Rodzaje zanieczyszczeń w postaci gazowej i ich oddziaływanie na środowisko

Zanieczyszczenia w gazach:

-składniki gazowe

-aerozole(zawiesiny cieczy lub ciał stałych w gazie)

Rodzaje zanieczyszczeń w postaci gazowej:

tlenki siarki (SO₂ , SO₃)

tlenki azotu (N₂O, NO, NO₂ , N₂O₄, N₂O₃, N₂ O₅)

tlenki węgla (CO, CO₂)

chlorowcowodory (HF, HCl, HBr)

węglowodory alifatyczne i aromatyczne

inne substancje organiczne (eter dietylowy, chlorowcozwiązki, aceton, itp.)

Oddziaływanie zanieczyszczeń na środowisko i człowieka:

Tlenki siarki:-w organizmie ludzkim niekorzystna przemiana węglowodanów, obniżenie poziomu zawartości witaminy B i C, hamowanie utleniania aminokwasów, stany chorobowe wątroby, płuc i krwi

-spadek wydajności plonów i szybkości przyrostu drzew, przedwczesne odbarwianie liści prowadzące do nekrozy

-wzrost szybkości procesów korozji konstrukcji metalowych i budynków

-udział w powstawaniu kwaśnych deszczów

Związki organiczne: -działanie narkotyczne na organizm ludzki, zaburzenia czynności układu nerwowego, działanie drażniące na skórę i śluzówki, uszkodzenia organów wewnętrznych oraz działanie kancerogenne

-zaburzenia w rozwoju roślin

Siarkowodór: -działanie duszące i drażniące (zapalenie rogówki), uszkodzenia dróg oddechowych w dolnych odcinkach (obrzęk płuc, przyspieszenie oddechu na skutek unieczynnienia dróg oddechowych)

Tlenek węgla (II): - u ludzi i zwierząt trwałe zmiany w układzie krążenia

Tlenek węgla (IV): -przy podwyższonym poziomie utrudnienie oddychania

-udział w efekcie cieplarnianym

-przyspieszenie korozji materiałów budowlanych

Halogenowodory [HCl, HBr, HI]: -działanie drażniące i duszące dla ludzi i zwierząt, powodowanie obrzęków płuc i nieodwracalnych zmian w układzie oddechowym

-działanie korozyjne na części maszyn i aparatury

-działanie korozyjne na materiały budowlane

-udział w kwaśnych deszczach

2.Kwaśne deszcze i ich oddziaływanie na środowisko.

Kwaśny opad- opad atmosferyczny o pH niższym od 5,65

Oddziaływanie kwaśnych opadów na środowisko:

Rosliny- zakłócenia wegetacji, oparzenia liści, poprzez niszczenie kutikuli wnikanie do wnętrza roślin i zakłócenia w pracy systemu enzymatycznego, uszkodzenia błon komórkowych, zmiany w funkcjonowaniu organelli, chloroza i nekroza części zielonych

Gleba- wypłukiwanie wapnia i magnezu, uwalnianie glinu i metali ciężkich, charakteryzujących się wysoką toksycznością

Materiały budowlane i konstrukcje metalowe- korozja

3.Charakterystyka zanieczyszczeń pyłowych.

Pył- faza stała układu dwufazowego ciało stałe- gaz lub gaz- ciało stałe, jeśli stopień rozdrobnienia fazy stałej jest tak duży, że w nieruchomym powietrzu o ciśnieniu 1kPa i temperaturze 20 °C ziarna ciała stałego, na które działa siła ciążenia, wskutek oporu ośrodka będą opadały z prędkością mniejszą niż 5 m/s lub będą wykonywały ruchy Browna.

