inhalări acute

Teste pe animale (şoareci, şobolani, iepuri) au arătat că acidul clorhidric are o toxicitate moderată spre mare în urma inhalării şi o toxicitate acută moderată la expunere orală.

Efecte croniceExpunerea cronică la acid clorhidric duce la gastrită, bronşită cronică, dermatită şi

fotosensibilitate la cei care lucrează cu HCl. Expunerea prelungită la concentraţii mici poate cauza decolorarea dinţilor şi erodarea lor

Inhalaţia cronică cauzează hiperplazia mucozităţii nazale, leziuni ale laringelui, traheii, precum şi ale cavităţii nazale în cazul şobolanilor

Concentraţia de referinţă (RfC) pentru HCl este de 0,02 mg/m3, valoarea bazându-se pe hiperplazia mucoasei nazale, laringelui şi traheii şobolanilor. RfC este o estimare a inhalării continue de către populaţia umană (inclusiv a grupului sensibil) care nu are un risc apreciabil de apariţie efectelor cronice în timpul vieţii. RfC nu este un estimator direct al riscului, dar reprezintă un punct de referinţă pentru a scoate în evidenţă potenţialele efecte. La expuneri mai mari decât RfC, potenţialul efectelor secundare creşte. Expunerea pe durata întregii vieţi la doze mai mari ca RfC nu implică neapărat şi apariţia unor efecte negative asupra săsnătăţii EPA (Agenţia Americană de Protecţia Mediului) nu are încredere în studiile bazate pe RfC, deoarece folosesc numai o doză de administrare şi măsurătorile toxicologice sunt limitate. Această slabă încredere în baza de date se datorează lipsei studiilor cronice sau reproductibile EPA nu a stabilit încă o doză de referinţă (RfD) pentru acidul clorhidricEfecte asupra reproducerii

Nu există nici o informaţie despre efectele HCl asupra reproducerii sau de dezvoltării oamenilor

14

La şobolanii expuşi inhalării HCl, au fost observate: dispnee severă, cianozări, creşterea mortalităţii fetale precum şi scăderea în greutate a puilor

Riscul de cancerNu există nici o informaţie asupra efectelor carcinogene la oameni datorat HClÎntr-un studiu efectuat asupra şobolanilor nu a fost observat nici un răspuns

carcinogenicEPA nu consideră HCl ca un potenţial agent carcinogenÎn ceea ce priveşte efectele asupra mediului trebuie de remarcat faptul că ploile

acide pot conţine HCl gazos dizolvat în apă având efecte negative asupra solului şi plantelor. În plus HCl umed poate contribui la distrugerea clădirilor precum şi a staturilor din marmură. [www.epa.gov- Hydrogen chloride]

2.4. Determinarea HCl din aer [M Surpăţeanu, C. Zaharia- ABC Metode de analiză a calităţii factorilor de mediu-

Editura T, Iaşi, 2002, p50-52]Principiul metodei

Acidul clorhidric reacţionează cu sulfocianura de mercur (II) formând un complex slab disociat (HgCl4)2-. Sulfocianul eliberat reacţionează cu fierul trivalent formând sulfocianura ferică, de culoare brun-roşcată, proporţională cu cantitatea de ioni clorură.

4HCl + Hg(SCN)2 → 2HSCN + H2[HgCl4] (1)3HSCN + Fe3+ → Fe(SCN)3 + 3H+ (2)Interferenţe

La determinarea HCl din aer prin metoda spectrofotometrică interferă aerosolii de cloruri, bromuri, ioduri. Interferenţa acestora se elimină prin filtrarea aerului care se recoltează folosind un filtru de hârtie, plasat înaintea vasului de absorbţie.

Reactivi Hidroxid de sodiu, soluţie 0,01 N Sulfocianură mercurică, soluţie alcoolică 0,3 % (în alcool metilic) Alaun feriamoniacal, NH4Fe(SO4)2·12H2O, soluţie 6% în HNO3 5N Soluţie etalon stoc . Se dizolvă 0,2046 g KCl într-un flacon cotat de 50 ml şi

se aduce la semn cu apă distilată. 1 ml soluţie corespunde la 2 mg HCl. Soluţie etalon de lucru: se diluează 2,5 ml soluţie etalon stoc cu apă distilată

la 100 ml. 1 ml soluţie corespunde la 50 μg HCl.

Recoltarea probelorSe aspiră aerul de analizat într-un absorbitor care conţine 10 ml soluţie de

NaOH 0,01N. Debitul de aspiraţie este de 2,5-3 l/min.Modul de lucru

Conţinutul absorbitorului se aduce cantitativ într-un flacon cotat de 25 ml şi se completează volumul la 20 ml. Se adaugă 2,5 ml sulfocianură mercurică şi 2,5 ml

15

alaun feriamoniacal, agitând flaconul după adăugarea fiecărui reactiv. După 10 min se măsoară absorbanţa la λ=470 nm faţă de un martor preparat cu apă distilată şi aceeaşi reactivi.

În paralel, se trasează curba de etalonare pentru cantităţi de HCl cuprinse între 0-50 μg şi se determină conţinutul de HCl din proba de analizat.

Datele de etalonare se trec într-un tabel de forma:

Cantitate HCl, μg

0 10 20 30 40 50

Soluţie etalon de lucru, ml

0 0,2 0,4 0,6 0.8 1

Apă distilată, ml

completare la 20 ml

Sulfocianură mercurică, 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

Absorbanţa, λ=470 nm

Se trasează curba de etalonare A=f(C)

Calculul rezultatelorConcentraţia de HCl din proba de aer analizată se calculează cu relaţia:

HCl (mg/m3)=Cx/VÎn care:

Cx – cantitatea de HCl în proba fotometrată, μgV – volumul de aer recoltat, l

[Zaharia, Surpateanu – ABC metode de analiza][STAS 339/80 – Determinarea HCl]

16

Capitolul 3. Tehnologia adoptata

3.1. Conditii de calitate a aerului

STAS-ul 12574/1987 prevede concentraţiile maxim admise (CMA) ale substanţelor chimice din aerul zonelor protejate prezentate în tabelul 3:

Substanţa

poluantă

Concentraţia maximă admisibilă,

mg/m3 Metodă de

analizăMedie de scurtă durată

Medie zilnică

1 2 3 4

30 minute 24 oreAcid azotic 0,4 - *Acid clorhidric 0,3 0,01 STAS 10943-89Acroleină 0,03 0,01 STAS 11331-79Aldehide (HCHO) 0,035 0,012 STAS 11332-79Amoniac 0,3 0,1 STAS 10812-76Anhidridă fosforică 0,3 0,1 STAS 12863-90Arsen - 0,203 STAS 10931-77Benzen 1,5 0,8 *Cadmiu - 0,00002 STAS 12731-89Clor 0,1 0,03 STAS 10931-77Crom (Cr2O3) - 0,0015 STAS 11103-78Dioxid de azot 0,3 0,1 STAS 10329-75Dioxid de sulf 0,75 0,25 STAS 10194-89Fenol 0,1 0,03 STAS 11027-77Fluor (compuşi anorganici gazoşi sub formă de aerosoli uşor solubili)Fluor (compuşi anorganici sub formă de aerosoli greu solubili)

0,015

-

0,005

0,03

STAS 10330-88

Funingine 0,15 0,05 STAS 13000-91Furfurol 0,15 0,05 *Hidrogen sulfurat 0,015 0,008 STAS 10814-76Mangan (compuşi ai manganului)

- 0,01 STAS 10815-85

Metanol 1,0 0,5 STAS 11105-78

17

Metil mercaptan - 0,00001 STAS 12730-89Oxid de carbon 6,0 2,0 *Oxidanţi (O3) 0,1 0,03 STAS 11010Plumb - 0,0007 STAS 10810Sulfaţi în suspensie inclusiv de acid sulfuric (SO4)2-

0,03 0,012 STAS 11194-79

Sulfură de carbon 0,03 0,005 STAS 11104-78Tricloretilenă 4,0 1,0 *Pulberi în suspensie

0,5 0,15 STAS 10195-75

* Metodele de analiză sunt conform Ministerului Sănătăţii.Tabelul 3. Concentraţiile maxim admise ale diferiţilor poluanţi ai aerului.

Ordinul 462/1993 al Ministrului Apelor Pădurilor şi Protecţiei Mediului (MAPM) prevede normele de limitare preventivă a emisiilor de poluanţi în atmosferă aşa cum sunt prezentate la punctele 1-5:

Dacă debitul masic este 0,5 kg/h, emisiile sub formă de pulberi la toate categoriile de substanţe poluante nu trebuie să depăşească 50 mg/m3, la o dimensiune a diametrului mediu al particulelor dp 5 mm.

Limitare poluanţi atmosferici.

Nr. crt.Substanţa Debit masic

g/hConcentraţii emisii, mg/m3Denumirea Simbol

Clasa 1 1 0,21 Cadmiu şi compuşii săi Cd2 Mercur şi compuşii săi Hg

Clasa 2 5 11 Arsen şi compuşii săi,

excepţie hidrogenul arseniat

As

2 Cobalt şi compuşii săi Co3 Nichel şi compuşii săi Ni

Clasa 3 25 51 Crom şi compuşii săi Cr2 Cianură CN3 Cupru şi compuşii săi Cu4 Fluoruri sub formă de

pulberiF

5 Plumb şi compuşii săi Pb6 Mangan şi compuşii săi Mn

Etc …..

1. Limitare substanţe anorganice sub formă de gaze sau vapori

18

Nr. crt. Substanţa Debit masicg/h

Concentraţii emisii, mg/m3

Clasa 1 10 11 Clorură de cianogen2 Hidrogen arseniat3 Hidrogen fosforat

Clasa 2 50 51 Acid clorhidric2 Brom şi clor3 Fluor şi compuşii săi4 Hidrogen sulfurat

Clasa 3 500 301 Compuşi cloruraţi2 Amoniac

Clasa 4 500 5001 Oxizi de sulf2 Oxizi de Azot

Etc …..

2. Limitare substanţe organice sub formă de gaze, vapori sau pulberi

Nr. crt.Substanţa Debit masic

g/hConcentraţii emisii, mg/m3Denumirea Simbol

Clasa 1 0,1 201 Clormetan CH3Cl2 Anilină C6H7N

Clasa 2 2 1001 Clorbenzen C6H5Cl2 Ciclohexanonă C6H10O3 Toluen C7H8

Clasa 3 3 1501 Acetat de etil C4H8O2

2 Alcani, fără metan CnH2n+2

3 Alchene fără 1,3 butadienă

CnH2n

4 Cloretan C2H5Cl5 Eter dibutilic C8H18O6 Triclorofluorometan CCl3F

Etc …..

5. Limitare substanţe cancerigene

Nr. crt.Substanţa Debit masic

g/hConcentraţii emisii, mg/m3Denumirea Simbol

Clasa 1 0,5 0,1

19

1 Azbest2 Benzo-piren C20H12

3 Beriliul şi compuşii săi Be4 Dibenzo-antracen C22H14

Clasa 2 5 11 Compuşi de crom (VI) Cr2 Cobalt Co3 Sulfat de dimetil C2H6O4S

Clasa 3 25 51 Acrilonitril C3H4N2 Benzen C6H6

3 1,3 Butadienă C4H6

4 1 Cloro 2,3 epoxipropan C3H5ClO5 Clorură de vinil C2H3Cl6 Hidrazină H4N2

Etc …..

Legislaţia în domeniul protecţiei atmosferei este reprezentată în principal de Legea Protecţiei mediului nr.137/195, republicată prin Legea nr.159/1999 şi completată prin U.G. nr.91/2002 şi reglementările juridice şi tehnice privind factorul de mediu-aer şi anume a calitătii acestuia în diferite zone cum ar fi: zone protejate, zone cu emisii importante de fluxuri gazoase ca urmare a desfăşurarii unor activităţi social-economice.

Reglementările privind protecţia atmosferei sunt cuprinse în capitolul III, sectiunea a 2-a în care sunt specificate următoarele aspecte importante.

Art.41. Prin protecţia atmosferei se urmăreşte prevenirea, limitarea deteriorării şi ameliorării calităţii acesteia pentru a evita manifestarea unor efecte negative asupra mediului, sănătăţii umane şi a bunurilor materiale.

Art.42. Autoritatea centrală pentru protecţia mediului promovează politicile regionale şi globale, fundamentând principiile şi actiunile specifice atât la nivel naţional, cât şi local, privind protecţia atmosferei.

Art.43.Autoritatea publica centrală pentru protecţia mediului, cu consultarea ministerelor competente, elaborează norme tehnice, standardele şi regulamentele de aplicare privind:

calitatea aerului în funcţie de factorii poluanţi din atmosferă; emisiile de poluanţi atmosferici pentru surse fixe şi mobile, precum şi

condiţiile de restricţie sau de interdicţie pentru utilizare; calitatea combustibililor şi carburanţilor, precum şi reglementările privind

introducerea pe piaţă şi transportul acestora; pragul fonic şi reglementări pentru limitarea zgomotelor; supravegherea calităţii aerului, proceduri de prelevare şi analiză,

amplasarea punctelor şi instrumentelor pentru probare şi analiză, frecvenţa măsuratorilor şi altele;

identificarea, supravegherea şi controlul agenţilor economici a căror activitate este generatoare de risc potenţial şi poluare atmosferică;

20

sistemul de notificare rapidă , în caz de poluare acuta a atmosferei cu efecte transfrontiere, a autoritatilor desemnate cu aplicarea Conventiei privind efectele transfrontiere ale accidentelor industriale.

Art.44. Autoritatea publică centrală pentru protecţia mediului supraveghează şi controlează aplicarea prevederilor legale privind protecţia atmosferei, în care scop:

constată apariţia episoadelor de poluare a atmosferei, dă alerte şi emite prognoze legate de acestea;

dispune încetarea temporară sau definitivă a activităţilor generatoare de poluare în vederea aplicării unor măsuri de urgenţă sau pentru nerespectarea programului pentru conformare;

solicită măsuri tehnologice, aplică restricţii şi interdicţii în vederea prevenirii, limitării sau eliminării emisiilor de poluanţi;

aplică sancţiunile prevăzute de lege în caz de nerespectare a măsurilor dispuse.

Unul dintre cele mai importante standarde de mediu este standardul de calitate a aerului care prevede concentraţiile maxime admisibile într-o anumită perioadă de timp ale unor poluanţi importanţi în zonele protejate-STAS 12574-87.

STAS 12574-87. Aer in zonele protejate. Condiţii de calitate. Standardul de calitate a aerului cuprinde două părţi şi anume:

1. Indicaţii generale ;2. Condiţii de calitate .

În prima parte sunt enunţate o serie de noţiuni care vizează concentraţiile poluanţilor şi modul lor de calcul.

Astfel, prin concentratie medie lunară sau anuală se inţelege media aritmetică a concentraţiilor medii zilnice obţinute în perioada respectivă . Pentru calculul concentraţiei medii lunare sunt necesare minimum 15 valori medii zilnice.

Se constată că în Romania sunt specificate mai mult normele privind concentraţiile medii admisibile de scurtă durată sau zilnice şi mai puţin cele de lungă durată, lunare sau anuale.

De asemenea, trebuie facute unele precizări şi anume:- concentraţia unui poluant în aer este o mărime aleatoare caracterizată prin

fluctuaţii imprevizibile, datorate preponderent turbulenţei atmosferice dar şi fluctuaţiilor emisiei;

- se defineşte norma de calitate a aerului pentru un poluant dat ce trebuie sa cuprindă concentraţia maximă admisă medie pentru un interval de timp, frecvenţă f asociata C.M.A. şi intervalul de referinţă I;

- norma pentru un poluant, într-un punct dat din zona de interes, este respectată dacă C.M.A. medie pe intervalul ν este atinsa sau depăşită cu o frecvenţă cel mult egală cu f in intervalul de timp I;

- pentru un poluant dat se stabilesc C.M.A. corespunzând mai multor perioade de mediere.

Normativul românesc prevede cea mai mare parte a cazurilor concentraţii maxime admise medii pe 30 minute şi pe 24 ore. Justificarea este ca o C.M.A. medie pe 24 ore nu este suficient de restrictivă ea singura, în sensul că, datorită variabilităţii mari a

21

concentraţiei poluantului, respectarea normei nu ar asigura automat împotriva unor concentraţii de scurtă durată inacceptabil de mari.

În cea de-a doua parte a standardului privind condiţiile de calitate a aerului sunt prezentate principalele substanţe chimice poluante şi concentraţiile lor maxim admisibile, principalele aspecte privind pulberile sedimentabile şi , respectiv, radioactivitatea.

Concentraţia maximă admisă este pentru următoarele substanţe cu acţiune sinergică, dacă sunt prezente simultan in aer:

SO2, NO2 si NH3

SO2 si F(compusi anorganici) SO2 si aerosoli de H2SO4

SO2 si pulberi in suspensie NO2 si pulberi in suspensie HCl, HNO3 si aerosoli de H2SO4

[M Surpăţeanu, C. Zaharia- ABC Metode de analiză a calităţii factorilor de mediu- Editura T, Iaşi, 2002, p173-177]

3.2. Variante tehnologice de reducere a poluanţilor gazoşi din aer

Principalele procese care sunt utilizate în reţinerea poluanţilor atmosferici din atmosferă sunt : absorbţia , adsorbţia , condensarea , reţinerea pe membrane.

Absorbţia este operaţia de separare a unuia sau mai multor componenţi dintr-un amestec gazos , prin dizolvare într-un lichid cu proprietăţi selective (absorbţie fizică).

Ea diferă de purificarea pe cale umedă prin aceea că absorbţia se referă la gaze , iar purificarea umedă se referă la particule. Absorbţia poate fi însoţită de o reacţie chimică între reactivii adăugaţi în lichidele absorbante şi gaze , operaţia în acest caz se numeşte absorbţie cu reacţie chimică sau chemosorbţie. Multe gaze pot fi uşor absorbite de apă cu sau fără aditivi chimici.

Absorbtia fizicaAbsorbtia implica prezenta a doua faze:lichida si gazoasa.Concentratia gazului dizolvat in solutia aflata in echilibru cu faza gazoasa se mai

numeste solubilitatea gazului.Dioxidul de sulf e mult mai putin solubil in apa decat amoniacul.Solubilitatea

gazelor scade cu cresterea temperaturii.

Absorbtia chimicaCele mai multe dintre procesele de depoluare a aerului prin absorbtie sunt bazate pe

reactia dintre gazul poluant si lichidul absorbant sau un alt component present in solutia absorbanta.Efectul absorbtiei e cel mai puternic atunci cand reactia e ireversibila.

Nu exista o linie de demarcatie exacta intre absorbtia fizica si chemoabsorbtie.Prin absorbtie se retin CO, CO2, H2S, oxizii de azot, SO2, SO3, HF, HCl si compusi

organici.Procesul de transfer de masa care are loc pentru indepartarea poluantilor gazosi

prin absorbtie urmeaza ecuatia globala de transfer de masa:

22

NA=KGAF

NA – debit molar de gaz absorbit [mol/s]KG – coefficient global de transfer de masa [mol/s]A – aria interfetei gaz-lichid [m2]F – forta motoare

Operaţia inversă de trecere în faza gazoasă a unui component dizolvat în lichid se numeşte desorbţie . Desorbţia urmează absorbţia , mai ales în cazul recuperării şi se face prin încălzirea indirectă cu abur , la temperatură ridicată solubilitatea componentului dizolvat fiind mult mai mică , el trece în fază gazoasă şi este evacuate cu o pompă de vid sau antrenat de abur la un condensator.

Absorberele pentru poluanţi gazoşi pot funcţiona :-numai cu apă;-cu apă , cu sau fără reglarea pH-ului;-cu apă, cu sau fără reglarea pH-ului , şi cu aditivi chimici.

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 2:

Figura 2. Clasificarea măsurilor de reţinere a poluanţilor gazoşi.

