Вы вошли как гость, рекомендуем Вам авторизироваться либо пройти процесс регистрации. Если Вы забыли пароль, то Вы можете его восстановить.
Категории
Опрос сайта
Оцените мой сайт
Всего ответов: 366
Главная » Статьи » Мои статьи

Применение сухого льда Ч5.
Требования к качеству Почти для всех описанных способов применения требуется диоксид углерода высшего сорта согласно российскому ГОСТу 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая»; твёрдый диоксид углерода должен соответствовать нормам российского ГОСТа 12162-77 «Двуокись углерода твёрдая» (табл. 5). Таблица 5 Нормируемые физико-химические показатели диоксида углерода Наименование показателяГазообразный
и жидкий по
ГОСТ 8050-85Твёрдый по
ГОСТ 12162-77
Массовая доля СО2, %×99,96-99,98
Массовая доля остатка после испарения, %×0,02-0,04
Объёмная доля СО2, %, не менее99,8×
Объёмная доля СО, %, не менеепрактическое
отсутствие×
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, мг/кг, не более0,1×
Массовая доля воды, %, не более0,0×
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 ºС и давлении 760 мм рт. ст., г/см³, не более0,037×
Соответствует температуре насыщения СО2 водяными парами при давлении 760 мм рт. ст. и температуре, ºС, не выше-48×
Наличие запаха и вкусанасыщенная газом вода должна иметь приятный слегка кисловатый вкус при полном отсутствии постороннего запаха×
Наличие сероводорода, соляной, сернистой и азотистой кислот и органических соединений, аммиака и этаноламинов, ароматических углеводородовпрактическое отсутствие

От качества используемого СО2 сильно зависит вкус и срок хранения некоторых безалкогольных напитков, в первую очередь пива – наиболее вредной примесью здесь является кислород, обладающий окислительными свойствами, поэтому допустимой считается объёмная доля О2 не более 2 ppm (ранее допускалось 40 ppm). В связи с высокой чувствительностью современных сортов овощных культур к некоторым химическим веществам, предполагается разработать специальные технические условия (ТУ) на газообразный и жидкий диоксид углерода, применяемый для подкормки растений в защищённом грунте. Техника безопасности По степени воздействия на организм человека газообразный диоксид углерода относится к 4-му классу опасности по ГОСТу 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности». Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны не установлена, при оценке этой концентрации следует ориентироваться на нормативы для угольных и озокеритовых шахт, установленные в пределах 0,5%. При применении сухого льда, при использовании сосудов с жидкой низкотемпературной углекислотой должно обеспечиваться соблюдение мер безопасности, предупреждающих обморожение рук и других участков тела работника. Датчики диоксида углерода Датчики (сенсоры, газоанализаторы) CO2 предназначен для измерения объёмной доли диоксида углерода в атмосферном воздухе и вывода информации об измеренном значении. Датчики используются в качестве измерительного элемента в следующих системах контроля и управления состоянием атмосферы: · в системах вентиляции и кондиционирования бытовых и промышленных объектов, · в системах извещения об аварийных ситуациях, · в виноделии, на пивных и спиртовых производствах, · в пищевой промышленности, · в теплицах при подкормке растений, · в хранилищах сельскохозяйственной продукции, · при экологическом контроле состояния окружающей среды. В современном аналитическом приборостроении используется множество методов газового анализа. Значительная их часть основана на физико-химических процессах взаимодействия анализируемого газа с реагентом на поверхности и, как следствие, возникновение зависящего от концентрации аналитического сигнала, пригодного для последующей обработки. Датчики, использующие подобные методы (электрохимические, термохимические и полупроводниковые датчики), относительно просты, недороги и поэтому широко используются в задачах контроля промышленных выбросов, в приборах индивидуальной безопасности и других – в основном, для определения пороговых концентраций диоксида углерода. Однако они обладают рядом существенных недостатков: – коротким временем жизни сенсора при интенсивном использовании; – воздействие высоких концентраций CO2 может привести к выходу прибора из строя; – низкая селективность измерений – возможна реакция не только на CO2, но и на другие компоненты анализируемой среды. К другому классу относятся методы газового анализа, основанные на непосредственном измерении определенных физических характеристик, специфически присущих анализируемому веществу. К таким методам относится абсорбционный способ анализа, основанный на прямом измерения интенсивности поглощения электромагнитного излучения молекулами вещества в определенном спектральном диапазоне. Поскольку диоксид углерода имеет уникальные полосы поглощения в инфракрасной области спектра, использование абсорбционного метода является наиболее