CUPRINS

CAPITOLUL 1. TEMA DE PROIECTARE..................................................................5CAPITOLUL 2.MEMORIU TEHNIC............................................................................6 CAPITOLUL 3. SURSA DE POLUARE......................................................................73.1 Procesul tehnologic de zincare slab acida.................................................73.2 Proprietati ale componentului efluentului gazos.........................................83.3 Efectele acidului clorhidric.......................................................................143.4 Determinarea HCl din aer........................................................................15CAPITOLUL 4. TEHNOLOGIA ADOPTATA.............................................................174.1 Conditii de calitate a aerului.....................................................................174.2 Variante tehnologice.................................................................................224.3 Alegerea variantei optime.........................................................................274.4 Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schemei bloc. Elaborarea schemei tehnologice..................................................................................................28CAPITOLUL 5. DIMENSIONAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR......................305.1. Tipuri de utilaje. Alegere, descriere.........................................................305.1.1 Alegerea tipului de coloana.........................................................305.1.2. Alegerea umputurii pentru coloana............................................335.1.3 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura....................345.1.4. Materiale de constructie pentru coloane....................................355.1.5.Probleme de coroziune...............................................................375.2. Bilan de materiale pentru absorbie........................................................405.3. Dimensionarea coloanei de absorbie.....................................................495.3.1. Calculul diametrului coloanei de absorbie................................49 5.3.2. Calculul nlimii coloanei cu umplutur.....................................50 5.3.2.1. Calculul coeficientului global de transfer de mas.....52 5.3.2.2. Calculul fortei motrice medii (diferenta medie de potential global) ...................................................................................575.3.3. Calculul inaltimii coloanei...........................................................585.4. Dimensionarea racordurilor coloanei de absorbie..................................585.5. Calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloan........615.6. Dimensionarea pompei centrifuge...........................................................635.7 Dimensionarea ventilatorului....................................................................685.8 Dimensionarea vasului de neutralizare....................................................715.9. Calculul puterii agitatorului......................................................................725.10 Dimensionarea utilajelor de depozitare..................................................735.11. Fie tehnice...........................................................................................75CAPITOLUL 6. EXPLOATAREA INSTALATIEI........................................................786.1 Bilantul de masa pentru instalatie.............................................................786.2.Consumul de materii prime , auxiliare i utiliti . Consumuri specifice....................................................................................................................79CAPITOLUL. 7. CONTROLUL, AUTOMATIZAREA SI REGLAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE........................................................................................................80CAPITOLUL 8.TEHNICA SECURITATII SI IGIENA MUNCII. MASURI P.S.I...........................................................................................................................83EPURAREA APELOR REZIDUALE SI PROTECTIA MEDIULUI AMBIANTCAPITOLUL 9. NOTIUNI DE AMPLASARE A UTILAJELOR SI DE STABILIRE A TRASEELOR RETELELOR DE CONDUCTE...........................................................89CAPITOLUL 10. SCHITECAPITOLUL 11. BIBLIOGRAFIE

Capitolul 1. Memoriul tehnic

Proiectul de tehnologii de protectie a atmosferei are ca tema de proiectare o instalatie de separare continua a acidului clorhidric din efluentul gazos al unei sectii de zincare acida prin metoda absorbtiei n apa. Proiectul este prevazut cu 11 capitole, fiecare prevazut cu cateva subcapitole semnificative.n capitolul II, intitulat "Tema de proiectare" se prezinta scopul lucrarii, proiectarea unei instalatii de absorbtie a acidului clorhidric si se dau datele de proiectare. n capitolul III se prezinta sursa de poluare: procesul de zincare slab acida -subcapitolul 3.1, proprietatile si efectele efluentului gazos (acid clorhidric, aer) subcapitolul 3.2, proprietatile acidului clorhidric-subcapitolul 3.3, metode de determinare ale acidului clorhidric din aer -subcapitolul 3.4. n capitolul IV este detaliata tehnologia adoptata: subcapitolul 4.1 trateaza conditiile de calitate ale aerului, subcapitolul 4.2 trateaza variantele tehnologice disponibile de depoluare a fluxurilor gazoase de acid clorhidric, subcapitolul 4.3 prezinta alegerea variantei optime- absorbtia, subcapitolul 4.4 prezinta descrierea tehnologiei adoptate, elaboreaza schema bloc si schema de tehnologie aleasa, iar in subcapitolul 4.5 sunt prezentate materiile prime si auxiliare. Capitolul V se numeste "Dimensionarea tehnologica a utilajelor" si cuprinde urmatoarele subcapitole: 5.1 tipuri de utilaje, alegerea lor si descriere acestora, 5.2 bilantul de materiale n coloana de absorbtie, 5.3 dimensionarea coloanei de absorbtie ( 5.3.1 calculul diametrului coloanei de absorbtie, 5.3.2 calculul naltimii coloanei de umplutura prin 2 metode de calcul, cu 5.3.2.1 calculul coeficientilor de transfer de masa, 5.3.2.2 calculul fortei motrice medii, 5.3.3 calculul naltimii coloanei), 5.4 dimensionarea racordurilor coloanei de absorbtie, 5.5 calculul pierderilor de presiune la curgerea gazului prin coloana, 5.6 dimensionarea pompei centrifuge, 5.7 dimensionarea ventilatorului, 5.8 dimensionarea vasului de neutralizare, 5.9 calculul puterii agitatorului, 5.10 dimensionarea rezervorului, 5.11 fisele tehnice; acest capitol a avut drept scop calculul tuturor dimensiunilor necesare proiectarii instalatiei. Capitolul VI se refera la probleme de exploatare a instalatiei de absorbtie, si in aceast capitol intra bilantul de masa pentru instalatie (6.1), consumul de materiale prime, auxiliare, si utilitati (6.2), precum si subproduse si deseuri (6.3). Capitolul VII se refera la controlul, automatizarea si reglarea sistemelor tehnologice. Capitolul VIII prezinta problemele legate de protectia muncii n instalatii de absorbtie ti masuri P.S.I. Capitolul IX, face referiri la notiuni de amplasare a utilajelor si de stabilire a traseelor retelelor de conducte. Capitolul X cuprinde 3 schite ale pieselor desenate: schita instalatiei de absorbtie, schita ventilatorului si schita automatizata a instalatiei de absorbtie. n capitolul XI este prezentata bibliografia.

Capitolul 2. Tema de proiectare

S se ntocmeasc proiectul de inginerie tehnologic pentru o instalaie de separare continu a HCl din efluentul gazos al unei secii de zincare acid prin absorbie n ap.Se dau urmtoarele date de proiectare: presiunea de lucru n coloana de absorbie: p=1 atm debitul volumetric al efluentului gazos: MV=5100 m3/h concentraia HCl n amestec gazos iniial: yi=410 mg/m3 gradul de separare al amestecului: =93,2% coeficientul de exces al absorbantului: =1,3 concentraia HCl din absorbant 0% temperatura absorbantului la intrare: T=20 0C.

Capitolul 3. Sursa de poluare

3.1. Procesul tehnologic de zincare slab acida

Fluxul tehnologic al procesului de acoperiri metalice prin zincare const n trecerea succesiv a pieselor metalice prin bi n care se desfoar urmtoarele operaii:

Degresarea chimic se realizeaz cu soluii alcaline puternic tensioactive la o temperatur de 50-600C. Ea este urmat de splare, ap de splare fiind evacuat periodic n bazinul de captare.Decaparea se face cu solutie de HCl 20-30%, durata operaiei fiind n funcie de calitatea pieselor supuse zincrii. Piesele decapate trec n continuare la splare.Zincarea se realizeaz prin electroliza n soluie slab acid. Anozii formai din zinc pur sunt amplasai pe prile laterale ale bii de zincare iar piesele supuse zincrii se suspend pe bara catodica situat central n baie. Omogenizarea soluiei din baie este asigurat prin barbotarea de aer comprimat.Pasivarea se realizeaz prin cromare cu reactiv specific n mediu de HNO3. Operaia ofer o nuan nevoalat de albastru strlucitor i o bun rezisten la coroziune.Toate bile sunt prevzute cu sisteme de captare a gazului, gaze care sunt aspirate de un aspirator i trimise la sistemul de epurare al efluentului.Apele din toate bile de splare se colecteaz ntr-un bazin de colectare.Atelierul de zincare este o surs de poluare att pentru apa ct i pentru aer.Poluanii coninui n efluenii gazoi ai atelierului pot fi componeni ai bilor de degresare, decapare, zincare i pasivare care au o tensiune de vapori ridicat.HCl este principalul poluant coninut n efluentul gazos.

3.2. Proprieti ale componenilor efluentului gazos

Proprietile aerului Aerul este un amestec de gaze a cror compoziie se menine aproximativ constant.