Skutki zapylenia:

choroby dróg oddechowych u ludzi i zwierząt- pylica i zwłóknienia

zmiany klimatologiczne w środowisku (m.in. smog)

niszczenie roślinności

możliwość wybuchu w miejscach zapylonych

Parametry pyłu:

Gęstość nasypowa i ziarnowa

Wilgotność

Skład ziarnowy

Skład mineralny

Lotność

PYŁ-zakres składu ziarnowego 1000- 0,001 μm

pył o rozdrobnieniu makroskopowym 1000- 1 μm

-gruby

-średni

-drobny

-bardzo drobny

pył o rozdrobnieniu koloidalnym 1- 001 μm

-gruby

-drobny

-bardzo drobny

-subkoloidalny

CYKLONY

W odpylaczach odśrodkowych - cyklonach - wykorzystuje się efek­tywny mechanizm odpylania polegający na działaniu sił odśrodkowych na cząstki aerozolowe. Odpylacze odśrodkowe znajdują szerokie za­stosowanie w przemyśle ze względu na prostą i zwartą budowę, brak części ruchomych, możliwości pracy w warunkach wysokiej temperatury i dużego ciśnienia, niewielkie koszty wykonania oraz nieskomplikowaną obsługę. Zasadniczą wadą cyklonów jest znaczny spadek ciśnienia gazu niezbędny do efektywnego odpylania.

Zasada odpylania gazów w cyklonie - wprowadzenie strumienia ae­rozolu w ruch obrotowy..

W cyklonach klasycznych z rewersyjnym przepływem gazu <cyklotron rewersyjny z woltem stycznym> (zmiana kierunku przepływu o 180 stopni ), gaz wpływa stycznie do części cylindrycznej, a następnie spiralnie spływa w dół do wierzchołka części stożko­wej, gdzie zmienia kierunek na przeciwny. Poruszając się dalej ruchem wiro­wym spiralnym wzdłuż osi cyklonu do góry, opuszcza cyklon centralnie umie­szczoną rurą odlotową.

W cyklonach z wlotem osiowym przed wlotem do części cylindrycznej gaz przepływa przez zespół prostych lub profilowanych łopatek nachylonych pod odpowiednim kątem do poziomu lub przez pełny element śrubowy, gdzie następuje zmiana ruchu z prostoliniowego na wirowy. Odpylacze odśrodkowe z wirującym wirnikiem mają ograniczone za­stosowanie ze względu na małą sprawność odpylania oraz szybkie zużywanie się łopatek wirnika w wyniku erozji, szybką utratę stabilności dynamicznej i wiele innych niedogodności.

Przepływ gazu w cyklonie.

Strumień zapylonego gazu, wpływając stycznie do cyklonu, ulega nieznacznemu odchyleniu w kierunku ściany i spływa wzdłuż niej spiral­nie w dół. Wykonując 2-7 obrotów strumień osiąga dno stożka. Obok wymie­nionego zasadniczego przepływu w przestrzeni tej występuje również, nakłada­jący się „dryfujący" przepływ gazu w kierunku rdzenia cyklonu. Na przeszko­dzie, jaką stanowi warstwa wydzielonego pyłu lub zamknięcie dolnego cyklonu, strumień gazu zmienia kierunek i płynie spiralą wewnętrzną wzdłuż osi cyklo­nu do rury odlotowej.

5. Budowa, zasada działania i zastosowanie elektrofiltrów rurowych.

Elektrofiltry to najstarsze urządzenia odpylające, których działanie polega na:

Ładowaniu elektrostatycznym cząsteczek,

Wydzielaniu naładowanych cząsteczek z pola elektrycznego,

Usuwaniu cząsteczek pyłu z powierzchni wydzielenia.

Pojedynczy moduł elektrofiltru, zwany często rurowym, w praktyce jest łączony równolegle z wieloma innymi modułami we wspólnej obudowie. Przekrój rur jest zwykle kołowy lub w kształcie sześciokąta foremnego. Średnica rur wynosi 15CM00 mm, a długość 3-6 m. Liczba rur (modułów) w elektrofiltrze wahać się może od kilku do 100 i po­wyżej, zależnie od wielkości strumienia oczyszczanego gazu. Elektrofiltry ru­rowe ze względu na trudności w uzyskaniu dobrej dystrybucji gazu przy dużej liczbie modułów nie znalazły szerszego zastosowania. Ponadto znaczne po­rywanie wydzielonego pyłu oraz trudności w efektywnym wstrząsaniu wy­mienionymi elektrodami osadczymi powodują, że sprawność odpylania nie przekracza tu 99%. Elektrofiltry tej konstrukcji, nie zapewniając wysokiej sprawności odpylania, wyparte zostały przez elektrofiltry płytowe o dużo lepszej sprawności odpylania. Elektrofiltry rurowe są stosowane natomiast do oczyszczania niezbyt dużych objętości strumieni gazu z ciekłych cząstek aerozolowych.