[www.mmediu.ro- Măsuri postproces pentru reducerea compuşilor organici volatili DFIU-Karlsruhe, Implementarea Directivei IPPC]

23

Masuri pentru reducerea poluanţilor gazoşi din aer

RecuperareDistrugere

ArdereProcedee biologice

Ardere suplimentara termica Filtrare biologica

Spalatoare biologice

recuperativ

Condensare

Adsorbţie

Absorbţie

Ardere suplimantara catalitica

regenerativ

recuperativSeparare prin membrane

regenerativ

3.2.1 Absorbţia

3.2.1.1 Descrierea metodei

La metoda prin absorbţie, compuşii gazoşi prezenţi în curentul de aer uzat sunt reţinuţi de un lichid de spălat (absorbant). Se face deosebirea între 2 variante de metode:

Metoda fizica: Compuşii ce trebuie îndepărtaţi şi lichidul de spălat nu interreacţionează, o recuperare a absorbantului fiind, în principiu, posibilă.

Metoda chimică: Compuşii ce trebuie îndepărtaţi şi lichidul de spălat interreacţionează, astfel încât o recuperare a absorbantului nu este posibilă decât în cazul unei reacţii reversibile.

Procesul de absorbţie fizică are loc continuu, prin combinarea unei etape de absorbţie cu o etapă ulterioară, în care mediul absorbant este regenerat. Solubilitatea unui gaz depinde foarte puternic de temperatură şi de presiune. Aceasta scade odată cu creşterea temperaturii şi cu reducerea presiunii. Astfel, absorbantul se poate regenera în cazul unei temperaturi ridicate sau prin degajarea presiunii.

3.2.1.2 Etapa de absorbţie

Compuşii gazoşi sunt introduşi într-o coloană de absorbţie, de cele mai multe ori în contracurent cu un lichid de absorbţie, lichid care prezintă capacitatea de a reţine un gaz. Pentru aceasta sunt utilizate frecvent turnuri de spălare cu corpuri de umplutura (1) (vezi figura 3). Aceste instalaţii cuplează o suprafaţă mare de absorbţie cu pierderi reduse de presiune şi, implicit, cu un consum redus de energie. Lichidul de spălat se pulverizează pe la partea superioară a turnului de spălare şi formează o peliculă pe suprafaţa corpurilor de umplutură , curgând în sens invers faţă de gazul rezidual. Lichidul de spălat care conţine gazul absorbit, se strânge la baza absorberului, iar de acolo este pompat, încălzit şi condus spre regenerator. Un schimbător de căldură (2) serveşte la recuperarea căldurii soluţiei calde provenită de la procesul de desorbţie, cu ajutorul căreia se încălzeşte soluţia de la baza absorberului.

3.2.1.3 Etapa de desorbţie

Mediul absorbtiv alimentează unui aparat de desorbţie care de regulă este o coloană de distilare (3). Gazul absorbit se culege la partea superioară a coloanei, iar lichidul de absorbţie la parte inferioară unde este răcit în schimbătorul de căldură şi pompat în absorber. Figura 3 prezintă instalaţia de absorbţie-desorbţie în cazul în care absorbţia este fizică. În cazul în care gazul absorbit interacţionează chimic(chemosorbţie) cu absorbantul (aşa cum este şi cazul HCl, SO2, sau oxizi de azot care reacţionează cu apa) din instalaţia prezentată în figura 3 rămâne valabil numai absorberul (1) restul utilajelor principale fiind dictate de necesitatea de recuperare sau nu a absorbantului.

24

Figura 3 Instalaţie de adsorbţie fizică – desorbţie a unui component gazos dintr-un

amestec de gaze.

3.2.1.4 Substanţe tratabile.

Absorbţia în apă, soluţie acidă sau alcalină se recomandă în special pentru emisiile care conţin HF, HCl, Cl2, COV, SO2, H2S, NH3.

3.2.2 Adsorbţia

Poluanţii gazoşi pot fi reţinuţi din aer prin adsorbţie pe suprafaţa unui adsorbent . Suprafeţele adsorbante pot fi , fie solide , fie lichide . Adsorbţia pe suprafaţă lichidă este considerată ca făcând parte din absorbţie , rămânând adsorbţia numai pe suprafaţa solidă.

Fenomenul de eliminare a adsorbitului din sistemul adsorbant-adsorbit se numeste desorbtie si se utilizeaza pentru regenerarea adsorbentului si recuperarea adsorbitului.

In functie de natura interactiunilor moleculare se disting urmatoarele tipuri de adsorbtie:

Adsobtie fizica, ce se petrece intr-un strat superficial mono- sau polimolecula ca efect al fortelor Van der Waals. Acest tip de adsorbtie se caracterizeaza prin stabilirea destul de rapida a echilibrului in system si scaderea fluxului de adsorbtie cu cresterea temperaturii.

25

Adsorbtia chimica e fenomenul de adsorbtie insotit de reactie chimica.

AdsorbentiIn general un adsorbent ideal ar trebui sa aiba urmatoarele caracteristici:

Capacitate mare de adsorbtie; Sa fie un adsorbent specific; Rezistenta mecanica buna; Sa fie usor de regenerat; Sa fie cat mai ieftin posibil; Sa fie de natura granulara pentru a preveni caderile mari de presiune

prin strat.Adsorbentii pot fi impartiti in urmatoarele clase:1. carbune active – pentru hidrocarburi si gaze nepolare;2. oxizi(silicagel, oxid de aluminiu, silicat de magneziu) pentru gaze polare si

vapori;3. materiale fin divizate – utilizate in general drept catalizatori;4. materiale naturale(cleiuri, bauxite, pamanturi) cu capacitate mica de

adsorbtie;5. site moleculare(zeoliti) care sunt silicati de aluminiu cristalini ai

metalelor alcaline.

3.3. Alegerea variantei optime

Pentru separarea unui amestec gazos binar, in cazul nostru aer si HCl, se poate utiliza oricare dintre metodele utilizate anterior.

In cazul dat, gradul de separare al solutului trebuie sa fie ridicat. Capacitatea de productie este relativ mica, costul investitiei, exploatarii si al intretinerii instalatiei trebuie sa fie cat mai mic.

Utilizarea metodei de separare prin condensare si difuziune prin membrane este neeconomica deoarece instalatiile corespunzatoare sunt costisitoare, consumul de energie si costul de fabricatie sunt foarte ridicate.

Utilizarea adsorbtiei pentru separare necesita totodata regenerarea adsorbantului ceea ce implica un consum sporit de energie.

Avand in vedere natura componentului din amestecul gazos, gradul de separare cerut, costul materiei prime, costul investitiei si al exploatarii, se alege ca metoda de separare absorbtia.

Proprietatile de separare ale HCl in apa sunt :T=180C : aer  :19,38 cm3 aer………………1 cm3 apa HCl :451 cm3 HCl ………………1 cm3 apa[Nenitescu, Manualul inginerului chimist, vol II, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1952] In acest context adoptam ca modalitate de separare a HCl din aer, se alege

operatia de absorbtie a HCl in apa, ceea ce implica o instalatie simpla si o eficienta mare.

26

3.4. Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schimei bloc. Elaborarea schemei tehnologice.

Separarea HCl din amestecul gazos initial constituit din aer + HCl se realizeaza prin absorbtie in apa intr-o coloana.

Schema bloc a procedeului este redata in fig.3.1:

Fig. 3.1. Schema bloc a procesului de absorbtie in apa a HCl

Schema tehnologica

27

Fig 3.2 Schema tehnologica

Faza gazoasa (Fig.3.2), este introdusa in coloana de absorbtie (1) cu ajutorul unui ventilator (2) si o strabate in sens ascendent.

Absorbantul (apa) este introdus pe la partea superioara a coloanei (1) cu ajutorul unei pompe centrifuge (4) dintr-un rezervor de apa (3) si circula in contracurent cu faza gazoasa.

In interioarul coloanei are loc contactarea celor doua faze si ca urmare se realizeaza transferul solutului din faza gazoasa in cea lichida. Faza gazoasa, continand HCl sub limita impusa (30 mg/m3) este evacuate in atmosfera, iar faza lichida (solutia de HCl) rezultata iese pe la partea inferioara a coloanei sic urge prin cadere libera intr-un rezervor de asteptare (5).

Solutia apoasa de HCl din acest rezervor este transportata cu o pompa centrifuga (4) intr-un vas de neutralizare (6) prevazut cu agitator cu palete. Neutralizarea se realizeaza cu solutie de NaOH 10%, preparata in vasul de amestecare (7). Vasul (8) este utilizat pentru depozitarea solutiei de NaOH.

Dupa neutralizare, faza lichida rezultata din vasul (6) este evacuata pe la partea inferioara a acestuia la canal.

3.5.Materii prime si auxiliare. Caracteristici.

3.5.1. Materii prime

Materia prima reprezinta un ansamblu de material destinat prelucrarii, intr-o instalatie industriala, in vederea obtinerii unui produs.

28

Industria chimica utilizeaza materii prime de diferite proveniente, acestea putand fi :

- materii prime naturale ;- materii prime fabricate industrial ;- produse secundare ale industriei chimice sau ale altor ramuri

industriale.Materiile prime mai pot fi :

- amestecuri omogene de doua lichide organice ce urmeaza a fi separate prin rectificare ;

- solutiile diluate ale unor saruri supuse concentrarii prin operatia de evaporare ;

- amestecuri gazoase ce urmeaza a fi separate aprin absorbtie ;- diverse materiale sub forma granulara supuse uscarii.

3.5.2. Utilitati

Aburul, apa, aerul comprimat, gazele inerte, solele de racire si energia electrica folosite in industria chimica sunt uzual inglobate in denumirea de utilitati.

Toate utilitatile sunt considerate ca facand parte din sfera problemelor energetice ale unei intreprinderi.

3.5.2.1. Apa

Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii : apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.

Apa de racire poate proveni din fantani de adancime, temperatura ei se mentine intre 10-150C in tot timpul anului, sau apa de la turnurile de racire, cand se recircula avand temperatura in timpul verii 25-300C. Pentru evitarea formarii crustei, temperatura apei la iesire din aparate nu trebuie sa depaseasca 500C. Racirile u apa industriala se pot realiza pana la 35-400C.

Apa ca agent de incalzire poate fi :- apa calda cu temperatura pana la 900C ;- apa firbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130-1500C.

Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.

3.5.2.2. Aburul

Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi : abur umed, abur saturat, abur supraincalzit.

Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la turbinele cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort.

Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura

29

aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide.

Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mic si apoi caldura latenta prin condensare.

Aburul ca agent de incalzire este in general scump.

3.5.2.3. Energia electrica

Aceasta reprezinta una din formele de energie cele mai folosite in industria chimica datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelor mari cu care poate fi transformata in energie mecanica , termica sau luminoasa.

Energia electrica transformata in energie mecanica este utilizata la actionarea electromotoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje in industria chimica(pompe, ventilatoare, reactoare cu agitare termica).

Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici:

- trecerea curentului prin rezistente electrice ;- transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii ;- folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica ;- folosirea pierderilor dielectrice ;- incalzirea prin arc electric.

Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a temperaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr-un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului.

3.5.2.4. Aerul comprimat

In industria chimica, aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri :- ca purtator de energie (pentru actionarea aparatelor de masura si de reglare, in

atelierul mechanic, etc) ;- pentru amestecare pneumatica ;- ca materie prima tehnologica ;- ca fluid inert pentru manipulari de produse, suflari necesitand o presiune de 4-5

at ;- pentru diferite scopuri (curatirea utilajelor, uscare).

3.5.2.5. Gazele inerte

Se utilizeaza acolo unde, la manipularea unor materiale trebuie evitat contactul direct cu aerul, sau ca fluid pentru suflarea instalatiei la opriri, porniri sau in caz de avarii. De asemenea, gazelle inerte sunt utilizate in operatia de uscare a unor materiale, amestecare.

30

3.5.2.6. Solele de racier

Sunt solutii apoase de NaCl, CaCl2 sau MgCl2 la care se adauga inhibitori de coroziune (Na2CO3, Mg(OH)2, CaCO3). Concentratia solelor se alege astfel incat punctul de inghet sa fie cu 5-100C inferior temperaturii minime din circuit. Circuitele cu sola permit raciri pana la -400C.

In tabelul 3 se dau cantitatile de substante, in grame, ce trebuiesc adaugate la 100g apa pentru a ontine o solutie ce nu ingheata pana la temperatura indicata.

Tabelul 3. Sole racitoare

Substanta/Temperatur

a

g. substanta la 100g apa

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -40 -50

NaCl 8.44 16.1 22.9 29.4 23.8 - - -MgCl2 7.66 13.4 17.7 21.1 - 25.9 - -CaCl2 9.67 16.6 21.9 26.3 29.9 33.3 38.8 43.8

[Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990]

3.5.2.7. Caracteristicile solutiei de NaOH

Solutiile de NaOH sunt baze puternice, reactioneaza usor cu anhidridele acide, cu acizii organici si minerali, formand saruri de Na.

NaOH reactioneaza cu Al, Zn, Sn, degajand H2, gaz care poate provoca si explozii.

NaOH reactioneaza violent cu tesuturile vii, distrugand peptidele, proteinele si saponificand grasimile.

Solutia de NaOH se obtine prin dizolvare, amestecare sau prin diluare.Lesiile din soda caustica fac parte din categoria lichide corozive. Agresivitatea lor

depinde de temparatura lor, concentratia in hidroxid, impuritati insotitoare, in speta HCl.

[Szep Alexandru, Bandrabur F. – Elecroliza solutiilor de NaCl prin procedeul cu membrana schimbatoare de ioni – Ed. Cerni, Iasi,1998]

31

Capitolul 4. Dimensionarea tehnologica a utilajelor

4.1. Tipuri de utilaje. Alegere, descriere4.1.1 Alegerea tipului de coloana

Utilajele de absorbtie pot fi clasificate dupa principiul de functionare, in patru categorii:

- absorbere de suprafata;- absorbere cu pulverizare;- absorbere cu barbotare;- absorbere cu pelicula sau fila.In scopul realizarii unei eficacitati ridicate, absorberele trebuie sa satisfaca o serie

de conditii:- sa ofere o suprafata de contact mare prin dispersarea unei faze in cealalta;- sa asigure contactarea fazelor in contracurent pentru o separare cat mai

avansata;- viteza celor doua faze sa fie mare;- caderea de presiune la curgerea fazelor prin utilaj sa fie mica;- sa asigure evacuarea caldurii atunci cand absorbtia este insotita de efecte

termice ridicate;- sa realizeze un grad deseparare mare pentru solutii;- sa evite obturarea sectiunii de curgere atunci cand fazele contin impuritati

mecanice sau apare tendinta cristalizarii unui component din faza lichida;- sa prezinte o siguranta in functionare, un cost redus al investitiei, intretinerii si

exploatarii utilajului;- materialul din care e confectionat utilajul sa aiba o buna rezistenta la coroziune.a) Absorbere de suprafata – se concretizeaza sub forma turilelor, vaselor Callarius

si a serpentinelor. Sunt confectionate din materiale rezistente la coroziune, respectiv din gresie, ceramica, grafit, cuart. Aceste absorbere au o suprafata de contact mica fapt pentru care eficacitatea lor este scazuta. Din acest motiv sunt utilizate numai pentru gaze usor solubile.

b) Absorbere cu pulverizare Din aceasta categorie de utilaje fac parte coloanele cu stropire, absorberele cu

diacuri, absorberele mecanice cu trunchiuri de con si absorberele ci strat flidizat trifazic. Suprafata de contact intre faze este generata prin dispersia fazei lichide sub forma de picaturi in masa fazei gazoase si este data de suprafata tuturor picaturilor existente la un moment dat. Cu cat finetea picaturilor si finetea gazului sunt mai mari cu atat eficacitatea acestor gaze este mai mare.

c) Absorbere cu barbotareAceste coloane sunt de regula sub forma de coloana preavazute in interior cu mai

multe talere cu clopotei, valve sau talere perforate. Functionarea coloanelor de absorbtie se bazeaza pe dispersia fazei gazoase sub forma de bule in stratturile de absorbant existente pe talere. In figura 4.1.1 este reprezentata schematic o coloana de absorbtie cu talere perforate.

32

Desen fig 4.1.1. Coloana de absorbtie cu talere perforate

Faza lichida (absorbantul) intra in coloana pe la partea superioara pe primul taler si curge prin cadere libera din taler in taler prin tuburile deversoare existente pe fiecare taler pana la baza coloanei. Faza gazoasa intra pe la partea inferioara si trece prin orificiile talerelor, barboteaza in stratul de lichid de pe fiecare taler, si, iese prin racordul aflat la varful coloanei. Transferul de masa are loc numai in straturile de lichid de pe taler.

d) Absorbere cu peliculain cazul acestor utilaje, absorbantul curge sub forma de film subtire prin fascicule

de tevi sau straturi cu umplutura, in contracurent cu faza gazoasa. Din aceasta categorie de utilaje fac parte coloanele cu umplutura si utilajele tip schimbator decaldura cu fascicul de tevi. Coloanele cu umpultura se utilizeazacelmai frecvent la absorbtie.

Coloana cu umplutura fig, 4.1.2 este constituita dintr-un corp cilindric vertical, gratare care au rolul de a sustine straturile de umplutura, dispozitive pentru distributia absorbantului si dispozitive pentru redistribuirea absorbantului.

Desen fig 4.1.2 Coloana cu umplutura

33

Faza lichida este distribuita la varful coloanei printr-un dispozitiv dedistribuite si curge sub forma de film subtire pe suprafata umpluturii in sens descendent, iar la iesirea din fiecare strat de umputura este redistribuita. In contracurent cu absorbantul, prin golurile straturilor de umplutura circula faza gazoasa. Contactul dintre faze fiind continuu, concentratia solutului variaza continuu pe inaltimea coloanei.

Dintre aparatele pentru absorbtie cea mai larga utilizare in practica o au coloanele cu umplutura si cele cu talere. Aceste coloane difera prin modul de contactare diferential sau in trepte a fazelor lichida si gazoasa.

Alegerea coloanelor cu talere sau cu umplutura depinde de mai multi factori care au for grupati in: caracteristici contructive, factori hidrodinamici si caracteristicile fazelor participante.

In tabelul 4.1.1 sunt prezentate I functie de acesti factori conditiile in care se pot utiliza coloanele cu umplutura sau cu talere. Prin urmare tabelul 4.1.1 permite alegerea tipului de coloana care este indicata pentru un anumit scop.

Tabelul 4.1.1. Alegerea tipului contructiv de coloana in functie de caracteristicile constructive, hidrodinamice si de natura sistemului.

Caracteristicile

sistemului Conditii in care se recomanda utilizarea

coloanelor cu umplutura

Conditii in care se recomanda

utilizarea coloanelor cu

talereCaracteristici contructive

a.Dimensiuni principale

Spatiul este limitat pe inaltime (o coloana cu umplutura necesita o inaltime mai mica comparativ cu o coloana cu talere echivalenta)

Spatiul este limitat pe orizontala (coloanele cu talere necesita un diametru mai mic decat coloanele cu umplutura echivalente)

b.Conexiuni laterale

Nu necesita scoaterea sau introducerea intremediara a unui lichid sau gaz (la coloanele cu umplutura aceasta operatie este dificila necesitand dispozitive suplimentare pentru colectarea si redistribuirea fazelor)

Este necesara scoaterea sau intoducerea intermediara a unui lichid sau gaz (la coloanele cu taler pe fiecare taler exista o anumita cantitate de lichid iar gazele ocupa spatiul dintre talere)

c. curatirea coloanei

Curatirea coloanei trebuie efectuata foarte rar (curatirea coloanelor cu

Curatirea coloanei trebuie efectuata periodic

34

umplutura se face numai in perioada reviziilor anuale si consta in scoaterea umpluturii, sortarea si apoi spalarea acesteia)

(coloanele cu talere sunt prevazute cu guri de viziitare care permit curatarea fara demontarea elementelor interioare)

d. costul coloanei

Pentru diametru pana la 0,75 (deoarece la diametre mai mari coloanele cu umplutura necesita elemente interioare complexe)

Pentru diametre mai mari de 1,25

Factori hidrodinamici

a. debitele celor doua fluide

Debite de lichid si gaz nu preamari (faza lichidase deplaseaza sub forma unor filme subtiri si firisoare inguste pe suprafata corpurilor de umplere, la debite de lichid foarte mici distributia lichidului este defectoasa si in acest caz se prefera coloanele cu talere, ladebite foarte mari are loc inecarea coloanei). La marirea debitului de gaz creste cantitatea de lichid retinuta fapt care duce la micsorarea sectiunii libere de trecere a lichidului.