Caracteristicile fizico-chimice ale aerului se raporteaz la condiii normale reprezentate de o temperatur de 00C i presiune de 760 mm Hg. n aceast stare, volumul ocupat de 1 mol de aer (volumul molar) este de 22,414 cm3.Masa molecular a aerului curat, Maer ,calculat pe baza fraciilor volumice i a maselor moleculare ale gazelor componente este 28,966 g/mol.Densitatea aerului (greutatea specific), n condiii normale este: aer= 1,293 g/cm3 (kg/m3).Umiditatea aerului atmosferic este reprezentat de apa existent n el, sub form de vapori, picturi, cristale, provenit din evaporarea apelor de suprafa (n cea mai mare parte), din stratul superficial al solului , din procesul de transpiraie a plantelor sau din activiti industriale.Aprecierea umiditii se face prin: a) umiditatea absolut (Us) cantitatea de ap existent ntr-un volum de aer la un moment dat (g/m3); b) umiditatea maxim (Um) cantitatea de ap pe care o poate primi un volum de aer la o anumit temperatur (g/m3). Se mai numete i presiune de saturaie cu vapori de ap a aerului la temperatur considerat. c) umiditatea relativ (Ur) cantitatea de ap existent ntr-un volum de aer atmosferic i raportat la cantitatea maxim pe care ar putea-o cuprinde acelai volum de aer la o anumit temperatur. Altfel spus, umiditatea relativ reprezint raportul dintre umiditatea absolut i umiditatea maxim, respectiv raportul dintre presiunea vaporilor de ap (constatat experimental) i presiunea vaporilor de ap la saturaie.Umiditatea aerului (respectiv presiunea vaporilor de ap) este strns legat de temperatur. Dac temperatura crete, crete implicit presiunea vaporilor de ap. Aerul saturat cu vapori de ap va avea o presiune mai ridicat dect aerul uscat, din cauza presiunii suplimentare a vaporilor la saturaie.La 200C presiunea vaporilor de ap saturai este de 18 mm Hg. Dac temperatura se micoreaz, umiditatea relativ crete, acesta fiind mecanismul de formare a norilorPentru determinarea umiditii relative este necesar rcirea aerului i observarea temperaturii la care ncepe condensarea vaporilor de ap, aa numitul punct de rou. La temperatura corespunztoare punctului de rou, aerul este saturat cu vapori de ap i va avea o presiune de vapori corespunztoare valorii de saturaie la acea temperatur. Aceast presiune de vapori, corespunztoare punctului de rou, va reprezenta n acelai timp presiunea de vapori a aerului la temperatura pentru care se determin umiditatea, adic umiditatea absolut.Umiditatea relativ se va determina fcnd raportul dintre umiditatea absolut (exprimat prin presiunea de vapori la temperatura punctului de rou) i umiditatea maxim (exprimat prin presiunea vaporilor saturai la temperatura considerat, luat din tabele). Temperatura aerului dintr-un loc sau dintr-o regiune ca i regimul ei zilnic, sezonier i anual este determinat n primul rnd de radiaia solar. Temperatura aerului nregistreaz variaii importante att pe orizontal ct i pe vertical. Trebuie remarcat n acest sens contribuia a 2 factori: factorul astronomic, determinat de faptul c axa polilor este nclinat spre Soare (vara este mai expus polul nord, iarna acelai pol este mai puin expus iar la echinociu axa polilor este perpendicular pe axa Pmnt Soare). Pentru simplificare, factorul astronomic se refer la variaiile de temperatur ce decurg din derularea ciclic a zilelor i nopilor. Ciclurile diurne i nocturne determin cantitatea de energie primit de la Soare i implicit, variaiile de temperatur ntre noapte i zi. suma factorilor fizici i geografici.n esen, temperatura aerului este influenat de altitudine (scade cu nlimea), de caracteristicile solului (culoare, compoziie), de existena suprafeelor de ap (timp de nclzire diferit fa de sol), a vegetaiei (care reine o parte din radiaia solar), de nebulozitatea atmosferei (care diminueaz cantitatea energiei solare ce atinge suprafaa Pmntului) i de prezena centrelor populate (care intervin cu surse suplimentare de cldur).

Presiunea aerului Datorit greutii sale specifice, aerul atmosferic exercit o presiune asupra tuturor corpurilor de pe Pmnt. Prin urmare, presiune atmosferic reprezint fora cu care aerul apas asupra Pmntului datorit greutii sale. Presiunea exercitat depinde de temperatura i circulaia maselor de aer.Presiunea aerului se exprim n mm Hg/cm2 sau n milibari (750 mm Hg =1000 mb).n S.I. unitatea de msur pentru presiune este Pascalul.n funcie de mai muli factori, presiunea atmosferic prezint diferite variaii. Cele mai importante sunt variaiile datorate altitudinii. n acest sens trebuie reinut faptul c la nivelul mrii i la 00C presiunea atmosferic este de 760 mm Hg (numit presiune atmosferic normal) i ea scade treptat cu altitudinea micorndu-se cu 1 mm Hg pentru fiecare 10,33 m.Solubilitatea aerului n ap [ G. Niac, V.Voiculescu, I. Bldea, M. Preda Formule, tabele,probleme de chimie-fizic,Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1984, p.204]Solubilitatea aerului n ap, lipsit de CO2 i NH3, la t= 1800C i p=760 mm Hg este de 19,38 ml/1000 ml ap.

[M.Surpeanu-Chimia mediului,Ed. Univ. Tehnice Iai, 1999, p.16-23]:

Proprietile HCl Acidul clorhidric, (HCl), este un gaz foarte corosiv, toxic i incolor, care formeaz vapori n contact cu umiditatea. Vaporii constau n acid hidrocloric ce se formeaz atunci cnd HCl se dizolv n ap. Acidul clorhidric gazos, ca i cel hidrocloric sunt substane importante n chimie, tiin i industrie (aprox. 3 milioane tone de acid hidrocloric sunt produse anual pentru utilizarea n curirea oelului naintea galvanizrii). Acidul hidrocloric este folosit n producia de cloruri, pentru rafinarea minereului n producia de staniu i tantal, pentru pilirea i curirea produselor metalice, n electroplatinarea pentru ndeprtarea pietrei de pe boilere, pentru neutralizarea sistemelor bazice, ca reactiv de laborator, drept catalizator i solvent n sinteze organice, n realizarea fertilizatorilor i coloranilor, pentru hidroliza amidonului i a proteinelor n prepararea diferitelor produse alimentare, n industria textil, a cauciucului, fotografic. Numele de acid clorhidric se refer deseori la acidul hidrocloric, n mod greit, i nu la acidul clorhidric gazos.n tabelul urmtor sunt date unele proprieti fizice ale acestui gaz:

Proprieti generale

DenumireAcid clorhidric

Formula molecularHCl

Masa molar36.4606 g/mol

FormGaz incolor, higroscopic

Proprieti fizice

Densitate gaz1.477 g/l, (250C)

Solubilitate n ap73,3 g/100 ml (180C, 1 atm) 72 g/100 ml (200C, 1 atm)

Temp. topire-114.20C (158.8 K)

Temp. fierbere-85.10C (187.9 K)

Const. aciditate (pKa)-4

Energie de formare Gibbs-95,2 kJ/mol (250C)

Entalpia standard formare-92,3 kJ/mol (250C)

Entalpia standard de disocieren atomi431,6 kJ/mol (250C)

Structur

Forma moleculeiLiniar, distana internuclear0,127 nm

Moment dipolar1.05 D

Tabelul 1. Proprieti ale HCl

[ www.en.wikipedia.org- Hydrogen chloride]:

Proprieti chimice ale HCl:Molecula de HCl este o molecul simpl, diatomic, alctuit dintr-un atom de H i un atom de Cl, conectate printr-o legtur covalent, simpl. Deoarece atomul de Cl este mai electronegativ dect cel de H, legtura covalent ntre atomi este polar. Deoarece molecula are per total un moment de dipol mare cu o sarcin parial negativ - pe atomul de Cl i una pozitiv +, pe atomul de H, molecula este polar. Din acest motiv, HCl este foarte solubil n ap i n ali solveni polari.n contact cu apa, HCl ionizeaz imediat, formnd cationul H3O+ i anionul Cl-, printr-o reacie chimic reversibil n ap:

HCl + H2O H3O+ + Cl

Rezultatul soluiei se numete acid hidrocloric i este un acid tare. Constanta de disociere sau ionizare Ka este foarte mare, ceea ce nseamn c HCl disociaz sau ionizeaz practic total n ap.Chiar n absena apei, HCl se comport ca un acid. De exemplu, poate dizolva anumii ali solveni, ca metanolul i alte molecule protonate sau ioni i s se comporte ca un acid catalizator pentru reacii chimice, unde sunt dorite condiii anhidre:

HCl + CH3OH CH3O+H2 + Cl

HCl cedeaz un proton moleculei de metanol.Datorit naturii acide, HCl este un gaz corosiv, n mod deosebit n prezena umiditii.

Proprieti fiziologice [C.Neniescu Chimie General,Ed.Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1972, p. 673]HCl este singurul acid anorganic care apare liber, cu o funcie important n organismul animalelor i anume n sucul gastric al mai tuturor vertebratelor. Concentraia de HCl din sucul stomacal al omului este de circa 0,3%. HCl este secretat de mucoasa stomacului i are rolul de activa una dintre enzimele digestiei (pepsina). HCl este un gaz fr culoare, cu miros iritant, mai dens dect aerul (densitatea 1,268). Se lichefiaz prin rcire dnd un lichid fr culoare care nu conduce curentul electric i fierbe la -850C, solidificndu-se la -114,80C.Cel gazos fumeg n aer deoarece, fiind foarte solubil n ap, se dizolv n apa din atmosfer formnd un fel de cea.Prin dizolvarea sa n ap se dezvolt cldura. Un litru de ap dizolv, la 00C, 503 l acid clorhidric gazos. Soluia apoas de HCl se mai numete i spirt de sare.Soluia de 42,9% HCl gazos are densitatea 1,21, iar cea de 37-39% are densitatea de 1,19.Soluia apoas de HCl este bun conductoare de electricitate, deoarece prin dizolvarea n apa acidul clorhidric se disociaz n ioni de hidrogen i ioni de clor.n stare gazoas sau n stare anhidr, acidul clorhidric nu conduce curentul electric deoarece atomii de clor i de hidrogen sunt legai ntre ei prin legturi covalente.n prezena apei, structura polar a moleculelor de HCl trece n structura ionic i disociaia electrolitic a acidului clorhidric este posibil.n soluie apoas HCl este un acid tare deorece este puternic disociat.[1]La temperatur obinuit, acidul clorhidric gazos, perfect uscat, nu atac majoritatea metalelor i nici oxizii lor.La temperatur nalt, ns, acidul clorhidric atac metalele, cu excepia aurului i a platinei, dnd natere la cloruri cu dezvoltare de hidrogen:Me + 2HCl = MeCl2 + H2HCl poate fi prezent n atmosfer ca urmare a eliminrii din diferite procese tehnologice.HCl este un compus foarte reactiv, care are aciune negativ asupra metalelor, cu degajare de H2. Poate fi o surs de incendiu i explozie.n general necesit msuri speciale de pstrare i conservare. Astfel conservarea probelor se face n recipieni de sticl sau unele aliaje i materiale plastice rezistente la acest produs.HCl poate produce asupra organismului uman intoxicaii i poate genera reacii secundare cum ar fi apariia unor substane deosebit de toxice, n special hidrogenul arseniat ca urmare a reaciei cu metalele i aliaje.Cantitatea de clor a scoarei este de 0,045%. Clorul, ca i ceilali halogeni nu se gsete liber n natur din cauza puternicei tendine de combinare. Se gsete sub form de depozite de clorur de sodiu (sare gem, halita) depuse prin, Ocna Sibiului evaporarea unor mri nchise sau lacuri. n ara noastr se gsesc saline n formaiunile teriarului la : Ocnele Mari, Slnic, Trgu Ocna, Praid, Cacica, Ocna Dej, Ocna Muresului etc. Sursa cea mai important este apa mrii n care se gsesc 3% sruri din care circa 80% este clorura de sodiu i alte cloruri n proporie mai mic (clorura de potasiu, magneziu, calciu). Lacurile srate (marile lacuri srate din Utah), Marea Caspic, Marea Moart conin concentraii mult mai mari de cloruri i alte sruri.La temperatura ordinar, clorul este un gaz de culoare galben-verzuie (hloros=verde ) i miros sufocant. n stare lichid este tot galben-verzui La 0oC i 760 mm Hg un litru de clor cntrete 3,214g, deci este de circa 2,7 ori mai greu dect aerul. Densitatea sa este un indiciu c molecula este diatomic. Gazul se lichefieaz sub presiunea de o atmosfer, la temperatura de -34,6oC (la 0oC sub presiune de 3,66 atmosfere, la 15oC sub presiune de 5,8 atmosfere i la 20oC sub presiune de 6,57 atmosfere). Temperatura critic este 144oC, presiunea critic 76,1 atm i densitatea critic 0,57. Clorul prezint apte izotopi 33Cl, 34Cl, 35Cl (75,4%), 36Cl, 37Cl (24,6%), 38Cl. El este un gaz puin solubil n ap. Un volum de ap dizolv circa 2,15 volume de clor la 200C. Solubilitatea sa mic este atribuit lipsei de polaritate a moleculei respective. [2]Clorul se ntlnete n aerul atmosferic n apropierea fabricilor de clor, de hrtie, coloranilor, fabricilor de clorur de var.Clorul este un gaz cu mare putere de reacie, alctuiete cu vaporii din atmosfer HCl care provoac coroziunea metalelor, are aciune iritant asupra cilor respiratorii.n ceea ce privete solubilitatea aerului n ap la 180C, valoarea acesteia este urmtoarea pentru fiecare din componenii aerului:

