गैसीय प्रदूषकों का सोखना

निश्चित बिस्तर सोखना डिजाइन दृष्टिकोण के साथ गैसीय प्रदूषकों के सोखना के बारे में जानने के लिए इस लेख को पढ़ें।

गैसीय प्रदूषकों के सोखने का परिचय:

जब कुछ विशेष पदार्थों / तैयार ठोस कणों के संपर्क में कुछ द्रवित द्रव्यों को लाया जाता है, तो छितरे हुए पदार्थों के अणुओं को ठोस कणों की सतहों पर बनाए रखा जा सकता है। इस घटना को सोखना कहा जाता है।

ठोस सामग्री को एक adsorbent के रूप में संदर्भित किया जाता है और एक adsorbent पर बनाए रखा पदार्थ को adsorbate के रूप में कहा जाता है। सोखना न केवल गैसीय धाराओं से प्रदूषकों को हटाने के लिए एक प्रभावी तरीका है, बल्कि जल-जनित प्रदूषकों के उन्मूलन के लिए भी है। सोखना की घटना की प्रयोगात्मक रूप से जांच की गई है और टिप्पणियों को समझाने के लिए विभिन्न सिद्धांतों का प्रस्ताव किया गया है। लेकिन एक सिद्धांत, जो अधिकांश टिप्पणियों की व्याख्या कर सकता है, अभी तक विकसित नहीं किया गया है।

यह माना जाता है कि adsorbate अणुओं और adsorbent सतह पर सक्रिय साइटों के बीच एक इंटरैक्शन एक adsorbent पर एक adsorbate की अवधारण का कारण बनता है। इंटरैक्टिव बल, जो सोखना लाता है, को प्रकृति में भौतिक या रासायनिक के रूप में वर्गीकृत किया गया है। जब शारीरिक आकर्षक बल के कारण एक सोखना आयोजित किया जाता है, तो प्रक्रिया को शारीरिक सोखना कहा जाता है।

इस प्रक्रिया के दौरान विकसित गर्मी की मात्रा लगभग सोखना के संघनन की अव्यक्त गर्मी के समान है। आकर्षक बल, जो शारीरिक सोखना के बारे में लाता है, प्रकृति में कमजोर है, इसलिए adsorbed अणुओं को ठोस कणों से या तो हटाया जा सकता है (या तो सिस्टम का तापमान बढ़ाकर या सोखना के आंशिक दबाव को कम करके या खाली करके) अक्रिय गैस) या दो के संयुक्त प्रभाव से। Desorption प्रक्रिया एक एंडोथर्मिक है।

कुछ मामलों में एक adsorbate एक adsorbent सतह पर दोनों के बीच रासायनिक संबंध के कारण बनाए रखा जाता है। इसका मतलब यह नहीं है कि एक नया रासायनिक यौगिक बनता है, लेकिन आसंजन का बल बल्कि मजबूत होता है। इस तरह की प्रक्रिया को रसायन विज्ञान कहा जाता है। यह अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में गर्मी के विकास की विशेषता है, जो कि एक एक्सोथर्मिक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिमाण के समान है। रसायन विज्ञान लगभग एक अपरिवर्तनीय प्रक्रिया है। एक रासायनिक पदार्थ को हटाने के दौरान, सोखना वाले अणु अक्सर रासायनिक परिवर्तनों से गुजरते हैं।

चूंकि सोखना और भौतिक सोखना दोनों सोखना सतह पर होते हैं, एक अच्छा सोखना एक बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र (प्रति इकाई द्रव्यमान का सतह क्षेत्र) होना चाहिए। विशिष्ट सतह क्षेत्र कण आकार में कमी और adsorbent कणों के छिद्र में वृद्धि के साथ बढ़ता है। एक अच्छा adsorbent होने के लिए ठोस कणों में न केवल उच्च विशिष्ट क्षेत्र होना चाहिए, बल्कि विशिष्ट adsorbate के संबंध में उचित इंटरैक्टिव बल / सक्रिय साइटें भी होनी चाहिए।

