Технология удаления диоксида углерода в декарбонизаторе

Способ удаления из воды свободного диоксида углерода СО₂ в декарбонизаторах методом аэрации широко применяется на ВПУ. На примере работы декарбонизатора легко показать, что можно не только десорбировать из воды одновременно все газы, растворенные в ней, но также осуществлять избирательную десорбцию какого-либо газа. Это достигается согласно закону Генри снижением парциального давления данного газа над водой без снижения общего давления и подогрева воды, что уменьшает энергетические потери. Практически это реализуется продувкой воды газом (или смесью газов), в составе которого десорбируемый газ или отсутствует, или, что чаще, его концентрация чрезвычайно низка.

Образующийся в схемах ВПУ диоксид углерода, являясь коррозионно-активным, также участвует в анионообменных процессах на сильноосновном анионите, уменьшая рабочую емкость. Поэтому в тех схемах ВПУ, где СО₂ образуется по реакции

Н⁺ + НСО₃^- ® Н₂СО₃ ® СО₂ + Н₂О

при Н-катионировании или подкислении, его необходимо удалять из воды. Осуществляется это в специальных аппаратах — декарбонизаторах — путем продувки воды воздухом, подаваемым вентилятором.

Декарбонизатор (рис. 7.1) представляет собой колонну, заполненную насадкой (деревянная, керамические кольца Рашига и др.) для дробления потока воды, подаваемой сверху на стекающие пленки, что увеличивает поверхность контакта воды и воздуха. Воздух, нагнетаемый вентилятором, движется в насадке навстречу потоку воды и затем вместе с выделившимся СО₂ выводится через верхний патрубок. Расход воздуха принимается равным 20 м³ на 1 м³ воды.

Рисунок 7.1 -Схема конструкции декарбонизатора:

1 – цилиндрический корпус; 2 – насадка; 3 – отвод газовой смеси; 4 – подвод воды; 5 – распределительные трубки для подачи воды на насадку; 6 – верхний щит; 7 – подвод воздуха; 8 – отвод декарбонизированной воды; 9 – нижний поддерживающий насадку щит.

Теоретически количество растворенного СО₂ в воде при 40 °С при контакте с атмосферным воздухом, парциальное давление СО₂ в котором равно 30 Па (0,03 % по объему), составляет 0,4 мг/дм³. Практически содержание СО₂ в декарбонизированной воде значительно выше (в среднем 4—5 мг/дм³). Это объясняется в первую очередь значительным отклонением процесса десорбции от равновесия. Кроме физических факторов большое значение на эффективность процесса декарбонизации оказывает значение рН, которое регулирует соотношение форм угольной кислоты в воде (СО₂ + НСО₃^- + С0₃^2-). С уменьшением рН доля СО₂ возрастает и увеличивается эффективность декарбонизации воды. При рН > 8,5 СО₂ полностью переходит в ионные формы, поэтому в декарбонизаторе не удаляется. Расчет декарбонизатора состоит в определении геометрических размеров поверхности насадки и необходимого напора, создаваемого вентилятором. Площадь поперечного сечения декарбонизатора, определяется по плотности орошения насадки, т.е. по расходу воды, приходящемуся на единицу площади поперечного сечения декарбонизатора.

Кроме декарбонизаторов с насадками и вентиляторами в химических цехах эксплуатируются декарбонизаторы струйного типа (ДКС), в которых растворенная углекислота удаляется за счет контакта капель воды, получаемых при распиливании ее в форсунках, с подсасываемым в эжектирующем устройстве воздухом. Рассмотрим конструкцию такого аппарата на примере промышленного декарбонизатора ДКС-630 производительностью 630 м /ч, рассчитанного на снижение концентрации СО₂ от 250 до 5 мг/дм³.

Рисунок 7.2 - Схема декарбонизатора струйного типа

Декарбонизатор (рис. 7.2) состоит из корпуса 1, устройства с форсунками для распыления воды 2, бака для сбора 3 и патрубка для отвода 4 декарбонизированной воды. Цилиндрический корпус ДКС содержит кроме наружной также и внутреннюю обечайку 5, которая служит для отвода воздуха 6. На наружной обечайке крепится площадка обслуживания 7. В кольцевом зазоре между обечайками на радиальных перегородках закреплен кольцевой коллектор 8, разделенный проглушками на три секции с индивидуальным подводом к каждой секции обрабатываемой воды 9 под требуемым давлением 0,15 МПа. На нижней образующей коллектора равномерно установлены 60 штуцеров с форсунками, из которых струи воды попадают в эжектирующее устройство 10, где смешиваются с подсасываемым воздухом для десорбции СО₂. Для снижения уноса брызг в верхней части внутренней обечайки закреплена жалюзийная решетка 11. Секционирование кольцевого коллектора позволяет ступенчато (100, 65, 33 %) изменять производительность струйного декарбонизатора. Чистка форсунок при загрязнении производится путем отключения секции и снятия форсунок со штуцеров.