предпочтительным для решения практических задач в плане непрерывного длительного определения концентрации диоксида углерода с высокой точностью. Дисперсионные оптические датчики, с использование лазеров в качестве источника монохроматического излучения, применяются в анализаторах, требующих очень высокой чувствительности (в частности, в дистанционном анализе без отбора проб для определение загрязняющих примесей). Обычно используют недисперсионные оптические датчики: селективность и быстродействие этих устройств несколько ниже, однако при практическом использовании они имеют ряд преимуществ, таких как простота конструкции и меньшие эксплуатационные расходы. Принцип действия современных оптических недисперсионных датчиков CO2 (non-dispersive infrared sensor, NDIR) основан на избирательном поглощении ИК-излучения молекулами диоксида углерода в области длин волн 4.2-4.3 мкм. Используется дифференциальный двухволновой метод регистрации, который позволяет устранить влияние паров воды, загрязнения оптических элементов и прочих неселективных помех. Инфракрасное излучение полупроводникового светодиода проходит через измерительную газовую кювету диффузионного типа, разделяется на 2 потока оптической системой и попадает на 2 фотоприемника, один из которых регистрирует только излучение в диапазоне длин волн 4.2-4.3 мкм, другой в диапазоне длин волн 3.8-3.9 мкм. Исследуемый газ, находящийся в кювете, поглощает излучение рабочей длины волны 4.26 мкм и не влияет на излучение опорной длины волны 3.9 мкм. Работа прибора управляется встроенным микропроцессором, который формирует импульсную тактовую последовательность для управления драйвером светодиода, производит оцифровку амплитуд импульсных сигналов, поступающих с усилителей рабочего и опорного канала. Микропроцессор непрерывно производит вычисление амплитуд рабочего и опорного импульсов, их математическую обработку и определение концентрации измеряемого газа по специальным алгоритмам. Информация о концентрации может выводиться по последовательному цифровому интерфейсу, по токовой петле или в виде уровня напряжения постоянного тока. Для калибровки датчиков следует использовать только наборы газов с эталонной концентрацией. Калибровка наружным воздухом недостоверна, поскольку концентрация CO2 в нём существенно изменяется в зависимости от места нахождения и времени года. Важное значение для использования датчиков диоксида углерода в сельском хозяйстве также имеет его пыле- влагозащищенность. Промышленное получение Источники сырья и способы получения В настоящее время в мире используются три основных группы источников сырья для получения жидкого и твёрдого диоксида углерода в промышленных масштабах. К 1-й группе относятся источники сырья, использование которых обеспечивает получение чистого диоксида углерода без специального оборудования для повышения его концентрации. В эту группу входят: · газы химических и нефтехимических производств (производство аммиака, метанол, водорода и других продуктов) – с содержанием 98-99% СО2; · газы спиртового брожения на пивоваренных, спиртовых и гидролизных заводах – с содержанием 98-99% СО2; · газы из естественных источников – с содержанием 92-99% СО2. Ко 2-й группе относятся источники сырья, использование которых обеспечивает чистого получение диоксида углерода методом фракционной конденсации. В эту группу входят: · газы малораспространённых химических производств – с содержанием 80-95% СО2; К 3-й группе относятся источники сырья, использование которых обеспечивает получение чистого диоксида углерода только с помощью специального оборудования. В эту группу входят два вида газовых смесей: а) состоящие в основном из азота и углекислого газа – · продукты сгорания углеродосодержащих веществ (природного газа, жидкого топлива, кокса и других) в котельных, газопоршневых и газотурбинных установках – с содержанием 8-20% СО2; · отходящие газы известковых и цементных заводов – с содержанием 30-40% СО2; · колошниковые газы доменных печей – с содержанием 21-23% СО2; б) состоящие в основном из метана и углекислого газа, и содержащие значительные примеси других газов – · биогаз и свалочный газ из биореакторов – с содержанием 30-45% СО2; · сопутствующие газы при добыче природного газа и нефти – с содержанием 20-40% СО2. Способами получения чистого диоксида углерода из сырьевых источников 3-й группы в настоящее время являются: 1. абсорбционно-десорбционный способ с использованием жидких химических или физических сорбентов (основной промышленный способ); 2. адсорбционно-десорбционный способ с использованием твёрдых сорбентов (перспективный способ); 3. криогенный способ путём десублимации в потоке расширяющейся газовой смеси (полупромышленный способ); 4. концентрирование с помощью различного рода мембранных интегрированных систем (промышленный способ). Специальные промышленные установки различных типов и модификаций, носящие