सोखना प्रति इकाई द्रव्यमान के प्रति बनाए गए adsorbate के द्रव्यमान का द्रव्यमान एक दिए गए तापमान पर संतुलन में द्रव में सोखना एकाग्रता से संबंधित होगा। घटना के लैंगमुइर के विश्लेषण के आधार पर संतुलन के संबंध को व्यक्त किया जा सकता है

X * i = mY i 1 / n …… ……………………… (4.54)

जहाँ X * i = adsorbate का द्रव्यमान प्रति adsorbent के प्रति इकाई द्रव्यमान को बनाए रखता है, और y i = adsorbate का द्रव्यमान इकाइयाँ द्रव्यमान (वाहक गैस) के संतुलन में इकाई द्रव्यमान में उपस्थित होता है।

m और n एक विशिष्ट adsorbate-adsorbent सिस्टम के लिए विशिष्ट स्थिरांक हैं। वे तापमान पर निर्भर हैं।

N to 1 के लिए, सोखना प्रक्रिया को अनुकूल माना जाता है और n> 1 के लिए यह अन-अनुकूल है। एक विशिष्ट adsorbate- adsorbent प्रणाली के लिए m और n का संख्यात्मक मान adsorbent की निर्माण प्रक्रिया पर निर्भर करता है। जिनका प्रायोगिक तौर पर मूल्यांकन किया जाता है।

एक बार एक adsorbent ने adsorbate के संबंध में संतुलन प्राप्त कर लिया है, तो वह adsorbate को आगे भी अवशोषित नहीं कर पाएगा। पुन: उपयोग के लिए adsorbent को या तो छोड़ दिया जाना चाहिए या पुनर्जीवित किया जाना चाहिए। एक adsorbent के पुनर्जनन या या adsorbate की रिकवरी के लिए, आमतौर पर खर्च किए गए adsorbent को गर्म किया जाता है, जबकि एक अक्रिय गैस की एक धारा इसके ऊपर से गुजरती है।

एक शारीरिक सोखने की प्रक्रिया के मामले में, एक मध्यम तापमान (100 डिग्री सेल्सियस या अधिक) पर भाप या हवा का सामान्य रूप से उपयोग किया जाता है। Desorbed पदार्थ एकत्र किया जा सकता है (यदि मूल्यवान) या आगे निपटान से पहले इलाज किया। हालांकि, उच्च तापमान पर एक रासायनिक प्रक्रिया प्रक्रिया से एक सोखना के पुनर्जनन के लिए खर्च किए गए सोखना के ऊपर से गुजारा जाता है जिससे सोखने वाला पदार्थ ऑक्सीकरण हो जाता है और हटा दिया जाता है।

व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले adsorbents सक्रिय कार्बन, सिलिका, सिलिका जेल, आणविक sieves (एल्यूमिना सिलिकेट्स), एल्यूमिना और कुछ अन्य धातु ऑक्साइड हैं। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला adsorbent दानेदार सक्रिय कार्बन (GAC) है।

सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले adsorbers को बेड प्रकार तय किया जाता है, जो साइकिल में संचालित होते हैं। एक निश्चित बेड विज्ञापनकर्ता में एक आवास होता है जिसमें दानेदार शोषक कणों का एक बिस्तर होता है। जैसे ही प्रदूषक (सोखना) ले जाने वाली द्रव धारा बिस्तर से बहती है, प्रदूषक सोख लिया जाता है।

धीरे-धीरे adsorbent कण संतृप्त हो जाते हैं। एक बार उपचारित धारा में प्रदूषक एक पूर्व निर्धारित स्तर तक पहुँच जाता है क्योंकि प्रदूषण नियंत्रण मानकों में निर्धारित किया जाता है, सोखने की प्रक्रिया बंद कर दी जाती है और बिस्तर को फिर से बनाया जाता है। बिस्तर के उत्थान के बाद, इसे फिर से धारा में डाल दिया जाता है।