Debite variabile de lichid sau de gaz (lichidul se disperseaza in masa compacta; permit variatii mari ale debitelor de lichid sau de gaz )

b. caderea de presiune

Caderi de presiune mici (in operatiile efctuate sub vid unde se impune o cadere de presiune mica se utilizeaza coloane cu umplutura)

Caderi de presiune mari

c. viteza de curgere a fluidelor

Viteze mici la curgerea fazei gazoase si lichide(in coloanele cu umplutura faza gazoasa segase4ste in miscare tubulenta rezultand un bun transferde masa cand determinant e viteza este transferul defaza gazoasa)

Viteze mici la curgerea celor doua faze (la coloanele cu talere faza lichida se gaseste in miscare tubulenta favorizand sistemele in care viteza transferului

35

de masa este determinata de rezistenta fazei lichide)

d. eficacitatea Valori ale eficacitatii in limite largi (pentru coloane cu umplutura cu diametre peste 1,5 m eficacitatea tinde sa scada ca urmare a unei distributii neuniforme a lichidului sau a gazului pe suprafata transversala a coloanei)

Valori ale eficacitatii in limite largi (asigurarea unei eficacitati impune, in cazul coloanelor cu talere, o curgere a fazei lichide pe talere incat sa evite formarea zolnelor moarte sau a canalelor preferentiale)

e. functionarea discontinua

La capacitati mici si temperaturi apropiate de cea a mediului ambiant (la temperaturi maimari sau mai mici decat cea a mediului ambiant, dilatarea si contractia repetata a coloanei poate duce la sfaramarea corpurilor de umplere)

La capacitati si temperaturi in limite largi (talerele sunt confectionate din acelasi material cu peretii coloanei sau sunt proiectate in asa fel incat dilatarea sa nu produca distrugerea acestora)

f. capacitatea de productie

Pentru capacitati mici si medii de productie (coloanele cu umplutura cu diametrea mari au masa foarte mare si prezinta probleme deosebite la realizarea unei distributii uniforme a celor doua faze)

Pentru capacitati mari de productie (la diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt greu de contruit; la diametre mari coloanele cu talere sunt mai ieftine decat cele echivalente cu umplutura)

Caracteristicile fazelor participante

a. sisteme corozive

Sisteme cu grad inalt de coroziune (este mai usor si mai ieftin sase contruiasca o

Sisteme fara actiune coroziva (contruirea unei

36

coloana cu umplutura din materiale rezistente la coroziune decat o coloana cu talere)

coloane cu talere rezistente la coroziune presupune cun cost foarte ridicat)

b. sisteme care spumeaza

Sisteme ce prezinta spumare puternica (la coloanele cu umplutura, pentru sisteme cu spumare posibilitatea formarii spumei este redusa deoarece cantitatea de gaz care barboteaza prin lichidul din golurile stratului este foarte mica)

Sisteme fara spumare (in cazul coloanelor cu talere, un sistem care spumeaza, datorita barbotarii gazului in lichid se formeaza pe talere o emulsie fina gaz-lichid formata din picaturi de lichid si spuma care va determina o uniformizare a concentratiei in coloana si prin urmare o scadere a eficacitatii)

c. sisteme care contin solide sau slamuri

Sisteme care nu contin solide sau slamuri (la coloanele cu umplutura solidul din suspensie sau slamul se poate acumula in golurile umpluturii reducand sectiunea de curgere a celor doua faze, conducand in final la inecarea coloanei)

Sisteme care contin solide sau slamuri in concentratie mare (sectiunea de curgere a absorbantului la coloanele cu talere este mare permitand trecerea suspensiilor sau a slamurilor )

d.sisteme termolabile

Sisteme stabile din punc de vedere termic

Sisteme care nu prezinta stabilitate din punct de vedere termic

e. Sisteme vascoase

Sisteme cu vascozitate mare (in cazul coloanelor cu umplutura se recomanda utilizarea unor corpuri de umplere cu dimensiuni

Sisteme cu vascozitate mica (bulele de gaz care rezulta de pe talerul inferior

37

mari ) formeaza canalele preferentiale in stratul de lichid ducand la un contact limitat intre faze care va determina o eficacitate scazuta a coloanei cu talere)

f. sisteme cu degajari de caldura

Sisteme cu degajari neinsemnate de caldura la absorbtie (dacaefectul termic al procesului este mare la coloanele cu umputura se monteaza dispozitive pentru colectarea si redistribuire)

Sisteme cu degajari mari de caldura la absorbtie (in cazul coloanelor cu talere semonteaza serpentine de racire pe ta;ere care favorizeaza absorbtia)

In final se alege coloana cu umplutura.

4.1.2. Alegerea umputurii pentru coloana

Umpluturile utilizate pentru coloane se pot imparti in trei categorii: - corpuri de umplere de forma neregulata;- corpuri de umplere de forma definita;- gratare.

Pentru a fi eficiente, umpluturile trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa prezinte o suprafata mare raportata la unitatea de volum, sa realizeze o distributie uniforma a fazei gazoase printre golurile umpluturii, sa prezinte o rezistenta mica la curgerea fazelor, sa realizeze o amestecare buna a celor doua faze, sa prezinte o rezistenta mecanica si chimica corespunzatoare, sa fie ieftine si usor de procurat.

Corpurile de umplere de forma neregulata sunt in general foarte rar intrebuintate deoarece corpurile au dimensiuni diferite si pentru a obtine o marime cat mai uniforma este necesara o sortare cu atentie.

Corpurile de umplere de forma definita sunt cele mai raspandite umpluturi in cadrul industriei chimice si se concretizeaza in inele Raschig, sei Berl, inele Pall, sei Intalor, etc. Sunt confectionate din materiale ceramice, plastice, tabla de diferite calitati, carborund, etc. In tabelul 4.1.2 sunt date principalele caracteristici ale catorva corpuri de umplere.

38

Tabelul 4.1.2. caracteristicile principale ale catorva corpuri de umplere.

Tipul umpluturii

Materialul Dimensiuni (mm)

Suprafata specifica (m2/m3)

Volumul liber (m3/m3)

Densitatea (kg/m3)

Inele Rasching (aranjate ordonat)

ceramica 50x50x5080x80x8100x100x10

1108060

0,740,720,72

650670670

Inele Rasching (in gramada)

ceramica 10x10x1,515x15x225x25x335x35x450x50x5

44033020014090

0,70,710,740,770,79

700690530530520

otel 8x8x0,310x10x0,315x15x0,325x25x0,4

630500350220

0,90,880,90,9

750900660640

Sei Berl (in gramada)

ceramica 12,52535

460260165

0,680,690,70

720670670

Inele Pall (in gramada)

ceramica 25x25x335x35x450x50x560x60x6

22016512096

0,740,760,780,79

610540520520

otel 15x15x0,425x25x0,635x35x0,850x50x1

380235170108

0,90,90,90,9

525490455425

Sei Intalox (in gramada)

ceramica 18253850

335255166120

0,720,740,760,79

640610580530

Corpurile de umplere pot fi asezate in mod regulatin coloana sau turnate. La umpluturile asezate in vrac distributia lichidului depinde de forma si marimea corpurilor de umplere, diametrul coloanei, inaltimea stratului si distributia initiala. Umpluturile dmici duc laformarea unor pungi de lichid datorita capilare ce apar lapunctele de contact dintre corpuri ceea ce determina micsorarea suprafetei udata a umpluturii si prin urmare scaderea eficacitatii coloanei.

In scopul realizarii unei bune distributii a lichidului in sectiunea transversalaa stratului de umplutura se recomanda ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel putin 8 ori maimic decat diametrul coloanei.

Evitarea formarii canalelor se realizeaza prin turnarea uniforma a umpluturii in strat, distributia uniforma a fazei lichide, impartirea umpluturii in mai multe straturi intre care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului .

39

Gratarele se contruiesc din lemn, materiale ceramice, metalice, plastice in forma simpla ca bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor doua fluide. In timp ce gratrele simple se demonteaza usor, realizeaza o caderede presiune mica, nu se infunda cand lichidul contine particule solide in suspensie, gratarele complexe asigura o umezire aproape completa a umpluturii preintampina aparitia unor curgeri preferentiale si a pungilor de lichid.

Gratarele se monteaza in coloane de suprapunere. O larga utilizare si-au gasit in ultimul timp gratarele Koch-Sulzer, Glitsch, Spraypack, Stedman.

Se alege ca material de umplutura inele ceramice raschig cu diametrul 25x25x3.

4.1.3 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura

Dispozitivele interioare care se utilizeaza in cazul coloanelor cu umplutura sunt gratarele de sustinere a umpluturii, distribuitoarele si redistribuitoarele pentru faza lichida.

4.1.3.1. Gratarele de sustinere

Dintre cele mai vechi si mai simple gratare de sustinere a umpluturii sunt placile perforate care isi mai gasesc si astazi o larga utilizare in special cand se lucreaza cu debite mici de lichid si gaze. Sectiunea libera pentru trecerea celor doua faze este maimica decat in stratul cu umplutura fapt care determina in cazul unor debite mari de lichid si de gaz o cadere mare de presiune si o reducere a eficacitatii coloanei. Un astfel de gratar utilizat este cel prezentat in figura 4.1.3.

Fig 4.3 Gratar de sustine a umpluturii

Acest gratar este confectionat din mai multe platbande fixate prin sudura de o placa de baza, distanta dintre platbade fiind astfel aleasa incat sectiunea libera a gratarului sa fie egala sau maimare decat cea a umpluturii. Pentru a nu permite caderea umpluturii printre platbande acestea se acopera cu cateva straturi de corpuri de umplere cu dimensiuni mai mari sau se acopera cu o sita metalica. In locul platbandelor se pot utiliza bare sin metal sau placi din gresie daca mediul este coroziv. Literatura indica si alte tipuri de gratare suport cum suntcele formate din maimulte grinzi din tabla perforata cu orificii de forma alungita sunt fixate pe o placa de baza de asemenea perforata. Sectiunea libera de trecere a fazelor este maimare de 85%.

40

4.1.3.2. Distribuitoare pentru faza lichida

Distribuitoarele pentru lichid au rolul de a asigura o repartizare uniforma a absorbantului pe intreaga suprafata transversala a coloanei. Realizarea unei distributii uniforme a lichidului determina o eficacitate ridicata a coloanei de absorbtie cu umplutura.

Distribuitoarele tip dus se confectioneaza dintr-o teava centrala cu alimentare prevazuta cu ramificatii din mai multe inele cooncentrice din teava sau dintr-o teava cu duza la un capat si deflector.

Aceste distribuitoare sunt recomandate cand presiunea lichidului este mai mare si cand absorbantul este lipsit de impuritati mecanice. Debitul specific de absorbant este de 25 m3/m2.h si presiune necesara este de 0,35-1,40 N/cm2.

Distribuitoarele tip taler sunt formate dintr-o placa cu diametrul de 250-1800 mm prevazuta cu orificii circulare in care se fixeaza tevi de distribuitie avand diametre cuprinse intre 25 si 50 mm.

Pentru coloanele cu diametru de peste 2 m se pot utiliza dispozitive sub forma unor placi plane perforate cu gauri de diametre 5-6 mm si care sunt inconjurate de un contur crenelat avand rolulo unui deversor.

In figura 4.1.4 este prezentat un dispozitiv de distributie cu jgeaburi care este format dintr-un anumit numar de jgeaburi prrevazute cu creneluri in forma de v pe peretii laterali. Sunt recomandate pentru coloane cu diametre marii si pot realiza distributia uniforma a unor debite specifice de 5-120 m3/m2.h.

Distribuitoarele cu preaplinuri, se utilizeaza la coloane cu diametre mici. Ele sunt formate sintr-o placa suport prevazuta cu orificii in care se fixeaza tevi cu un decupaj in forma de V.

4.1.3.3. Redistribuitoare pentru faza lichida

Necesitatea utilizarii mai multor straturi de umplutura intr-o coloana determina folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului. Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitivele de distributie speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare.

Astfel de dispozitive de redistribuire a lichidului consta din doua placi suprapuse care indeplinesc rolul de suport, redistribuitor, alimentare si evacuare a fazelor. Plaa superioara este identica cu gratarul de sustinere , iar placa inferioara este prevazuta cu orificii cu diametrul de 3-5 mm si orificii cu diametrul de 3-10 cm in care se fixeaza tevi. Dispozitivul areinaltimea totala egala cu 350 mm.

Conurile de distributie suntcele mai simple dispozitive pentru redistribuirea fazei lichide care dirijeaza lichidul ce se scurge pe corpul interior al utilajului catre axul acestuia. Aceste dispozitive se aseaza unul fata de altul la distanta de (1,6-2) din diametrul coloanei si prezinta ca dezavantaj principal micsorarea sectiunii coloanei.

Conurile cu gauri stantate sunt mai complicate din punct devedere contructiv, dar asigura o ingustare mai redusa a sectiunii aparatului.

41

Un alt dispozitiv pentru redistribuire foarte simplu consta dintr-un buzunar ingust fixat de mantaua utilajului de la care pleaca radial inclinat trei sau mai multe tevi. Prin tevi lichidul adunat in buzunarul dispozitivului se scurge spre axul utilajului.

4.1.4. Materiale de constructie pentru coloane

Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau umplutura se construiesc din otel-carbon, fonta, oteluri speciale aliate cu Cr, Ni si Mo, oteluri emailat, oteluri metalizate sau captusite cu materiale rezistente la actiunea coroziva a celor faze care participa la absorbtie. Elementele interioare ale coloanelor cu umplutura si cu talera sunt confectionate din materiale specificate anterior. In cazul coloanelor cu umplutura, daca substantele cu care se lucreaza sunt puternic corozive, corpul acestorutilaje se captuseste in interior cu o caramida antiacida sau se torcreteaza cu chit antiacid. Alegeraea materialelor necesare pentru corpul si elementele interioare ale absorberului se face in functie de natura substantelor vehiculate prin coloana si actiunea lor coroziva. In continuare se prezinta detaliat modul de alegere al materialelor de constructie pentru diferite utilaje precum si tipuri de materiale indicate. Materialul cel mai des folosit in industria chimica este tabla din otel. In functie de compozitia sa chimica, tabla din otel poate fi: otel carbon, otel slab aliat si otel aliat.- Tabla din otel carbon si otel aliat se utilizeaza frecvent in constructie utilajelor cu conditia ca acestea sa nu contina fluide toxice, inflamabile, explozive fisuranta sub sarcina.- Table din otel aliat se utilizeaza in cazul mediilor corozive si la temperaturi ridicate. Cea mai mare parte a otelurilor sunt aliate cu Cr si Ni. In vederea prevenirii coroziunii intercristaline se stabilizeaza cu titan si niobiu.- Tablele placate constituie solutiea tehnica si economica convenabila pentru rezolvarea problemelor legate de coroziune chimica. Se utilizeaza o combinatie de otel – carbon sau slabaliat si un placaj de otel anticoroziv inalt aliat. Grosimea placajului trebuie sa fie aproximativ 10 % din grosimea stratului de baza.- Fonta se utilizeaza pentru constructia recipientilor care lucreaza la presiuni interioare de calcul de 0,3 – 0,6 Mpa si presiuni exterioare de calcul 0,6 – 1,2 Mpa si diametre respectiv mai mici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Si, sau Mo poate fi utilizatein medii corozive (acizi, detergenti si alte medii corozive). Fonta cu Ni sau fonta austenitica este rezistenta la solutii alcaline concentrate, acid sulfuric si alti acizi anorganici la temperaturi de pana la 850oC.- Materiale metalice neferoase utilizate in constructia recipientilor, atatca materialul de baza cat si ca material de protectie sunt: cuprul, aluminiul, nichelul, titanul, zirconiul, niobiul, molibdenul, etc.). cuprul si aliajele lui este folosit ca material de constructie pentru utilaje in cazul mediilor corozive si temperaturi mai mici de 250oC. Aluminiul se utilizeaza la temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive (acid azotic concentrat). Nichelul, in stare pura sau aliat, poate fi utilizat la topituri de alcalii.- Materialele nemetalice pot fi anorganice si organice. Dintre cele anorganice fac parte: sticla, gresia, portelanul, etc. Acestea se recomanda la temperaturi foarte inalte. Materialele nemetalice organice folosite in constructia recipientilor fac parte din categoria compusilor macromoleculari (policlorura de vinil, polietilena si polipropiplena).

42

Acestea se pot folosi in constructia recipientilor si ca protectii anticorozive. In tebelul 4.3. se indica compozitia chimica a unor marci de oteluri inoxidabile conform normelor ISO (Organizatia internationala de standardizare) si Euronorm (folosita in Germania), iar in tabelul 4.4. se indica corespondenta intre marcile de oteluri inoxidabile din diverse tari. Pentru alegerea corecta a unui otel inoxidabil sau orice alt material metalic se va tine seama de urmatoarele elemente:- proprietatile fizice, chimice si mecanice ale otelului;- conditiile de lucru (temperatura, presiune);- economicitatea realizarii produsului pentru a avea fiabilitatea ridicata. In tabelul 4.5. se prezinta unele medii de lucru (concentratiile si temperatura) si calitatile de otel recomandat. Aceste recomandari constituie doar repere de plecare pentru folosirea rationala a otelurilor inoxidabile.

Tabelul 4.3.Oteluri inoxidabile conform normelor ISO si Euronorm

Clasa Marca ISO

683/XIII

Euronorma 88-71

Compozitia chimica %C Si Mn Mo Cr Ni

MartensiticeFeritice

1 X6Cr 13 ≤0,08 1 1 - 11,5-14

≤0,5

3 X12Cr 13 0,09-0,15

1 1 - 11,5-14

≤1

5 X30Cr 13 0,26-0,35

1 1 - 12-14 ≤1

7 X12Cr S13 0,08-0,15

1 1,5 0,6 12-14 ≤1

Feritice 8 X8Cr 12 ≤0,1 1 1,5 - 16-18 ≤0,58a X10 CrS17 ≤0,120 1 1,5 ≤0,6 16-18 ≤0,59 - 0,1-

0,21 1 - 16-18 ≤0,5

9c X8CrMo 17 ≤1 1 1 - 16-18 0,9-1,3

A-1b X105CrMo 17

0,95-1,2

1 1 ≤0,75 16-18 ≤0,5

Austenitice 10 X3CrNi 18.0

≤0,03 1 2 - 17-19 9-12

11 X6rNi 18.0 ≤0,07 1 2 - 17-19 8-1112 X10Ni 18. ≤0,12 1 2 - 17-19 8-1019 X3CrNiMo

17.12.2≤0,03 1 2 2-2,5 16-

18,511-14

20 X6CrNiMo 17.12.2

≤0,07 1 2 2-2,5 16-18,5

-

20 X6CrNiMo 17.13.3

≤0,07 1 2 2,5-3 16-18,5

11,5-14,5

25 - ≤0,07 1 2 3-4 17,5-19,5

13-16

43

Tabelul 4.4. Oteluri recomandate pentru diverse medii

Mediu de lucru Marci de oteluri recomandateNr. crt.