собирательное название «углекислотные станции» выделяют химически чистый диоксид углерода из сырьевых газов, сжижают и подают его в накопительную ёмкость. Для использования источников сырья 1-й и 2-й группы, применяются станции рекуперационного типа, из которых наиболее распространены модификации, использующие газы химических производств и спиртового брожения. Для использования источников сырья 3-й группы, чаще всего применяются углекислотные станции абсорбционно-десорбционного типа на моноэтаноламине, использующие преимущественно продукты сгорания природного газа, генераторного газа или жидкого топлива. Углекислотные станции рекуперационного типа Углекислотные станции рекуперационного типа, использующие, к примеру, газы спиртового брожения (1-я группа сырья), изготавливаются производительностью от 1 до 30 т диоксида углерода в сутки. При переработке крахмало- и сахаросодержащего сырья выход СО2 составляет свыше 90% от массы выработанного спирта. Поскольку газы спиртового брожения содержат 98-99% диоксида углерода, не требуется установка специального оборудования для концентрирования СО2, однако необходимо обеспечить его полную очистку от примесей воздуха (0,3-1%), паров воды (0,5-1%), этилового спирта (0,4-0,8%), органики (дрожжевых клеток) и сивушных масел (>0,6%). Для улавливания углекислого газа бродильные чаны оборудуют герметичными крышками с штуцерами для отвода газа. Чтобы очистить газ от спирта и сопутствующих продуктов брожения, его направляют в спиртоловушку, в которой газ подвергается многократной промывке водой. Из спиртоловушки газ поступает в промывную колонку с раствором перманганата калия, где очищается от органических примесей. Далее газ сжимается посредством безмасляного компрессора и фильтруется на двухколоночном угольном фильтре, где удаляются остатки летучих компонентов (сивушных масел). Перед сжижением газ обезвоживают в блоке осушки, который состоит из двух попеременно работающих адсорберов. Очищенный и осушенный углекислый газ сжижается в блоке конденсаторов и сливается в изотермический резервуар. При использовании газов спиртового брожения на рекуперационных станциях, существует проблема недостаточно качественной очистки получаемой жидкой углекислоты от остатков летучих соединений (вследствие неограниченной растворимости неполярных органических веществ в жидком СО2). При надлежащем соблюдении технологии производства СО2 из газов химических производств, проблема дополнительной очистки продукта не возникает. Углекислотные станции
абсорбционно-десорбционного типа Углекислотные станции абсорбционно-десорбционного типа на жидких сорбентах (моноэтаноламин), использующие дымовые газы котельной на природном газе, с содержанием не менее 8% СО2 (3-я группа сырья), изготавливаются по индивидуальному проекту производительностью от 1 до 50 т диоксида углерода в сутки. При сгорании 1 м³ природного газа получают около 10 м³ дыма, в котором содержится примерно 1,8 кг СО2 и наименьшее количество сопутствующих продуктов сгорания. Традиционно, лучшая жидкая углекислота и сухой лёд для пищевой промышленности производится именно из этого сырья. Сбросные дымовые газы отбираются из дымоходов котельной, и подаётся в скруббер, где охлаждается водой и направляется в абсорберы. В адсорбере истощённый раствор моноэтаноламина насыщается углекислым газом. Насыщенный СО2 раствор моноэтаноламина, пройдя через теплообменник, подаётся в десорбер, где из него при нагреве паром до кипячения выделяется поглощённый СО2. Обеднённый раствор охлаждается в теплообменнике и подается обратно в абсорбер. Отобранный СО2 охлаждается, поступает в промывную колонку, где из него удаляются пары абсорбента. Затем газ сжимается в сухом компрессоре до давления конденсации и поступает в блок осушки и окончательной очистки. В блоке конденсаторов СО2 сжижается при охлаждении оборотной водой, и накапливается в стационарной изотермической цистерне. Сбросное низкопотенциальное тепло при работе станции, можно успешно использовать, к примеру, для обогрева теплиц. Углекислотные станции абсорбционно-десорбционного типа, имеющие непосредственный узел сжигания природного газа либо другого углеводородного топлива (генераторный газ, биогаз, сопутствующий газ, дизельное топливо, керосин, мазут, кокс и другие), не нуждаются в котельной, и также обеспечивают производительность от 1 до 50 т диоксида углерода в сутки. Топливо сгорает в футерованной камере сжигания, которая конструктивно совмещена с нагревателем водного раствора моноэтаноламина. Основную долю тепла продукты горения отдают раствору, окончательно охлаждаются водой в скруббере и поступают в абсорбер для извлечения СО2 раствором моноэтаноламина. Дальнейший технологический процесс аналогичен технологическому процессу станции, перерабатывающие сбросные газы котельной. Оборудование углекислотной станции при технической возможности может быть установлено в помещении