Cm3O2N2+ArSuma cm3%O2 in aerul dizolvat

180C6,6112,7719,3834,12

Solubilitatea HCl n ap la 180C este de:

t = 180C l = 448l = coeficientul de absorbie, la care presiunea total este egal cu 760 mm Hg.q = masa n grame de gaz ce sunt adsorbite de 100g HCl cnd presiunea total la 180C este 760 mm Hg.q = 73,1 gla 180C A= 451,2 cm3densitatea acid = 1,2064 (% greutatea HCl n soluie)A = nr. de cm3 HCl absorbii de 1 cm3 H2O la 760mm Hg.

[Manescu S., Cucu M., Diaconescu M., Chimia sanitar a mediului, Editura medical, Bucureti 1994][Neniescu, Manualul inginerului chimist, Vol II, Editura Tehnic, Bucureti 1952][Mioara Surpeanu, Carmen Zaharia ABC metode de analiz a calitii factorilor de mediu, Editura Tehnic, Iai 2002]

3.3. Efectele HCl

HCl acioneaz duntor asupra mucoaselor pe care le irit i asupra smalului dentar pe care l distruge.Acidul clorhidric din sucul gastric transform pepsina, o enzim ce contribuie la digestie n form activ. Acidul clorhidric mai distruge bacteriile de putrefacie i cele patogene care ptrund n stomac. Acidul clorhidric gazos are aciune coroziv asupra cilor respiratorii mai slab dect clorul.Clorul este primul gaz sufocant folosit ca atare n primul rzboi mondial (1915). Clorul atac membrana plmnului care devine permeabil pentru ap permind plasmei sanguine s treac n alveolele plmnului astfel nct acesta nu-i mai poate ndeplini funciunea (edem pulmonar), i ali derivai ai clorului au fost folosii n primul rzboi mondial: fosgenul, difosgenul, iperita. Iritarea organelor respiratorii este urmat de tuse dureroas. Moartea vine rapid cnd clorul depete 0.6% . Clorul atac n general organismul animal i vegetal. El se combin cu hidrogenul producnd o oxidare profund. Este deci un dezinfectant energic . [2]

Efecte acute Acidul clorhidric este corosiv i toxic pentru ochi, piele i mucoase. Inhalarea sau expunerea acut poate cauza tuse, rgueal, inflamaii i ulceraii ale traiectului respirator, dureri de piept i edem pulmonarExpunerea acut oral poate cauza corodarea membranelor mucoaselor, esofagului i stomacului, nsoit de ameeli, vom i diaree. Contactul cu pielea poate produce arsuri severe i ulceraiiAu fost raportate iritaii pulmonare, leziuni ale cilor respiratorii superioare, edeme ale laringelui la cei expui la inhalri acute.Teste pe animale (oareci, obolani, iepuri) au artat c acidul clorhidric are o toxicitate moderat spre mare n urma inhalrii i o toxicitate acut moderat la expunere oral.

Efecte corniceExpunerea cronic la acid clorhidric duce la gastrit, bronit cronic, dermatit i fotosensibilitate la cei care lucreaz cu HCl. Expunerea prelungit la concentraii mici poate cauza decolorarea dinilor i erodarea lorInhalaia cronic cauzeaz hiperplazia mucozitii nazale, leziuni ale laringelui, traheii, precum i ale cavitii nazale n cazul obolanilorConcentraia de referin (RfC) pentru HCl este de 0,02 mg/m3, valoarea bazndu-se pe hiperplazia mucoasei nazale, laringelui i traheii obolanilor. RfC este o estimare a inhalrii continue de ctre populaia uman (inclusiv a grupului sensibil) care nu are un risc apreciabil de apariie efectelor cronice n timpul vieii. RfC nu este un estimator direct al riscului, dar reprezint un punct de referin pentru a scoate n eviden potenialele efecte. La expuneri mai mari dect RfC, potenialul efectelor secundare crete. Expunerea pe durata ntregii viei la doze mai mari ca RfC nu implic neaprat i apariia unor efecte negative asupra sntii EPA (Agenia American de Protecia Mediului) nu are ncredere n studiile bazate pe RfC, deoarece folosesc numai o doz de administrare i msurtorile toxicologice sunt limitate. Aceast slab ncredere n baza de date se datoreaz lipsei studiilor cronice sau reproductibile. EPA nu a stabilit nc o doz de referin (RfD) pentru acidul clorhidric.

Efecte asupra reproduceriiNu exist nici o informaie despre efectele HCl asupra reproducerii sau de dezvoltrii oamenilor. La obolanii expui inhalrii HCl, au fost observate: dispnee sever, cianozri, creterea mortalitii fatale precum i scderea n greutate a puilor.

Riscul de cancerNu exist nici o informaie asupra efectelor carcinogene la oameni datorat HCl.ntr-un studiu efectuat asupra obolanilor nu a fost observat nici un rspuns carcinogenic.EPA nu consider HCl ca un potenial agent carcinogenn ceea ce privete efectele asupra mediului trebuie de remarcat faptul c ploile acide pot conine HCl gazos dizolvat n ap avnd efecte negative asupra solului i plantelor. n plus HCl umed poate contribui la distrugerea cldirilor precum i a staturilor din marmur. [www.epa.gov- Hydrogen chloride]

3.4. Determinarea HCl din aer

[M Surpeanu, C. Zaharia- ABC Metode de analiz a calitii factorilor de mediu- Editura T, Iai, 2002, p50-52]

Principiul metodeiAcidul clorhidric reacioneaz cu sulfocianura de mercur (II) formnd un complex slab disociat (HgCl4)2-. Sulfocianul eliberat reacioneaz cu fierul trivalent formnd sulfocianura feric, de culoare brun-rocat, proporional cu cantitatea de ioni clorur.4HCl + Hg(SCN)2 2HSCN + H2[HgCl4] (1)3HSCN + Fe3+ Fe(SCN)3 + 3H+ (2)InterfereneLa determinarea HCl din aer prin metoda spectrofotometric interfer aerosolii de cloruri, bromuri, ioduri. Interferena acestora se elimin prin filtrarea aerului care se recolteaz folosind un filtru de hrtie, plasat naintea vasului de absorbie. Reactivi Hidroxid de sodiu, soluie 0,01 N Sulfocianur mercuric, soluie alcoolic 0,3 % (n alcool metilic) Alaun feriamoniacal, NH4Fe(SO4)212H2O, soluie 6% n HNO3 5N Soluie etalon stoc. Se dizolv 0,2046 g KCl ntr-un flacon cotat de 50 ml i se aduce la semn cu ap distilat. 1 ml soluie corespunde la 2 mg HCl. Soluie etalon de lucru: se dilueaz 2,5 ml soluie etalon stoc cu ap distilat la 100 ml. 1 ml soluie corespunde la 50 g HCl.Recoltarea probelorSe aspir aerul de analizat ntr-un absorbitor care conine 10 ml soluie de NaOH 0,01N. Debitul de aspiraie este de 2,5-3 l/min.

Modul de lucruConinutul absorbitorului se aduce cantitativ ntr-un flacon cotat de 25 ml i se completeaz volumul la 20 ml. Se adaug 2,5 ml sulfocianur mercuric i 2,5 ml alaun feriamoniacal, agitnd flaconul dup adugarea fiecrui reactiv. Dup 10 min se msoar absorbana la =470 nm fa de un martor preparat cu ap distilat i aceeai reactivi.n paralel, se traseaz curba de etalonare pentru cantiti de HCl cuprinse ntre 0-50 g i se determin coninutul de HCl din proba de analizat.Datele de etalonare se trec ntr-un tabel de forma:

Cantitate HCl, g01020304050

Soluie etalon de lucru, ml00,20,40,60.81

Ap distilat, mlcompletare la 20 ml

Sulfocianur mercuric, ml2,52,52,52,52,52,5

Alaun feriamoniacal, ml2,52,52,52,52,52,5

Absorbana, =470 nm

Se traseaz curba de etalonare A=f(C)

Calculul rezultatelorConcentraia de HCl din proba de aer analizat se calculeaz cu relaia:HCl (mg/m3)=Cx/Vn care:Cx cantitatea de HCl n proba fotometrat, gV volumul de aer recoltat, l

[Zaharia, Surpeanu ABC metode de analiz][STAS 339/80 Determinarea HCl]

Capitolul 4. Tehnologia adoptata

4.1. Conditii de calitate a aerului STAS-ul 12574/1987 prevede concentraiile maxim admise (CMA) ale substanelor chimice din aerul zonelor protejate prezentate n tabelul 3:

Substana poluantConcentraia maxim admisibil, mg/m3Metod de analiz

Medie de scurt duratMedie zilnic

1234

30 minute24 ore

Acid azotic0,4-*

Acid clorhidric0,30,01STAS 10943-89

Acrolein0,030,01STAS 11331-79

Aldehide (HCHO)0,0350,012STAS 11332-79

Amoniac0,30,1STAS 10812-76

Anhidrid fosforic0,30,1STAS 12863-90

Arsen-0,203STAS 10931-77

Benzen1,50,8*

Cadmiu-0,00002STAS 12731-89

Clor0,10,03STAS 10931-77

Crom (Cr2O3)-0,0015STAS 11103-78

Dioxid de azot0,30,1STAS 10329-75

Dioxid de sulf0,750,25STAS 10194-89

Fenol0,10,03STAS 11027-77

Fluor (compui anorganici gazoi sub form de aerosoli uor solubili)Fluor (compui anorganici sub form de aerosoli greu solubili)

0,015

-

0,005

0,03

STAS 10330-88

Funingine0,150,05STAS 13000-91

Furfurol0,150,05*

Hidrogen sulfurat0,0150,008STAS 10814-76

Mangan (compui ai manganului)-0,01STAS 10815-85

Metanol1,00,5STAS 11105-78

Metil mercaptan-0,00001STAS 12730-89

Oxid de carbon6,02,0*

Oxidani (O3)0,10,03STAS 11010

Plumb-0,0007STAS 10810

Sulfai n suspensie inclusiv de acid sulfuric (SO4)2-0,030,012STAS 11194-79

Sulfur de carbon0,030,005STAS 11104-78

Tricloretilen4,01,0*

Pulberi n suspensie0,50,15STAS 10195-75

* Metodele de analiz sunt conform Ministerului Sntii.Tabelul 3. Concentraiile maxim admise ale diferiilor poluani ai aerului. Ordinul 462/1993 al Ministrului Apelor Pdurilor i Proteciei Mediului (MAPM) prevede normele de limitare preventiv a emisiilor de poluani n atmosfer aa cum sunt prezentate la punctele 1-5: Dac debitul masic este 0,5 kg/h, emisiile sub form de pulberi la toate categoriile de substane poluante nu trebuie s depeasc 50 mg/m3, la o dimensiune a diametrului mediu al particulelor dp 5 mm. Limitare poluani atmosferici.