Denumire Concentratii %

Temperatura K

Pierderi din greutate 0,1 g/m2h sau diminuarea grosimii 0,1 mm/an

1 Acetona 25 293 Toate marcile2 Acid acetic 5 293 Toate impuritatile marcile cu

exceptia - martensitice cu 13% Cr20 fierbere Z2CN17-12; Z8CNDT17-12;

X2CrNi18.10; X10CrNiMoTi18.1080 fierbere Z2CND17.13; X2CrNiMo18.12

3 Acid carbonic gaz umed

saturatie 293 Toate marcilesaturatie 293 Z2CN18-10; Z2CNT18-11;

X2CrNi18-10;X10CrNiMoTi18-104 Acid

clorhidricsolutie

1 293 Z2CND17-12; X2CrNiMO18-12; Z8CNDT17-12; X10CrNiMoTi18.10;

Z10CrNiMoTi18.100,5 323 Z2CN17-12; Z8CNDT17-12;

Z2CrNi18.10; X10CrNiMoTi18.105 Acid azotic 1-65 293 Toate marcile

1-65 333 Z2CN18-10; X2CrNi18.9; Z6CNT18-11; X10CrNiTi18.9

1-50 fiebere X2CrNi18.9; Z2CN18.106 Acid sulfuric 10-20 293 Z2CN18-10; X2CrNi18.9;

X10CrNiTi18.107 Acid sulfuric 25-100 323 Z2CNDU 17-16

0-4 323 Z2CND 17.12; X2CrNiMo18.10; Z8CND17-12

98-100 293 Z2CND17.12; X2CrNiMo18.108 Alcool - 293 Toate marcile

- Fierbere Z2CN18.10; X2CrNi18.9; Z10CNT18.11; X10CrNiTi18.10

9 Amoniac (gaz) solutie

- 373 Toate marcileT.C. 293-373 Toate marcile

10 Apa curata - - Toate marcile11 Apa cu

impuritati clorica

- - Z2CND17-13; Z2CrNiMo18.12

12 Azotat de amoniu topit

T.C. T.T. Z2CN18-10; X2CrNi18.9; Z6CNT18-11; X10CrNiTi18.9

13 Azotat de calciu

T.C. T.T. Idem

14 Azotat de potasiu

T.C. T.T. Idem

44

15 Azotat de sodiu

T.C. T.T. Idem

16 Azotat de amoniu

T.C. T.T. Idem

17 Benzina Toate marcile18 Benzen Z2Cn18-10; X2CrNi18.919 Carbonat de

amoniuT.C. T.T. Toate marcile

20 Carbonat de Mg

T.C. T.T. Idem

21 Carbonat de K T.C. T.T. Idem22 Cloroform - - Idem23 Eter - - Idem24 Metanol T.C. 293/fierbere Z6CN18-09; X5CrNi18.9;

Z6CNT18.11; X10CrNiTi18.925 Sulfat de Al T.C. 293 Z2CND17-12; X10CrNiTi18.9;

Z8CNDT17.12; X10CrNiMoTi18.10T.C. fierbere Z2CNDU17-16

26 Sulfat de amoniu

T.C. fierbere X2CrNiMo18.12

27 Sulfat de calciu

T.C. T.T. Toate marcile

28 Sulfat de Mg T.C. T.T. Idem29 Sulfat de K T.C. T.T. Idem30 Sulfatde Na T.C. T.T. Idem31 Tetraclorura

de C (uscata)- 293-fierbere Idem

32 Vapori de apa - 373 Z2CBD17.13; X2crNiMo18.12

4.1.5 Probleme de coroziune

Materialele metalice, precum si cele nemetalice sufera in timpul exploatarii un proces de degradare chimica sau electrochimica a mediului de lucru.

Coroziunea este un proces complex de distrugere a materialului datorita actiunii mediului inconjurator prin procesele chimice si electrochimice ce se desfasoara la interfata metal-gaz, metal-lichid, ce dau reactii eterogene.

Reactiile de coroziune pot fi clasificate in trei tipuri de procese si anume:- coroziune cu degajare de hidrogen:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

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

45

In general, reactiile 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 in acizi neoxidanti si in alcali.Metalele alcaline si magneziul se corodeaza cu reducerea ionilor de hidrogen si in medii neutre. Se remarca faptul ca, in general, are loc corodarea metalelor cu reducerea ionilor de oxigen in medii neutre.Acest tip de coroziune este important , deoarece in conditiile atmosferice , in contact cu apa si cu solutiile sarurilor neutre, metalele se corodeaza cu degajarea ionilor de oxigen.In medii acide si bazice este posibila este posibila reducerea catodica a oxigenului , dar principala reactie este reducerea ionilor de hidrogen.

In industria chimica se intalnesc frecvent coroziuni prin reducerea ionilor ferici, datorita contactului metalului cu solutia diverselor substante chimice.

Fenomenul de coroziune consta dintr-un schimb de ioni intre metal si mediu de lucru si orice modificare a acestui schimb este foarte importanta.In timpul coroziunii, pe metal se stabilesteun anumit potential a carui valoare se afla intre valorile standard ale potentialelor partiale de electrod. Dplasarea celor doua potentiale de echilibru la potentialul de coroziune este o consecinta a fenomenului polarizatiei proceselor de electrod , fenomene ce au loc instantaneu , odata cu aparitia contactuluimetal- mediu de lucru.

Polarizatia este deplasarea potentialului de echilibru, la o noua valoare, sub actiunea trecerii curentului electric propriu de coroziune , produs de reactiile electrochimice conjugate de electrod. Polarizatia este o frana in dezvoltarea coroziunii si datorita ei dupa o perioada de atac, se formeaza , inconditii bine precizate, straturi subtiri de metal pur, de compusi chimici care protejeaza impotriva atacului de lucru , adica are loc pasivizarea metalului.In cazul otelurilor inoxidabile intereseaza pasivitatea elementelor componente fier, nichel, crom.

4.1.5.1 Factori care influenteaza viteza proceselor de coroziune

O cauza frecventa de intensificare a distrugerii prin coroziune a utilajelor care vin in contact cu solutii de electroliti o constitue efectul galvanic ce apare la imbinarea a doua piese confectionate din doua materiale de metale diferite. De exemplu la contactul dintre cupru si fier , cuprul este protejat – in dauna fierului – care este mai intens corodat. Fierul trece in solutie sub forma de ioni (Fe+), iar procesul coroziv respectiv este cunoscut sub denumirea de coroziune de contact.

Oxigenul constitue cel mai comun factor care intensifica coroziunea , mai ales in medii cu pH cuprins intre 6 si 8.

Viteza fluidelor vehiculate ca si gradul in care ele transporta suspensii abrazive.In acest scop, poate fi amintit efectul cavitatiei, fenomen care apare la viteze mari ale fluidelor.

46

Coroziunea de tip punctiform care este mai grava la otelurile inoxidabile. In acest tip de coroziune apar gauri de diametre mai mari sau foarte mici, in vreme ce restul suprafetei este cvaracterizat prin viteze mici, prin greutati mari la depistarea in timp si prin pagube foarte mari. Se poate diminua sau elimina acest tip de coroziune printr-un mod corespunzator de finisare a suprafetei.

Un alt factor care agraveaza procesele de coroziune este legat de fenomenele de coroziune sub tensiune(o solicitare mecanica actioneaza simultan cu una chimica sau electrochimica). Solicitarile mecanice sunt, in general, tensiuni reziduale provenite de la prelucrarea la rece, tratamente termice si sudura, sau apar in cursul exploatarii din cauze externe.

Coroziunea la oboseala este un caz particular a acestui tip(nu este prezent nici un agent coroziv) si se datoreste unor tensiuni aparute periodic(ciclic).

Aparitia coroziunii sub tensiune este de obicei legata si de sectiunea combinata a unui reactiv asupra unui anumit material metalic (de exemplu solutii de NH4OH sau NaOH, in cazul otelului carbon sau solutii de cloruri, solutii de acid azotic sau sulfuric, in cazul otelurilor inoxidabile austenitice).

Cresterea temperaturii constituie un element de agravare a coroziunii sub tensiune.

Punctele de fisurare ale coroziunii sub tensiune le constituie defectele de structura metalografica precum si dislocarile datorita unor solicitari mecanice. Influenta atomilor din defectele respective, precum si agresivitatea mediului sunt factori determinanti pentru modul de desfasurare a procesului coroziv.

La aluminiu, cupru, oteluri-carbon si oteluri inoxidabile feritice apar procese corozive intergranulare, in care zonele anodice sunt amplasate la marginea cristalelor structurii metalice. La aliajele slab aliate, o alta forma de coroziune structurala o constituie fragilizarea la hidrogen.

La unele oteluri inoxidabile apar procese corozive intergranulare in solutii apoase care contin ioni hidroxil sau de clor in unele cazuri aparand in lipsa tensiunilor mecanice.

La otelurile inoxidabile austenitice acest tip de coroziune apare in medii alcaline (solutii sau vapori contaminati) sub forma de rupturi inter sau transcristaline, la temperaturi si timp de exploatare diferite.

Sub tensiuni, apar frecvent procese de coroziune transgranulara la otelurile austenitice mai ales cand mediile din exploatare contin cloruri. Unele adaosuri (Mo sau Ti) maresc sensibilitatea la acest tip de coroziune. In aceste medii cu ioni clor s-au observat debutul unui proces coroziv punctiform si dezvoltarea lui, in continuare, pe calea clasica a coroziunii sub tensiune.

- Defecte de proiectare, de executie sau de exploatare (fante, interstitii, depuneri, etc) datorita unor posibile schimbari ale conditiilor (de exemplu concentratia diferentiala in oxigen sau de ioni a mediului, prezenta unor piese realizate din alt material etc) accentueaza actiunea si dezvoltarea proceselor corozive.

- Parametrii unor procese chimice care influenteaza aparitia si desfasurarea proceselor corozive care se intalnesc intr-o anumita 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.

47

Temperatura mediului agresiv mareste viteza de coroziune in mod exponentiel. La unele schimbatoare de caldura la care se ating temperaturi de 100oC, evaporarea apei din porii stratului de rugina agraveaza si mai mult efectul coroziv. La fel de grava este aparitia unor condensate agresive la utilajele in care are loc un transfer de caldura.

Prezenta oxigenului (introdus de pompe si neetanseitati) este un pericol care poate fi diminuat fie printr-o proiectare, un montaj si o intretinere mai ingrilita, fie prin introducerea unui inhibitor.

Umiditatea, mai des in cazul in care produsele in stare anhidra nu sunt agresive este daunatoare.

Proiectarea trebuie facuta corespunzator pentru a evita aparitia umiditatii.Impuritatile pot avea actiune buna intr-un mediu coroziv (de exemplu: inhibitorii)

dar pot avea si actiune daunatoare (de exemplu prezenta ionilor de Cl- care dauneaza starii pasive a unor suprafete metalice sau a ionilor CN- care dau complecsi cu metalele ca aurul si argintul).

Produsele de coroziune, cu exceptia cazului cand apar sub forma de filme continui si compacte, impiedicand accesul agentilor corozivi, accelereaza produsele de coroziune. Curatirea necorespunzatoare a utilajelor poate conduce la coroziuni de tiplocalozat. Trebuie evitata, de asemenea, aparitia unor produsi de coroziune in suspensii in lichide (favorizanti ai proceselor corozive localizate).

Microorganismele generatoare de procese biocorozive sunt alti factori de intensificare sau aparitie a fenomenelor corozive.

Factorii geometrici sunt o alta categorie care influenteaza procesele corozive. Evitarea aparitiei unor locuri in care sa se inregistreze colectarea unor cantitati de lichide stagnante si aparitia unor fante sunt rezolvari impuse proiectantului.

Atmosferele industriale sunt poluate cu gaze, vapori si aerosoli purtati de curenti de aer. Din punct de vedere chimic, acesti poluanti pot fi acizi, baze, saruri sau solventi organici.

Cunoasterea gradului gradului de poluare a unei atmosfere industriale inseamna cunoasterea : compozitiei chimice, a proportiei si a agresivitatii poluantilor. Atunci cand poluantii sunt solizi , trebuie cunoscuta dimensiunea particulelor, forma si densitatea lor. Temperatura inregistrata in timpul exploatarii ca si umiditatea relativa trebuie bine cunoscute.

Trebuie subliniat faptul ca, in afara pagubelor materiale, coroziunea are si consecinte sociale care conduc si la pagube. Se pot aminti astfel consecintele referitoare la dezastre (incendii, explozii, degajari nocive, distrugeri de cladiri ), la sanatate, degradarea esteticii instalatiilor, cladirilor si a peisajului inconjurator.

4.1.5.2 Scopul si mijloacele de combatere a coroziuniiIn combaterea coroziunii, in industria chimica, se urmareste sa se creeze o

uniformitate a suprafetei care se apara, sa se realizeze o polarizare a cuplurilor de coroziune posibile sa apara, sa se ascunda metalul, printr-un strat deoxizi sau un material oarecare avand anumite caracteristici fizico-chimice, sa se diminueze agresivitatea unui anumit mediu, prin introducerea unor inhibitori sau prin modificarea procesului tehnologic si sa se diminueze efectele agresive ale unui anumit mediu prin modificarea unor profile sau imbinari. Se urmareste, de asemenea, sa se mareasca durata in exploatarea utilajelor si sa se diminueze riscurile de a fi impurificate semifabricatele si produsele.

48

Posibilitatile de combatere a coroziunii pot fi active sau pasive. In tabelul 4.5 sunt prezentate exemple si se dau precizarile necesare.

Tabel 4.5. Metode de combatere si reducere a proceselor corozive

Tipul Procedeul Exemple Avantaje DezavantajeActiv (se actioneaza nemijlocit asupra proscesului coroziv)

Alegerea unui material de constructie foarte rezistent.

Durata foarte mare, in exploatare, impurificari excluse, opriri rare ale procesului tehnologic, cheltuieli de intretinere.

Investitie mare, uneori, materialul este deficitar.

Excluderea printr-o proiectare competenta, a profilelor, pieselor sau imbinarilor favorizante pentru aparitia proceselor corozive.

Eliminarea aparitiei unor fante la unele imbinari.

Idem

Interventia in procesul tehnologic pentru eliminarea unor medii corozive.

Degazarea apei de alimentarea racitoarelor.

Ieftinirea investitiei, duratamarita in exploatare, micsorarea pericolului impurificarii produselor si a necesitatii introducerii unor purificari suplimentare.

Uneori cheltuieli mai mari necesare pentru cercetare.

Introducerea in medii corozive a unor inhibitori.

Ieftinirea investitiei, durata in exploatare marita.

Uneori sunt necesare faze de purificare suplimentare.

Reglarea procesului electrochimic prin

Protectia catodica sau anodica.

Cheltuieli aferente intretinerii, inlocuirilor, controlului si

Investitia se mareste.

49

modificarea potentialului.

opririi instalatiei scad.

Pasiv (se introduc unele unele acoperiri metalice sau nemetalice)

Captusiri, peliculizari sau acoperiri metalice.

Captusiri mecanice prin laminare la cald sau rece, presare, topire, etc.

Idem Idem

Depuneri electrolitice din soltuii apoase sau topituri ale unor saruri ale metalelor.

Idem Idem

Depuneri chimice din solutii sau topituri ale unor metale.

Idem Idem

Depuneri prin imersie in metale topite (cositorirea si zincarea la cald)

Idem Idem

Incarcare cu sudura.

Idem Idem

Acoperire locala cu metal topit (plumbuire omogena).

Idem Idem

Captusiri, peliculizari sau acoperiri nemetalice

Captuseli cu caramizi sau placi ceramice antiacide.

Idem Idem

Scliviseli cu cimenturi rezistente la medii agresive.

Idem Idem

Emailari Idem Aplicabilitate limitata.

Acoperiri cu materiale ceramice rezistente la temperaturi mari.

50

Oxidare chimica (brunari, eloxari. pasivari, etc.)

Eficacitate si aplicabilitate limitata.

CromalariCaptusiri, peliculizari sau acoperiri organice cu materiale termoplastice sau termorigide

Captusiri cu rasini fenolice.

Nerezistente la medii alcaline si socuri mecanice.

Captusiri cu folii de materiale termoplastice.

Limita a temperaturii maxime de regim la care pot fi folosite, utilajele devin mai grele.

Cauciucari de diferite tipuri.

Idem

Acoperiri sinterizate cu pulberi organice de sinteza (termorigide sau termoplastice) si naturale prin pulverizare.

Idem

Acoperiri cu materiale dizolvate in solventi care, dupa aplicare se intaresc, prin eliminarea solventilor.

Refacere periodica

4.2. Bilan ţ de materiale pentru absorbţie

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze, gazoasa respectiv lichida care sunt constituite din unul sau mai multi componenti. Pentru simplificarea bilantului de materiale in cele ce urmeaza se considera faza gazoasa formata din componentii A si B, A fiind solutul si B inertul, iar faza lichida din componentul A provenit din faza gazoasa si C fiind absorbantul.

Date de echilibru :x-concentraţia HCl în lichid ;y-concentraţia HCl în gaz ;

51

Fracţii molare :

Rapoarte molare:

Operaţia de absorbţie presupune existenţa a două faze : faza gazoasă şi faza lichidă .

Faza gazoasă este formată din doi componenţi : HCl care se absoarbe în faza lichidă ; Inertul (aer).

Faza lichida este constituită din apă pură .În figura 4.1. este reprezenatată o coloană de absorbţie cu umplutură în care sunt

specificate fluxurile de materiale care participa la procesul de absorbtie.

Fig. 4.4 Coloana de absorbtie cu umplutura

Unde:G - debit de gaz [kmol aer/h];Yi - concentraţia iniţială a HCl în fază gazoasă [kmol HCl/ kmol aer ]; L - debit absorbant (apă ) [kmolHCl/ kmol aer ];Yf - concentraţia HCL în gaz la ieşire [ kmol HCl /kmol aer]Xi - concentraţia solutului (HCl ) în faza lichidă la intrare [kmol HCl /kmol aer]

52

Xf - concentraţia HCl în absorbant la ieşire [kmol HCl/ kmol apă]Pentru coloană se poate scrie următoarea ecuaţie de bilanţ de materiale:

NA = G (Yi - Yf) = L (Xf - Xi)

unde :NA- debitul de solut transferat din faza gazoasă în faza lichidă [ kmol HCl /h].

Date de proiectare :

P = 1atm;MV = 3000m3/h ; - debit amestec gazos;Yi = 450mg/m3 ; - concentraţia HCl în amestecul iniţial ;α = 94 % ; - grad de separare al amestecului ;β = 1,3; - coeficient de exces al absorbantului;Xi = 0 ; - concentraţia HCl din absorbantT = 20ºC , - temperatura absorbantului la intrare ;

G = G’ (1-Yi) , iar [kmol gaz (aer+HCl ) / h]

[kmol gaz (aer+HCl ) / h]

[kmol HCl /kmol aer ]

G = 133,9285 (1 – 276,164 · 10-6) = 133,8915 [kmol aer /h]

In scopul caracterizarii evolutiei procesului de absorbtie se introduce notiunea de grad de separare:

ηA = grad de separare

ηA = 94% (adica α)

Yf = Yi (1 - ηA) = 276,164 · 10-6 (1 - 0,94) = 16,5698·10-6 [kmol HCl/ kmol aer]

G · Yi = 133,8915 · 276,164 · 10-6 = 36,976 · 10-3 [kmol HCl /h]

G · Yi · 36,5 = 1,3496 [kg HCl /h]

G · 28,9= 133,8915 · 28,9 = 3869,4643 [kg aer /h]

NA = cantitatea de HCl transferata din aer in apa [kmol HCl/h]

53

NA = G · (Yi - Yf) = 133,8915 · ( 276,164 · 10-6 – 16,5698 ·10-6) = 34,7574 ·10-3

[kmol HCl /h ]

NA = 34,7574 · 10-3 · 36,5 = 1,2686 [kg HCl/h]

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

L = β · Lmin [kmol apă/h]

unde : L- consum real de absorbant ;

β - coeficient de exces al absorbantului.

β = 1,3

Lmin = debit minim de absorbant [kmol C / h]

Xf* = Xmax

x*f = xmax = valoarea de echilibru a lui xf pentru care concentraţia la ieşire Yf în fază

gazoasă .

Determinarea concentraţiei x*f se poate face grafic sau la concentraţii mici

analitic , utilizând ecuaţia Henry:

PA = HA · xA

unde :

PA- presiunea parţială a solutului în fază gazoasă .

HA-constanta Henry pentru componentul A (HCl);

xA-fracţia molară a solutului (HCl ) din faza lichidă.

Conform legii lui Dalton putem scrie :

Unde : PA= presiunea parţială a HCl în amestecul gazos ;

P=presiunea totală ;

yA= fracţia molară a componentului HCl.

