بررسي عملكرد جذب گاز دي اكسيد گوگرد در برج جذب سيني دار

[محمــد 4415]

نويسنده: علي اصغر حميدي

 

●منبع : نشريه دانشكده فني دانشگاه تهران

 

 

كنترل و استفاده صحيح از محيط طبيعي، از پيچيده ترين مشكلاتي است كه صنعت در سال هاي اخير با آن مواجه شده است. يكي از مهمترين آلودگي ها كه توسط صنايع شيميايي و اتومبيل ها در هوا منتشر مي شود، گاز دي اكسيد گوگرد است كه عامل اصلي پديد آمدن باران هاي اسيدي است. در سال هاي اخير در جامعه ما نيز توجه زيادي به

محيط زيست شده و اصطلاحاتي مانند اكولوژي، محيط زيست، مه دود فتوشيميايي، اثرات گلخانه اي در مباحث شنيده مي شود.

 

در اين تحقيق عملكرد يك برج جذب بدون ناودان به كمك يك نمونه نيمه صنعتي بررسي شده است. نمونه اصلي اين برج با سه سيني، هر كدام به مساحت19m3 براي تصفيه جريان 11000m3/hr هواي آلوده ساخته شده است. جريان مايع كه اين تصفيه را انجام مي دهد با شدت 40m3/hr در برج جريان دارد. نمونه نيمه صنعتي ساخته شده برمبناي برج اصلي داراي سه سيني و با سطح مقطع 0/28m2 است. تعداد سوراخ هاي هر سيني برج800 عدد، قطر سوراخ ها 6mm با آرايش مثلثي و ضخامت سيني ها 6mm است. در اين برج جذب همانند نمونه اصلي از محلول آبي كربنات سديم به منظور جذب گاز دي اكسيد گوگرد از هوا به عنوان گاز حامل، استفاده شده است.

پژوهش هاي مشابهي در اين زمينه انجام شده است و چون اين بررسي ها بر روي مدل هاي نيمه صنعتي يك واحد عظيم صنعتي و يا يك سيستم جذب جديد انجام مي شود، اهميت زيادي دارند. Cutierrez و همكارانش در سال2001 تاثير پارامترهاي مختلف از جمله غلظت و شدت جريان گاز ورودي و ميزان غبار موجود در گاز را بر روي عملكرد يك سيستم جذب گاز دي اكسيد گوگرد خشك در يك بستر سيال، بررسي كردند. اين آزمايش ها بر روي يك نمونه نيمه صنعتي در يك نيروگاه با حداكثر غلظت گاز اسيدي 2000ppm انجام شده و در نهايت يك مدل ساده براي تعريف سيستم تبيين شده است.

Meikap و همكارانش در سال2001 به مدل سازي و انجام آزمايش هاي تجربي روي يك ستون چند مرحله ايMSBCS (Mulit-Stage Bubble Scruber) پرداخته اند. مدل و آزمايش هاي آنها نشان داده است كه اين سيستم تنها به كمك آب قادر است به بازدهي حدود100 درصد دست يابد. در سال2003، Gerbec و همكارانش به منظور بررسي پديده هاي فيزيكي و شيميايي كه در طول فرآيند جذب اتفاق مي افتد يك مدل ارايه كردند. در اين مدل روابط تعادلي مربوط به انواع محلول هايي كه به صورت جاذب گاز دي اكسيد گوگرد به كار مي رود، در نظر گرفته شده است و اطلاعات مربوط به سيستم، به عنوان ورودي به مدل داده مي شود. اين مدل اساساً بر مبناي يك نمونه نيمه صنعتي طرح ريزي شده است و مي توان از آن به منظور طراحي و بهينه سازي سيستم هاي مشابه استفاده كرد.

Zheng در سال2003 بر روي نمونه اي نيمه صنعتي كه براساس راكتورهاي جذب گاز دي اكسيد گوگرد ساخته شده يك سري آزمايش انجام داده است. در اين آزمايش ها pH محلول قليايي، غلظت گاز دي اكسيد گوگرد ورودي، دماي راكتور، غلظت Cr در محلول قليايي به عنوان متغير و بازدهي سيستم، غلظت محلول قليايي باقي مانده و مقدار مواد جامد موجود در آن به عنوان پارامترهاي اندازه گيري شده مدنظر قرار گرفته اند.

در سال2000 نيز Chain و Chu به بررسي جذب گاز دي اكسيد گوگرد و مونواكسيد نيتروژن به صورت منفرد و مخلوط با يكديگر پرداخته اند. آنها غلظت هر يك از گازها و نسبت L/G و pH اوليه محلول جاذب را به عنوان متغيرهايي در آزمايشات انجام شده در يك ستون جذب سيني دار در نظر گرفته و بازدهي سيستم را بدست آورده اند. نتايج كار آنها نشان مي دهد كه نسبت L/G مؤثرترين پارامتر در بازدهي يك برج جذب است. لازم به ذكر است كار اين افراد در مقياس آزمايشگاهي صورت گرفته است.