Nr. crt.SubstanaDebit masicg/hConcentraii emisii, mg/m3

DenumireaSimbol

Clasa 110,2

1Cadmiu i compuii siCd

2Mercur i compuii siHg

Clasa 251

1Arsen i compuii si, excepie hidrogenul arseniatAs

2Cobalt i compuii siCo

3Nichel i compuii siNi

Clasa 3255

1Crom i compuii siCr

2CianurCN

3Cupru i compuii siCu

4Fluoruri sub form de pulberiF

5Plumb i compuii siPb

6Mangan i compuii siMn

Etc..

1.Limitare substane anorganice sub form de gaze sau vaporiNr. crt.SubstanaDebit masicg/hConcentraii emisii, mg/m3

Clasa 1101

1Clorur de cianogen

2Hidrogen arseniat

3Hidrogen fosforat

Clasa 2505

1Acid clorhidric

2Brom i clor

3Fluor i compuii si

4Hidrogen sulfurat

Clasa 350030

1Compui clorurai

2Amoniac

Clasa 4500500

1Oxizi de sulf

2Oxizi de Azot

Etc..

2.Limitare substane organice sub form de gaze, vapori sau pulberiNr. crt.SubstanaDebit masicg/hConcentraii emisii, mg/m3

DenumireaSimbol

Clasa 10,120

1ClormetanCH3Cl

2AnilinC6H7N

Clasa 22100

1ClorbenzenC6H5Cl

2CiclohexanonC6H10O

3ToluenC7H8

Clasa 33150

1Acetat de etilC4H8O2

2Alcani, fr metanCnH2n+2

3Alchene fr 1,3 butadienCnH2n

4CloretanC2H5Cl

5Eter dibutilicC8H18O

6TriclorofluorometanCCl3F

Etc..

3. Limitare substane cancerigeneNr. crt.SubstanaDebit masicg/hConcentraii emisii, mg/m3

DenumireaSimbol

Clasa 10,50,1

1Azbest

2Benzo-pirenC20H12

3Beriliul i compuii siBe

4Dibenzo-antracenC22H14

Clasa 251

1Compui de crom (VI)Cr

2CobaltCo

3Sulfat de dimetilC2H6O4S

Clasa 3255

1AcrilonitrilC3H4N

2BenzenC6H6

31,3 ButadienC4H6

41 Cloro 2,3 epoxipropanC3H5ClO

5Clorur de vinilC2H3Cl

6HidrazinH4N2

Etc..

Legislaia n domeniul proteciei atmosferei este reprezentat n principal de Legea Proteciei mediului nr.137/195, republicat prin Legea nr.159/1999 i completat prin U.G. nr.91/2002 i reglementrile juridice i tehnice privind factorul de mediu-aer i anume a calittii acestuia n diferite zone cum ar fi: zone protejate, zone cu emisii importante de fluxuri gazoase ca urmare a desfurarii unor activiti social-economice. Reglementrile privind protecia atmosferei sunt cuprinse n capitolul III, sectiunea a 2-a n care sunt specificate urmtoarele aspecte importante. Art.41. Prin protecia atmosferei se urmrete prevenirea, limitarea deteriorrii i ameliorrii calitii acesteia pentru a evita manifestarea unor efecte negative asupra mediului, sntii umane i a bunurilor materiale. Art.42. Autoritatea central pentru protecia mediului promoveaz politicile regionale i globale, fundamentnd principiile i actiunile specifice att la nivel naional, ct i local, privind protecia atmosferei. Art.43.Autoritatea publica central pentru protecia mediului, cu consultarea ministerelor competente, elaboreaz norme tehnice, standardele i regulamentele de aplicare privind: calitatea aerului n funcie de factorii poluani din atmosfer; emisiile de poluani atmosferici pentru surse fixe i mobile, precum i condiiile de restricie sau de interdicie pentru utilizare; calitatea combustibililor i carburanilor, precum i reglementrile privind introducerea pe pia i transportul acestora; pragul fonic i reglementri pentru limitarea zgomotelor; supravegherea calitii aerului, proceduri de prelevare i analiz, amplasarea punctelor i instrumentelor pentru probare i analiz, frecvena msuratorilor i altele; identificarea, supravegherea i controlul agenilor economici a cror activitate este generatoare de risc potenial i poluare atmosferic; sistemul de notificare rapid , n caz de poluare acut a atmosferei cu efecte transfrontiere, a autoritilor desemnate cu aplicarea Conveniei privind efectele transfrontiere ale accidentelor industriale. Art.44. Autoritatea public central pentru protecia mediului supravegheaz i controleaz aplicarea prevederilor legale privind protecia atmosferei, n care scop: constat apariia episoadelor de poluare a atmosferei, d alerte i emite prognoze legate de acestea; dispune ncetarea temporar sau definitiv a activitilor generatoare de poluare n vederea aplicrii unor msuri de urgen sau pentru nerespectarea programului pentru conformare; solicit msuri tehnologice, aplic restricii i interdicii n vederea prevenirii, limitrii sau eliminrii emisiilor de poluani; aplic sanciunile prevzute de lege n caz de nerespectare a msurilor dispuse. Unul dintre cele mai importante standarde de mediu este standardul de calitate a aerului care prevede concentraiile maxime admisibile ntr-o anumit perioad de timp ale unor poluani importani n zonele protejate-STAS 12574-87.

STAS 12574-87. Aer in zonele protejate. Condiii de calitate. Standardul de calitate a aerului cuprinde dou pri i anume:1. Indicaii generale.2. Condiii de calitate.

n prima parte sunt enunate o serie de noiuni care vizeaz concentraiile poluanilor i modul lor de calcul. Astfel, prin concentraie medie lunar sau anual se inelege media aritmetic a concentraiilor medii zilnice obinute n perioada respectiv. Pentru calculul concentraiei medii lunare sunt necesare minimum 15 valori medii zilnice. Se constat c n Romnia sunt specificate mai mult normele privind concentraiile medii admisibile de scurt durat sau zilnice i mai puin cele de lung durat, lunare sau anuale. De asemenea, trebuie fcute unele precizri i anume:- concentraia unui poluant n aer este o mrime aleatoare caracterizat prin fluctuaii imprevizibile, datorate preponderent turbulenei atmosferice dar i fluctuaiilor emisiei;- se definete norma de calitate a aerului pentru un poluant dat ce trebuie s cuprind concentraia maxim admis medie pentru un interval de timp, frecven f asociat C.M.A. i intervalul de referin I;- norma pentru un poluant, ntr-un punct dat din zona de interes, este respectat dac C.M.A. medie pe intervalul este atins sau depit cu o frecven cel mult egal cu f n intervalul de timp I;- pentru un poluant dat se stabilesc C.M.A. corespunznd mai multor perioade de mediere. Normativul romnesc prevede cea mai mare parte a cazurilor concentraii maxime admise medii pe 30 minute i pe 24 ore. Justificarea este ca o C.M.A. medie pe 24 ore nu este suficient de restrictiv ea singur, n sensul c, datorit variabilitii mari a concentraiei poluantului, respectarea normei nu ar asigura automat mpotriva unor concentraii de scurt durat inacceptabil de mari. n cea de-a doua parte a standardului privind condiiile de calitate a aerului sunt prezentate principalele substane chimice poluante i concentraiile lor maxim admisibile, principalele aspecte privind pulberile sedimentabile i, respectiv, radioactivitatea. Concentraia maxim admis este pentru urmtoarele substane cu aciune sinergic, dac sunt prezente simultan n aer: SO2, NO2 i NH3 SO2 i F(compui anorganici) SO2 i aerosoli de H2SO4 SO2 i pulberi n suspensie NO2 i pulberi n suspensie HCl, HNO3 i aerosoli de H2SO4

[M Surpeanu, C. Zaharia- ABC Metode de analiz a calitii factorilor de mediu- Editura T, Iai, 2002, p173-177]

4.2. Variante tehnologice de reducere a poluanilor gazoi din aer .

Principalele procese care sunt utilizate n reinerea poluanilor atmosferici din atmosfer sunt : absorbia , adsorbia , condensarea , reinerea pe membrane. Absorbia este operaia de separare a unuia sau mai multor componeni dintr-un amestec gazos, prin dizolvare ntr-un lichid cu proprieti selective (absorbie fizic). Ea difer de purificarea pe cale umed prin aceea c absorbia se refer la gaze, iar purificarea umed se refer la particule. Absorbia poate fi nsoit de o reacie chimic ntre reactivii adugai n lichidele absorbante i gaze, operaia n acest caz se numete absorbie cu reacie chimic sau chemosorbie. Multe gaze pot fi uor absorbite de ap cu sau fr aditivi chimici.

Absorbia fizic Absorbia implic prezena a dou faze: lichid i gazoas. Concentraia gazului dizolvat n soluia aflat n echilibru cu faza gazoas se mai numete solubilitatea gazului. Dioxidul de sulf e mult mai puin solubil n ap dect amoniacul.Solubilitatea gazelor scade cu creterea temperaturii.