котельной, либо во вновь построенном помещении. В случае невозможности строительства оборудование может быть смонтировано в один или несколько 40-футовых морских контейнеров. Контейнер должен быть установлен на территории примыкающей к зданию котельной, в непосредственной близости от дымоходов. Все типы станций оснащаются современной компьютеризированной системой контроля технологического процесса, включающую более 70 точек контроля состояния, обслуживаемые высокоточными датчиками температуры, давления, влажности, концентрации СО2, расхода жидкости и газа. Система контроля позволяет вести локальный и удалённый контроль всех датчиков, собирать и обрабатывать первичную информацию, автоматически устранять аварийные ситуации, способна к самообучению и прогнозированию будущих ситуаций. Система управления технологическим процессом позволяет локально или дистанционно управлять работой каждого узла отдельно и станцией в целом. Обеспечивает автоматическую защиту и блокировку оборудования при нарушении нормальной работы; самостоятельно сливает конденсат. Оборудование станции является пожаробезопасным. Обслуживание станции не требует специальных навыков и может осуществляться работниками котельной после дополнительного обучения. Рабочий ресурс станции при правильном обслуживании составляет более 15 лет без замены и ремонта основных деталей и механизмов. Несмотря на высокую степень совершенства технологического процесса и надёжность типового оборудования, в некоторых ситуациях применение углекислотных станций абсорбционно-десорбционного типа на жидких сорбентах не очень удобно. Это вызвано в первую очередь значительными энергетическими затратами на процесс десорбции чистого СО2 и требованием непрерывности процесса работы в течение длительного времени, большой инерционностью технологических процессов. Для стабильной работы станции требуется постоянное процентное содержания СО2 в дымовых газах (не менее 8%). Оборудование станции чувствительно к превышению содержания в дымовых газах О2 (допускается не более 4%) из-за возможной дегенерации жидкого абсорбента. Применяемые жидкие сорбенты химически агрессивны по отношению к металлам. Станции этого типа недёшевы вследствие значительной металлоёмкости и применения дорогостоящих насосов и компрессоров. Углекислотные станции
адсорбционно-десорбционного типа Перспективная группа более простых в устройстве и эксплуатации углекислотных станций (для использования сырья 3-й группы), работа которых основана на принципе селективной адсорбции СО2 твёрдыми сорбентами. Предлагаемые сорбенты: искусственные цеолиты, промышленные активированные угли – дешевы и экологически безопасны. В процессе выделения СО2 попеременно работают два адсорбера: один находится в стадии адсорбции, в другом осуществляется процесс десорбции. Процесс десорбции может осуществляться путём нагрева адсорбента, или изменением давления в абсорбере. Опасность коррозии металлических частей практически отсутствует. К достоинствам станций этого типа относится в первую очередь значительно меньшие энергетические затраты на процесс десорбции чистого СО2 по сравнению с классическим абсорбционно-десорбционным процессом, относительно малая чувствительность к изменению содержания СО2 и О2 в сырьевых газах. Существует возможность включать и выключать подобную станцию в любое время по необходимости. Для внедрения в агропромышленный комплекс требуется дополнительный НИОКР. Углекислотные станции криогенного типа Новое направление по созданию высокотехнологичных углекислотных станций (для использования сырья 3-й группы), принцип работы которых основан на получении СО2 в твёрдом виде путём десублимации в потоке расширяющейся газовой смеси. При получении СО2 этим способом, сразу вырабатывается сухой лёд высокой чистоты, который при необходимости может быть превращён в жидкую низкотемпературную углекислоту. Станции изготавливаются по индивидуальному проекту производительностью от 1,5 до 4 т твёрдого диоксида углерода в сутки. Сырьевая газовая смесь охлаждается в водяном теплообменнике для удаления водяного конденсата, затем охлаждается в парных регенераторах до температуры насыщения диоксида углерода и под высоким давлением направляется в турбодетандер. При расширении газового потока в детандере, СО2 десублимируется и в виде кристаллической пыли отделяется от потока в сепараторе. Затем снегообразный диоксид углерода прессуется в блоки или гранулы сухого льда, либо ожижается в низкотемпературную углекислоту. Холодный газовый поток возвращается в один из регенераторов для охлаждения сырьевой смеси, а затем выводится из установки. К достоинствам станций этого типа относятся в первую очередь наименьшие энергетические затраты на процесс выделения чистого СО2 по сравнению с традиционными физико-химическими процессами. Технологический процесс нечувствителен к увеличению содержания О2 в сырьевых газах, но снижение