7. Budowa, zasada działania i zastosowanie wybranego absorbera z wypełnieniem.

absorbery z wypełnieniem

Absorbery z wypełnieniem są jednymi z najczęściej stosowanych aparatów w procesach mokrego oczyszczania gazów. Jako kolumny z wypełnieniem nie­ruchomym (używa się je do usuwania zanieczyszczeń gazowych z ga­zów w dużym stopniu pozbawionych cząstek aerozolowych. W procesach oczyszczania są stosowane wszystkie możliwe kierunki przepływu gazu i cieczy: przeciwprąd, współprąd skierowany do dołu lub góry, przepływ krzyżowy W procesach absorpcji gazów zapylonych stosuje się absor­bery z wypełnieniem ruchomym lub fluidalnym

Absorbery z wypełnieniem nieruchomym. W klasycznej konstrukcji ab­sorbera z wypełnieniem nieruchomym i przepływem przeciwprądowym strumień oczyszczanych gazów wpływa od dołu aparatu poniżej półki oporowo-rozdzielczej; rozdzielony równomiernie na przekroju aparatu przepływa przez warstwę (lub warstwy) wypełnienia, zraszaną również równo­miernie na przekroju cieczą absorbującą. Dystrybutor o odpowiedniej kons­trukcji równomiernie zasila cieczą warstwy wypełnienia usypane w kolumnie przypadkowo lub ułożone w sposób uporządkowany.

Zadaniem półki dolnej w kolumnie z wypełnieniem oprócz podtrzy­mywania masy wypełnienia jest dobry rozdział gazu przy małych oporach jego przepływu. Powierzchnia swobodna półki przekracza 70%. Stosowane są trzy zasadnicze typy półek oporowo-rozdzielających:

Iniekcyjne,Siatkowe,Rusztowe

8. Odpylanie w skuberze Venturiego.

Zasada działania klasycznych odpylaczy Venturiego opiera się na tym, że stru­mień zapylonego gazu poruszający się z prędkością 60-120 m/s i większą roz­prasza i przyspiesza strumień kropel w części rury Venturiego zwanej konfuzorem i gardzielą. Duża burzliwość i duże prędkości względne gazu i kropel są czynnikiem decydującym o wysokiej sprawności odpylania w tych skruberach również w odniesieniu do cząstek submikronowych. W zale­żności od energii strumienia odpylanego gazu i sposobu dostarczania cieczy do aktywnej części rury Venturiego, którą stanowi gardziel, skrubery Venturiego dzieli się na ciśnieniowe - rozpraszające i ejekcyjne. W skruberach ciśnienio­wych rozpraszających wykorzystuje się energię strumienia oczyszczanego gazu do rozproszenia cieczy na krople i wyrównania ich prędkości z prędkością gazu w obrębie gardzieli. W ejekcyjnych skruberach Venturiego zanieczyszczony gaz jest zasysany do gardzieli strumieniem rozpylanych kropel za pomocą ciśnie­niowych dysz hydraulicznych o ciśnieniu cieczy ok. 0,6-1,2 MPa.

W skruberach Venturiego ciśnieniowych rozpraszających, które w praktyce odpylania znajdują największe zastosowanie, przekrój wlotowy do gardzieli (lub gardzieli) może być stały lub zmienny. Przy przekroju zmiennym wlot do gardzieli jest zmieniany za pomocą przesuwnej tarczy, stożka lub ruchomej przesłony.

9. Usuwanie zanieczyszczeń kwaśnych metodą absorpcji w roztworach etanoloamin na przykładzie MEA.

MEA - monoetanoloamina

Reakcje zachodzące w wodnych roztworach etanoloamin:

Warunki przebiegu reakcji:

40ºC; 1 - 1,2 MPa - w prawo (pochłanianie)

120ºC; 0,1 - 0,2 MPa -w lewo (uwalnianie)

Cechy charakterystyczne MEA:

Zalety:

- duża zdolność absorpcyjna

- niska cena

- reaktywność i stabilność

Wady:

- duża prężność pary (straty w instalacji)

- zdolność do nieodwracalnej reakcji z COS

Reakcje uboczne w roztworach etanoloamin:

