بررسی عملکرد جذب گاز دی اکسید گوگرد در برج جذب سینی دار

کنترل و استفاده صحیح از محیط طبیعی, از پیچیده ترین مشکلاتی است که صنعت در سال های اخیر با آن مواجه شده است

کنترل و استفاده صحیح از محیط طبیعی، از پیچیده ترین مشکلاتی است که صنعت در سال های اخیر با آن مواجه شده است. یکی از مهمترین آلودگی ها که توسط صنایع شیمیایی و اتومبیل ها در هوا منتشر می شود، گاز دی اکسید گوگرد است که عامل اصلی پدید آمدن باران های اسیدی است. در سال های اخیر در جامعه ما نیز توجه زیادی به محیط زیست شده و اصطلاحاتی مانند اکولوژی، محیط زیست، مه دود فتوشیمیایی، اثرات گلخانه ای در مباحث شنیده می شود.

در این تحقیق عملکرد یک برج جذب بدون ناودان به کمک یک نمونه نیمه صنعتی بررسی شده است. نمونه اصلی این برج با سه سینی، هر کدام به مساحت۱۹m۳ برای تصفیه جریان ۱۱۰۰۰m۳/hr هوای آلوده ساخته شده است. جریان مایع که این تصفیه را انجام می دهد با شدت ۴۰m۳/hr در برج جریان دارد. نمونه نیمه صنعتی ساخته شده برمبنای برج اصلی دارای سه سینی و با سطح مقطع ۰/۲۸m۲ است. تعداد سوراخ های هر سینی برج۸۰۰ عدد، قطر سوراخ ها ۶mm با آرایش مثلثی و ضخامت سینی ها ۶mm است. در این برج جذب همانند نمونه اصلی از محلول آبی کربنات سدیم به منظور جذب گاز دی اکسید گوگرد از هوا به عنوان گاز حامل، استفاده شده است.

پژوهش های مشابهی در این زمینه انجام شده است و چون این بررسی ها بر روی مدل های نیمه صنعتی یک واحد عظیم صنعتی و یا یک سیستم جذب جدید انجام می شود، اهمیت زیادی دارند. Cutierrez و همکارانش در سال۲۰۰۱ تاثیر پارامترهای مختلف از جمله غلظت و شدت جریان گاز ورودی و میزان غبار موجود در گاز را بر روی عملکرد یک سیستم جذب گاز دی اکسید گوگرد خشک در یک بستر سیال، بررسی کردند. این آزمایش ها بر روی یک نمونه نیمه صنعتی در یک نیروگاه با حداکثر غلظت گاز اسیدی ۲۰۰۰ppm انجام شده و در نهایت یک مدل ساده برای تعریف سیستم تبیین شده است.

Meikap و همکارانش در سال۲۰۰۱ به مدل سازی و انجام آزمایش های تجربی روی یک ستون چند مرحله ایMSBCS (Mulit-Stage Bubble Scruber) پرداخته اند. مدل و آزمایش های آنها نشان داده است که این سیستم تنها به کمک آب قادر است به بازدهی حدود۱۰۰ درصد دست یابد. در سال۲۰۰۳، Gerbec و همکارانش به منظور بررسی پدیده های فیزیکی و شیمیایی که در طول فرآیند جذب اتفاق می افتد یک مدل ارایه کردند. در این مدل روابط تعادلی مربوط به انواع محلول هایی که به صورت جاذب گاز دی اکسید گوگرد به کار می رود، در نظر گرفته شده است و اطلاعات مربوط به سیستم، به عنوان ورودی به مدل داده می شود. این مدل اساساً بر مبنای یک نمونه نیمه صنعتی طرح ریزی شده است و می توان از آن به منظور طراحی و بهینه سازی سیستم های مشابه استفاده کرد.

Zheng در سال۲۰۰۳ بر روی نمونه ای نیمه صنعتی که براساس راکتورهای جذب گاز دی اکسید گوگرد ساخته شده یک سری آزمایش انجام داده است. در این آزمایش ها pH محلول قلیایی، غلظت گاز دی اکسید گوگرد ورودی، دمای راکتور، غلظت Cr در محلول قلیایی به عنوان متغیر و بازدهی سیستم، غلظت محلول قلیایی باقی مانده و مقدار مواد جامد موجود در آن به عنوان پارامترهای اندازه گیری شده مدنظر قرار گرفته اند.

در سال۲۰۰۰ نیز Chain و Chu به بررسی جذب گاز دی اکسید گوگرد و مونواکسید نیتروژن به صورت منفرد و مخلوط با یکدیگر پرداخته اند. آنها غلظت هر یک از گازها و نسبت L/G و pH اولیه محلول جاذب را به عنوان متغیرهایی در آزمایشات انجام شده در یک ستون جذب سینی دار در نظر گرفته و بازدهی سیستم را بدست آورده اند. نتایج کار آنها نشان می دهد که نسبت L/G مؤثرترین پارامتر در بازدهی یک برج جذب است. لازم به ذکر است کار این افراد در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است.