Deci , PA = P · yA, relaţie pe care o înlocuim în ecuaţia Henry:

P · yA = HA · xA

54

[kmol HCl/kmol (HCl + aer )]

HA = 0,00209 ·106 mmHg = 2,75 atm.

xi = 0

L = β · Lmin = 1,3 · 346,172 = 450,0236 [kmol apa/h]NA = L (xf - xi) → NA = L · xfxi = 0

3534,7574 10

7,7234 10 [ / ]450,0236

Af

Nx kmol HCl kmol apa

L

Pe baza celor calculate până acum se întocmeşte bilanţul de materiale la intrare şi la ieşire din coloana de absorbţie .

Mărime UM Amestec

gazos intrare

MV

Debit

gazos inert

(G)

Debit HCl

absorbit

NA

Debit

absorbant

L

Debit

soluţie

HCl+apa

(L+NA)

Debite N·m3/

h

3000 2999,169 0,7785 - -

Kmol/

h

133,9285 133,8915 34,7574·

10-3

450,0236 450,0583

Kg/h 2410,713 3869,464 1,2686 8100,4248 -

m3/h 3219,78 - 0,7249 8,1153 -

Concentr

aţii

x,y 276,08 · 10-6 7,772∙10-5

X, Y 276,164·10-6 7,723∙10-5

, 348,68·10-6 15,66∙10-5

55

348,80·10-6 15,66∙10-5

Se construieşte curba de echilibru YA funcţie de XA

Pentru construirea curbei de echilibru se procedează astfel :

1. Se admit valori pentru X (fracţia molară a HCl în apă ) de la 0 până la o valoare

superioară a lui x care să fie mai mare decât valoarea calculată din Xf .

M0V = 3000m3/h = 0,83 m3/s amestec gazos

G’ = 133,92 Kmol amestec gazos/h = 0,0372 Kmoli amestec gazos/s

Mm = Mv . ρ0amestec

ρ0amestec = 1,29 (1 - 276,16 . 10-6 ) + 276,16 . 10-6 . 1,62

=1,2896 + 0,000447 = 1,29 Kg/m3

Mm = 0,89 . 1,29 = 1,148 Kg/s amestec gazos

Determinarea concentratiei Xf *

2. Se alege un pas

A = HCl

G · Yi = 36,972 · 10-3 kmoliHCl/h = 1,027 . 10-5 [kmol HCl /s]

G · Yi · 36,5 = 1,349 [kg HCl /h] = 3,747 . 10-4 kg/s

G · 28,9 = 3870,28 [kg aer /h] = 1,075 kg aer/s

56

3. Conform ecuaţiei Henry şi ecuaţiei Dalton , pentru fiecare x admis se calculează p*HCl

, y*HCl.

B = aer .

G = 133,92 kmol aer /h = 0,0372 kmol aer /s.

G · 28,9 = 3870,28 kg aer /h = 1,075 kg aer/s.

pentru HCl

Curba de echilibru :

1. xi=0

2.

3.

3.1. pHCl = 0 yHCl = 0

3.2. pHCl = 2,75·0,5·10-5 = 1,375·10-5 yHCl = 1,375·10-5

3.3. pHCl=2,75·10-5=2,75·10-5 yHCl = 2,75·10-5

3.4. pHCl = 2,75·1,5·10-5 = 4,125·10-5 yHCl = 4,125·10-5

3.5. pHCl = 2,75·2·10-5 = 5,5·10-5 yHCl = 5,5·10-5

3.6. pHCl = 6,875·10-5 yHCl = 6,875·10-5

3.7. pHCl = 8,25·10-5 yHCl = 8,25·10-5

57

3.8. pHCl = 9,625·10-5 yHCl = 9,625·10-5

3.9. pHCl = 11·10-5 yHCl = 11·10-5

3.10. pHCl = 12,375·10-5 yHCl = 12,375·10-5

4. x = 0, y = 0 X, Y = 0

x = 0,5·10-5, y = 1,375·10-5

pentru x = 1·10-5 avem : y = 2,75·10-5

Y = 2,75·10-5

pentru x = 1,5·10-5 avem : y = 4,125·10-5

X = 1,5·10-5

Y = 4,125·10-5

pentru x = 2·10-5 avem : y = 5,5·10-5

X = 2·10-5

pentru x = 2,5·10-5 avem : y = 6,875·10-5

X = 2,5·10-5

Y = 6,875·10-5

pentru x = 3·10-5 avem : y = 8,25·10-5

X = 3·10-5

Y = 8,251·10-5

pentru x = 3,5·10-5 avem y = 9,625·10-5

X = 3,5·10-5

58

Y = 9,625·10-5

pentru x = 4·10-5 avem y = 11·10-5

X = 4·10-5

Y = 11,001·10-5

pentru x = 4,5·10-5 avem y = 12,375·10-5

X = 4,5·10-5

Y =12,375·10-5

Nr.crt x .10-5 pHCl yHCl X Y

1. 0 0 0 0 0

2. 0.5 1.375 . 10-5 2.75 . 10-5 0.5 . 10-5 1.375 . 10-5

3. 1 2.75 . 10-5 2.75 . 10-5 1 . 10-5 2.75 . 10-5

4. 1.5 4.125 . 10-5 4.125 . 10-5 1.5 . 10-5 4.125 . 10-5

5. 2 5.5 . 10-5 5.5 . 10-5 2 . 10-5 5.5 . 10-5

6. 2.5 6.875 . 10-5 6.875 . 10-5 2.5 . 10-5 6.875 . 10-5

7. 3 8.25 . 10-5 8.25 . 10-5 3 . 10-5 8.251 . 10-5

8. 3.5 9.625 . 10-5 9.625 . 10-5 3.5 . 10-5 9.125 . 10-5

9. 4 11 . 10-5 11 . 10-5 4 . 10-5 11.001 . 10-5

10. 4.5 12.375 . 10-5 12.375 . 10-5 4.5 . 10-5 12.375 . 10-5

4.3. Dimensionarea coloanei de absorbţie

4.3.1. Calculul diametrului coloanei de absorbţie

Diametrul colanelor de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

volumic de gaz care circulă prin coloană :

unde :

MV - debit volumic mediu de gaz=3000 [m3/h] = 0,833m3/s

D - diametru interior al coloanei [m];

Vf - viteza fictivă a gazului [m/s]

Vf = (0,75-0,9) · vi

59

unde vi-viteza de înec ;

Pentru calculul vitezei de înec se utilizează relaţia Kafarov :

unde :

a - suprafaţa specifică a umpluturii [m2/m3]

a = 200 m2/m3 pentru inele Raschig 25x25x3

g = acceleraţia gravitaţională [m/s2] = 9,81 m/s2

ε - porozitatea stratului de umplutură [m3/m3] = 0,7 m3/m3

ρl, ρg = densitatea lichidului si a gazului [kg/m3]

ρg = yi . ρHCl + (1-yi) . ρaer = 1,29 kg/m3

= 1,2892 kg/m3

=1000 kg/m3 apă.

ηl = vascozitatea dinamica a lichidului [CP]

η apa = 1 CP

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

L = 450,0236 kmol apa/ h = 8100,4248 kg/h

G =7739,882 kg aer/h

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

m/s

vf = 0,8 · vi = 0,8 . 1,41 = 1,129m/s

60

= 0,969m

D =1 m

D = diametrul interior

Grosimea peretelui este σ = 5 – 10 mm → σ = 10mm

Conform STAS:

DSTAS = D + 2σ = 1 + 2 . 10 . 10-3 = 1,02m = 1020mm

4.3.2. Calculul înălţimii coloanei cu umplutură

Înălţimea coloanelor cu umplutură se poate determina prin 3 metode:- cu ajutorul înălţimii echivalente a unei trepte teoretice de contact ;- în funcţie de suprafaţa de transfer de masă;- ca produsul dintre IUT şi NUT.

Metoda 1.Calculul inaltimii coloanei cu umplutura cu ajutorul înălţimii echivalente a unei trepte teoretice de contact

Conform acestei metode , înălţimea umpluturii poate fi calculată cu relaţia : Hu = nT · IETT

în care : nT - numărul treptelor teoretice de contact ; IETT - înălţimea echivalentă unei trepte teoretice de contact.

Numărul treptelor teoretice de contact se determină de regulă grafic. În acest scop se reprezintă grafic linia de echilibru şi linia de operare. Din punctul N se duc paralele la abcisă şi ordonată între cele două linii rezultând o linie frântă în trepte. Numărul de intersecţii ale liniei în trepte cu linia de echilibru dă numărul de trepte teoretice de contact.

Înălţimea echivalentă unei trepte teoretice de contact depinde de mărimea şi forma umpluturii , geometria aparatului , natura sistemului care se separă , hidrodinamica fazelor şi modul de contactare . IETT se detremină pe cale experimentală sau se poate calcula utilizând ecuaţii empirice.

Conform graficului nT = 7 , 1,2

0,4

1200 ( ) [ ]

f

IETT ma v

unde: ε = 0,74 m3/m3 , volumul liber al umpluturii ;a = 200 m2/m3, suprafaţa specifică a umpluturii vf = 1,055 m/s, viteza fictivă a fazei gazoase.

61

1,20,4

0,74 1200 ( ) 200 0,001207 0,9788 0,952 0,2236

200 1,129IETT m

Hu = 6 · 0,2236 = 1,3416 m cca 1,3mMetoda 2. Calculul inaltimii coloanei cu umplutura în funcţie de

suprafaţa de transfer de masă

Această metodă utilizează ecuaţiile transferului de masă :

A g med

A l med

N K A Y

N K A X

'

'

A g med

A l med

N k A Y

N k A X

A Y med X medN K A Y K A X [kmol/s]

unde: NA-fluxul de HCl transferat din faza gazoasă în faza lichidă [kmol/s]; Kg, Kl –coeficienţi globali de transfer de masă raportaţi la faza gazoasă şi

lichidă [kmol/m2·s·Pa] ; kg, kl – coeficienti individuali de transfer de masa prin filmul gazos respectiv

lichid  [kmol/m2·s·Pa] ; A=suprafaţa de transfer de masă [m2] ;

ΔYmed, ΔXmed - forţe motrice medii globale,

kmolA kmolA

kmolB kmolC ;

ΔY’med, ΔX’med – diferenta medie de potential individualprin filmul gazos

respective lichid,

kmolA kmolA

kmolB kmolC .

36Vp

d

3534,7574 10

0,965 10 /3600AN kmol s

A A

y med x med

N NA

K Y K X

pentru coloanele cu umplutură : A=Vu·a·ψ unde : ψ- factor de udare , alegem 0,95;Vu- volumul umpluturii;

62

ψ = 0,85-0,95 se alege 0,95

a = 200 m2/m3

D = 1,02 m

Hu = 1,3m

4.3.2.1. Calculul coeficientului global de transfer de masă

Coeficientul global de transfer de masă raportat la faza gazoasă sau lichidă se calculează cu relaţiile:

2

]1[ ]

1Y

y x

kmol HClK

m s m kmol HClk k kmol aer

2

]1[ ]

1 1X

x y

kmol HClK

s m kmol HClk m k kmol apa

unde: m - panta medie a curbei de echilibru se determină astfel: kx,ky - coeficienţi individuali de transfer de masă se detrmină cu ajutorul

ecuaţiilor criteriale . Forma generală a ecuaţiilor criteriale :

Rem nSh c Sc

Sh –criteriu Sherwood :

g

A

k dSh

D

Sc- criteriu Schmidt : ,

g

A g g

ScD

Re- criteriu Reynolds :Re

v l

ρg – densitatea fazei gazoase, [kg/m3];ηg - vâscozitatea dinamică a fazei gazoase, [Pa·s];DA= coeficientul de difuzie a HCl in apa;l – lungimea caracteristica, [m].

63

36Vp

d

unde d = diametru echivalent al corpurilor de umplere [m]. Vp = volumul corpurilor de umplere ;Se folosesc inele Raschig: 25x25x3.

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 :

0,8 0,33ReSh c Sc unde:

,

g

A g

k dSh

D

,

g

A g g

ScD

4Re g

g

q

a

3869,4641,0751 /

3600G kg aer s

.Iar: ρg, ηg – densitatea, vâscozitatea dinamică a fazei gazoase[kg/m3] , [Pa·s];

36Vp

d

d = diametrul echivalent al corpurilor de umplere [m];Vp = volumul unui corp de umplere[m3]

2 2De DiVp =

4 4H H

2 2Vp = H (De Di )4

-3 2 6 2 6Vp = 25 10 (25 10 19 10 )4

9 6Vp = 25 10 (625 361) 5,18 104

m3

623

6 5,18 102,14 10d m

a = suprafata specifica umpluturii [m2/m3];a = 200 m2/m3

64

qg = debitul masic specific de gaz [kg/m2 s];

2

4g

Gq

D

, [kg/m2 s].

3869,4641,0751 /

3600G kg aer s

D = 1,02 m

22 2

4 4 1,0751 4,30041,3157 /

1,02 3,2685g

Gq kg m s

D

ηg = 0,018 CP = 1,8 . 10-5 (Pa . s)ρg = 1,183 kg/m3c = 0,1 – 0,2 → 0,15

5

4 1,3157Re 1461,8888

200 1,8 10

5

6

1,8 101,17

1,183 13 10Sc

DA,g = coeficient de difuziune a HCl in aerDA,g = 13 . 10-6 [m2/s]

2

6,

2,14 101646,154

13 10g g

gA g

k d kSh k

D

kg – coeficient individual

0,8 0,33ReSh c Sc 0,8 0,330,15 1461,8888 1,17 0,12 340,3544 1,0531 43,0144Sh

gk 0,02613 /1646,154

Shm s

Dar:

32

0,026131,1665 10

22,4

g gy g

g

y

kk k

M Vm

Kmoli HClk

s m Kmol HClKmoli aer

Faza lichida

65

Pentru faza lichida se recomanda urmatoarea ecuatie criteriala:

Rem nSh c Sc

c, m, n – coeficientii experimentali (se iau din tabele din indrumar)c = 0,006m = 0,78n = 0,5

0,78 0,50,006 ReSh Sc 4

Re l

e l

q

d n

ql = debit masic specific de lichid [kg/m2 . h]

22

4/l

Lq Kg m s

D

8100,42482,250118 /

3600L kg s

D = 1,02 m

22 2

4 4 2,250118 92,7537 /

1,02 3,2685l

Lq Kg m s

D

de = diametrul echivalent31 1

5 10200ed m

a

ηl = vascozitatea apei la temperatura medie din coloana [Pa s]310 [ ]l Pa s 4

Re l

e l

q

d n

3

4 998Re 55,074

200 10

,

l

l A l

ScD

DA,l = coeficientul de difuziune a HCl in apa [m2/s]]DA,l = 1,76 . 10-9 m2/sρl = densitatea apei [Kg/m3]ρl = 998 kg/m3

66

3

9

10569,32

998 1,76 10Sc

,

l

A l

k lSh

D

kl = coefficient individualDA,l = 1,76 . 10-9 m2/sl = lungimea caracteristica, care se calculeaza cu relatia:

2

32l

l

lg

[m]ηl = vascozitatea apei = 10-3 [Pa s]ρl = densitatea apei = 998 [kg/m3]g = acceleratia gravitationala = 9,81 m2/s .

3 2 6533

2 6

(10 ) 104,67 10

(998) 9,81 9,77 10l

m

5

9,

4,67 1026534,09

1,76 10l l

lA l

k l kSh k

D

0,78 0,50,006 ReSh Sc

26534,09 0,006 22,8 23,86 3,264lk

4

26534,09 3,264

1,23 10

l

l

k

k

4 39981,23 10 6,8204 10

18l

x ll

k kM

[

2

kmolHCl

s m kmoliHClkmoli apa

]1

1Y

Y X

Km

k k

m = panta medie a curbei de echilibrum = HA = 2,75kX = 1,1665 . 10-3

kY = 6,8204 . 10-3

3

3 3

1 1 17,9335 10

1 2,75 857,2653 403,2021 1260,46741,1665 10 6,8204 10

YK

67

11 1X

X Y

K

k m k

3

3 3

1 1 12,1817 10

1 1 146,6189 218, 4002 365,01916,8204 10 2,75 1,665 10

XK

4.3.2.2. Calculul fortei motrice medii (diferenta medie de potential global)

Pentru a pune in evidenta diferentele de potential ale transferului de masa care intervin in cazul procesului de absorbtie, se considera o coloana cu umplutura care intr-o sectiune tranzversala oarecare solutul A are concentratia in faza lichida X si in faza gazoasa Y.

Conform figurii de mai sus, punctul M caracterizeaza compozitia reala a celor doua faze intr-o sectiune oarecare a coloanei de absorbtie, iar punctul N indica compozitia la interfata. Punctele P si R arata care este concentratia la echilibru din faza gazoasa a componentului A corespunzatoare concentratiei acestuia din faza lichida si concentratia de echilibru din faza lichida corespunzatoare concentratiei componentului A din faza gazoasa.

Din figura de mai sus rezulta ca diferentele de potential pentru procesele de transfer individuale sunt Xi-X si Y-Yi, iar diferentele de potential pentru transferul global raportate la faza lichida si gazoasa sunt X*-X si respectiv Y-Y*. Daca pentru faza gazoasa se utilizeaza presiuni partiale, diferenta de potential raportata la faza gazoasa este p-p*. prin urmare se pot scrie ecuatiile urmatoare :

NA = kg . A(Y-Yi)

NA = kl . A(Xi-X)

68

Deoarece diferenta de potential la transferul de masa in cazul absorbtiei este variabila pe inaltimea coloanei cu umplutura, in calculul suprafetei de transfer de masa se utilizeaza o diferenta medie de potential raportata la faza lichida sau gazoasa. Aceasta diferenta de potential se cacluleaza cu una din ecuatiile :

se rezolva grafic din reprezentarea in functie de Y, prin metoda

trapezelor.

Y* - se cauta prin corespondentul de pe linia de echilibru.

In mod similar se determina si pentru  :

Daca liniile de operare si echilibru sunt drepte, forta motoare a operatiei de absorbtie este data de media logaritmica a diferentelor extreme de potential.

Daca sau ≤2 rezulta si se calculeaza astfel :

69

Din grafic, au rezultat urmatoarele solutii :

Din grafic am obtinut :

4.3.3. Calculul inaltimii coloanei

Daca inaltimea umpluturii rezultata din calcule este mai mare de 5-6m, pentru a inlatura sfaramarea corpurilor de umplere sub greutatea proprie a stratului precum si o distributie neuniforma a lichidului pe intreaga sectiune a aparatului, se imparte umplutura

70

in mai multe straturi, intre straturi, lichidul fiind redistribuit. Inaltimea straturilor (hu) depinde de diametrul aparatului asa cum reiese din uramtorul tabel :

Table. Stabilirea inaltimii straturilor de umplutura in functie de diametrul coloanei

D[m] 0,4 0,5-1,2 1,4-2,2 2,4-3hu[m] 10 . D 6 . D 3 . D 2 . D

Inaltimea coloanei de absorbtie este data de relatia:

Hg = Hu + h1 + h2 + (n-1)h3 +2hchu = inaltimea unui strat de umplutura [m] ;n = numarul de straturi de umplutura

h1= distanta de la partea superioara a ultimului strat pana la varful coloanei;h1 = 1 – 1,5m – alegem 1m

h2 = distanta de la partea inferioara a ultimului strat pana la baza coloanei ;h2 = 1,5 – 2m – alegem 1,5m

h3 = distanta intre straturi;h3 = 0,5 – 1m – alegem 0,5m

hc = inaltimea copacului;hc = 100mm + D/4 = 0,1 + 0,803/4 = 0,3m

Hg = 1,3 + 1 + 1,5 + (7-1) . 0,5 + 2 . 0,3 = 1,3 + 1 + 1,5 + 3 + 0,6 = 7,4 m

4.4. Dimensionarea racordurilor coloanei de absorb ţie

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 acstea 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 si distribuire, 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.

71

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.

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 proprietatile fluidului 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.

în care : MV - debit volumic ;

v - viteza fluidului [m/s];

D - diametrul racordului [m].