 

 

دستگاه ها و مواد مورد استفاده

به منظور محاسبه بازدهي برج لازم است پارامترهاي مختلفي اندازه گيري شود. براي اندازه گيري غلظت گاز دي اكسيد گوگرد در جريان هواي ورودي و خروجي برج از دستگاه NOVA analytical system مدل 613678TK به همراه يك كولر قبل از آنالايزر كه مانع ورود بخار آب مي شود، استفاده شد. اندازه گيري افت فشار توسط دستگاه APM 50K انجام شد و سرعت جريان گاز توسط يك فلومتر پروانه اي LCA30VA ساخت شركت AirFlow انجام شد. در انجام آزمايش ها از يك نمونه كربنات سديم صنعتي به عنوان جاذب گاز دي اكسيد گوگرد استفاده شد. مطابق استاندارد ASTM E359-00 درجه خلوص آن93 درصد جرمي بود و گاز دي اكسيد گوگرد مورد استفاده در اين آزمايش ها با خلوص99/9 درصد از يك كپسول تامين شد.

 

 

 

 

سيستم پايلوت

به منظور انجام آزمايش ها از مجموعه اي نيمه صنعتي استفاده شده است.

روش انجام آزمايش: مطابق استاندارد ASME PIC 40-1991 كه هدف آن بررسي و گزارش عملكرد يك سيستم عاري سازي دي اكسيد گوگرد است، جهت بررسي عملكرد اين برج لازم است درصد حذف دي اكسيد گوگرد، نسبت ماده شيميايي محلول جاذب كه به صورت نسبت مول هاي قليايي افزوده شده به مول هاي گاز دي اسيد گوگرد ورودي تعريف مي شود، ميزان مصرف انرژي، شدت جريان گاز آلوده و شدت جريان مايع تصفيه كننده، در نظر گرفته عملكرد هيدروليكي سيني ها: از جمله عوامل مهم در بهينه سازي يك سيستم جذب، مقدار انرژي مصرف شده در آن است. پارامتري را كه مي توان به عنوان معرف مصرف انرژي در سيستم حاضر در نظر گرفت افت فشار گاز درون برج مي باشد. هدف از انجام اين آزمايش ها رسم منحني هايي است كه در شدت جريان هاي متفاوت مايع، نحوه تغيير افت فشار گاز روي هر يك از سيني ها و كل برج با شدت جريان گاز را نشان دهد تا در ادامه بتوان نحوه مصرف انرژي در سيستم را مورد بررسي قرار داد.

 

 

 

بررسي اثر عوامل مختلف روي بازدهي جذب: در اين بخش از آزمايش ها هدف بررسي تاثير پارامترهاي مختلف چون غلظت محلول قليايي، غلظت گاز وروي، شدت جريان گاز، شدت جريان مايع بر عملكرد برج در جذب گاز دي اكسيد گوگرد همراه هوا بود. آزمايش ها در سه غلظت متفاوت0/1، 1 و3 درصد وزني محلول كربنات سديم انجام شد.

روش انجام كار به اين ترتيب بود كه ابتدا محلول ساخته شده با غلظت مناسب به حجم100lit تهيه و در مخزن برج ريخته مي شد. فن و پمپ دستگاه روشن شده و شدت جريان هاي مايع و گاز روي مقادير مناسب هر آزمايش تنظيم مي شد. پس از تامين زمان مناسب براي رسيدن به شرايط پايا، افت فشار برج و شدت جريان گاز اندازه گيري و ثبت مي گرديد. در اين حالت شير ورودي گاز دي اكسيد گوگرد باز شده، تا گاز، وارد هواي ورودي به برج شود و شدت عبور آن چنان تنظيم شد كه آنالايزر در ورودي برج مقدار در نظر گرفته شده براي هر آزمايش را نشان دهد. در ادامه مقدار دي اكسيد گوگرد در جريان خروجي ثبت و پس اين مرحله دي اكسيد گوگرد در جريان خروجي ثبت و پس از اين مرحله جريان گاز قطع شده و شرايط دستگاه براي آزمايش بعدي آماده شد.

 

 

نتايج آزمايش هاعملكرد هيدروليكي سيني ها: مربوط به شرايطي است كه برج به صورت خشك كار مي كند. نحوه تغييرات افت فشار در سيني اول، دوم و سوم و همچنين كل برج برحسب سرعت عبور گاز از برج است و زماني كه مايع، روي سيني ها حضور دارد، در شدت جريان هاي كم گاز، هر سه سيني تقريباً افت فشار يكساني دارند، ولي به تدريج با افزايش شدت جريان گاز مشاهده مي شود كه افت فشار در سيني اول كمتر از افت فشار سيني سوم است. افت فشار بيشتر در سيني هاي دوم و سوم در شدت جريان هاي بالاتر گاز مي تواند ناشي از كاهش فشار در بالاي برج نسبت به پايين برج و افزايش نسبي حجم هواي عبوري از برج باشد. اين امر سبب افزايش سرعت گاز در سيني هاي بالايي و افزايش نگه داشت و تجمع مايع بر روي آنها در مقايسه با سيني هاي پايين تر مي شود. در حين انجام آزمايش نيز زياد بودن نسبي تجمع مايع بر روي سيني هاي بالا در مقايسه با سيني هاي پايين، كاملاً مشهود است.

 

 

بررسي اثر عوامل مختلف بر بازدهي جذب: تغييرات بازدهي جداسازي براي محلول هاي0/1، 1، 3 درصد كربنات سديم با تغيير در شدت جريان گاز را نشان مي دهد. ميزان جداسازي در شدت جريان هاي بالاي مايع بيشتر است و نيز بازدهي جداسازي با افزايش شدت جريان گاز افزايش پيدا مي كند.