Absorbia chimic Cele mai multe dintre procesele de depoluare a aerului prin absorbie sunt bazate pe reacia dintre gazul poluant i lichidul absorbant sau un alt component prezent n soluia absorbant.Efectul absorbiei e cel mai puternic atunci cnd reacia e ireversibil. Nu exist o linie de demarcaie exact ntre absorbia fizic i chemoabsorbie.Prin absorbie se rein CO, CO2, H2S, oxizii de azot, SO2, SO3, HF, HCl i compui organici.Procesul de transfer de mas care are loc pentru ndeprtarea poluanilor gazoi prin absorbie urmeaz ecuaia global de transfer de mas:

NA=KGAF

Unde:NA debit molar de gaz absorbit [mol/s]KG coeficient global de transfer de mas [mol/s]A aria interfeei gaz-lichid [m2]F fora motoare Operaia invers de trecere n faza gazoas a unui component dizolvat n lichid se numete desorbie. Desorbia urmeaz absorbia, mai ales n cazul recuperrii i se face prin nclzirea indirect cu abur, la temperatur ridicat solubilitatea componentului dizolvat fiind mult mai mic, el trece n faz gazoas i este evacuat cu o pomp de vid sau antrenat de abur la un condensator. Absorberele pentru poluani gazoi pot funciona :-numai cu ap;-cu ap , cu sau fr reglarea pH-ului;-cu ap, cu sau fr reglarea pH-ului, i cu aditivi chimici. Exist dou categorii de msuri de reducere a emisiilor poluante n atmosfer : Metode care ofer posibilitatea recuperrii poluanilor gazoi i refolosirea acestora; Metode distructive n cadrul crora au loc transformri ireversibile ale poluanilor n substane nepoluante. O subclasificare a acestor metode este prezentat n figura 2:

Msuri pentru reducerea poluanilor gazoi din aerRecuperareDistrugereArdereProcedee biologiceArdere suplimentar termic Filtrare biologicSpltoare biologicerecuperativCondensareAdsorbieAbsorbieArdere suplimantar cataliticregenerativrecuperativSeparare prin membraneregenerativ

Daca aude li

Figura 2. Clasificarea msurilor de reinere a poluanilor gazoi.[www.mmediu.ro- Msuri postproces pentru reducerea compuilor organici volatili DFIU-Karlsruhe, Implementarea Directivei IPPC]

AbsorbiaDescrierea metodei La metoda prin absorbie, compuii gazoi prezeni n curentul de aer uzat sunt reinui de un lichid de splat (absorbant). Se face deosebirea ntre 2 variante de metode: Metoda fizic: Compuii ce trebuie ndeprtai i lichidul de splat nu intereacioneaz, o recuperare a absorbantului fiind, n principiu, posibil. Metoda chimic: Compuii ce trebuie ndeprtai i lichidul de splat intereacioneaz, astfel nct o recuperare a absorbantului nu este posibil dect n cazul unei reacii reversibile. Procesul de absorbie fizic are loc continuu, prin combinarea unei etape de absorbie cu o etap ulterioar, n care mediul absorbant este regenerat. Solubilitatea unui gaz depinde foarte puternic de temperatur i de presiune. Aceasta scade odat cu creterea temperaturii i cu reducerea presiunii. Astfel, absorbantul se poate regenera n cazul unei temperaturi ridicate sau prin degajarea presiunii.

Etapa de absorbie Compuii gazoi sunt introdui ntr-o coloan de absorbie, de cele mai multe ori n contracurent cu un lichid de absorbie, lichid care prezint capacitatea de a reine un gaz. Pentru aceasta sunt utilizate frecvent turnuri de splare cu corpuri de umplutura (1) (vezi figura 3). Aceste instalaii cupleaz o suprafa mare de absorbie cu pierderi reduse de presiune i, implicit, cu un consum redus de energie. Lichidul de splat se pulverizeaz pe la partea superioar a turnului de splare i formeaz o pelicul pe suprafaa corpurilor de umplutur, curgnd n sens invers fa de gazul rezidual. Lichidul de splat care conine gazul absorbit, se strnge la baza absorberului, iar de acolo este pompat, nclzit i condus spre regenerator. Un schimbtor de cldur (2) servete la recuperarea cldurii soluiei calde provenit de la procesul de desorbie, cu ajutorul creia se nclzete soluia de la baza absorberului.Etapa de desorbie Mediul absorbtiv alimenteaz unui aparat de desorbie care de regul este o coloan de distilare (3). Gazul absorbit se culege la partea superioar a coloanei, iar lichidul de absorbie la parte inferioar unde este rcit n schimbtorul de cldur i pompat n absorber. Figura 3 prezint instalaia de absorbie-desorbie n cazul n care absorbia este fizic. n cazul n care gazul absorbit interacioneaz chimic(chemosorbie) cu absorbantul (aa cum este i cazul HCl, SO2, sau oxizi de azot care reacioneaz cu apa) din instalaia prezentat n figura 3 rmne valabil numai absorberul (1), restul utilajelor principale fiind dictate de necesitatea de recuperare sau nu a absorbantului.

Figura 3. Instalaie de adsorbie fizic desorbie a unui component gazos dintr-un amestec de gaze.Substane tratabile. Absorbia n ap, soluie acid sau alcalin se recomand n special pentru emisiile care conin HF, HCl, Cl2, COV, SO2, H2S, NH3.Adsorbia Poluanii gazoi pot fi reinui din aer prin adsorbie pe suprafaa unui adsorbant . Suprafeele adsorbante pot fi, fie solide, fie lichide. Adsorbia pe suprafa lichid este considerat ca fcnd parte din absorbie, rmnnd adsorbia numai pe suprafaa solid. Fenomenul de eliminare a adsorbitului din sistemul adsorbant-adsorbit se numete desorbtie i se utilizeaz pentru regenerarea adsorbentului i recuperarea adsorbitului. n funcie de natura interaciunilor moleculare se disting urmtoarele tipuri de adsorbie: Adsobie fizic, ce se petrece ntr-un strat superficial mono- sau polimolecular ca efect al forelor Van der Waals. Acest tip de adsorbie se caracterizeaz prin stabilirea destul de rapid a echilibrului n sistem i scderea fluxului de adsorbie cu creterea temperaturii. Adsorbia chimic e fenomenul de adsorbie nsoit de reacie chimic.

Adsorbenti n general un adsorbent ideal ar trebui s aib urmtoarele caracteristici: Capacitate mare de adsorbie; S fie un adsorbent specific; Rezisten mecanic bun; S fie uor de regenerat; S fie ct mai ieftin posibil; S fie de natura granular pentru a preveni cderile mari de presiune prin strat. Adsorbenii pot fi mparii n urmtoarele clase:1. crbune activ pentru hidrocarburi i gaze nepolare;2. oxizi(silicagel, oxid de aluminiu, silicat de magneziu) pentru gaze polare i vapori;3. materiale fin divizate utilizate n general drept catalizatori;4. materiale naturale(cleiuri, bauxite, pmnturi) cu capacitate mic de adsorbie;5. site moleculare(zeolii) care sunt silicai de aluminiu cristalini ai metalelor alcaline.

4.3. Alegerea variantei optime

Pentru separarea unui amestec gazos binar, n cazul nostru aer i HCl, se poate utiliza oricare dintre metodele utilizate anterior. n cazul dat, gradul de separare al solutului trebuie s fie ridicat. Capacitatea de producie este relativ mic, costul investiiei, exploatrii i al ntreinerii instalaiei trebuie s fie ct mai mic. Utilizarea metodei de separare prin condensare i difuziune prin membrane este neeconomic deoarece instalaiile corespunztoare sunt costisitoare, consumul de energie i costul de fabricaie sunt foarte ridicate. Utilizarea adsorbiei pentru separare necesit totodat regenerarea adsorbantului ceea ce implic un consum sporit de energie. Avnd n vedere natura componentului din amestecul gazos, gradul de separare cerut, costul materiei prime, costul investitiei i al exploatrii, se alege ca metoda de separare absorbia.

Proprietaile de separare ale HCl n ap sunt:T=180C: aer :19,38 cm3 aer1 cm3 ap HCl: 451 cm3 HCl 1 cm3 ap[Neniescu, Manualul inginerului chimist, vol II, Ed. Tehnic, Bucureti, 1952] n acest context adoptm ca modalitate de separare a HCl din aer, se alege operaia de absorbie a HCl n ap, ceea ce implic o instalaie simpl i o eficien mare.

4.4. Descrierea tehnologiei adoptate. Elaborarea schimei bloc. Elaborarea schemei tehnologice. Separarea HCl din amestecul gazos iniial constituit din aer + HCl se realizeaz prin absorbie n ap ntr-o coloan. Schema bloc a procedeului este redat n fig.4.1:

Fig. 4.1. Schema bloc a procesului de absorbie n ap a HCl

Schema tehnologic

Fig. 4.2 Schema tehnologic

1-ventilator 2-coloana de absorbie 3-rezervor de depozitare ap 4-pompa centrifug 5-rezervor stocare soluie HCl 6-vas de neutralizare 7-rezervor de stocare a soluiei de HCl 10% 8-vas de preparare a soluiei de NaOH de 10% 9-canalizare. Fluxul gazos contaminat cu HCl este introdus n coloana de absorbie cu ajutorul ventilatorului(1) i strbate coloana n sens ascendent.Cu ajutorul unei pompe centrifuge este introdus n coloan de absorbie un flux de ap,i strbate coloana n sens descendent.Cele dou faze gazoas i lichid au o circulaie n contracurent n interiorul coloanei astfel nct HCl din faza gazoas este transferat n faz lichid.Fluxul gazos purificat cu o concentraie mai mic de 30 mg/m este eliminat pe la partea superioar a coloanei,iar la partea inferioar a coloanei este eliminat fluxul lichid a soluiei de HCl i apa format n coloan.Acest flux depozitat intrun vas(5) prin cdere liber. Din vasul de stocare a soluiei de HCl i ap cu ajutorul pompei centrifuge este adus n vasul de neutralizare i se realizeaz neutralizarea acesteia cu o soluie de 10 %NaOH. Vasul este prevzut cu un agitator de palete pentru o omogenizare mai bun.Soluia de NaOH de 10% este format n vasul de preparare(8) n care se introduce ap i NaOH.Vasul este prevzut cu un agitator de palete. Soluia de NaOH de 10% este stocat n rezervorul 7.n vasul de neutralizare apa care rezult este derversat la canal doar dac concentraia HCl din ap este mai mic dect concentraia HCl prevzut n NTPA 002.