Valoarea diametrului obţinută prin calcul se rotunjeşte la o valoare nominală

conform STAS 10321-88 şi STAS 10358-80 . Vitezele de transfer de masă sunt

următoarele:

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

-curgere forţată (0,5-2 m/s)

Pentru gaze: 5 -25 m/s;

Pentru abur : 10 – 40 m/s;

Pentru condens : 10 – 40 m/s;

poziţionarea racordurilor în coloana de absorbţie sunt prezentate în figura 4.4.:

72

1.Racordul de intrare a amestecului HCl şi aer (R1)

în care :G 1- debitul amestecului gazos la intrare [m3/s]

v1- viteza amestecului gazos [m/s];

v1= 5-25 [m/s] . Se alege v1= 15m/s.

G’ = 133,92 [ ] = 3000m3/h = 0,83 m3/s

d1STAS = 273 x 8 mm;

2.Racordul de ieşire a aerului (R2)

în care :G 1- debitul amestecului gazos la intrare [m3/s]

v2- viteza amestecului gazos [m/s];

73

v2= 5-25 [m/s] . Se alege v2= 15m/s.

Analog R2 : d2STAS = 265 × 8 mm

3.Racordul de intrare a absorbantului (R3 )

[m3/s ]

în care :v3=0,5 - 2 [m/s] , deci alegem valoarea v3 = 0,7m/s.

MV, apă = 450,0236 [kmoli apă/h] = 8100,4248 [kg apă/h]=16,178 m3/h = 8,1153·10-3

[m3/h] = 2,25 . 10-3 (m3/s)

d3STAS = 70 × 3,5 mm

4. Racordul de ieşire a amestecului gazos (HCl şi apă ) R4

Racordul de ieşire a amestecului gazos este egal cu cel de intrare a

absorbantului : d4STAS = 70 × 3,5mm.

[m3/s ]

în care :v3=0,5 - 2 [m/s] , deci alegem valoarea v3 = 0,7 [m/s].

MV, apă = 450,0236 [kmoli apă/h] = 8100,4248 [kg apă/h]=16,178 m3/h = 8,1153·10-3

[m3/h] = 2,25 . 10-3 (m3/s)

74

d3STAS = 70 × 3,5 mm

Lungimea racordurilor se stabileşte luând în considerare faptul că utilajul este

prevăzut cu izolaţie termică sau nu. La utilajele fără izolaţie termică, lungimea

racordurilor este de 80-100mm, iar la cele cu izolatie termica, intre 125-200mm.

4.5. Calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloană

Pierderile de presiune :

unde : λ - coeficient de frecare;

pentru Re>40;

unde: ηg = 1,8·10-5 [Pa·s]

ρg = 1,183 [kg/m3]

vf = 1,129 m/s

a = 200 [m2/m3]

ε = 0,74 [m3/m3]

75

Rezultă :

în care: λ = 3,4269

Hu =1,3 m

de = 1,48·10-2 m

vf = 1,129 m/s

ρg=1,183kg/m3

Determinarea lui K:

Rel = 55,074

ql = 2,7537 kg/m2s

ρl = 1000 kg/m3

76

a = 200 m2/m3

ε = 0,74 m3/m3

g = 9,81 m/s2

4.6. Dimensionarea pompei centrifuge

Pompa este o maşină care transformă energia mecanică , primită de la o sursă de antrenare , în energie hidraulică . Pompa trebuie să posede anumite calităţi valabile pentru orice tip de instalaţie , dintre care menţionăm :

Siguranţă în funcţionare , adică în condiţiile unei exploatări corecte , pompa trebuie să funcţioneze neîntrerupt o perioadă de timp acceptabilă , până la opririle necesare reviziilor ;

Asigurarea parametrilor hidraulici solicitaţi . Prin aceasta se înţelege că pompa trebuie să realizeze caracteristicile nominale contractate , care sunt cele la acre pompa va funcţiona cea mai mare parte a timpului ei de exploatare .

Întreţinerea simplă , acces uţor . Prin aceasta se înţelege că operaţiile de întreţinere să se limiteze la un număr cât mai redus de intervenţii care să se efectueze în timpul exploatării .

În ceea ce priveşte alegerea unei pompe proiectantul trebuie să aibă în vedere câteva criterii care pot fi grupate în două categorii principale :

Criterii generale Criterii specifice .

Înainte de alegerea pompei trebuie determinate cât mai precis curba caracteristică a reţelei şi condiţiile de lucru ale instalaţiei . După stabilirea acestora se iau în considerare criteriile cu caracter specific şi anume : curbele caracteristice raportate la densitatea lichidului ce urmează a fi vehiculat , vâscozitate, temperatura delucru , natura lichidului , alura curbei caracteristice a pompei.

Debitul şi înălţimea manometrică a pomepi trebuie să satisfacă valorile maxime cerute de consumator . Aceşti parametri determină alegerea tipului de pompă adecvat.

Pompele cu mişcări alternative se recomandă a fi utilizate pentru debite mici şi mijlocii până la 150m3/h şi presiuni de refulare ridicate, 100-150 bar.

Pompele centrifuge utilizate pentru debite şi presiuni mijlocii , 500-600m3/h şi înălţimi de refulare 20-50 m coloană de lichid .

77

Pompele rotative sunt utilizate atunci când se cer debite continui la presiuni relativ înalte , iar lichidele transportate se caracterizează prin vâscozităţi mari.

Pompele axiale sunt utilizate pentru debite foarte mari 80000-100000 m3/h şi înălţimi de refulare reduse 6-15 m coloană de lichid .

Pompele fără elemente mobile sunt folosite mai puţin pentru transportul lichidelor şi mai mult pentru transvazarea lor.

Deşi pompele centrifuge au un randament mai mic decât pompele cu piston , ele au câteva calităţi importante :

dimensiuni reduse şi posibilitatea de a fi cuplate direct cu motorul de acţionare;

pot transporta lichide care conţin fază solidă în suspensie , deoarece nu au supape ce se pot înfunda şi deteriora.

debitul pompelor centrifuge este uniform , fără pulsaţii şi poate fi reglat printr-un robinet montat pe conducta de refulare;

subansamblele pompelor centrifuge pot fi confecţionate din materiale rezistente la agenţii corosivi.

Avantajele mentionate fac ca pompele centrifuge sa fie cele mai utilizate pompe.Dupa stabilirea tipului pompei si a caracteristicilor acesteia, trebuie considerate

criteriile cu caracter general si anume: siguranta in functionare, calculul economic, situatia pompei din punctul de vedere al tipizarii, respectiv posibilitatile de procurare a pieselor de schimb.

In concluzie, intre caracteristicile si conditiile de lucru ale instalatiei si parametrii functionali constructivi ai pompei exista o dependenta directa , care trebuie analizata in faza de alegere a pompei.

Dimensionarea pompei presupune calculul puterii consumate şi a înălţimii manometrice. Puterea instalată a pompei se calculează cu următoarea relaţie:

[Kw]

unde: Pc - puterea calculată [Kw]

β - factor de instalare ,

β = 1,5-2 . Se alege β = 1,6.

MV, apă = 450,0236 [kmoli apă/h] = 8100,4248 [kg apă/h]=16,178 m3/h = 8,1153·10-3

[m3/h] = 2,2546 . 10-3 (m3/s)

în care : Mv = debit total de lichis transportat (m3/s);

Mv = 2,2546 · 10-3 (m3/s);

ηT = randamentul total al pompei =0,4-0,6; se alege 0,6

78

= pierderi de presiune statice [Pa] ;

d = pierderi de presiune dinamice [Pa] ;

= pierderi de presiune geometrice [Pa] ;

= pierderi de presiune datorate frecarilor [Pa] ;

= pierderi de presiune datorate rezistentelor locale [Pa].

ΔPstatic = P2 - P1 = Patm - Patm = 0

ΔPstatic = pierderile de presiune statice [Pa]

P2 = presiunea din coloană = presiunea atmosferică ;

P1 = presiunea din rezervor = presiunea atmosferică .

ΔPd=pierderi de presiune dinamică [Pa]

unde: ρl =1000 kg/m3 =densitatea apei .

v = 0,7 m/s

v-viteza lichidului în conducta de transport [m/s]

unde : ρl = 1000 kg/m3

g = 9,81 m/s2

Hg = 7,4 m , reprezintă înălţimea geometrică

pierderi de presiune datorate frecarilor [Pa] .

λ = coeficient de frecare in conducte.

79

L = lungimea portiunilor drepte de pe traseul de transport.

L = 22,8m

d = diametrul interior al conductei de transport egal cu diametrul interior al

racordului de intrare in coloana.

d = d3 = 70 – 2 x 3,5 = 70 – 7 = 63mm

e = rugozitatea peretelui conductei

e = 0,2 mm pentru tevi de otel de coroziune neinsemnata.

( = rugozitatea relativa a conductei )

Re se calculeaza dupa relatia :

v = viteza din conducta ; v = 0,7m/s

di = diametrul interior al conductei; di = 63mm

ρ = 1000 kg/m3

η = 10-3 Pa.s

se determina λ din table din indrumar.

Re = 44100 → λ = 0,042

= 470

80

do = diametru orificiu diafragma[mm]d = diametru conducta [mm]

Deci,

= 0 + 245 + 72594 + 3724 + 8501,5

= 85064,5Pa

β = 1,6

81

Pentru alegerea pompei trebuie sa se cunoasca debitul volumetric (Mv) in m3/h si inaltimea manometrica (Hu) in [m].

In functie de Hm si Mv se alege din diagrama ‘Campul caracteristic - PCN’ pompa tip PCN 40-125, cu caracteristicile :

- diametrul nominal al racordului de refulare = 40mm- diametrul nominal al rotorului = 125 mm

4.7. Dimensionarea ventilatorului

Ventilatoarele sunt masini care transpoarta gazele prin ridicarea presiunii lor cu ajutorul unui rotor cu palete. Dupa forma rotorului si modul in care actioneaza asupra gazului se deosebesc:

Ventilatoare axiale sau cu elice, in care un rotor in forma de elice impinge gazul paralel cu axa rotorului ;

Ventilatoare centrifugale cu o cu o constructie asemanatoare pompelor centrifuge;Suflantele fac parte din categoria compresoarelor volumice rotative, prin rotirea

unor elemente se transporta de la aspiratie catre refulare volume de gaz. Exista o gama variata de suflante dintre care mai utilizate sunt : suflante cu inel lichid, suflante cu tambur si lamele, suflante cu pistoane rotative, etc.

Ca si in cazul pompelor, atat ventilatoarele cat si suflantele trebuie sa posede o serie de calitati, cum ar fi :

siguranta in functionare ; asigurarea parametrilor solicitati de instalatie ; intretinere simpla.

Alegerea tipului de utilaj

Pentru alegerea ventilatorului sau suflantei corespunzatoare unei situatii date, proiectantul are la dispozitie tabelele si curbele caracteristice ale utilajelor fabricate de diverse intreprinderi. Aceste cataloage contin de obicei in mod complet elementele necesare alegerii, si anume : debitul de gaz, presiunea totala dezvoltata, turatia rotorului, felul cuplajului, puterea motorului de actionare, dimensiunile utilajului, domeniul de utilizare.

82

Alegerea utilajului trebuie facuta prin confruntarea acestor elemente cu instalatia proiectata. Factorii care caracterizeaza instalatia sunt in general numerosi si diferiti, cu proprietati simultane si reclamand conditii deseori opuse, astfel incat alegerea utilajului optim devine in mod inevitabil un compromis intre diferite cerinte si impuse de spatiul disponibil, cost, consum de energie, nivel de zgomot, obligativitatea respectarii cu strictete a parametrilor, etc.

Una din problemele ce se pun la alegerea unui ventilator este fixarea tipului constructiv :axial sau centrifugal.

Cand instalatia are rezistenta mica sau neglijabila si in special nu contine conducte de transport, ventilatorul indicat este cel axial, cu palete plane, neprofilate. Randamentul acestor ventilatoare este scazut, dar consumul de putere este redus datorita presiunii mici necesare, astfel incat criteriul privitor la randament poate fi subordonat avantajelor aduse de spatiu si cost.

Cand instalatia contine conducte de transport si necesita presiuni mai marisunt recomandate ventilatoarele centrifugale, care pot fi cu palete inclinate in sensul rotatiei sau invers, sau cupalete drepte.

Din examinarea comparativa a calitatilor celor doua tipuri de ventilatoare, rezulta ca ventilatoarele cu palete inclinate in sensul opus rotatiei sunt cele mai potrivite instalatiilor industriale.

Cand instalatiile au rezistente variabile, este recomandabil ca ventilatoarele sa aiba caracteristici de presiune cu panta cat mai inclinata, incat la variatii mari de presiune sa nu rezulte modificari mari ale debitelor.

Randamentul ventilatorului constituie un alt criteriu de alegere, deoarece determina marirea consumului de energie. Importanta acestiu criteriu nu trebuie insa exagerata, deoarece randamentele mari se obtin in detrimentul ltor calitati in special a costului ventilatorului.

O alta problema este alegerea pozitiei de montaj a ventilatorului care trebuie astfel facuta incat la racordarea acestuia in instalatie sa rezulte un traseu al conductelor pe aspiratie si refulare, cat mai scurt si mai simplu.

Materiale de constructie

Alegerea materialelor de constructie a ventilatorului se va face in functie de natura gazelor transportate, temperatura, agresivitate termica precum si de continutul de particule solide.

Puterea necesara motorului de antrenare a ventilatorului se calculeaza cu relatia:

*

,1000*

V T

T

M PP kw

in care: Mv - debitul volumic de gaz transportat, m3/s ; ΔPT- presiunea totala de ventilator, Pa ; ηT – randamentul total al instalatiei de ventilatie ; ηT = 0,5 ÷ 0,7.Presiunea totala a ventilatorului dedusa din ecuatia Bernoulli, care se calculeaza

cu relatia :

83

T d st pierderiP P P P Presiunea dinamica :

21

;2d gP v Pa

v - viteza medie a gazului pe conducta de refulare ; v = 15 m/sρg = 1,183 kg/m3

2151,183 133,0875

2dP Pa

Presiune statica :

2 1 0stP P P Pierderile de presiune se datoresc frecarilor, rezistentelor locale si diferitelor utilaje

de pe traseul instalatiei (absorbere, uscatoare, baterii de incalzire etc).

pierderi f rl uP P P P

Pierderile de presiune datorate frecarilor si rezistentelor locale :

2

1

;2

m

f rl i ii

L vP P n Pa

d

unde: L = lungimea conductei de transport ; L= 1,5 m d = diametrul interior al racordului de intrare a gazului ;

373 2 8 257d λ = coefficient de frecare ; λ = 0,03 ξ = coeficientul rezistentei locale ; ξventil = 4,1ξintrare = 0,2ξiesire = 0,2

4,1 0,2 0,2 4.5 Deci

3

1,50,03 4,5 133,0857 622,197

257 10f rlP P Pa

pierderi fr rl uP P P P

226,94uP Pa

622,197 226,94 894,137pP Pa

T d st pP P P P

133,0875 0 894,137 982,224TP Pa

3 3

0,833 982,2241,3636

10 10 0,6v T

T

M PP kw

84

330000,833 /

3600vM m s

instalataP P unde: β = factor de instalare; β = 1,5 ÷ 2. Alegem β = 1,6

1,6 1,3636 2,1818instalataP kw Pentru a alege tipul de ventilator, ΔPT trebuie exprimat in mm col de apa :

' 982,2240,100 100

1000 9,81 1000 9,81T

T

PP m col apa mm col apa

Functie de ΔPT si M V, din diagrama pentru alegerea ventilatoarelor, seria VS (fig 7.8.7, pag 267 - indrumar) se alege tipul de ventilator.

4.8 Dimensionarea vasului de neutralizare

Pentru neutralizarea solutiei acide rezultate in urma operatiei de absorbtie se foloseste NaOH 10%.

Volumul vasului de neutralizare este :

1

3;vas V solV M M t m

t - timpul de stationare a solutiei in rezervorul de neutralizare ; t = 1,5 ore

1VM

- debitul de solutie (H2O + HCl) care iese din instalatie ; m3/h

1VM

= 450,0583 [kmol / h] = 8101,0494 [kg / h] = 8,1172 [m3 / h]Msol = debit de solutie de neutralizare ; m3 / h .

HCl + NaOH → NaCl + H2O

MHCl = 36,5 [g/mol]MNaOH = [40 g/mol]

Debitul de HCl care iese din coloana de absorbtie : 334,7574 10 / 1,2684 /

HClmM kmol h kg h Conform reactiei de neutralizare , se calculeaza debitul masic necesar de NaOH

[kg/h]

1,2684 401,39 /

36,5NaOHmM kg h

Calculam debitul volumic de solutie 10% NaOH necesar pentru neutralizare:6

3 3 33

100 1,139 100,0139 / 13,9 10 /

10 10solM m h m h

85

1

3[ ]vas V solV M M t m 3 3(8,115 13,9 10 ) 1,5 12,1966 [ ]vasV m

vasr

VV

φ – grad de umplere a rezervorului cu lichidφ = 0,75 ÷ 0,8 . Alegem φ = 0,8

312,196615,2458 [ ]

0,8rV m

Pentru a calcula D rezervorului , se alege o valoare a raportului H

D = 1,1 ÷ 2 . Alegem

H

D = 1,52

4r

DV H

1,5 1,5H

H DD

2 3

1,5 1,54 4r

D DV D

3 34 4 15, 2416

2,3477 [ ]1,5 1,5

rVD m

1,5 1,5 2,3477 3,5216 [ ]H D m

4.9. Calculul puterii agitatorului

Agitatorul are rolul de a omogeniza cele doua solutii (acida si bazica) in vederea neutralizarii lor.

Vom alege un agitator cu palete.

Puterea agiatatorului este : 3 5 [ ]

Remag

cP n d W

unde: c, m =constante care depend de tipul agitatorului; c = 6,8 ; m = 0,2 n = numar turatii ; n =60 [rotatii/min] = 1 rotatie/sec ; d = diametrul agitatorului [m] ; ρ = densitatea lichidului [kg/m3] ; ρ = 1000 [kg/m3]

86

η = vascozitatea apei; η = 10-3 [Pa·s];

; unde D = diametrul vasului de neutralizare ; D = 2,3477 [m] ;

P = 0,111,454 [kW]

4.10 Dimensionarea utilajelor de depozitare

Utilajele de depozitare a produselor se aleg functie de starea de agregare, parametrii la care trebuie mentinute si cantitatea depozitata. Gazele de presiune joasa se depoziteaza in rezervoare cilindrice sau poligonale, iar cele cu presiune inalta in rezervoare cilindrice si sferice. Depozitarea lichidelor se face obisnuit , inrezervoare cilindrice, iar a solidelor in buncare si silozuri.

RezervoarePentru depozitarea majoritatii produselor lichide se utilizeaza rezervoare metalice.Dupa nivelul de amplasare rezervoarele se impart in : supraterane sau de

suprafata, semi-ingropate si ingropate.Dupa pozitia de amplasare se impart in : verticale si orizontale. Depozitarea in rezervoare este cea mai folosita, desi la produsele usor inflamabile

este mai buna depozitarea semi-ingropata si ingropata.Dupa presiunea de lucru exista : rezervoare de joasa presiune, denumite si

rezervoare atmosferice, rezervoare de presiune medie si rezervoare de presiune ridicata.Pozitia rezervoarelor cilindrice poate fi verticala sau orizontala. Cele mai verticale

sunt mai economice si ocupa o suprafata mai mica, iar cele orizontale se intretin si se repara mai usor. De aceea pozitia verticala este mai utilizata decat pozitia orizontala.

Amplasarea supraterana a rezervoarelor este de preferat, deoarece montarea si intretinerea lor este mai usoara.

87

Problemele de fluiditate, explozie, inflamabilitate, toxicitate si inghet a lichidului depozitat trebuie avute in vedere la amplasarea rezervoarelor in spatii inchise sau deschise.

Substantele inflamabile se depoziteaza in rezervoare inchise, evitandu-se scaparile de vapori si scurgerile de lichid. La astfel de de substante depozitele se amplaseaza la distanata fata de instalatiile productive si in locuri lipsite de foc. Cand este cazul se face si protejarea rezervoarelor contra actiunii soarelui.