- reakcja z dwutlenkiem węgla

- reakcje z tlenosiarczkiem węgla

- reakcje z dwusiarczkiem węgla

- reakcje utleniania degradacyjnego

10. Proces Thylox - pochłanianie w alkalicznym roztworze arszeniku

a) „dojrzewanie” :

As₂O₃ + 2Na₂CO₃ +5 H₂S Na₄As₂S₅ + 2 CO₂ + 5H₂O

b) tworzenie właściwego absorbentu:

Na₄As₂S₅ +O₂ Na₄As₂S₅O₂

c) absorpcja :

Na₄As₂S₅O₂ + H₂S Na₄As₂S₆O + H₂O

d) regeneracja:

2Na₄As₂S₆O + O₂ Na₄As₂S₅O₂ + S

Warunki reakcji:

Absorpcja: temperatura pokojowa

Wytrącanie :40ºC

Możliwość jedynie zgrubnego oczyszczania do ok. 0,1 g H₂S/m³

11. Proces Holmes-Stredford i proces Takahax

Proces Holmes-Stredford- absorpcja w roztworze sody połączona z utlenieniem solami wanadu

a) pochłanianie: H₂S + Na₂CO₃ NaHCO₃ + NaHS pH=9

b) wytrącanie: 2V⁵⁺ + HS 2V⁴⁺ + H⁺ + S

c) regeneracja ( utlenianie ) V⁴⁺ do V⁵⁺ za pomocą soli sodowej kwasu antarachinonodosulfonowego.

d) regeneracja soli za pomocą tlenu atmosferycznego

Możliwość usunięcia H₂S do zawartości 5 10^-6 % objętościowego

proces Takahax- absorpcja w roztworze sody połączona z utlenianiem solą sodową kwasu 1,4- naftochinono-2-sulfonowego.

Odmiana metody poprzedniej- inny(tańszy) czynnik utleniający

Możliwość oczyszczania gazów o szerokim zakresie zanieczyszczeń H₂S

12. Proces Sulfinol.

Roztwór absorbujący: 64% roztwór sulfolanu, 30% roztwór diizopropanoloaminy, 6% roztwór wody.

Sulfon diizopropanoloamina

(cyklotetrametylenosulfon) absorbent chemiczny

Absorbent fizyczny

- niskie koszty eksploatacyjne

- stabilność i reaktywność absorbentów

- mała pienistość

- słabe działanie korozyjne

13. Wymienić przynajmniej 3 metody usuwania siarkowodoru z gazów na drodze absorpcji fizycznej i scharakteryzować krótko jedną z nich.

- absorpcja w ochłodzonym metanolu ( proces Rectisol)

- absorpcja w roztworze węglanu propylenu ( proces Fluor-Solvent)

- absorpcja w roztworze fosforanu trójbutylu ( proces Estasolvon)

Usuwanie H₂S i niewielkich ilości węglowodorów o wyższej masie cząsteczkowej

Absorbent- fosforan trójbutylu [ CH₃(CH₂)₃]P=O

Wymienić znane rodzaje adsorbentów używanych do usuwania siarkowodoru i scharakteryzować krótko metodę z zastosowaniem jednego z nich.

Typowe adsorbenty:

-żel krzemionkowy

-tlenek glinu

-syntetyczne zeolity (sita molekularne)

-węgiel aktywny

-sorbenty węglowe

Adsorpcja na złożach zeolitowych:

-możliwość selektywnego usunięcia H₂S w obecności CO₂

-stosowanie w przypadku potrzeby uzyskania wysokiego stopnia oczyszczania gazu

-adsorbent: zeolitowe sita molekularne

Regeneracja za pomocą SO₂

Warunki: adsorpcja w temperaturze 25 °C, desorpcja w temperaturze 315 °C

15. Sorbenty węglowe.

Są to węgle aktywne, na które naniesiono drogą impregnacji pewne substancje mogące tworzyć związki chemiczne z określonymi składnikami gazów albo mogą katalizować reakcje ich rozkładu bądź utleniania. Sorbenty węglowe dzielimy na: selektywne i uniwersalne.

Substancje stosowane do impregnacji sorbentów:

- związki nieorganiczne (miedzi, chromu, potasu, srebra, wanadu, sodu, cynku, kobaltu, manganu, molibdenu)

- związki organiczne (pirydyna, aminy aromatyczne)

Działanie wybranych sorbentów węglowych:

---