गैसीय प्रदूषण के अवशोषण (गणना के साथ)

गैसीय प्रदूषकों के अवशोषण के बारे में जानने के लिए इस लेख को पढ़ें: - 1. अवशोषण प्रक्रिया का परिचय 2. अवशोषण सिद्धांत 3. अवशोषण उपकरण और 4. पैक्ड टॉवर डिज़ाइन दृष्टिकोण।

अवशोषण प्रक्रिया का परिचय:

जब कुछ गैसीय प्रदूषक युक्त अपशिष्ट गैस को एक तरल के सीधे संपर्क में लाया जाता है, तो कुछ प्रदूषक तरल में स्थानांतरित हो सकते हैं। यह स्थानांतरण प्रक्रिया या तो तरल में प्रदूषकों के घोल के कारण हो सकती है या तरल के साथ प्रदूषकों के रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण या तरल में मौजूद कुछ रासायनिक (ओं) के साथ हो सकती है।

किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के बिना स्थानांतरण प्रक्रिया को भौतिक अवशोषण के रूप में कहा जाता है और रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ अवशोषण के रूप में कहा जाता है। भौतिक (भौतिक) अवशोषण प्रक्रिया में विलेय (गैसीय प्रदूषक) को अवशोषित के रूप में और विलायक (तरल) को शोषक के रूप में कहा जाता है। अवशोषित करने वाली गैस को वाहक गैस के रूप में जाना जाता है।

यह प्रक्रिया एक प्रतिवर्ती है, अर्थात् कुछ परिस्थितियों में विलेय का स्थानांतरण गैस चरण से तरल चरण में होता है और कुछ अन्य परिस्थितियों में स्थानांतरण विपरीत दिशा में होता है। अन्य प्रक्रिया, अर्थात्, रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ अवशोषण एक अपरिवर्तनीय है, अर्थात्, स्थानांतरण केवल गैस चरण से होता है।

शारीरिक अवशोषण प्रक्रिया निम्न चरणों के माध्यम से होती है:

1. विलेय (गैसीय) अणु गैस चरण के थोक से आणविक और / या एड़ी प्रसार द्वारा गैस-तरल चरण सीमा (इंटरफ़ेस) में स्थानांतरित होते हैं;

2. इंटरफ़ेस में अवशोषित अणुओं का स्थानांतरण;

3. आणविक और / या एड़ी प्रसार द्वारा शोषक के थोक में अवशोषित अणुओं का स्थानांतरण।

रासायनिक प्रतिक्रिया प्रक्रिया के साथ अवशोषण के मामले में पहले दो चरण एक शारीरिक अवशोषण प्रक्रिया के समान होते हैं। हालांकि, तीसरे चरण के दौरान शोषक अणु शोषक में मौजूद अभिकारक के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और नए यौगिक का निर्माण करते हैं।

अवशोषण सिद्धांत:

एक गैस चरण और एक तरल चरण के बीच एक रासायनिक प्रजाति का स्थानांतरण चरणों के बीच प्रजातियों के संभावित अंतर के कारण होता है। इस संभावित अंतर को रासायनिक संभावित ढाल के रूप में जाना जाता है। जब एक प्रजाति की रासायनिक क्षमता दो चरणों में एक दूसरे के संपर्क में समान हो जाती है, तो उन्हें संतुलन में कहा जाता है।

इस शर्त के तहत, प्रजातियों का कोई शुद्ध अंतरण चरणों के बीच नहीं होता है। जब चरण एक प्रजाति के संबंध में संतुलन में नहीं होते हैं, तो इसका स्थानांतरण उस चरण से होता है जिसमें इसकी रासायनिक क्षमता दूसरे चरण के लिए अधिक होती है जिसमें इसकी क्षमता कम होती है।

किसी विशेष चरण में किसी प्रजाति की रासायनिक क्षमता संबंधित होती है, लेकिन उस चरण में उसकी एकाग्रता के बराबर नहीं। जब दो चरण, एक दूसरे के संपर्क में, एक प्रजाति के संबंध में संतुलन तक पहुंचते हैं, तो संबंधित चरणों में इसकी एकाग्रता एक दूसरे से संबंधित होगी। इस तरह के संबंध को संतुलन संबंध कहा जाता है। गैस-तरल प्रणाली में रासायनिक प्रजातियों के संतुलन संबंध को आश्रित के रूप में व्यक्त किया जा सकता है और यह एकाग्रता (एक्स _ए ) पर निर्भर भी हो सकता है।

H _A का संख्यात्मक मान विलेय-सॉल्वेंट सिस्टम पर निर्भर करता है। आमतौर पर यह तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है।

संतुलन सम्बन्ध की एक वैकल्पिक अभिव्यक्ति है

एक क्षेत्र (गैस) से दूसरे चरण (तरल) तक की प्रजाति के सामूहिक स्थानांतरण की दर प्रतिसाद क्षेत्र की प्रति यूनिट व्यक्त की जाती है

जहाँ N = _a विलेय का मोल A गैस के चरण से तरल चरण में प्रति इकाई समय में प्रति यूनिट इंटरकैशियल क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाता है,

ky _A, k _XA = व्यक्तिगत गैस / तरल चरण द्रव्यमान अंतरण गुणांक क्रमशः,

क्यू _ए, के _{एक्सए} = समग्र गैस / तरल चरण द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक क्रमशः,

y * = संतुलन गैस चरण एकाग्रता बल्क तरल चरण एकाग्रता X _{1 के} अनुरूप है,

एक्स * = संतुलन तरल चरण एकाग्रता थोक गैस चरण एकाग्रता y _{जी के} अनुरूप,

एक्स ₁, एक्स ₁ = क्रमशः इंटरफ़ेस और थोक तरल चरण में विलेय सांद्रता।

y _i, y _g = इंटरफ़ेस और बल्क गैस चरण में क्रमशः सॉल्यूशन एकाग्रता।

व्यक्तिगत और समग्र स्थानांतरण गुणांक संबंधित हैं।

समीकरण (4.45) और (4.46) उनके संबंध दर्शाते हैं।

व्यक्तिगत द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक k _x और k _{y की} गणना अनुभवजन्य समीकरणों का उपयोग करके की जा सकती है, जिन्हें आम तौर पर α, m और n के रूप में व्यक्त किया जाता है, जिनके संख्यात्मक मान अवशोषक इंटर्नल पर निर्भर करते हैं। इनकी प्रासंगिक जानकारी मास ट्रांसफर की किताबों में मिल सकती है।

जहाँ Sh = Sherwood, k _l / D _AB

रे = रेनॉल्ड्स संख्या, लू ρ / number

Sc = श्मिट संख्या µ / ρ D _AB

l = अवशोषक इंटर्नल की विशेषता आयाम

यू = अवशोषक में रैखिक तरल पदार्थ का वेग

डी _एबी = प्रजातियों ए और बी के मिश्रण में प्रजातियों ए की आणविक विचलन

µ = द्रव चिपचिपापन,

ρ = द्रव घनत्व

अवशोषण उपकरण:

एक अवशोषण उपकरण का उद्देश्य एक दूसरे के साथ अंतरंग संपर्क में एक गैस स्ट्रीम और एक तरल धारा लाना है ताकि एक विलेय (गैसीय प्रदूषक) गैस चरण से तरल चरण में आसानी से स्थानांतरित हो सके। यहां यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस प्रक्रिया से एक प्रदूषक को केवल एक गैस चरण से एक तरल चरण में स्थानांतरित किया जाता है और इसे एक अहानिकर पदार्थ में परिवर्तित नहीं किया जाता है। यदि यह अपने आर्थिक मूल्य के कारण विलेय को पुनर्प्राप्त करने के लिए वांछित है, तो इसे समाधान से बाद में उतारा जाना है।

एक अवशोषण प्रक्रिया को पूरा करने के लिए जिन उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है, वे हैं: पैक्ड टॉवर, प्लेट टॉवर, स्प्रे चैंबर और वेंटुरी स्क्रबर। इनमें से सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला उपकरण एक पैक्ड टॉवर है, जो काफी कुशल और अपेक्षाकृत कम खर्चीला है। यह एक बेलनाकार ऊर्ध्वाधर स्तंभ है जिसके अंदर पैकिंग होती है।

पैकिंग प्लास्टिक या धातु या मिट्टी के पात्र से बना हो सकता है, जो गैस-तरल संपर्क के लिए प्रति यूनिट पैक मात्रा में बड़ा सतह क्षेत्र प्रदान करता है। विभिन्न ज्यामितीय और आकारों की पैकिंग उपलब्ध हैं। पैकिंग ज्यामिति और आकार चुनने के मानदंड बड़े सतह क्षेत्र, उच्च बेड शून्य अंश और कम लागत वाले हैं। उच्च बेड शून्य अंश गैस और तरल प्रवाह के लिए कम प्रतिरोध प्रदान करता है।

एक पैक बिस्तर के अन्य आंतरिक एक तरल वितरक, पुनर्वितरणकर्ता (एस), एक पैकिंग समर्थन और एक गैस वितरक हैं। आम तौर पर एक पैक्ड टॉवर में तरल फिल्मों के रूप में पैकिंग सतह पर नीचे बहती है और तरल फिल्मों के बीच शून्य स्थान से गैस बहती है।

प्लेट टॉवर तीन अलग-अलग प्रकार के होते हैं: चलनी प्लेट, बबल कैप प्लेट और वाल्व ट्रे। एक प्लेट टॉवर एक बेलनाकार बर्तन है जिसमें कई क्षैतिज प्लेट एक दूसरे के ऊपर खड़ी होती हैं, जो एक दूसरे से कुछ दूरी पर स्थित होती हैं। एक टॉवर के शीर्ष पर प्रवेश करने वाला शोषक (तरल) प्रत्येक प्लेट के पार बहता है और प्रत्येक प्लेट पर एक पूल बनाते हुए, नीचे गिरता है।

एक विलेय / विलेय (प्रदूषक) युक्त गैस टॉवर के निचले भाग में प्रवेश करती है और ऊपर बहती है। यह छोटे छेद और बुलबुले के माध्यम से तरल पूल के माध्यम से प्रत्येक प्लेट में प्रवेश करता है। पूल के माध्यम से गैस बुलबुले होने पर गैस चरण से तरल चरण में विलेय का स्थानांतरण होता है।

छलनी प्लेटों के मामले में छेद (जिसके माध्यम से गैस का प्रवाह होता है) छोटे होते हैं और जिन्हें ढंका नहीं जाता है। बबल कैप ट्रे और वाल्व ट्रे के मामले में छेद बड़े व्यास (छलनी प्लेटों की तुलना में) के होते हैं और आंशिक रूप से कवर होते हैं। प्लेट टावरों काफी कुशल हैं लेकिन वे पैक टावरों की तुलना में अधिक महंगे हैं।

स्प्रे कक्ष पैकिंग के साथ या उसके बिना हो सकते हैं। तरल को स्प्रे के रूप में शीर्ष पर पेश किया जाता है और यह नीचे बहती है, जबकि गैस का प्रवाह क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर हो सकता है। ये आम तौर पर पैक्ड / प्लेट टावरों की तुलना में कम कुशल होते हैं।

वेंटुरी स्क्रबर्स में गैस और लिक्विड दोनों को एक वेंटुरी के कंवर्टर अंत में पेश किया जाता है और वे समवर्ती रूप से प्रवाहित होते हैं। कुछ उपकरणों में तरल को गले में पेश किया जाता है। जैसा कि तरल छोटी बूंदों में टूट जाता है, यह बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के लिए बड़े संपर्क क्षेत्र प्रदान करता है। अवशोषक के रूप में इसकी दक्षता कम है।

जब इसे या तो पैक्ड टॉवर या प्लेट टॉवर के उपयोग की योजना बनाई जाती है, तो पार्टिकुलेट मैटर को हटाने के लिए गैस स्ट्रीम को पूर्व-उपचार किया जाना चाहिए, अन्यथा टावर में कण जमा हो सकते हैं और इस तरह इसे रोक सकते हैं। हालांकि, जब एक स्प्रे चैंबर (पैकिंग के बिना) या एक वेंचुरी स्क्रबर को अवशोषक के रूप में प्रयोग किया जाता है, तो गैस की पूर्व-सफाई आवश्यक नहीं है

पैक टॉवर डिजाइन दृष्टिकोण:

चूँकि पैक्ड अवशोषण स्तंभों का उपयोग गैस धाराओं से गैसीय प्रदूषकों को अवशोषित करने के लिए अधिक बार किया जाता है, इसलिए इस तरह के स्तंभ का डिज़ाइन दृष्टिकोण यहाँ की गड़बड़ी है।

एक पैक कॉलम में अवशोषण से पहले एक प्रभावशाली गैस धारा को निम्नलिखित पूर्व उपचारों से गुजरना चाहिए:

प्रभावशाली गैस धाराओं के ठंडा होने से इसके प्रवाह की दर कम हो जाती है और चुने हुए विलायक में प्रदूषक (एस) की विलेयता बढ़ जाती है। परिणामस्वरूप अवशोषक का आकार छोटा होगा और आवश्यक विलायक की मात्रा कम होगी।

अवशोषण के दौरान, गैस प्रवाह में मौजूद प्रत्येक प्रदूषक को कुछ हद तक या अन्य में हटा दिया जाएगा, जिसमें चयनित विलेयता पर निर्भर करता है। एक विलायक मुख्य रूप से एक विशिष्ट प्रदूषक को हटाने के लिए चुना जाता है और एक अवशोषक को डिज़ाइन किया जाता है ताकि उस विशिष्ट प्रदूषक को हटाने की वांछित डिग्री प्राप्त की जा सके।

उपयुक्त विलायक का चयन करते समय जिन कारकों / मापदंडों पर विचार किया जाना है, वे हैं:

1. लक्षित अवशोषण की उच्च विलेयता,

2. ऑपरेटिंग तापमान पर विलायक का कम वाष्प दबाव,

3. कम कीमत,

4. कम / शून्य विषाक्तता, और

5. क्या विलायक को पुनर्प्राप्त और पुन: उपयोग किया जाना है।

अवशोषक को डिजाइन करने के लिए आवश्यक डेटा और जानकारी निम्नलिखित हैं:

(i) वाहक गैस की अधिकतम (अपेक्षित) प्रवाह दर, G तिल / घंटा;

(ii) प्रभावशाली गैस धारा का तापमान और दबाव;

(iii) प्रभावी और इसके हटाने की वांछित डिग्री में लक्षित प्रदूषक का एकाग्रता;

(iv) घुलनशीलता डेटा / संतुलन संबंध;

और (v) पैकिंग का प्रकार, उसका आकार और अन्य विशेषताएँ।

एक बार ये जानकारी उपलब्ध हो जाने के बाद, उपयुक्त समीकरणों का उपयोग करके निम्नलिखित की गणना करने में सक्षम होगा और इस तरह एक उपयुक्त अवशोषक डिजाइन करेगा

(i) आवश्यक विलायक प्रवाह दर, एल तिल / घंटा,

(ii) स्तंभ व्यास D,

(iii) कॉलम ऊंचाई Z,

(iv) भरे हुए पलंग पर दबाव गिरना।

आवश्यक विलायक दर:

न्यूनतम विलायक दर (L _mjn ) की गणना यह मानकर की जा सकती है कि अवशोषक छोड़ने वाला विलायक प्रभावशाली गैस धारा में घुली हुई सांद्रता के संबंध में संतृप्त हो जाएगा। चित्रा 4.11 एक पैक अवशोषक का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है।

एल _{मिनट के} लिए एक अभिव्यक्ति एक अवशोषक में विलेय संतुलन समीकरण को पुन: व्यवस्थित करके प्राप्त की जाती है,

एल _मिनट = जी (वाई ₁ -वाई ₂ ) / एक्स * ₁ - एक्स ₂

जहाँ X ₁, * = Y ₁ / m

X _l, X ₂ = आउटलेट और इनलेट में सॉल्वेंट सॉल्यूशन क्रमशः, तिल अनुपात इकाई में,

वाई ₁, वाई ₂ = गैस चरण में इनलेट और आउटलेट पर क्रमशः कुल अनुपात इकाई में सॉल्यूशन एकाग्रता।

अभ्यास में एक्स ₂ और एक्स ₁, जाना जाएगा। Y ₂ को हटाने की अपनी वांछित डिग्री के माध्यम से Y ₁ से संबंधित होगा, अर्थात, हटाने की दक्षता,

Y ₂ = Y ₁, (1-= _r ), removal _r = निष्कासन दक्षता,

Eq का उपयोग करते हुए एल _मिनट का मूल्यांकन। (४.४ if) उचित होगा यदि संतुलन संबंध रैखिक थे, अर्थात, Y = mX और X का स्वतंत्र x। ज्यादातर मामलों में गैस चरण में विलेय (प्रदूषक) सांद्रता कम होगी और इसलिए मीटर X से स्वतंत्र होगा।

वास्तविक विलायक दर सामान्य रूप से लिया जाता है

एल _{वास्तविक}, = 1-25 से एल _मिनट से 2.0 गुना।

यह यहाँ बताया जाना चाहिए कि एक अवशोषक को कभी भी L _{वास्तविक} - L _मिनट लेने के लिए डिज़ाइन नहीं किया जाता है क्योंकि इससे Z _Q का मूल्य बहुत अधिक होगा।