Capitolul 5. Dimensionarea tehnologic a utilajelor

5.1. Tipuri de utilaje. Alegere, descriere5.1.1 Alegerea tipului de coloan Utilajele de absorbie pot fi clasificate dup principiul de funcionare, n patru categorii: absorbere de suprafa; absorbere cu pulverizare; absorbere cu barbotare; absorbere cu pelicul sau fil. n scopul realizrii unei eficaciti ridicate, absorberele trebuie s satisfac o serie de condiii: s ofere o suprafa de contact mare prin dispersarea unei faze n cealalt; s asigure contactarea fazelor n contracurent pentru o separare ct mai avansat; viteza celor dou faze s fie mare; cderea de presiune la curgerea fazelor prin utilaj s fie mic; s asigure evacuarea cldurii atunci cnd absorbia este nsoit de efecte termice ridicate; s realizeze un grad de separare mare pentru soluii; s evite obturarea seciunii de curgere atunci cnd fazele conin impuriti mecanice sau apare tendina cristalizrii unui component din faza lichid; s prezinte o siguran n funcionare, un cost redus al investiiei, ntreinerii i exploatrii utilajului; materialul din care e confecionat utilajul s aib o bun rezisten la coroziune.

a) Absorbere de suprafa se concretizeaz sub forma tuburilor, vaselor Callarius i a serpentinelor. Sunt confecionate din materiale rezistente la coroziune, respectiv din gresie, ceramic, grafit, cuar. Aceste absorbere au o suprafa de contact mic fapt pentru care eficacitatea lor este scazut. Din acest motiv sunt utilizate numai pentru gaze uor solubile.

b) Absorbere cu pulverizare Din aceast categorie de utilaje fac parte coloanele cu stropire, absorberele cu diacuri, absorberele mecanice cu trunchiuri de con i absorberele cu strat flidizat trifazic. Suprafaa de contact ntre faze este generat prin dispersia fazei lichide sub form de picturi n masa fazei gazoase i este dat de suprafaa tuturor picturilor existente la un moment dat. Cu ct fineea picturilor i fineea gazului sunt mai mari cu att eficacitatea acestor gaze este mai mare.

c) Absorbere cu barbotare Aceste coloane sunt de regul sub form de coloane preavazute n interior cu mai multe talere cu clopoei, valve sau talere perforate. Funcionarea coloanelor de absorbie se bazeaz pe dispersia fazei gazoase sub form de bule n straturile de absorbant existente pe talere. n figura 5.1.1 este reprezentat schematic o coloan de absorbie cu talere perforate.Desen fig 5.1.1. Coloana de absorbtie cu talere perforate

Faza lichid (absorbantul) intr n coloan pe la partea superioar pe primul taler i curge prin cdere liber din taler n taler prin tuburile deversoare existente pe fiecare taler pn la baza coloanei. Faza gazoas intr pe la partea inferioar i trece prin orificiile talerelor, barboteaz n stratul de lichid de pe fiecare taler, i iese prin racordul aflat la vrful coloanei. Transferul de mas are loc numai n straturile de lichid de pe taler.

d) Absorbere cu pelicul n cazul acestor utilaje, absorbantul curge sub form de film subire prin fascicule de evi sau straturi cu umplutur, n contracurent cu faza gazoas. Din aceast categorie de utilaje fac parte coloanele cu umplutur i utilajele tip schimbtor de cldur cu fascicul de evi. Coloanele cu umpultur se utilizeaz cel mai frecvent la absorbie. Coloana cu umplutur fig. 5.1.2 este constituit dintr-un corp cilindric vertical, grtare care au rolul de a susine straturile de umplutur, dispozitive pentru distribuia absorbantului i dispozitive pentru redistribuirea absorbantului.

Desen fig 5.1.2 Coloana cu umplutur

Faza lichid este distribuit la vrful coloanei printr-un dispozitiv de distribuie i curge sub form de film subire pe suprafaa umpluturii n sens descendent, iar la ieirea din fiecare strat de umputur este redistribuit. n contracurent cu absorbantul, prin golurile straturilor de umplutur circul faza gazoas. Contactul dintre faze fiind continuu, concentraia solutului variaz continuu pe nlimea coloanei. Dintre aparatele pentru absorbie cea mai larg utilizare n practic o au coloanele cu umplutur i cele cu talere. Aceste coloane difer prin modul de contactare diferenial sau n trepte a fazelor lichid i gazoas. Alegerea coloanelor cu talere sau cu umplutur depinde de mai muli factori care au fost grupai n: caracteristici constructive, factori hidrodinamici i caracteristicile fazelor participante. n tabelul 5.1.1 sunt prezentate n funcie de aceti factori condiiile n care se pot utiliza coloanele cu umplutur sau cu talere. Prin urmare tabelul 5.1.1 permite alegerea tipului de coloan care este indicat pentru un anumit scop.

5.1.2. Alegerea umputurii pentru coloan Umpluturile utilizate pentru coloane se pot mpri n trei categorii: - corpuri de umplere de form neregulat;- corpuri de umplere de form definit;- grtare. Pentru a fi eficiente, umpluturile trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: s prezinte o suprafa mare raportat la unitatea de volum, s realizeze o distribuie uniform a fazei gazoase printre golurile umpluturii, s prezinte o rezisten mic la curgerea fazelor, s realizeze o amestecare bun a celor dou faze, s prezinte o rezisten mecanic i chimic corespunztoare, s fie ieftine i uor de procurat. Corpurile de umplere de form neregulat sunt n general foarte rar ntrebuinate deoarece corpurile au dimensiuni diferite i pentru a obine o mrime ct mai uniform este necesar o sortare cu atenie. Corpurile de umplere de form definit sunt cele mai rspndite umpluturi n cadrul industriei chimice i se concretizeaz n inele Raschig, sei Berl, inele Pall, sei Intalor, etc. Sunt confecionate din materiale ceramice, plastice, tabl de diferite caliti, carborund, etc. n tabelul 5.1.2 sunt date principalele caracteristici ale ctorva corpuri de umplere.

Pentru acest caz s-au ales inele Rasching de tipul 35x35x4. Corpurile de umplere pot fi aezate n mod regulat n coloan sau turnate. La umpluturile aezate n vrac distribuia lichidului depinde de forma i mrimea corpurilor de umplere, diametrul coloanei, nlimea stratului i distribuia iniial. Umpluturile mici duc la formarea unor pungi de lichid datorit capilarelor ce apar la punctele de contact dintre corpuri ceea ce determin micorarea suprafeei udat a umpluturii i prin urmare scderea eficacitii coloanei. n scopul realizrii unei bune distribuii a lichidului n seciunea transversal stratului de umplutur se recomand ca diametrul nominal al corpurilor de umplere s fie de cel puin 8 ori mai mic dect diametrul coloanei. Evitarea formrii canalelor se realizeaz prin turnarea uniform a umpluturii n strat, distribuia uniform a fazei lichide, mprirea umpluturii n mai multe straturi ntre care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului . Grtarele se contruiesc din lemn, materiale ceramice, metalice, plastice n form simpl ca bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor dou fluide. n timp ce grtarele simple se demonteaz uor, realizeaz o cdere de presiune mic, nu se nfund cnd lichidul conine particule solide n suspensie, grtarele complexe asigur o umezire aproape complet a umpluturii prentampinnd apariia unor curgeri prefereniale i a pungilor de lichid. Grtarele se monteaz n coloane de suprapunere. O larg utilizare i-au gsit n ultimul timp grtarele Koch-Sulzer, Glitsch, Spraypack, Stedman. Se alege ca material de umplutur inele ceramice raschig cu diametrul 10x10x1,5.

5.1.3 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutur Dispozitivele interioare care se utilizeaz n cazul coloanelor cu umplutur sunt grtarele de susinere a umpluturii, distribuitoarele i redistribuitoarele pentru faza lichid.

. Grtarele de susinere Dintre cele mai vechi i mai simple grtare de susinere a umpluturii sunt plcile perforate care i mai gsesc i astzi o larg utilizare n special cnd se lucreaz cu debite mici de lichid i gaze. Seciunea liber pentru trecerea celor dou faze este mai mic dect n stratul cu umplutur fapt care determin n cazul unor debite mari de lichid i de gaz o cdere mare de presiune i o reducere a eficacitii coloanei. Un astfel de grtar utilizat este cel prezentat n figura 5.1.3.

Fig 5.1.3 Grtar de susine a umpluturii

Acest grtar este confecionat din mai multe platbande fixate prin sudur de o plac de baz, distana dintre platbade fiind astfel aleas nct seciunea liber a grtarului s fie egal sau mai mare dect cea a umpluturii. Pentru a nu permite cderea umpluturii printre platbande acestea se acoper cu cteva straturi de corpuri de umplere cu dimensiuni mai mari sau se acoper cu o sit metalic. n locul platbandelor se pot utiliza bare din metal sau plci din gresie dac mediul este coroziv. Literatura indic i alte tipuri de grtare suport cum sunt cele formate din mai multe grinzi din tabl perforat cu orificii de form alungit sunt fixate pe o plac de baz de asemenea perforat. Seciunea liber de trecere a fazelor este mai mare de 85%.

Distribuitoare pentru faza lichid Distribuitoarele pentru lichid au rolul de a asigura o repartizare uniform a absorbantului pe ntreaga suprafa transversal a coloanei. Realizarea unei distribuii uniforme a lichidului determin o eficacitate ridicat a coloanei de absorbie cu umplutur. Distribuitoarele tip du se confecioneaz dintr-o eav central cu alimentare prevzut cu ramificaii din mai multe inele concentrice din eav sau dintr-o eav cu duz la un capt i deflector. Aceste distribuitoare sunt recomandate cnd presiunea lichidului este mai mare i cnd absorbantul este lipsit de impuriti mecanice. Debitul specific de absorbant este de 25 m3/m2*h i presiunea necesar este de 0,35 - 1,40 N/cm2. Distribuitoarele tip taler sunt formate dintr-o plac cu diametrul de 250-1800 mm prevzut cu orificii circulare n care se fixeaz evi de distribuie avnd diametre cuprinse ntre 25 i 50 mm. Pentru coloanele cu diametru de peste 2 m se pot utiliza dispozitive sub forma unor plci plane perforate cu guri de diametre 5-6 mm i care sunt nconjurate de un contur crenelat avnd rolul unui deversor. Distribuitoarele cu preaplinuri, se utilizeaz la coloane cu diametre mici. Ele sunt formate dintr-o plac suport prevzut cu orificii n care se fixeaz evi cu un decupaj n form de V.

Redistribuitoare pentru faza lichid Necesitatea utilizrii mai multor straturi de umplutur ntr-o coloan determin folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului. Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitivele de distribuie speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare. Astfel de dispozitive de redistribuire a lichidului const din dou plci suprapuse care ndeplinesc rolul de suport, redistribuitor, alimentare i evacuare a fazelor. Placa superioar este identic cu grtarul de susinere , iar placa inferioar este prevzut cu orificii cu diametrul de 3-5 mm i orificii cu diametrul de 3-10 cm n care se fixeaz evi. Dispozitivul are nlimea total egal cu 350 mm. Conurile de distribuie sunt cele mai simple dispozitive pentru redistribuirea fazei lichide care dirijeaz lichidul ce se scurge pe corpul interior al utilajului ctre axul acestuia. Aceste dispozitive se aeaz unul fa de altul la distana de (1,6-2) din diametrul coloanei i prezint ca dezavantaj principal micorarea seciunii coloanei. Conurile cu guri tanate sunt mai complicate din punct devedere contructiv, dar asigur o ngustare mai redus a seciunii aparatului. Un alt dispozitiv pentru redistribuire foarte simplu const dintr-un buzunar ngust fixat de mantaua utilajului de la care pleac radial nclinat trei sau mai multe evi. Prin evi lichidul adunat n buzunarul dispozitivului se scurge spre axul utilajului.

5.1.4. Materiale de construcie pentru coloane Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau umplutur se construiesc din oel-carbon, font, oeluri speciale aliate cu Cr, Ni i Mo, oeluri emailat, oeluri metalizate sau cptuite cu materiale rezistente la aciunea coroziv a acelor faze care particip la absorbie. Elementele interioare ale coloanelor cu umplutur i cu talere sunt confecionate din materiale specificate anterior. n cazul coloanelor cu umplutur, dac substanele cu care se lucreaz sunt puternic corozive, corpul acestor utilaje se cptuete n interior cu o crmid antiacid sau se torcreteaz cu chit antiacid. Alegerea materialelor necesare pentru corpul i elementele interioare ale absorberului se face n funcie de natura substanelor vehiculate prin coloan i aciunea lor coroziv. n continuare se prezint detaliat modul de alegere al materialelor de construcie pentru diferite utilaje precum i tipuri de materiale indicate. Materialul cel mai des folosit n industria chimic este tabla din oel. n funcie de compoziia sa chimic, tabla din oel poate fi: oel carbon, oel slab aliat i oel aliat. Tabla din oel carbon i oel aliat se utilizeaz frecvent n construcia utilajelor cu condiia ca acestea s nu conina fluide toxice, inflamabile, explozive fisuranta sub sarcin. Table din oel aliat se utilizeaz n cazul mediilor corozive i la temperaturi ridicate. Cea mai mare parte a oelurilor sunt aliate cu Cr i Ni. n vederea prevenirii coroziunii intercristaline se stabilizeaz cu titan i niobiu. Tablele placate constituie soluia tehnic i economic convenabil pentru rezolvarea problemelor legate de coroziunea chimic. Se utilizeaz o combinaie de oel carbon sau slab aliat i un placaj de oel anticoroziv nalt aliat. Grosimea placajului trebuie s fie aproximativ 10 % din grosimea stratului de baz. Fonta se utilizeaz pentru construcia recipienilor care lucreaz la presiuni interioare de calcul de 0,3 0,6 Mpa i presiuni exterioare de calcul 0,6 1,2 Mpa i diametre respectiv mai mici de 3000 - 1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Si, sau Mo poate fi utilizat n medii corozive (acizi, detergeni i alte medii corozive). Fonta cu Ni sau fonta austentic este rezistent la soluii alcaline concentrate, acid sulfuric i ali acizi anorganici la temperaturi de pn la 850o C. Materiale metalice neferoase utilizate n construcia recipienilor, atac materialul de baz ct i ca material de protecie sunt: cuprul, aluminiul, nichelul, titanul, zirconiul, niobiul, molibdenul, etc.). cuprul i aliajele lui este folosit ca material de construcie pentru utilaje n cazul mediilor corozive i temperaturi mai mici de 250o C. Aluminiul se utilizeaz la temperaturi mai mici de 200o C pentru medii puternic corozive (acid azotic concentrat). Nichelul, n stare pur sau aliat, poate fi utilizat la topituri. Materialele nemetalice pot fi anorganice i organice. Dintre cele anorganice fac parte: sticla, gresia, porelanul, etc. Acestea se recomand la temperaturi foarte nalte. Pentru alegerea corect a unui oel inoxidabil sau orice alt material metalic se v-a ine seama de urmtoarele elemente:- proprietile fizice, chimice i mecanice ale oelului;- condiiile de lucru (temperatur, presiune);- economicitatea realizrii produsului pentru a avea fiabilitatea ridicat.

5.1.5 Probleme de coroziune Materialele metalice, precum i cele nemetalice sufer n timpul exploatrii un proces de degradare chimic sau electrochimic a mediului de lucru. Coroziunea este un proces complex de distrugere a materialului datorit aciunii mediului nconjurtor prin procesele chimice i electrochimice ce se desfoar la interfaa metal-gaz, metal-lichid, ce dau reacii eterogene. Reaciile de coroziune pot fi clasificate n trei tipuri de procese i anume: coroziune cu degajare de hidrogen:2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2 coroziune cu reducere de oxigen:2Fe + 2H2O + O2 Fe(OH)2 coroziune cu reducere de ioni ferici:Fe + Fe2(SO)4 3FeSO4 n general, reaciile catalitice sunt cu: reducerea ionilor de hidrogen: 2H+ + 2e- H2 reducerea ionilor de oxigen:O2+ + 2H2O + 4e- 4OH- reducerea ionilor ferici: Fe3+ + e- Fe2+

Coroziunea metalelor cu reducerea ionilor de hidrogen are loc n acizi neoxidani i n alcali. Metalele alcaline i magneziul se corodeaz cu reducerea ionilor de hidrogen i n medii neutre. Se remarc faptul c, n general, are loc corodarea metalelor cu reducerea ionilor de oxigen n medii neutre. Acest tip de coroziune este important, deoarece n condiiile atmosferice, n contact cu apa i cu soluiile srurilor neutre, metalele se corodeaz cu degajarea ionilor de oxigen. n medii acide i bazice este posibil reducerea catodic a oxigenului, dar principala reacie este reducerea ionilor de hidrogen. n industria chimic se ntlnesc frecvent coroziuni prin reducerea ionilor ferici, datorit contactului metalului cu soluia diverselor substane chimice. Fenomenul de coroziune const dintr-un schimb de ioni ntre metal i mediul de lucru i orice modificare a acestui schimb este foarte important. n timpul coroziunii, pe metal se stabilete un anumit potenial a crui valoare se afl ntre valorile standard ale potenialelor pariale de electrod. Deplasarea celor dou poteniale de echilibru la potenialul de coroziune este o consecin a fenomenului polarizaiei proceselor de electrod, fenomene ce au loc instantaneu, odat cu apariia contactului metal - mediu de lucru. Polarizaia este deplasarea potenialului de echilibru, la o nou valoare, sub aciunea trecerii curentului electric propriu de coroziune, produs de reaciile electrochimice conjugate de electrod. Polarizaia este o frn n dezvoltarea coroziunii i datorit ei dup o perioad de atac, se formeaz, n condiii bine precizate, straturi subiri de metal pur, de compui chimici care protejeaz mpotriva atacului de lucru, adic are loc pasivizarea metalului. n cazul oelurilor inoxidabile intereseaz pasivitatea elementelor componente fier, nichel, crom.Factori care influenteaza viteza proceselor de coroziune O cauz frecvent de intensificare a distrugerii prin coroziune a utilajelor care vin n contact cu soluii de electrolii o constitue efectul galvanic ce apare la mbinarea a dou piese confecionate din dou materiale de metale diferite. De exemplu la contactul dintre cupru i fier, cuprul este protejat n dauna fierului care este mai intens corodat. Fierul trece n soluie sub form de ioni (Fe+), iar procesul coroziv respectiv este cunoscut sub denumirea de coroziune de contact. Oxigenul constitue cel mai comun factor care intensific coroziunea, mai ales n medii cu pH cuprins ntre 6 i 8. Viteza fluidelor vehiculate ca i gradul n care ele transport suspensii abrazive. n acest scop, poate fi amintit efectul cavitaiei, fenomen care apare la viteze mari ale fluidelor. Coroziunea de tip punctiform care este mai grav la oelurile inoxidabile. n acest tip de coroziune apar guri de diametre mai mari sau foarte mici, n vreme ce restul suprafeei este caracterizat prin viteze mici, prin greuti mari la depistarea n timp i prin pagube foarte mari. Se poate diminua sau elimina acest tip de coroziune printr-un mod corespunztor de finisare a suprafeei. Un alt factor care agraveaz procesele de coroziune este legat de fenomenele de coroziune sub tensiune (o solicitare mecanic acioneaz simultan cu una chimic sau electrochimic). Solicitrile mecanice sunt, n general, tensiuni reziduale provenite de la prelucrarea la rece, tratamente termice i sudur, sau apar n cursul exploatrii din cauze externe. Coroziunea la oboseal este un caz particular a acestui tip (nu este prezent nici un agent coroziv) i se datorete unor tensiuni aprute periodic (ciclic). Apariia coroziunii sub tensiune este de obicei legat i de seciunea combinat a unui reactiv asupra unui anumit material metalic (de exemplu soluii de NH4OH sau NaOH, n cazul oelului carbon sau soluii de cloruri, soluii de acid azotic sau sulfuric, n cazul oelurilor inoxidabile austenitice). Creterea temperaturii constituie un element de agravare a coroziunii sub tensiune. Punctele de fisurare ale coroziunii sub tensiune le constituie defectele de structur metalografic precum i dislocrile datorit unor solicitri mecanice. Influena atomilor din defectele respective, precum i agresivitatea mediului sunt factori determinani pentru modul de desfurare a procesului coroziv. La aluminiu, cupru, oeluri-carbon i oeluri inoxidabile feritice apar procese corozive intergranulare, n care zonele anodice sunt amplasate la marginea cristalelor structurii metalice. La aliajele slab aliate, o alt form de coroziune structural o constituie fragilizarea la hidrogen. La unele oeluri inoxidabile apar procese corozive intergranulare n soluii apoase care conin ioni hidroxil sau de clor n unele cazuri aprnd n lipsa tensiunilor mecanice. La oelurile inoxidabile austenitice acest tip de coroziune apare n medii alcaline (soluii sau vapori contaminai) sub form de rupturi inter sau transcristaline, la temperaturi i timp de exploatare diferite. Sub tensiuni, apar frecvent procese de coroziune transgranulare la oelurile austenitice mai ales cnd mediile din exploatare conin cloruri. Unele adaosuri (Mo sau Ti) mresc sensibilitatea la acest tip de coroziune. n aceste medii cu ioni clor s-au observat debutul unui proces coroziv punctiform i dezvoltarea lui, n continuare, pe calea clasic a coroziunii sub tensiune. Defecte de proiectare, de execuie sau de exploatare (fante, interstiii, depuneri, etc) datorit unor posibile schimbri ale condiiilor (de exemplu concentraia diferenial n oxigen sau de ioni a mediului, prezena unor piese realizate din alt material etc) accentueaz aciunea i dezvoltarea proceselor corozive. Parametrii unor procese chimice care influenteaz apariia i desfurarea proceselor corozive care se ntlnesc ntr-o anumit instalaie chimic sunt: concentraia unor substane care intr n compoziia mediului, impuritile, temperatura, pH-ul, gradul de aerare, viteza cu care circul fluidul, inhibitorii, modul i ritmicitatea cu care se efectueaz pornirea i oprirea instalaiei respective. Temperatura mediului agresiv mrete viteza de coroziune n mod exponeniel. La unele schimbtoare de cldur la care se ating temperaturi de 1000 C, evaporarea apei din porii stratului de rugin agraveaz i mai mult efectul coroziv. La fel de grav este apariia unor condensate agresive la utilajele n care are loc un transfer de cldur. Prezena oxigenului (introdus de pompe i neetanai) este un pericol care poate fi diminuat fie printr-o proiectare, un montaj i o ntreinere mai ngrijit, fie prin introducerea unui inhibitor. Umiditatea, mai des n cazul n care produsele n stare anhidr nu sunt agresive este dunatoare. Proiectarea trebuie fcut corespunztor pentru a evita apariia umiditii. Impuritile pot avea aciune bun ntr-un mediu coroziv (de exemplu: inhibitorii) dar pot avea i aciune duntoare (de exemplu prezena ionilor de Cl- care duneaz strii pasive a unor suprafee metalice sau a ionilor CN - care dau compleci cu metalele ca aurul i argintul). Produsele de coroziune, cu excepia cazului cnd apar sub form de filme continue i compacte, mpiedicnd accesul agenilor corozivi, accelereaz produsele de coroziune. Curirea necorespunztoare a utilajelor poate conduce la coroziuni de tip localozat. Trebuie evitat, de asemenea, apariia unor produi de coroziune n suspensii n lichide (favorizani ai proceselor corozive localizate). Microorganismele generatoare de procese biocorozive sunt ali factori de intensificare sau apariie a fenomenelor corozive. Factorii geometrici sunt o alt categorie care influeneaz procesele corozive. Evitarea apariiei unor locuri n care s se nregistreze colectarea unor cantiti de lichide stagnante i apariia unor fante sunt rezolvri impuse proiectantului. Atmosferele industriale sunt poluate cu gaze, vapori i aerosoli purtai de cureni de aer. Din punct de vedere chimic, aceti poluani pot fi acizi, baze, sruri sau solveni organici. Cunoaterea gradului de poluare a unei atmosfere industriale nseamn cunoaterea: compoziiei chimice, a proporiei i a agresivitii poluanilor. Atunci cnd poluanii sunt solizi, trebuie cunoscut dimensiunea particulelor, forma i densitatea lor. Temperatura nregistrat n timpul exploatrii ca i umiditatea relativ trebuie bine cunoscute. Trebuie subliniat faptul c, n afara pagubelor materiale, coroziunea are i consecine sociale care conduc i la pagube. Se pot aminti astfel consecinele referitoare la dezastre (incendii, explozii, degajri nocive, distrugeri de cldiri ), la sntate, degradarea esteticii instalaiilor, cldirilor i a peisajului nconjurtor.