एक adsorber सिस्टम में कई कॉन्फ़िगरेशन हो सकते हैं। सबसे सरल एक दो-बिस्तर प्रणाली होगी जिसमें एक बिस्तर को फिर से बनाया जा रहा है, दूसरा ऑनलाइन होगा। एक बेहतर व्यवस्था एक तीन-बिस्तर प्रणाली होगी जिसमें दो बेड श्रृंखला में संचालित होते हैं जबकि तीसरा एक पुनर्जीवित किया जाएगा। इस तरह के सेट अप में दूसरा बिस्तर पॉलिशिंग बिस्तर के रूप में कार्य करता है। जब किसी तरल पदार्थ के प्रवाह की वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर को बड़ा किया जाता है, तो कई इकाइयों को समानांतर रूप से संचालित किया जा सकता है।

निश्चित बिस्तर के अलावा, द्रवित बिस्तर और गतिमान बिस्तर के विज्ञापन भी उपयोग किए जाते हैं। वे पुनर्जनन के लिए किसी भी रुकावट के बिना संचालित होते हैं। इन बिस्तरों से आंशिक रूप से बिताए गए adsorbent कणों को हटा दिया जाता है, बिस्तरों के बाहर पुनर्जीवित किया जाता है और लगातार लौटता है। ऐसी इकाइयों में इंटरसोर्बेंट कण अंतर-कण घर्षण के कारण, साथ ही दीवार घर्षण के कारण भी होते हैं।

इन adsorbers में ठोस कणों का प्रवाह सुचारू नहीं हो सकता है। हालांकि, एक समान क्षमता वाले एक निश्चित बेड सिस्टम की तुलना में adsorbent की पकड़ बहुत कम होगी। चूंकि पुन: उत्थान adsorber के बाहर किया जाता है, यदि आवश्यक हो, तो इसे कठोर परिस्थितियों में किया जा सकता है।

फिक्स्ड बिस्तर Adsorber डिजाइन दृष्टिकोण:

जब एक सोखना युक्त द्रव धारा एक निश्चित बिस्तर सोखने वाले में प्रवेश करती है, तो अधिकतर सोखना शुरू होने के लिए फ़ीड छोर पर होता है। धीरे-धीरे फ़ीड छोर के पास मौजूद सोखने वाले कणों को सोखना के साथ संतृप्त हो जाता है और प्रभावी सोखना क्षेत्र निकास छोर की ओर शिफ्ट हो जाता है। एक सोखना का वह भाग जहाँ पर अधिकांश सोखना होता है, को प्रभावी सोखना क्षेत्र कहा जाता है। चित्रा 4.12 प्रक्रिया के दौरान एक adsorber में एक adsorbent बिस्तर की संतृप्ति प्रगति को दर्शाता है। यह यह भी दर्शाता है कि प्रभावी सोखना क्षेत्र (जेड क्यू ) अंत में बाहर निकलने के छोर तक पहुंचता है।

चित्र 4.13 से पता चलता है कि उपचारित धारा में सोखना एकाग्रता (Y) बढ़ जाती है क्योंकि ऑपरेशन आगे बढ़ता है और अंत में समय ϴ = ϴ B पर एकाग्रता Y B हो जाती है। यदि adsorbate प्रदूषक हो, तो Y B पर्यावरण प्रदूषण के दृष्टिकोण से अपनी अधिकतम अनुमेय उत्सर्जन एकाग्रता के लिए खड़ा होगा। समय। B को समय के माध्यम से विराम के रूप में जाना जाता है।

Of B से परे सोखना प्रक्रिया के जारी रहने के परिणामस्वरूप उपचारित प्रवाह में Y B से परे प्रदूषक सांद्रता में और वृद्धि होगी। At = the B पर ऑपरेशन बंद किया जाना है और बिस्तर को फिर से बनाना है।

गैस जनित प्रदूषक के उन्मूलन के लिए एक निश्चित बिस्तर विज्ञापनकर्ता को डिजाइन करने के लिए इसके क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र और इसकी पैक्ड ऊंचाई का अनुमान लगाना होगा ताकि पूर्व-चयनित 'ब्रेक टू टाइम' ads बी हो

डिजाइन उद्देश्य के लिए निम्नलिखित जानकारी की आवश्यकता होगी:

1. प्रवाह की प्रभावी दर, जी;

2. प्रभावशाली में प्रदूषक सांद्रता,

3. उपचारित प्रवाह में अधिकतम अनुमत प्रदूषक सांद्रता, वाई बी ;

4. पूर्व-चयनित 'समय के माध्यम से विराम' बी, और

5. चयनित adsorbent के लक्षण।

निम्नलिखित अभिव्यक्ति का उपयोग करके किसी विज्ञापनकर्ता के स्तंभ पार के अनुभागीय क्षेत्र का अनुमान लगाया जा सकता है:

आम तौर पर व्यावसायिक इकाइयों के लिए नियोजित सतही गैस वेग 6 से 24 मीटर / मिनट की सीमा में होता है। यदि उच्च वेग पर संचालित किया जाता है, तो बिस्तर के पार दबाव ड्रॉप अधिक होगा और फलस्वरूप परिचालन (ऊर्जा) लागत अधिक होगी। स्तंभ इनलेट और आउटलेट पाइप व्यास के आकलन के लिए गैस वेग 600-900 मीटर / मिनट की सीमा में चुना गया है। भरे हुए बिस्तर की ऊंचाई, एल 0 के आकलन के लिए, एक packed बी मानता है। इसके आधार पर और चयनित सोखना की विशेषताओं के आधार पर पैक्ड बेड की ऊँचाई L O की गणना अंगूठे के नियम या विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण का उपयोग करके की जा सकती है।

अंगूठे के नियम का उपयोग करके भरी हुई बिस्तर की ऊँचाई को खोजने के लिए आवश्यक सूचनाएँ हैं: (i) चयनित सोखना की 'सोखने की क्षमता' (X c ) और (ii) सोखना के थोक घनत्व (p b )। सोखने की क्षमता X c को सोखने वाले द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है, जो एक प्रदूषक सांद्रता Y O वाली एक प्रभावशाली गैस की धारा का उपचार करते समय सोखने वाली इकाई द्रव्यमान को सोख सकता है और इस तरह प्रदूषित सांद्रता को कम कर देता है। ।

एक्स सी और पी बी या तो एक adsorbent निर्माता / आपूर्तिकर्ता से प्राप्त किया जा सकता है या प्रयोगात्मक रूप से प्रयोगशाला में अनुमानित किया जा सकता है। डिजाइन उद्देश्य के लिए प्रयोगशाला आधारित डेटा अधिक विश्वसनीय होगा। एक बार ये डेटा उपलब्ध हो जाने के बाद आवश्यक कुल विज्ञापन द्रव्यमान की गणना Eq का उपयोग करके की जा सकती है। (4.55)।

संबंधित बिस्तर की ऊँचाई (L 0 ) Eq का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती है। (4.56)

बिस्तर की ऊँचाई L 0 की गणना Eq का उपयोग करते हुए विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण के अनुसार की जा सकती है। (4.57)

जहाँ expressed = समय बी, एक अंश के रूप में व्यक्त कुल adsorbent बिस्तर की संतृप्ति की डिग्री,

और एक्स एस = गैस चरण एकाग्रता Y 0 के साथ संतुलन में adsorbent पर प्रदूषक एकाग्रता एक वजन अनुपात के रूप में व्यक्त किया।

X x का अनुमान या तो Eq के उपयोग से हो सकता है। (4.54) या प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त संतुलन डेटा का उपयोग करना।

यहां यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रक्रिया की शुरुआत से समय पर बिस्तर के प्रमुख भाग (स्तंभ के बाहर निकास छोर के पास सोखना क्षेत्र जेड को छोड़कर) को संतृप्त किया जाएगा। ज़ोन Z आंशिक रूप से संतृप्त होगा। इसलिए Hence के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

अब यह स्पष्ट है कि एल 0 को खोजने के लिए पहले एक पर एफ और जेड का अनुमान लगाना होगा।

समय अंतराल d a पर सोखना क्षेत्र Z क्यू में एक मौलिक बिस्तर ऊंचाई dZ भर में एक सोखना के गैस चरण सामग्री संतुलन समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है