содержания СО2 приводит к уменьшению производительности станции и некоторому росту затрат электроэнергии. (При начальной концентрации СО2 в газовой смеси более 10%, целесообразно использовать осевой турбодетандер. При низких концентрациях СО2 в газовой смеси следует использовать центростремительный турбрдетандер.) Существует возможность останавливать и возобновлять технологический процесс в любое время, время выхода на рабочий режим около 1,5 часов. Для технического обслуживания подобных станций требуются квалифицированные специалисты по расширительным холодильным машинам. Установки в целом готовы для внедрения в агропромышленный комплекс России. Углекислотные станции мембранного типа Простые по конструкции углекислотные станции, применяемые в основном для концентрирования СО2 из метаносодержащих газовых смесей (сырьё 3-й группы – природный и нефтяной газ при добыче, биогаз из метантенков), принцип работы которых основан на мембранном разделении газов. С момента появления первых промышленных образцов в начале 80-х годов, технология мембранного газоразделения совершила огромный скачок и получила широкое распространение. Синтетические полимерные мембраны – тонкие полимерные плёнки, которые ведут себя как селективные барьеры для газовых смесей. Различают мембраны двух видов: половолоконные и плоские мембраны. Половолоконная мембрана состоит из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем толщиной не более 0,1 мкм, что обеспечивает высокую удельную проницаемость газов. Пористое волокно имеет сложную асимметричную структуру подложки, причём плотность полимера возрастает по мере приближения к внешней поверхности волокна, что позволяет разделять газы при высоких давлениях. Разделение газовой смеси происходит за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконных мембран, плотно упакованных в мембранный картридж специальной конструкции, в который под давлением нагнетается сырьевой газ. Газы, медленно проникающие через мембрану (например, CO, N2, CH4), выходят из мембранного модуля через выходной патрубок. Газы, быстро проникающие через полимерную мембрану (например, H2, CO2, O2), поступают внутрь волокон и выходят из мембранного картриджа через другой выходной патрубок для дальнейшего использования. Плоские мембраны в последнее время нашли своё применение в мембранных интегрированных системах. Эти устройства, предназначенный для разделения смеси двух газов, состоит из двух модулей: абсорбционного и десорбционного, между которыми циркулирует жидкость (абсорбент). Исходная смесь газов проходит над плоской полимерной мембраной в абсорбционном модуле. Лучше всего проникающий компонент газовой смеси селективно диффундирует через полимерную мембрану в движущуюся под ней жидкость, поглощается этой жидкостью и уносится ею в десорбционный модуль. Плохо проникающий компонент газовой смеси удаляется из абсорбционной ячейки. Дегазация жидкости происходит в десорбционном модуле через вторую плоскую полимерную мембрану. Из десорбера выходит в основном высокопроницаемый компонент газовой смеси. Таким образом, интегрирование в единую систему методов мембранной технологии и абсорбции позволяет создать высокоэффективные газоразделительные устройства, которые наследуют такие положительные черты мембранных аппаратов, как высокая компактность устройства и лёгкость масштабирования, малую чувствительность к изменению состава сырьевого газа, устраняет необходимость очистки газообразного продукта от паров абсорбента. Традиционные недостатки мембранной технологии, как сравнительно низкая селективность и ограниченный набор мембранных материалов, компенсируются высокой селективностью адсорбционных методов и широким набором жидких химических и физических носителей. Важное преимущество мембранной интегрированной системы – независимые друг от друга скорости и направления движения жидкой и газовой фазы, что позволяет гибко настраивать технологический процесс. К достоинствам станций этого типа относятся в первую очередь меньшие энергетические затраты на процесс выделения (концентрирования) чистого СО2 по сравнению с традиционными физико-химическими процессами. Технологический процесс мало чувствителен к изменению содержания СО2 в сырьевых газах. Существует возможность останавливать и возобновлять технологический процесс в любое время. Для технического обслуживания подобных станций требуются квалифицированные специалисты. Для внедрения в агропромышленный комплекс требуется дополнительный НИОКР. Технико-экономические показатели Цена на диоксид углерода высшего сорта зависит от формы, в которой он находится. Углекислота в баллонах намного дороже, чем в изотермических цистернах, цена гранулированного сухого льда из-за дефицитности значительно превышает цену на сухой лёд в брикетах.
Категория: Мои статьи | Добавил: suhled (21.10.2010)
Просмотров: 10868 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]