Экология / 4.Промышленная экология и медицина труда

Скрыпник А.В., к.т.н. Клименко В.В., Конончук С.В.

Кировоградский национальный технический университет

УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ САТУРАТОРНОГО ГАЗА

Современное производство свекловичного сахара предусматривает получение диоксида углерода для технологических нужд. СО₂ в составе сатураторного газа применяется для осаждения извести в свекловичном соке в процессе I и II сатурации. Отработанный сатураторный газ с содержанием СО₂ порядка 32% выбрасывается в атмосферу [1].

Нами предложена установка для утилизации диоксида углерода из сатураторного газа, принципиальная схема которой приведена на рис. 1.

В установке предусмотрено получение СО₂ из отработанного газа в виде сухого льда и льдогазгидратных капсул диоксида углерода.

Установка работает следующим образом: сатураторный газ (в дальнейшем газ) с содержанием СО₂ от 30 до 32% при температуре от 80 до 85 °С [2], поступает в мокрую ловушку 1, в которой происходит отделение капельной влаги от потока газа. В теплообменнике 2 газ охлаждается до температуры 25 °С и частично осушается. Затем газ направляется в трехступенчатый компрессор 3 с промежуточным охлаждением, сжимается до давления 7 МПа (парциальное давление МПа). Сжатый газ в теплообменнике 7 охлаждается до температуры 25 °С и поступает в эжектор 8. В эжекторе 8 происходит смешивание потока газа (давление 7 МПа) и потока газа после кристаллизаторов 12 (давление 6,25 МПа) в массовом соотношении . Полученная смесь при давлении 6,8 МПа дополнительно охлаждается в теплообменнике 9 до температуры 17 °С и направляется в кристаллизаторы 12. В кристаллизаторах 12 с помощью двухступенчатой аммиачной холодильной машины поддерживается температура воды 3 °С. При контакте газа с водой образуются гидраты диоксида углерода.

Рисунок 1 – Принципиальная схема линии по утилизации сатураторного газа: 1 – мокрая ловушка; 2, 7, 9 – теплообменники; 3 – трехступенчатый компрессор; 4 – промежуточный холодильник; 5 – влагоотделитель; 6 – детандер; 8 – эжектор; 10 – кристаллизатор затравочных кристаллов; 11 – насос; 12 – кристаллизаторы; 13 – отделитель жидкого аммиака; 14 – двухступенчатая аммиачная холодильная машина; 15 – промежуточный холодильник; 16 – конденсатор; 17 – переохладитель; 18 – регулирующий вентиль; 19 – сепаратор; 20 – капсулообразующий прибор; 21 – специализированный транспорт; 22 – система подготовки воды; 23 – пресс.

Суспензия „вода + газовые гидраты СО₂” с концентрацией газовых гидратов от 10 до 15% непрерывно поступает для сепарации и дозирования газовых гидратов в устройство 19, где уплотняется примерно до 50% содержания кристаллогидратов за счет дренажа воды.

Обогащенная газовыми гидратами суспензия направляется в капсулообразующее устройство 20, замораживается в виде цилиндрических капсул. В ходе процесса замораживания в капсулообразующем устройстве поддерживается давление газообразного СО₂ равное равновесному давлению гидратообразования.

Экспериментальные исследования процесса замораживания суспензии „вода + газовые гидраты СО₂” с концентрацией газовых от 45 до 50% и при температуре хладоносителя – 15 °С показали, что время ее замораживания составит от 950 до 800 с [3].

Полученные льдогазгидратные капсулы СО₂ можно использовать непосредственно после замораживания, например для газирования безалкогольных напитков, вводя их в напиток при атмосферном давлении перед укупоркой бутылок, что повышает качество приготавливаемых напитков и снижает потери СО₂.

В том случае, если между получением и использованием льдогазгидратных капсул СО₂ необходим временной интервал, на поверхности капсул образуют слой льда, который обеспечивает их длительное хранение в холодильных камерах при атмосферном давлении и температуре £ 0 °С [4].

Газ в составе которого от 25 до 26% СО₂ при температуре 17 °С, давлении 6,25 МПа (парциальное давление МПа) покидает кристаллизаторы 12, разделяется на два потока в массовом соотношении , один из которых направляется в эжектор 8, а другой – в детандер 6. В детандере 6 при расширении до МПа газ понижает свою температуру до – 80 °С с образованием твердого диоксида углерода (сухой лед). После сепарации твердый СО₂ спрессовывается прессом 23 в бруски и отправляется потребителям, а холодный газ поступает в кристаллизатор 10, в котором образуются затравочные кристаллы льда. Смесь из затравочных кристаллов и воды насосом 11 подается в кристаллизаторы 12. Отработанный газ направляется в теплообменник 9, охлаждает поток газа из детандера 6 и сбрасывается в атмосферу.

Установка позволяет получать до 20 т/сутки льдогазгидратных капсул СО₂ и до 1 т/сутки твердого диоксида углерода при переработке 6000 т/сутки сахарной свеклы.

Литература:

1. Азрилевич М.Я. Оборудование сахарных заводов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 392 с.

2. Дипломное проектирование сахарных заводов / Ландер А.Б., Попов А.О., Розенгарт И.В., Шепшелевич П.А. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1971. – 206 с.

3. Скрыпник А.В. Численный метод решения задачи об образовании капсулы газовых гидратов диоксида углерода в форме цилиндра // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. – Кіровоград: КДТУ. – 1999. – № 27. – С. 193 – 199.

4. Gudmundsson J.S., Parlaktuna M., Storage of Natural Gas Hydrate at Refrigerated Conditions // AIChE Spring National Meeting. – 1992. – № 5. – 27 p.