जहां Where = शून्य अंश और = प्रति यूनिट पैक आयतन का एक सतह क्षेत्र।

Eq के दाहिने हाथ की ओर अंतिम शब्द। (4.60), अन्य शब्दों की तुलना में छोटा होने के कारण, उपेक्षित किया जा सकता है और समीकरण को फिर से लिखा जा सकता है

Eq का एकीकृत रूप। (4.61) के रूप में लिखा जा सकता है

और वाई * = संतुलन सतह पर adsorbed प्रदूषक एकाग्रता एक्स के अनुरूप संतुलन गैस चरण प्रदूषक एकाग्रता।

अंजीर के समान भूखंड की मदद से संख्यात्मक या रेखांकन का मूल्यांकन किया जा सकता है। 4.14 हालाँकि, Y = Y O, y * = Y 0 के अनुरूप समस्या उत्पन्न होती है और इसलिए N OG अनंत होगा। इस कठिनाई को दरकिनार करने के लिए N OG का अनुमान लगाया गया है

जहां Y को संख्यात्मक मान K 0 से थोड़ा कम सौंपा गया है

H OG का अनुमान लगाने के लिए K y और a के संख्यात्मक मानों को जानना आवश्यक है। ऐसी जानकारी के अभाव में किसी व्यक्ति को अंजीर की मदद से एच ओशन का अनुमान हो सकता है। 4.15 जिसके लिए आवश्यक जानकारी p और d p हैं

जहां where = बेड शून्य अंश,

और डी पी = औसत adsorbent कण व्यास

Z के उपयोग के मूल्यांकन के बाद Eq। (4.62), f को संख्यात्मक रूप से Eq का उपयोग करके गणना की जानी है। (4.59)। अंत में ϴ और L O का उपयोग Eq का मूल्यांकन किया जाता है। (4.58) और Eq है। (४.५ respectively) क्रमशः।

उदाहरण 4.4:

एक निश्चित बिस्तर सोखना एक प्रारंभिक सांद्रता वाले वाई से एसीटोन के सोखने के लिए डिज़ाइन किया जाना है, दानेदार सक्रिय कार्बन (जीएसी) का उपयोग करके 30 डिग्री सेल्सियस पर वाई 0 = 0.024 किलोग्राम एसीटोन / किग्रा हवा। वॉल्यूमेट्रिक गैस प्रवाह दर 12000 मीटर 3 / घंटा है। उपचारित गैस में अनुमेय एसीटोन सांद्रता (Y B ) को 0.001 किलोग्राम एसीटोन / kg वायु और GAC (p b ) के थोक घनत्व को 400 kg / m 3 के रूप में लिया जा सकता है। संतुलन डेटा नीचे सूचीबद्ध हैं।

उपाय:

इस डिज़ाइन समस्या से संबंधित किसी भी अन्य विशिष्ट जानकारी के अभाव में, निम्नलिखित मान लिए जाते हैं:

, बी, सतही वेग और एच क्यूजी और समस्या में निर्दिष्ट जानकारी के मानों का उपयोग करके, पैक किए गए adsorber ऊंचाई L 0 का अनुमान निम्नलिखित समीकरणों / संबंधों का उपयोग करते हुए अंगूठे नियम दृष्टिकोण की मदद से किया जाता है:

अंत में एडकोर का उपयोग करके गणना की गई ऊँचाई को एल 0 के रूप में पैक किया हुआ स्वीकार करते हैं। (4.56), is B विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण के बाद पुनर्गणना है।

आपूर्ति की गई समतुल्य डेटा की प्लॉटिंग और एक उपयुक्त ऑपरेटिंग लाइन के आरेखण के परिणामस्वरूप चित्र 4.14 के समान था। उस आकृति से X s का मान 0.177 पाया जाता है। आंकिक एकीकरण द्वारा N OG और f के आंकलन के लिए Y, X, और Y * के आवश्यक मान चित्र और गणना मूल्यों से पढ़े जाते हैं।