Dimensionarea rezervorului

In aceasta instalatie vom avea doua rezervoare: Pentru solutie acida; Pentru apa

Alegem rezervor cilindric de suprafata dispus orizontal pe suporti de beton.Dsiunile rezervorului depind de volumul de fluid depozitat care poate fi considerat

ca produsul dintre debitul volumic de fluid produs sau consumat in instalatie si durata de colectare sau consum.

Volumul de lichid (V1) :

unde: Mm - debit masic de apa [kg/h] ; t - timp de stationare in vas [ore] ; ρ – densitatea fluidului depozitat [kg/m3].

t = 8 ore ;ρ = 1000 [kg/m3];

Volumul rezervorului

φ = coefficient de umplere (0,7 ÷ 0,85). Alegem 0,8.

88

L = 2D = 2 · 3,7221 = 7,4443 m

4.11 Fise tehnice

Fişa tehnică nr.1:

Denumirea utilajului: Coloană de absorbţie.

Instalaţie: instalaţie de absorbţie cu apă a acidului clorhidric, emanat dintr-o secţie de

zincare acidă.

Parametri funcţionali:

Debit de efluent gazos la intrare: 3000 m3/h, debit de efluent gazos la ieşire 2999,169

m3/h;

Debit de lichid la intrare: 8,1172 m3/h;

Temperatura de lucru: 200C;

Presiunea de lucru: 1atm

Parametri constructivi:

Suprafaţa de transfer de masă: 201,8306 m2

Înălţime umplutură: 1,3 m

Diametru coloană :1,02 m

Înălţime coloană: 7,4 m

Materiale de construcţii: oţel

Prescripţii tehnice:

Poziţia de montaj: verticală

Cota de montaj: prima cotă (0-8m), conform schiţă

Izolaţie: nu

Conexiuni: cu pompa centrifugă (parte inferioară), cu rezervorul de stocare soluţie acid

clorhidric (racord superior), cu suflanta (racord lateral stâng).

Fişa tehnică nr.2

Denumirea utilajului: Pompă centrifugă, PCN 40-125

89

Instalaţie: instalaţie de absorbţie cu apă a acidului clorhidric, emanat dintr-o secţie de

zincare acidă.

Parametri funcţionali:

Putere pompă : 1,3 kW;

Turaţia de regim: 2900 rotaţii/min.

Parametri constructivi:

Diametrul nominal al racordului de refulare: 40 mm;

Diametrul nominal al rotorului: 125 mm

Presiunea totală pe pompă: 85064,5Pa

Prescripţii tehnice:

Poziţie de montaj: verticală;

Cota de montaj: cota 0;

Izolaţie: nu

Conexiuni: cu coloana de absorbţie şi cu rezervorul de stocare apă.

Fişa tehnică nr. 3

Denumirea utilajului:Ventilator VS - 4

Instalaţie: instalaţie de absorbţie cu apă a acidului clorhidric, emanat dintr-o secţie de

zincare acidă.

Parametri funcţionali:

Putere ventilator: 1,3636 kW;

Turaţia de regim: 400 rotaţii/min.;

Presiunea totală pe suflantă: 982,224 Pa;

Parametri constructivi:

Diametrul rotorului: 400 mm;

Prescripţii tehnice:

Poziţia de montaj: 14 (STAS 2376 – 63);

Cota de montaj: cota a-2-a (8-18);

Conexiuni: cu coloana de absorbţie.

Fişa tehnică nr. 4

90

Denumirea utilajului: Vas de neutralizare

Instalaţie: instalaţie de absorbţie cu apă a acidului clorhidric, emanat dintr-o secţie de

zincare acidă.

Parametri funcţionali:

Debit de soluţie din vas: 8,1172 m3/h.

Parametri constructivi:

Volum rezervor: 15,2458 m3;

Diametru rezervor: 2,3477 m;

Înălţime rezervor: 3,5216 m.

Prescripţii tehnice:

Poziţie de montaj: verticală;

Cota de montaj: 0-8 m;

Conexiuni: cu pompa centrifugă, cu rezervor stocare soluţie hidroxid de sodiu.

Fişa tehnică nr.5

Denumirea utilajului: Rezervor de stocare

Instalaţie: instalaţie de absorbţie cu apă a acidului clorhidric, emanat dintr-o secţie de

zincare acidă.

Parametri funcţionali:

Debit de soluţie din vas: 8100,4248 kg/h.

Parametri constructivi:

Volum rezervor: 81,0042 m3;

Diametru rezervor: 3,7221 m;

Lungime rezervor: 7,4443 m.

Prescripţii tehnice:

Poziţie de montaj: orizontală;

Cota de montaj: cota a 3-a (18 m);

Conexiuni:cu rezervorul de stocare a soluţiei de hidroxid de sodiu.

[Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990]

91

Capitolul 5. Exploatarea instalatiei

5.1 Bilantul de masa pentru instalatie

Bilantul de masa pentru instalatie este dat de urmatoarea relatie :

Maer + MHCl + Mapa abs + MNaOH + Mapa sol NaOH = Mapa sol NaOH + M *

apa abs + MNaCl + M *aer + Mapa

Unde : Maer – debit masic de aer intrat in coloana de absorbtie [kg/h] ; Maer = 3869,464 [kg/h].

MHCl – debit masic de HCl intrat odata cu faza gazoasa [kg/h] ;MHCl = 1,2686 [kg/h].

Mapa abs – debit de apa care intra in coloana de absorbtie [kg/h] ;Mapa abs = 8100,4248 [kg/h].

MNaOH – debit masic de NaOH care intra in vasul de neutralizare [kg/h] ;MNaOH = 1,39 [kg/h].

Mapa sol NaOH – debit masic de apa folosit pentru obtinerea solutiei de NaOH [kg/h] ;Mapa sol NaOH = 12,51 [kg/h] .

MNaCl – debit masic de NaCl rezultat in urma neutralizarii [kg/h] ;MNaCl = 2,0328 [kg/h] .

M *aer – debit masic de aer care iese din coloana de absorbtie [kg/h] ;

M *aer = 3870,854 [kg/h] .

M *apa abs – debit masic de apa care iese din coloana de absorbtie [kg/h] ;

M *apa abs = 8100,4248 [kg/h] .

Mapa – debit masic de apa de reactie [kg/h] ;Mapa = 0,6255 [kg/h] .

3869,464 + 1,2686 + 8100,4248 + 1,39 + 12,51 = 12,51 + 8100,4248 + 2,0328 + 3870,854 + 0,6255

92

11985,0574 = 11986,4471

5.2.Consumul de materii prime , auxiliare şi utilităţi . Consumuri specifice.

Operaţiile sau proceselechimice pot decurge continuu sau discontinuu. Operaţia este continuă atunci când instalaţia este alimentată continuu şi uniform cu materii prime şi utilităţi , şi debitează neîntrerupt produsul.

Fondul anual de timp pentru operaţiile continue se calclează considerând că instalaţia funcţionează 330 zile /an , în trei schimburi de 8 ore.

Necesarul de materii prime şi utilităţi se exprimă în funcţie de natura stării de agregare a fazelo după cum urmează:

faze solide – debit în t/zi şi kg/h ;-compoziţia în fracţii masice

faze gazoase – debitul în Nm3/h şi kmol/h -compoziţia în fracţii molare .

faze lichide –debitul în t/zi şi kg/h; -compoziţia în fracţii masice.

Consumul specific reprezintă cantitatea de materie primă , utilităţi , raportată la tona de produs finit .Consumul specific de materii prime se stabileşte pe baza bilanţului de materiale şi se exprimă sub forma tonă materii prime /tona de produs finit , iar consumurile specifice de utilităţi din bilnaţul termic şi puterea necesară în instalaţie şi se exprimă , funcţie de natura lor , în tone/tonă produs finit , kJ/tonă produs finit sau kW/tona produs finit

Nr.crt. Denumire Consum ObservaţiiOrar Zilnic Anual

1 Absorbant apă

8100,4248 kg/h 194,41 t/zi 70959,72t/an

T=20ºC

2 Amestec gazos iniţial

3000 m3/h 72000m3/zi

2,62·107

m3/anYi=276,16·10-6

3 Hidroxid de sodiu

1,39 kg/h 33,36 t/zi 12176,4 t/an

10%

4 Energie electrică

3,629 kW/h 87,096 kW/zi

31790,04 kW/an

Curent trifazat

Pentru consumul de energie se calculeaza astfel :2 ∙ Pinst p + 2 ∙ Pinst ag + Pinst v = 2 ∙ 0,575 + 2 ∙ 0,1486 + 2,1818 = 3,629 [kW/h]

[Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990]

93

Capitolul 6. Controlul automatizarea si reglarea proceselor tehnologice

Procesele continue se recomandă a fi supuse reglării automate deoarece: consumul de materii prime şi auxiliare este raţional; creşte productivitatea muncii prin eliminarea timpilor morţi; utilajele lucrează continuu la sarcini ridicate ceea ce se reflectă în creşterea

capacităţii de producţie; creşte calitatea produselor prin menţinerea la valori optime a parametrilor de lucru; scade numărul personalului de deservire(operatori); se îmbunătăţeşte atat securitatea muncii cît şi condiţiile de muncă.

Automatizarea aplicată numai la caţiva parametri sau cîteva utilaje se numeşte automatizare parţială. Prin opoziţie, există şi automatizare complexă care asigură funcţionarea întregii instalaţii de fabricaţie fără intervenţia directă a omului.

In cadrul proiectului de an se va face numai reglarea parţială atat a parametrilor cat şi a utilajelor.

6.1. Stabilirea parametrilor de trebuiesc masurati si reglati

Pe baza analizei structurii procesului tehnologic se stabilesc parametrii şi mărimile ce se impun a fi măsuraţi şi reglaţi, pentru ca instalaţia să răspundă pe deplin imperativelor funcţionării automate(calitate, cantitate, economicitate, etc.). După ce s-au stabilit parametrii reglaţi se trece la poziţionarea pe schema tehnologică a buclelor de reglare automată, cu precizarea parametrului reglat(debit, presiune, temperatură, concentraţie etc). Pentru indicarea parametrului şi a funcţiei aparatului se fac combinaţii leterale în care prima literă reprezintă parametrul măsurat sau controlat, iar următoarele redau funcţia aparatului. Simbolurile literale pentru unii parametri măsuraţi sau reglaţi şi funcţia aparatului sunt date mai jos:

Denumirea parametrului Simbolul parametruluiConcentraţia ........................................ADebitul .................................................FMivelul.................................................LPresiunea...............................................P

6.2. Reglarea automata a instalatiilor de absorbtie

94

In absorbţie concentraţia soluţiei la ieşire din absorbitor poate să fie impusă. Pentru acest caz debitul de absorbant trebuie să fie corelat cu debitul şi compoziţia amestecului gazos astfel încat continuu să rezulte în obsorbitor soluţie cu aceeaşi concentraţie. Corelarea menţionată se face în aşa numitul "bloc de raport" care este legat de regulatoarele de debit a amestecului gazos şi a absorbantului. Semnalul de ieşire din blocul de raport constituie intrarea pentru cel de al doilea regulator de debit.

In figura(6.1.3) este dată schema de reglare automată pentru condiţiile de mai înainte.

Fig. 6.2.1 Schema de reglare automata a unei coloane de absorbtie

Din figura(6.2.1) rezultă că semnalul de la traductorul de debit fixat pe alimentarea cu amestec gasos este trecut la blocul de raport K(BR), iar semnalul de ieşire din bloc constituie intrarea pentru regulatorul de debit pentru absorbant. Astfel, debitul de absorbant, este menţinut în raport K faţă de debitul amestecului gazos şi soluţia rezultată are mereu aceeaşi concentraţie.

La varful absorbitorului s-a prevăzut reglarea automată a presiunii gazului, iar la baza lui, reglarea nivelului soluţiei. Dacă absorbitorul lucrează la presiunea atmosferică nu se poate pune problema reglării presiunii, iar dacă concentraţia soluţiei la ieşirea din absorbitor nu este impusă în mod riguros se renunţă la blocul de raport.

Figura(6.2.2) conţine schema de reglare automată a unei coloane de desorbţie prin stripare cu abur, în ipoteza că debitul de soluţie(absorbant îmbogăţit) care provine de la coloana de absorbţie, este variabil, deoarece nivelul acestei soluţii, la baza coloanei, se menţine constant, iar cantitatea de absorbant variază funcţie de debitul de gaz(v.fig.9.1.4).

95

Fig. 6.2.2. Schema de automatizare a unei coloane de desorbtie

Debitul aburului introdus la baza coloanei este corectat de către blocul de raport K(BR) funcţie de debitul de absorbant îmbogăţit.

Dacă partea superioară a coloanei lucrează in regim de fracţionare şi la presiune, se reglează temperatura şi presiunea din această zonă. Vasul separator se prevede cu două sisteme de reglare automata pentru nivel (SRA-L) deoarece cînd SRA-L pentru apă nu funcţionează corect, apare posibilitatea de a se pierde produs valoros pe conducta de scurgere a apei. Daca desorberul nu lucrează în regim de fracţionare se pot comite reglările de la partea superioara a coloanei. In astfel de cazuri se poate prevedea oreglare numai a debitului de apă funcţie de temperatura ei la ieşire din condensator, astfel încat condensarea sa fie totală, iar temperatura condensului cat mai scăzută.

Studentul va întocmi schema de reglare automată a acestor utilaje funcţie de scopul urmărit în realizarea cumulată a celor două operaţii(absorbţie-desorbţie) de exemplu, recuperarea unui component al amestecului gasos, obţinerea unei soluţii de concentraţie dată, evitarea poluării mediului înconjurător etc.

[Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990]

96

Capitolul 7. Tehnica securitatii si igiena muncii. Masuri P.S.I. Epurarea apelor reziduale si protectia mediului

ambiant.

7.1. Tehnica securitatii si masuri de protectia muncii.

Protectia muncii cuprinde masurilor luate pentru a se asigura tuturor oamenilor muncii conditiile de munca, pentru a-i feri de accidente si boli profesionale. Protectia muncii face parte integranta din procesul de munca.

In industria chimica problema protectiei muncii este deosebit de importanta deoarece pe langa factorii de periculozitate comuni cu alte ramuri induatriale- elemente mobile(periculoase) ale utilajelor, actiunea curentului electric, degajari importante de caldura, zgomote si trepidatii- intervin si numerosi factori specifici industriei chimice, cum ar fi:

-degajari de substante toxice; - prezenta frecventa a unor substante inflamabile; - posibilitatea explozilor cauzate de amestecuri explozive; - operatii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice; - temperaturi ridicate.Protectia muncii are urmatoarele trei aspecte: -protectia juridica a muncii reprezentata de legislatia referitoare la protectia muncii,

legislatie constituita in principal din: - Codul muncii; - Legea nr.5/1965 cu privire 1a protectia muncii; - HCM nr. 2896/1966 cu privire la accidentele de munca; - Leges nr.l/1970 privind organizarea si disciplina muncii; - Decretul 400/1981; - Alte HCM-uri, Decrete elaborate de Consiliul de Stat, instructiuni si ordine

elaborate de ministere. - protectia sanitara a muncii cuprinde masurile pentru crearea unor conditii

fiziologice normale de munca si de suprimare a riscului imbolnavirilor profesionale.

97

- protectia tehnica a muncii consta in masuri tehnice si organizatorice pentru usurarea muncii si prevenirea accidentelor de munca .

In baza legistaltiei, Ministerul Muncii impreuna cu Ministerul Sanatatii au stabilit “Norme republicane de protectie a muncii” care cuprind cadrul general de tehnica a securitatii muncii si normele de igiena a muncii, ambele obligatorii pentru toate ministerele.

Prevederile din normle republicane sunt completate si dezvoltate "Normele departamentale de protectie a muncii” potrivit proceselor de munca din ramura respectiva.

Conducerile intreprinderilor si institutiilor elaboreaza la randul lor "Instructiuni de protectie a muncii" pentru conditiile de lucru particulare si specifice unor sectii, ateliere si locuri de munca.

Instruirea oamenilor muncii este obligatorie. Nici un angajat nu poate fi primit la un loc de de munca si pus sa lucreze decat dupa ce a fost instruit si s-a facut verificarea insusirii cunostintelor.

La proiectarea intreprinderilor ohimice este necesar sa se determine in prealabil categoria de pericol pe care il prezinta procesul tehnologic proiectat, dupa care se trece la amplasarea cladirilor si a constructiilor pe planul general de ansamblu. La amplasarea cladirilor din industria chimica trebuie sa se evite terenurile prea apropiate de regiuni sau cartiere unde exista pericole de incendii sau explozii. Distanta care trebuie prevazuta este functie de categoria de pericol de incendiu a fabricatiei si gradul de rezistenta la foc al cladirilor. Una din masurile de baza ale tehnicii securitatii la amplasarea cladirilor industriale este izolarea corecta a cladirilor, a constructiilor si depozitelor.

Normele departamentale de protectie a muncii elaborate de Ministerul Industriei Chimice cuprind atat normele de tehnica securitltii muncii cat si normele de igiena a muncii. Masurile de tehnica securitatii muncii se pot clasifica. in masuri generale, care se refera in principal la alegerea amplasementului intreprinderii, la planul general al acesteia si la protectia muncii in cladirile industriale, masuri speciale, care se refera la particularitatile tehnice ale proceselor si masuri de protectie individuala a muncitorului care se refera la folosirea echipamentului si materialelor de protectie individuala prevazute de norme.

In industria chimica sa aplica atat normele specifice acestei industrii cat si norme de tehnica securitatii muncii pentru activitati nespecifce industriei chimice, dar care exista in diverse unitati chimice. De exemplu. in normele departamentale ela.borate de Ministerul Industriei Chimice nu exista un capitol de tehnica a securitatii privind echipamentele electrice, dar normele departamentale corespunzatoare au o larga aplicare in industria chimica.

Normele de tehnica securitatii muncii elaborate de M.I.Ch. sunt grupate in 6 capitole:

a) Tehnica securitatii muncii la instalatii, aparate si masini.b) Tehnica securitatii muncii la intretinere, reparatii si interventii. c) Tehnica securitati muncii pentru procese fizice si chimice. d) Tehnica securitatii muncii la depozitare. e) Tehnica securitatii muncii la manipulare, ambalare si transport. f) Tehnica securitatii muncii in laboratoare.

98

In continuare se vor prezenta in linii generale probleme tratate in fiecare din capitolele mentionate.

a) Acest capitol trateaza problemele de securitate a muncii la organele de masini in miscare, la echipamente de transmitere si dispozitivele de actionare a utilajelor, la conducte si armature, aparate de masura si control, vase de reactie, utilaje sub presiune, aparate pentru operatii unitare(centrifuge, extractoare, uscatoare, filtre, malaxoare, etc) precum si la principalele utilaje din industria celulozei si hartiei.

In preambul la acest grup de norme se precizeaza ca proiectantul e obligat sa-ti acorde tot atata importanta realizarii conditiilor de securitate cat acorda si parametrilor tehnici si economici a instalatie proiectate. El este obligat ca dintre 2 instalatii similare sa aleaga pe aceea care prezinta cele mai bune conditii de securitate si cele mai usoare conditii de munca.

b) In acest capitol se dau norme cu caracter organizatoric si tehnic. Pentru orice interventie sau reparatie se intocmeste un plan de actiune cu sarcini defalcate pe angajati, plan care cuprinde toate masurile de protectie a muncii. Pentru locurile de munca unde exista pericole de explozie si incendiu se intocmeste de catre seful sectiei permisul de lucru cu foc aprobat de inginerul sef. Pentru lucrarile la instalatii sub presiune, intrarea in vase de reactie, rezervoare, instalatii in care se prelucreaza substante foarte agresive este necesar in plus permisul de lucru intocmit de seful sectiei. Este strict interzisa inceperea oricarei lucrari de reparatie sau interventie fara a se face in prealabil tuturor celor ce executa operatia respectiva instructajul de protectie a muncii.

c) Dupa un capitol introductiv in care se precizeaza ca absorbtia noxelor de orice gen se face la locul unde se produc ele, fiind contraindicata absorbtia lor prin ventilatie generala si ca alimentarea utilajelor cu substante toxice, corozive, iritante, inflamabile si cele care degaja praf se va face mecanizat si etans, se trateaza:

-tehnica securitatii muncii la efectuarea unor procese chimice unitare(halogenari, sulfonari, esterificari, polimerizari etc) ;

-tehnica securitatii muncii la efectuarea unor operatii fizice unitare(extractie, decantare, centrifugare, filtrare, absorbtie, distilare si rectificare, uscare, etc.);

- tehnica securitatii muncii la operatii cu substante toxice, inflamabile, explozive, corozive, caustice.

d) Se dau norme referitoare la amplasarea si depozitatea substantelor toxice, inflamabile si explozive. Este interzisa depozitarea in aceeasi incapere a substantelor toxice, inflamabile si explozive cu diverse materiale. De asemenea, substantele chimice care ar putea reactiona unele cu altele degajand substante periculoase trebuie depozitate la distanta unele de altele in incaperi separate.

e) Deoarece statisticile arata ca 35% din accidentele de munca se inregistreaza la operatlile de manipulare, aceasta problema prezinta o deosebita importanta. Normele prevad ca aceste operatii sa se execute numai sub supravegherea unui conducator al procesului de munca instruit special in acest scop. Lucrul tinerilor sub 16 ani la operatiile manuale de incarcare, descarcare si transport este interzis.

f) Din ansamblul normelor referitoare la aceaata problema, norme care se refera la ventilatie, manipularea sticlariei, a dispozitivelor de incalzire si utilajelor sub presiune, a substantelor toxice, inflamabile, etc., trebuie retinuta obligatia generala, pentru munca de cercetare, de a se aplica si respecta in taate fazele metodologice de lucru adecvata privind protectia muncii.

99

In ceea ce priveste masurile de protectie individuala ale muncitorului, pentru a completa masurile tehnice luate in instalatii este necesar sa se foloaeasca echipamentele si materialele de protectie individuala prevazute de normative. Toti cei care conduc si controleaza procsele de productie sunt obligati sa nu permita executarea nici unei operatii inainte de a verifica dotarea fiecarui muncitor cu toate sortimentele de echipament si materiale necesare.

Norme de igiena a muncii. Normele de igiena a muncii se refera la principalii factori profesionali nocivi din

mediul de productie. Ele stabilesc valorile limita sau optime ale acestor factori, valori care previn imbolnavirile profesionale si asigura conditii normale de lucru.

In aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul fizic(mase maxime admise la ridicat, distaatele de transport manual, etc). microclimatul incaperilor de lucru(temperatura, umiditate, viteza curentilor de aer, radiatii termice. etc.), precum si prevenirea imbolnavirilor profesionale si a accidentelor de munca provocate de gaze, vapori si pulberi.

Se dau concentratiile maxime admise(CMA) in atmosfera zonei de lucru, in mg/m3 aer, la circa 400 substante, de asemenea norme referitoare la iluminat, nivel de zgomot si vibratii.

7.2. Masuri P.S.I

Incendiile si exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente in cantitati suficiente trei elemente: substanta combustibila, oxigenul si caldura. '

Cauzele principale ale incendiilor si exploziilor se datoresc,pe de o parte aprinderii si autoaprinderii, iar pe de alta parte nerespectarii parametrilor procesului tehnologic, lipsei de instructaj, de atenie, de curatenie etc.

Exploziile pot fi provocate de depasirea instantanee a limitei de rezistenta a peretilor vaselor(cazane, butelii de gaze, reactoare, rezervoare, etc). produsa de presiunea gazelor sau vaporilor. Exploziile produse de gaze combustibile, vapori sau praf in amestecul cu aerul sau oxigenul au loc numai la anumite concentratii, care variaza cu presiunea si temperature amestecului.

Incendiul izbucneste ca urmare a depiozitarii in sectii a unor substante uros inflamabile sau explozive, care depasesc cantitatile admise, precum si a depozitarii lor necorespunzatoare I ambalaje deteriorate, langa surse de caldura si lipsa de supraveghere a lor. Cea mai frecventa cauza de aprindere este flacara directa produsa de diferite surse.

Caldura degajata in cursul unor reactii chimice exoterme, poate constitui de asemenea, o sursa de apindere, provocand incendiul. Deosebit de periculos este contacul acizilor concentrati(H2SO4, HNO3) cu substantele combustibile.

In timpul desfasurarii proceselor tehnologice sunt cazuri cand incendiile sau exploziile se produc datorita aprinderii substantelor combustibile, fie de la o scanteie electrica, fie prin incalzirea exagerata a conductorilor electrici si aprinderea materialului izolant.

Incendiile mai pot fi provocate, de asemenea, din cauza electricitatii statice si a descarcarilor atmosferice.

100

Pentru a cunoaste masurile necesare care trebuie luate in vederea prevenirii incendiilor si exploziilor se impune studierea amanuntita a tutuiror locurilor de munca, din punctul de vedere al posibilitatilor de izbucnire a incendiilor si exploziilor, spre a putea lua masurile necesare pentru evitarea lor. S-a aratat ca izbucnirea incendiilor sau exploziilor se datoreste prezentei a trei elemente: substanta combustibila, sursa de caldura si aerul sau oxigenul. Lipsa sau reducerea unuia. dintre cele trei elemente face ca incendiul sau explozia sa nu mai aiba lac sau sa se termine repede, fara urmari grave.

Deci, masurile generale prevenirii incendiilor sau exploziilor sunt, in principal, urmatoarele:

- evitarea sau reducerea substantei combustibile; - evitarea sau reducerea sursei de caldura; - evitarea sau reducerea oxigenului, aeru1ui a substantelor cu un continut mare de

oxigen; - impiedicarea contactu1ui substantei combustibile cu sursa de caldura; - controlul permanent al surselor de caldura si cunoasterea caracteristicilor

periculoase ale substantelor combustibile; - masuri de siguranta pentru ecranarea sursei de caldura si oprirea accesului

substantelor combustibile in eventuala zona de ardere; - controlul automat al concentratiilor de oxigen in zona de pericol;

Materiale folosite pentru stingerea incendiilorMaterialele stingatoare sunt acele materiale care, folosite intr-un anumit mod in

zona de ardere, actioneaza defavorabil asupra conditiilor necesare arderii, oprind arderea. Materialele stingatoare se folosesc fie in stare gazoasa, lichida sau solida, fie sub forma unor amestecuri de lichide cu gaze sau lichide cu substante solide, insa procesul si rapiditatea aplicarii sunt factorii hotaratori al stingerii incendiilor.

Cele mai raspandite substante stingatoare sunt :apa, aburul, solutiile apoase de saruri, tetraclorura de carbon, bioxidul de carbon, spuma chimica si mecanica, prafurile stingatoare.

Apa. Folosirea apei la stingerea incendiilor se bazeaza pe proprietatile ei de racier si izolare termica. Proprietatile de racire a apei se datoresc capacitatii de absorbtie a caldurii si caldurii latente de vaporizare, care au o valoare importanta. Racirea suprafetelor aprinse va fi cu atat mai mare cu cat cantitatea de apa transformata in vapori va fi mai mare.

Desi apa poseda astfel de calitati pentru atingerea incendiilor, totusi domeniul ei de utilizare in acest scop este limitat. Produsele petroliere si dizolvantii organici nemiscibili cu apa, avand o densitate mai mica , plutesc la suprafata apei si ard in continuare. Apa folosita la stingerea incendiilor contine saruri. Deci ea este buna conducatoare de electricitate, din acest motiv folosirea ei la stingerea incendiilor produse in instalatii de inalta tensiune trebuie sa se faca utilizandu-se dispozitive speciale.

Unele substante reactioneaza violent cu apa, producand o degajare mare de caldura si de gaze, care pot da nastere incendiilor si exploziilor. Astfel carbura de calciu(carbidul) reactioneaza cu apa degajand acetilena si caldura .

La stingerea incendiilor se folosesc jeturi de apa compacte sau pulverizate. Aburul. Stingerea incendiilor cu ajutorul aburului se bazeaza pe reducerea

concentratiei de oxigen din zonele de ardere, (la o concentratie a aburului de 35% vol.

101

arderea inceteaza). Folosirea aburului pentru stingerea substantelor gazoase, lichide si solide se face in locurile unde exista instalatii de cazane si sisteme fixe de stingere.

In afara de reducerea concentratiei de oxygen din zona de ardere, la stingerea incendiilor contribuie si efectul mechanic al jetului. Acest procedeu se foloseste la stingerea incendiului la coloanele de rectificare, la conducte, etc.

Solutii apoase de saruri. In scopul imbunatatirii calitatii apei se folosesc ca adaosuri :clorura de calciu, sulfatul de sodiu, sulfatul de amoniu, etc. prin evaporarea apei apei aceste solutii formeaza la suprafata materialului aprins un strat de sare care se topeste, iar in unele cazuri se dezagrega. In urma dezagregarii se degaja gaze necombustibile care reduc concentratia oxigenului in zona de ardare, contribuind astfel la stingerea incendiului.

Solutiile de saruri se folosase la stingatoarele manuale. Tetraclorura de carbon. are proprietatea de a stinge focul, insa folosita in incaperi

inchise poate da nastere fosgenului, gaz foarte toxic. In scopul reducerii formarii fosgenului se adauga in tetraclorur de carbon, diferite substante ca :anilina,amoniac, benzen, etc.

Tetreclorura de carbon se utilizeaza la stingerea incendiului la instalatii electrice de inalta tensiune, la motoarele cu ardere interna, la sunstantele lichide si solide pe o suprafata mica, etc.

Bioxidul de carbon - nu arde si este un slab conducator de electricitate, ceea ce permite folosirea lui la stingerea incendiilor izbucnite in instalatiile electrice. Introdus in zonele de ardere, bioxidul de carbon dilueaza atmosfera, reducand concentratia substantei combustibile si a oxigenului din atmosfera de ardere, micsorand sau oprind arderea.

Bioxidul de carbon nu poate opri adrerea pentru o serie de substante ca bumbacul , peliculele cinematografice, etc., care pot sa arda si in mediu inert.

Spumele stingatoare. Spuma este formata din bule de gaz inconjurate de un strat subtire de lichid. In present se folosesc doua feluri de spume : chimice si mecanice(aeromecanice). Spuma chimica este rezultatul unei reactii chimice si se compune din bulIe de gaz(C02) care au un invelis din solutii apoase de saruri. Spumele mecanice se realizeaza prin amestecarea mecanica a solutiei. Densitatea spumelor este mica si in consecinta plutesc pe suprafata lichidelor usoare(benzina, petrol, esteri. etc) separand flacara de substanta combustibila.

Prafuri stingatoare. In compozitia acestor prafuri intra diferite saruri(carbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu, alaun,etc.) substante care preintampina aglomerarea sarurilor(tale, kiselgur, praf de azbest) si substante care contribuie la topirea lor(clorura de sodium, clorura de calciu).

Prafurile stingatoare impiedica dezvoltarea arderii prin acoperirea suprafetelor solide aprinse cu un strat izolator care prin topirea sarii contribuie mai activ la stingerea incendiului. Degajarea unor saruri, produce gaze incombustibile care contribuie la stingerea incendiului.

Stingatoarele de incendiu cu praf sunt actionate prin presiunea unui gaz incombustibil(C02), jetul de praf actionand mecanic asupra zonei de ardere. Jeturile de praf avand o conductivitate electrica mica pot fi utilizate pentru stingerea incendiilor instalatiilor electrice.

102

[Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990]

Capitolul 8. Notiuni de amplasare a utilajelor si de stabilire a traseelor retelelor de conducte

O instalatie trebuie sa fie cat mai simpla, cu trasee si legaturi de conducte cat mai scurte.Simplicitatea unei instalatii indica o buna conceptie si o proiectare economica.In componenta oricarei instalatii chimice intra in general aceleasi tipuri de utilaje.La stabilirea amplasamentului utilajelor trebuie sa se cunoasca procesul tehnologic, scema tehnologica de legatura cu toate conductele, ventilele, instrumentele, cu dimensiunile sicaracteristicile lor.Trebuie sa se aiba in vedere urmatoarele principii, comune tuturor instalatiilor:

Conductele de aspiratie la pompe si compresoare sa fie scurte; Conductele prin care circula fluide calde sau reci la care trebuie evitate

pierderile de caldura sa fie scurte; Amplasarea utilajelor trebuie astfel realizata, incat conductele prin care

circula fluide calde sau reci sa aiba un traseu care sa permita compensarea dilatarii termice;

Sa se utilizeze la maximum echipamentul mobil pentru montaj, revizie si intretinere; in acest scop utilajele trebuie amplasate cat mai aproape de sol, tinand seama de necesitatile tehnologice.Trebuie sa se asigure accesul la utilajein vederea demolarii si scoaterii lor din instalatie si combaterea incendiului;

La repetarea unor utilaje se evita montajul “in oglinda”care scumpeste lucrarile de proiectare si ingreuneaza exploatarea, operatorul fiind obisnuit sa aiba aceleasi elemente ale instalatiei in aceeasi pozitie; se recomanda ca montajul sa se repete identic si cu aceleasi pozitii relative la toate elementele instalatiei.

Conceptia ansamblului de montaj trebuie astfel realizata, incat sa se asigure centralizarea comenzilor la punctual unic de comanda.

8.1.Cota de amplasament pe mai multe niveluri

La constructia esafodajelor pentru instalatii in aer liber sau pentru coloane, condensatoare, vase de reflux, fierbatoare se recomanda urmatoarele inaltimi intre plansee:

103

Nivelul Instalatii cu capacitati mici

Instalatii industriale cu capacitate mari

Nivelul I 4-4,5m 4.5-6mNivelul II 3.5-4m 4-6mNivelul III 3.5-4m 4-6mNivelul IV 3.5-4m 4-6m

La amplasarea utilajelor pe mai multe niveluri si la stabilirea traseelor de conducte se au in vedere inaltimile din tabelul:

Instalatii de capacitate mici

Instalatii de capacitate mari

Grosimea planseului de beton

0.4-0.6m 0.6-1m

Grosimea planseului metalic

0.3-0.5m 0.4-0.6m

Inaltimea rezervata fasciculului de conducte orizontal, suporturi etc.

0.3-0.4m 0.4-0.5m

Inaltimea pentru conducte si utilaje locale la cota 0

2.6-3m 3-5m

Inaltimea rezervata pentru utilaje si conducte la celelalte niveluri

2.5-3m 3-5m

8.2.Recomandari privind amplasarea unor utilaje tip

Schimbatoarele de caldura si alte utilaje care nu au o pozitie impusa de procesul tehnologic trebuie asezate cat mai aproape de sol.Trebuie sa se evite amplasarea sub platforme a schimbatoarelor de caldura sau a utilajelor care necesita demontari frecvente.

In continuare se dau cateva date referitoare la amplasarea utilajelor tip.Intre schimbatoarele de caldura montate in baterie se lasa o distanta la exterior de

(1,5-2)D; In cazul schimbatoarele de caldura independente, distanta de la exterior e de (2-3)D;intre schimbatoarele de caldura verticale se lasa la exterior o distanta de (1,5-2)D; iar in cazul diametrelor diferite distanta minima dintre virole va fi de 1m.Schimbatoarele de caldura orizontale pot fi montate suprapuse, darn u mai mult de 2 schimbatoare pe aceeasi verticala.

La coloanele de distilare asezate in acelasi rand distanta dintre ele e determinate de amplasarea utilajelor intregii linii tehnologice; la instalatiile de capacitate mica la care coloanele au diametrul pana la 1m, distanta dintre axele coloanelor e de 2-3m.

Intre vasele de reflux se lasa o distanta la exterior de minim 1m.

104

Pompele cu debite mici se amplaseaza in grupuri, cu conducte commune deasupra solului.Distanta dintre pompele aceluiasi grup e determinate de tipul pompei.La pompele cu aspiratie axiala, intre fundatii se lasa o distanta de 0.6-1m.La pompelecu racorduri laterale distanta e determinate de coturile racordurilor si se lasa minim 0,6m intre partile proeminente ale conductelor.

Inaltimea la care se aseaza utilajele se aliniaza pentru fiecare caz in parte, avand in vedere urmatoarele elemente: inaltimea trebuie astfel aleasa incat pompele sa lucreze inecat: cand acest lucru nu e posibil se va allege tipul de pompa si se va calcula inaltimea de aspiratie.

Distanta minima de la sol a partii inferioare a utilajului va fi de 0,6m atunci cand nu sunt ventile cu manevra curenta la partea inferioara.

Pentru ventilele care se monteaza lateral sau pe capac, tija ventilului va fi la 1,6-1,8m fata de pardoseala.

In cazul utilajelor cu capace demontabilese prevad platforme de acces cu inaltimea de la platforma pana la flansa de 0.6m.

La stabilirea inaltimii de asezare a utilajelor se mai tine seama se posibilitatile se evacuare prin cadere libera.Se urmareste de asemenea, ca utilajele sa fie astfel amplasate, incat sa permita citirea in bune conditii a indicatiilor instrumentelor de control si manevrare manuala a ventilelor.

8.3.Traseele retelelor de conducte interne

Planurile de montaj cu traseele de conducte se executa intr-o faza finala si au in vedere urmatoarele aspecte:

Se recomanda amplasarea in grup sau in retea a conductelor. Pe suportii retelelor de conducte se lasa un spatiu de rezerva de 25%;

La primul nivel sub primul planseu se incruciseaza maximum 2 niveluri de conducte. In sens longitudinal trec conductele de utilitati si cele tehnologice, iar dedesubt trec, transversal, conductele de la pompe;

In cazul instalatiilor dispuse pe mai multe niveluri cu retele de conducte verticale, se fac schite si calcule speciale; la instalatiile cu utilaje langa zid, langa perete trebuie lasata o zona pentru burlane de ventilatie, cabluri electrice, conducte orizontale de distributie a nivelului respective si o alta zona a retelelor verticale de conducte;

La instalatiile cu utilaje dispuse central, langa zid se mentine zona burlanelor de ventilatie, cabluri electrice, etc., iar central langa stalpii cladirilor se duc conducte verticale si orizontale.

Distanta dintre 2 conducte invecinate si distanta dintre conducta si perete trebuie astfel aleasa incat sa asigure montarea usoara si sa nu ingreuneze intretinerea si repararea conductelor.

Instalarea conductelor deasupra sau chiar in imediata vecinatate a aparaturii electrice trebuie evitata.

La amplasarea in retea a conductelor, cele prin care se transporta fluide corozive se aseaza separate si mai jos decat celelalte, pentru prevenirea stopirii acestora din urma din cauza curgerilor accidentale sau neetansaitati.

105

Conductele prin care se transporta fluide calde trebuie amplasate separate de cele prin care se transporta fluide reci. Distanta dintre conductele prin care circula fluide cu temperature diferite trebuie astfel aleasa incat san u influenteze transferal de caldura prin radiatie si convectie; traseele conductelor prin care circula fluide calde vor fi situate deasupra acelora prin care circula fluide reci.

Trebuie sa se evite pe cat posibil asezarea conductelor in subteran sau in canale si formarea buclelor in care stagneaza lichide. De aseamenea, nu e permisa ingroparea conductelor in pardoseala.

[Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990]

Capitolul 10. Bibliografie

1.Mioara Surpateanu, Carmen Zaharia – ABC metode de analiza a calitatii factorilor de mediu, Editura Tehnica, Iasi 20022. Manescu S., Cucu M., Diaconescu M., Chimia sanitara a mediului, Editura medicala, Bucuresti 19943. Nenitescu, Manualul inginerului chimist, Vol II, Editura Tehnica, Bucuresti 1952]4. www.epa.gov- Hydrogen chloride 5. STAS 339/80 – Determinarea HCl6. Szep Alexandru, Bandrabur F. – Elecroliza solutiilor de NaCl prin procedeul cu membrana schimbatoare de ioni – Ed. Cerni, Iasi,19987. Tudose R., Ibanescu I., Fenomene de transfer si utilaje in industrie, 1990 8. www.didactic.ro/files/59. http://referat.clopotel.ro/citeste-referat-Clorul_si_compusii_lui-8244.html

106