● دستگاه ها و مواد مورد استفاده

به منظور محاسبه بازدهی برج لازم است پارامترهای مختلفی اندازه گیری شود. برای اندازه گیری غلظت گاز دی اکسید گوگرد در جریان هوای ورودی و خروجی برج از دستگاه NOVA analytical system مدل ۶۱۳۶۷۸TK به همراه یک کولر قبل از آنالایزر که مانع ورود بخار آب می شود، استفاده شد. اندازه گیری افت فشار توسط دستگاه APM ۵۰K انجام شد و سرعت جریان گاز توسط یک فلومتر پروانه ای LCA۳۰VA ساخت شرکت AirFlow انجام شد. در انجام آزمایش ها از یک نمونه کربنات سدیم صنعتی به عنوان جاذب گاز دی اکسید گوگرد استفاده شد. مطابق استاندارد ASTM E۳۵۹-۰۰ درجه خلوص آن۹۳ درصد جرمی بود و گاز دی اکسید گوگرد مورد استفاده در این آزمایش ها با خلوص۹۹/۹ درصد از یک کپسول تامین شد.

● سیستم پایلوت

به منظور انجام آزمایش ها از مجموعه ای نیمه صنعتی استفاده شده است.

▪ روش انجام آزمایش: مطابق استاندارد ASME PIC ۴۰-۱۹۹۱ که هدف آن بررسی و گزارش عملکرد یک سیستم عاری سازی دی اکسید گوگرد است، جهت بررسی عملکرد این برج لازم است درصد حذف دی اکسید گوگرد، نسبت ماده شیمیایی محلول جاذب که به صورت نسبت مول های قلیایی افزوده شده به مول های گاز دی اسید گوگرد ورودی تعریف می شود، میزان مصرف انرژی، شدت جریان گاز آلوده و شدت جریان مایع تصفیه کننده، در نظر گرفته ▪ عملکرد هیدرولیکی سینی ها: از جمله عوامل مهم در بهینه سازی یک سیستم جذب، مقدار انرژی مصرف شده در آن است. پارامتری را که می توان به عنوان معرف مصرف انرژی در سیستم حاضر در نظر گرفت افت فشار گاز درون برج می باشد. هدف از انجام این آزمایش ها رسم منحنی هایی است که در شدت جریان های متفاوت مایع، نحوه تغییر افت فشار گاز روی هر یک از سینی ها و کل برج با شدت جریان گاز را نشان دهد تا در ادامه بتوان نحوه مصرف انرژی در سیستم را مورد بررسی قرار داد.

▪ بررسی اثر عوامل مختلف روی بازدهی جذب: در این بخش از آزمایش ها هدف بررسی تاثیر پارامترهای مختلف چون غلظت محلول قلیایی، غلظت گاز وروی، شدت جریان گاز، شدت جریان مایع بر عملکرد برج در جذب گاز دی اکسید گوگرد همراه هوا بود. آزمایش ها در سه غلظت متفاوت۰/۱، ۱ و۳ درصد وزنی محلول کربنات سدیم انجام شد.

روش انجام کار به این ترتیب بود که ابتدا محلول ساخته شده با غلظت مناسب به حجم۱۰۰lit تهیه و در مخزن برج ریخته می شد. فن و پمپ دستگاه روشن شده و شدت جریان های مایع و گاز روی مقادیر مناسب هر آزمایش تنظیم می شد. پس از تامین زمان مناسب برای رسیدن به شرایط پایا، افت فشار برج و شدت جریان گاز اندازه گیری و ثبت می گردید. در این حالت شیر ورودی گاز دی اکسید گوگرد باز شده، تا گاز، وارد هوای ورودی به برج شود و شدت عبور آن چنان تنظیم شد که آنالایزر در ورودی برج مقدار در نظر گرفته شده برای هر آزمایش را نشان دهد. در ادامه مقدار دی اکسید گوگرد در جریان خروجی ثبت و پس این مرحله دی اکسید گوگرد در جریان خروجی ثبت و پس از این مرحله جریان گاز قطع شده و شرایط دستگاه برای آزمایش بعدی آماده شد.

▪ نتایج آزمایش هاعملکرد هیدرولیکی سینی ها: مربوط به شرایطی است که برج به صورت خشک کار می کند. نحوه تغییرات افت فشار در سینی اول، دوم و سوم و همچنین کل برج برحسب سرعت عبور گاز از برج است و زمانی که مایع، روی سینی ها حضور دارد، در شدت جریان های کم گاز، هر سه سینی تقریباً افت فشار یکسانی دارند، ولی به تدریج با افزایش شدت جریان گاز مشاهده می شود که افت فشار در سینی اول کمتر از افت فشار سینی سوم است. افت فشار بیشتر در سینی های دوم و سوم در شدت جریان های بالاتر گاز می تواند ناشی از کاهش فشار در بالای برج نسبت به پایین برج و افزایش نسبی حجم هوای عبوری از برج باشد. این امر سبب افزایش سرعت گاز در سینی های بالایی و افزایش نگه داشت و تجمع مایع بر روی آنها در مقایسه با سینی های پایین تر می شود. در حین انجام آزمایش نیز زیاد بودن نسبی تجمع مایع بر روی سینی های بالا در مقایسه با سینی های پایین، کاملاً مشهود است.

▪ بررسی اثر عوامل مختلف بر بازدهی جذب: تغییرات بازدهی جداسازی برای محلول های۰/۱، ۱، ۳ درصد کربنات سدیم با تغییر در شدت جریان گاز را نشان می دهد. میزان جداسازی در شدت جریان های بالای مایع بیشتر است و نیز بازدهی جداسازی با افزایش شدت جریان گاز افزایش پیدا می کند.

با اندکی تلخیص، منابع این پژوهش در دفتر ماهنامه موجود است. با همکاری اصغر صدیق زاده، منیره طاهرخانی و علیرضا کمیزی

نویسنده: علی اصغر حمیدی

منبع : نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران