Очистка отходящих газов в производстве тиомочевино-формальдегидных соединений с ацетатами меди, цинка и кобальта

Cleaning of exhaust gas in manufacture of thiourea formaldehyde compounds with copper, zinc and cobalt acetates
Цитировать:
Аскаров И.Р., Исаков Х., Усманов С. Очистка отходящих газов в производстве тиомочевино-формальдегидных соединений с ацетатами меди, цинка и кобальта // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 12 (57). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6747 (дата обращения: 21.01.2022).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье преследовалась цель обобщить процессы улавливания пыли и формальдегида в производстве мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений с добавками ацетатов меди, цинка и кобальта. А также установить оптимальный режим этих процессов и разработать рациональную принципиальную схему и конструкцию аппаратуры, с помощью которой можно осуществлять комплексную очистку пыли и формальдегида с возвратом их в технологический процесс.

ABSTRACT

In the article the processes of dust and formaldehyde catching in the production of urea- and thioureaformaldehyde compounds with addition of copper, cobalt and zinc acetates were generalized. Optimal regime of these processes was given and a technological scheme and equipment for complex purification with dust and formaldehyde recucle were proposed.

 

Ключевые слова: монометилолтиомочевина, ацетаты меди, цинка, кобальта, формальдегид, конденсация, очистка, технологическая схема.

Keywords: monomethylthiourea, copper acetates, zinc, cobalt, formaldehyde, condensation cleaning, technology system.

 

Задача наших исследований – обобщить процессы улавливания пыли и формальдегида в производстве мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений с добавками ацетатов меди, кобальта и цинка, установить оптимальный режим этих процессов и разработать рациональную принципиальную схему и конструкцию аппаратуры, с помощью которой можно осуществлять комплексную очистку пыли и формальдегида с возвратом их в технологический процесс.

В процессе получения мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений в виде сухих продуктов можно использовать аппараты БГС, распылительные сушилки, аппараты с псевдоожиженным слоем. При этом во всех случаях происходит пылеунос и выделение паров формальдегида в газовую фазу.

В.И. Левш, Н.И. Кушнер [5] приводят результаты исследовании улавливания мелкодисперсных пылей в аппаратах с псевдоожиженной насадкой.

В [2] авторы предлагают в производстве мочевино-формальдегидных удобрений после аппарата БГС для улавливания пыли применять прямоточный аппарат с плавающей насадкой в режиме восходящего прямотока, а для улавливания формальдегида – абсорбер на провальных шариковых тарелках в режиме динамической пены.

В.Г. Синолиций [6], Т. Тогатаев [7]испытывали процессы улавливания пыли и формальдегида соответственно в производстве мочевино-формальдегидных удобрений и стимуляторов роста растений на основе монометилолтиомочевинных и ацетатов меди, цинка и кобальтана проточном скруббере с витающей кольцевой насадкой и противоточном скруббере с провальными тарелками в режиме динамической пены.

В зависимости от характера продукта применяли различные типы аппаратов для сушки. Если продукт получается в виде удобрении, его сушат и гранулируют преимущественно в аппаратах БГС, если в виде порошка, то его сушат в аппаратах кипящего слоя или распылительных сушилках. При оптимальных условиях ведения процесса получения сухих продуктов (мочевино-формальдегидных соединений) на всех сушильных и сушильно-грануляционных аппаратах содержание пыли в газах после них составляет 170-300 мг/м3, а размер частиц пыли находится в интервале 0,8-5,1 мкм, в том числе от 2,0 до 5,1 мкм– 66%, от 0,8 до 1,3 мкм – 30% и менее 8 мкм – 4%. Формальдегида в выхлопных газах содержится 0,2-0,35 г/м3.

Запыленность газа определяли по методике [1], содержание формальдегида в газе – по методике [3].

В процессе получения тиомочевино-формальдегидных соединений с ацетатами цинка, меди и кобальта в составе отходящих газов со­держится мелкодисперсная пыль продукта и формальдегид [4]. В данной статье приведены результаты исследования по изучению состава пыли, содержащей целевой продукт, и формальдегида в опытно-промышленных условиях.

В табл. 1 приведены данные запыленности газового потока после распылительной сушилки. Измерения производили с помощью импактора конструкции НИИОгаз.

Таблица 1.

Общий фракционный состав пыли после распылительной сушилки

NN

n/n

Название соединения

Общая запыленность,мг/м3

Фракционный состав пыли

Размер частиц аэрозоля, мкм

Массовая доля частиц, %

1.

NH2CSNHCH2OH·Cu(CH3COO)2·H2O

180

5,1

19,7

     

3,4

14,3

     

2,7

13,9

     

2,0

10,3

     

1,3

9,2

     

0,8

4,5

     

0,8

0,6

2.

NH2CSNHCH2OH·Zn(CH3COO)2·2H2O

190

5,1

18,4

     

3,4

15,5

     

2,7

12,2

     

2,0

10,6

     

1,3

12,2

     

0,8

11,8

     

0,8

0,4

3.

NH2CSNHCH2OH·Co(CH3COO)2·4H2O

170

5,1

13,8

     

3,4

17,5

     

2,7

8,2

     

2,0

8,0

     

1,3

15,9

     

0,8

21,1

     

0,8

0,9

     

0,7

19,1

 

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в составе пыли стимуляторов роста растений преобладают мелкодисперсные частицы размером 0,8 до 5 мкм, эффективным способом улавливания которых является применение скоростного прямоточного скруббера с витающей кольцевой насадкой (ВН).

В задачу данных исследований входило определение гидродинамического сопротивления аппарата ВН и определение оптимальных технологических параметров пылеулавливания. Исследования проводили на опытном пылегазоулавливающем аппарате (рис.1) на вентиляционном участке УзКТЖМ.

Опытный газоулавливающий аппарат (рис.1) состоит из прямоточного скруббера с витающей кольцевой насадкой (1), диаметром 350 мм и высотой 1200 мм. Верхняя часть аппарата снабжена сепаратором (2) инерционного типа, диаметром 800 мм и высотой 500 мм, внутри которого установлена сетка, предотвращающая брызгоунос и выброс насадки. В нижней части аппарата расположен шламосборник (3) объемом 2,0м3, к которому поступает из сепаратора шлам содержащая жидкость. Чистая вода поступает на подпитку через вентиль(4). После отстаивания шлама осветленная вода с помощью насоса (5) подается на орошение колонны. Расход осветленной жидкости регулируется вентилем (6) по показаниям расходомера (7).

Полученная суспензия (шлам) периодически возвращается в технологический цикл через вентиль (8). Воздух в аппарат подавался центробежным вентилятором высокого давления (9), производитель­ностью 4÷5 тыс.м3 и напором до 400 мм вод.ст.

В нижней части рабочей зоны аппарата (1) установлена решетка рационально-колосникового типа (10), живым сечением 50%, на которой расположен слой насадки (11) высотой 200-250 мм. В качестве насадки использованы резиновые кольца размером 40x40 мм. Жидкость на орошение колонны подавалась компактной струей через патрубок (12) в центральную часть тарелки, распределение жидкости посече­ниюаппарата осуществлялось за счет движения насадки.

 

Рисунок 1. Двухступенчатый абсорбер пылегазоочистки с плавающей насадкой в производстве мочевино- и тиомочевино-формальдегидных соединений

 

В аппарате имеется замкнутая система циркуляции, что позволяет достичь необ­ходимой концентрации пыли в суспензии для последующей утилизации. Подача пыли в аппарат осуществлялась пылепитателем (13). Отбор проб производили непосредственно в воздуховоде (14) и после (15) пылеулавливающего аппарата (1). Продолжительность отбора проб зависела от степени запыленности воздуха и длилась 10-30 минут.

Определение запыленности воздуха проводили с помощью аэрозольного фильтра марки АФА-В-18 и электро аспиратора согласно методике (120-172). Для опреде­ления привеса пыли фильтр взвешивали до и после анализа на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Зная привес пыли G, запы­ленность воздуха определяли по формуле:

G = G/V

Количество воздуха, пропущенного за время опыта через фильтр и приведенного к нормальным условиям, вычисляли по уравнению                   

где: Рp– разряжения у расходомера, мм рт.ст.; VH – объем воздуха, отобранного во время замера, м3;Vp, м3–объемная скорость всасываемого воздуха м3 определялась микроманометром;  – время эксперимента, с.; – плотность воздуха при калибровке расходомера, кг/м3; – плотность воздуха при термальных условиях, кг/м3; β-бараметрическое давление, мм рт. ст.; –температура у расходомера, оС.

Для определения степени поглощения формальдегида раствором мочевины отбор проб воздуха производили до и после колонны, про­тягивая газ электроаспиратором (19) через дрексельные склянки (18) в течение 5-10 минут. Концентрацию формальдегида в газовом потоке рассчитывали по результатам химического анализа на содер­жание уловленного формальдегида в дрексельных склянках и расхода через них газа, приведенного к нормальным условиям.

Опыт проводили при скорости воздуха 2-3 м/с, так как при скорости менее 2м/с не создается динамическая пена, а при скорос­ти более 3 м/с наблюдается существенный брызгоунос. Плотность орошения варьировалась в интервале (3-8)·10-3 м/с при температуре 30-50°С. Исследование процесса улавливания формальдегида из газо­воздушной смеси 30%-ным раствором тиомочевины проводили по следу­ющей методике. Сначала в колонну подавали воздух и устанавливали его необходимую скорость. Затем подавали формальдегид из испари­теля (7). Количество подаваемого формальдегида устанавливали по ротаметру (17). Через 3-5 мин. после установления постоянного по­ложения поплавка ротаметра проводился отбор проб для определения начального содержания формальдегида в воздухе. Затем осуществляли орошение колонны раствором тиомочевины и проводили отбор проб газовоздушной смеси, выходящей из аппарата.

На рис.2 и 3 представлены зависимости количества поглощенного формальдегида от скорости газового потока (W) и плотности орошения (L) 30%-ным раствором тиомочевины при температуре 30 и 50оС.

 

Рисунок 2. Зависимость коэффициента поглощения формальдегида от плотности орошения (L)

1. W=2,2 м/с;
2. W=2,6 м/с;
3. W=3,0 м/с.

 

Рисунок 3. Зависимость коэффициента поглощения формальдегида от скорости газового потока (W)

1,3 L=7·10-3м32с;
2,4 L=6·10-3м32с;
1,2 T=30oC;
3,4 T=50oC.

 

Проведенные исследования свидетельствуют, что степень погло­щения формальдегида из газового потока увеличивается с увеличени­ем газового потока и плотности орошения раствора тиомочевины, что объясняется увеличением слоя динамической пены в аппарате, сле­довательно, увеличением времени абсорбционного поглощения формаль­дегида тиомочевиной.

Малое гидравлическое сопротивление проточного скруббера с провальной тарелкой (0,35-0,65 кПа) свидетельствует о перспективности его применения (рис.4).

 

Рисунок 4. Зависимость степени поглощения формальдегида от гидравлического сопротивления газожидкостного слоя скруббера

 

На основании эксперимента, проведенного в колонне с L=300 мм на системе «формальдегидный раствор – тиомочевина– воздух» в процессе поглощения, установлено, что применение раствора тиомочевины с концентрацией 30% масс позволяет обеспечить эффективную очистку газовых выбросов производства на основе низкомолекулярных тиомочевино-формальдегидных соединений ацетатов меди, кобальта, цинка от формальдегида и может быть рекомендовано для промышленного внедрения. Высокая степень улавливания формальдегида (92%) водным раствором тиомочевины достигается при плотностях орошения противоточного скруббера (З-6) ·10-3 м/с и скорости газового потока 3 м/с даже на одной провальной тарелке.

Таким образом, исследован процесс очистки отходящих газов после распылительной сушки при получении на основе низкомолеку­лярных тиомочевино-формальдегидных соединений и ацетатов меди, кобальта, цинка от пыли продукта и формальдегида.

Установлено, что в прямоточном скруббере с витающей кольце­вой насадкой при плотности орошения (4,4-5,5)-10-3 м/с и скорости газового потока 9-10 м/с достигается высокая степень улавливания пыли продукта, равная 97-99%. Определено, что высокая степень улавливания формальдегида в противоточном скруббере с провальной шаровой тарелкой водным раствором тиомочевины концентрацией 30% достигается при скорости газового потока 2,0-3,0 м/с и плотности орошения (3-6)·10-3 м/с.

 

Список литературы:
1. Базелин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии. – М.: Просвещение, 1980. –271 с.
2. Газоочистка в производстве мочевино-формальдегидных удобрений / В.И. Левш, С. Усманов, В.Г. Синолиций и др.//Узбекский химический журнал. – 1985. – № 2. – С. 50-56.
3. Губен-Вейль. Методы органической химии. Методы анализа. – М.: Гос. науч.-техн. издат. хим. лит., 1963. –1032 с.
4. Исаков Х., Аскаров И.Р., Усманов С. Исследование процесса получения стимуляторов роста растений на основе диметилолтиомочевины и ацетатов меди, кобальта и цинка в распылительной сушилке // Химиче-ская технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2017. – № 6 – С. 14-18.
5. Левш В.И., КушнерН.И. «Современные машины и аппараты химических производств». // Мат-лы 2-й Всесоюз. науч.конф. – Чимкент: Б. и., 1980. – С. 417-420.
6. Синолиций В.Г. Разработка безотходной технологии мочевино-формальдегидного удобрения: Автореф. дис. канд. техн. наук. – Ташкент, 1985. – 30с.
7. Тогатаев Т. Разработка технологии стимуляторов роста растений на основе монометилолтиомочевины и ацетатов меди, кобальта и цинка: Автореф. дис. канд. техн. наук. – Ташкент, 1993. – 30с.

 

Информация об авторах

д-р химических наук, профессор кафедры химии, Андижанский государственный университет, 170100, Узбекистан, Андижан, улица Университетская, дом 129

Doctor of Chemical Sciences, Professor of the Department of Chemistry Andijan State University, 170100, Uzbekistan, Andijan, Universitetskaya st, 129

д-р техн. наук, проф., Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан

DSc, prof. Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan

д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторий, АО Институт химических наук имени А.Б.Бектурова, 050010, Казахстан, г. Алматы, улица Ш.Уалиханова, 106

doctor of technical sciences, professor, head of laboratories, JSC AB Bekturov Institute of Chemical Sciences, 050010, Kazakhstan, Almaty, Sh.Ualikhanov st., 106

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top