जैसा कि L _{वास्तविक} वृद्धि हुई है परिकलित स्तंभ की ऊंचाई घट जाएगी, लेकिन स्तंभ क्रॉस सेक्शन बढ़ जाएगा। एल _{वास्तविक} को अंततः कुल लागत (प्रारंभिक लागत से अधिक परिचालन लागत) के दृष्टिकोण से तय किया जाना चाहिए। एक अन्य कारक जिसे एल _{वास्तविक के} आकलन के लिए ध्यान में रखा जाना चाहिए, कॉलम में पैकिंग को गीला करने के लिए आवश्यक न्यूनतम तरल दर है।

कॉलम व्यास:

किसी दिए गए गैस और तरल प्रवाह की दरों पर यदि स्तंभ का व्यास कम हो जाता है, तो स्तंभ में तरल पकड़ (स्तंभ में किसी भी पल में तरल का द्रव्यमान) बढ़ जाएगा। इससे कॉलम के माध्यम से गैस के प्रवाह के लिए उपलब्ध शून्य स्थान में कमी होगी। नतीजतन गैस का वेग (रैखिक) बढ़ेगा और बिस्तर के पार गैस का दबाव भी बढ़ेगा।

उच्च गैस पक्ष दबाव ड्रॉप तरल प्रवाह में बाधा डालती है। यदि स्तंभ का व्यास और कम हो जाता है, तो स्तंभ तरल से भर जाएगा। इस स्थिति को बाढ़ कहा जाता है। इस स्थिति में गैस द्रव्यमान वेग को बाढ़ वेग कहा जाता है। ऑपरेटिंग गैस वेग 60 से 75% बाढ़ के वेग के रूप में लिया जाता है। वास्तविक ऑपरेटिंग गैस वेग के आधार पर स्तंभ क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को ईक का उपयोग करके गणना की जाती है। (4.49)।

जहां एक _कोल = कॉलम क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र,

जी _एन = बाढ़ पर सतही गैस द्रव्यमान वेग,

एफ = बाढ़ के वेग का अंश जिसके अनुरूप एक स्तंभ पार अनुभाग अनुमानित है = 0.6 से 0.75,

और एम _जी = गैस (मिश्रण) आणविक भार।

जी _n गैस और तरल भौतिक गुणों जैसे पी _जी, पी _एल, packing _एल, पैकिंग विशेषताओं और तरल से गैस द्रव्यमान प्रवाह प्रवाह अनुपात पर निर्भर करता है। मास ट्रांसफर पर मानक पुस्तकों में उपलब्ध भूखंडों की मदद से इसका अनुमान लगाया जा सकता है।

कॉलम ऊंचाई:

एक स्तंभ के एक मौलिक पैक ऊंचाई (छवि। 4.11) में स्थिर राज्य विलेय संतुलन समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है

इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि विलेय को गैस चरण से तरल चरण में स्थानांतरित किया जाता है, (4.50) को फिर से लिखा जा सकता है

जहाँ एक = प्रति यूनिट सतह पैकिंग क्षेत्र बिस्तर की मात्रा को पैक करता है।

पैक बिस्तर ऊंचाई Eq के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त करने के लिए। (4.51) पुनर्व्यवस्थित और एकीकृत है। परिणामी समीकरण है

जेड ₀ इस प्रकार गणना एक अवशोषक के पैक किए गए खंड की ऊंचाई के लिए है, जो कि गैस चरण में प्रदूषक एकाग्रता को वाई ₁ से वाई ₂ तक कम करने के लिए आवश्यक है। किसी स्तंभ की वास्तविक ऊँचाई Z _O से अधिक होगी ताकि पैक्ड वर्गों, गैस वितरक, एक पैकिंग समर्थन और एक तरल सील के बीच में एक डिमिस्टर और एक तरल वितरक के लिए जगह प्रदान की जा सके। तल पर।

पैक्ड टॉवर के पार दबाव ड्रॉप:

पहले से तय किए गए ऑपरेटिंग मापदंडों के आधार पर गैस / तरल प्रणाली के भौतिक गुणों और पैकिंग विशेषताओं के आधार पर एक कॉलम के पैक अनुभाग में दबाव ड्रॉप का अनुमान लगाने के लिए एपी / जेड (प्रति यूनिट पैक बेड ऊंचाई पर दबाव ड्रॉप) का पता चलता है। मास ट्रांसफर पर पुस्तकों में उपलब्ध जानकारी का उपयोग करना। इस जानकारी का उपयोग करके पैक बिस्तर के पार दबाव ड्रॉप का अनुमान Eq की मदद से किया जाता है। (4.53),