Scopul i mijloacele de combatere a coroziunii n combaterea coroziunii, n industria chimic, se urmrete s se creeze o uniformitate a suprafeei care se apr, s se realizeze o polarizare a cuplurilor de coroziune posibile s apar, s ascund metalul, printr-un strat de oxizi sau un material oarecare avnd anumite caracteristici fizico - chimice, s se diminueze agresivitatea unui anumit mediu, prin introducerea unor inhibitori sau prin modificarea procesului tehnologic i s se diminueze efectele agresive ale unui anumit mediu prin modificarea unor profile sau mbinri. Se urmrete, de asemenea, s se mreasc durata n exploatarea utilajelor i s se diminueze riscurile de a fi impurificate semifabricatele i produsele. Posibilitile de combatere a coroziunii pot fi active sau pasive. .

5.2. Bilan de materiale pentru absorbie Operaia de absorbie presupune existena a dou faze, gazoas respectiv lichid care sunt constituite din unul sau mai muli componeni. Pentru simplificarea bilanului de materiale n cele ce urmeaz se consider faza gazoas format din componenii A i B, A fiind solutul i B inertul, iar faza lichid din componentul A provenit din faza gazoas i C fiind absorbantul. Date de echilibru :x-concentraia HCl n lichid ;y-concentraia HCl n gaz ;

Fracii molare :

Rapoarte molare:

Operaia de absorbie presupune existena a dou faze: faza gazoas i faza lichid . Faza gazoas este format din doi componeni: HCl care se absoarbe n faza lichid ; Inertul (aer). Faza lichid este constituit din ap pur . n figura 5.2. este reprezentat o coloan de absorbie cu umplutur n care sunt specificate fluxurile de materiale care particip la procesul de absorbie.

Fig. 5.2 Coloana de absorbie cu umpluturUnde:G - debit de gaz [kmol aer/h];Yi - concentraia iniial a HCl n faz gazoas [kmol HCl/ kmol aer ]; L - debit absorbant (ap ) [kmolHCl/ kmol aer ];Yf - concentraia HCL n gaz la ieire [ kmol HCl /kmol aer]Xi - concentraia solutului (HCl ) n faza lichid la intrare [kmol HCl /kmol aer]Xf - concentraia HCl n absorbant la ieire [kmol HCl/ kmol ap] Pentru coloan se poate scrie urmtoarea ecuaie de bilan de materiale:

NA = G (Yi - Yf) = L (Xf - Xi)Unde :NA - debitul de solut transferat din faza gazoas n faza lichid [ kmol HCl /h].

Date de proiectare : P = 1 atm; - presiunea de lucru n coloana de absorbie;MV = 5100 m3/h ; - debitul volumetric de amestec gazos;Yi = 410 mg/m3 ; - concentraia HCl n amestecul iniial; = 93,2 % ; - gradul de separare al amestecului; = 1,3; - coeficient de exces al absorbantului;Xi = 0 ; - concentraia HCl din absorbant;T = 20 C; - temperatura absorbantului la intrare;

G = G (1-Yi) , iar [kmol gaz (aer+HCl ) / h]; [kmol gaz (aer+HCl ) / h];[kmol HCl /kmol aer ];

G = 227.6785*(1 251.6164* 10-6) = 227.6212 [kmol aer /h].

n scopul caracterizrii evoluiei procesului de absorbie se introduce noiunea de grad de separare:

A= grad de separare

A = 93,2% (adic )Yf = Yi (1 - A) = 251.6164* 10-6 *(1 - 0,932) = 17.1099*10-6 [kmol HCl/ kmol aer];G Yi = 227.6212*251.6164* 10-6 = 57.2732 *10-3 [kmol HCl /h];G Yi 36,5 = 2.09 [kg HCl /h];G 28.9= 227.6212 * 28.9 = 6578.2526 [kg aer /h]. NA = cantitatea de HCl transferat din aer n ap [kmol HCl/h];NA = G (Yi - Yf) = 227.6212*( 251.6164* 10-6 17.1099*10-6) = 53.3786*10-3 [kmol HCl /h ];NA = 53.3786* 10-3 *36.5= 1.9483 [kg HCl/h].Calculul debitului de absorbant (L) i concentraia HCl n ap (Xf)L = Lmin [kmol ap/h] Unde: L - consum real de absorbant; - coeficient de exces al absorbantului. = 1,3 Lmin = debit minim de absorbant [kmol C / h]

Xf* = XmaxX*f = Xmax = valoarea de echilibru a lui xf pentru care concentraia la ieire Yf n faz gazoas . Determinarea concentraiei x*f se poate face grafic sau la concentraii mici analitic, utiliznd ecuaia Henry:PA = HA xAUnde: PA - presiunea parial a solutului n faz gazoas; HA - constanta Henry pentru componentul A (HCl); xA - fracia molar a solutului (HCl ) din faza lichid.Conform legii lui Dalton putem scrie :

Unde : PA - presiunea parial a HCl n amestecul gazos; P - presiunea total ;yA - fracia molar a componentului HCl. Deci: PA = P yA, relaie pe care o nlocuim n ecuaia Henry:P yA = HA xA

[kmol HCl/kmol (HCl + aer )]HA = 0.00209 *106 mmHg = 2.75 atm.

xi = 0

L = Lmin = 1.3 * 583.4938 = 758.5419 [kmol ap/h]NA = L (xf xi) NA = L xfXi = 0

Xf =

Pe baza celor calculate pn acum se ntocmete bilanul de materiale la intrare i la ieirea din coloana de absorbie:

Tabelul 5.2.1. Bilanul de materiale la intrareIntrare

FazaComponentDebitConcentraie

kmol /hkg /h

X(Y)x(y)

A

GazoasaB227.62126579.79535100.6165

Total227.67866581.74365101.865410.5

A00000

LichidaC

1.3653*104

11.5

Total

1.3653*104

11.5

Tabelul 5.2.2. Bilanul de materiale la ieireIesire

FazaComponentDebitConcentraie

kmol/hkg/hm/hX(Y)x(y)

A

GazoasaB

6578.25265472.2471

Total

6578.39475472.334311

A

LichidaC

13653.7542

9.9993*1014.99982*101

Total

13655.7025

11

Se construiete curba de echilibru YA funcie de XA : Pentru construirea curbei de echilibru se procedeaz astfel :1. Se admit valori pentru X (fracia molar a HCl n ap ) de la 0 pn la o valoare superioar a lui x care s fie mai mare dect valoarea calculat din Xf .M0V = 5100m3/h = 1.41 m3/s amestec gazosG = 227.67 Kmol amestec gazos/h = 0,063 Kmoli amestec gazos/sMm = Mv . 0amestec

0amestec = 1.29* (1 - ) +2.5162*10-4 *1.62=1.29 Kg/m3Mm =1.41* 1.29 = 1.818 Kg/s amestec gazos

Determinarea concentraiei Xf * :2. Se alege un pas:A = HClG Yi = 227.6212*251.6164 kmoliHCl/h = 57.2732* 10-3 [kmol HCl /Kmol aer]G Yi 36,5 = 2.0904 [kg HCl /h] G 28,9 = 6578.2526 [kg aer /h] 3. Conform ecuaiei Henry i ecuaiei Dalton , pentru fiecare x admis se calculeaz p*HCl , y*HCl.B = aer G = 227.6212 kmol aer /h G 28,9 = 6578.2526 kg aer /h Curba de echilibru :xi=0

x=0,510-5pHCl=yHClppHCl=Haxa

xa=9.1464 10-5 kmol/kmol [(HCl+apa)]A)1. x=0 pHCl = 0 1. yHCl = 02. x=0,5 pHCl = 2,750,510-5 =1,37510-5 2. yHCl = 1,375 10-53. x=1 pHCl=2,75110-5 =2,7510-5 3. yHCl = 2,75 10-54. x=1,5 pHCl = 2,751,510-5 = 4,12510-5 4. yHCl = 4,125 10-55. x=2 pHCl = 2,75210-5 =5,510-5 5. yHCl = 5,5 10-56. x=2,5 pHCl =2,752,510-5 =6,87510-5 6. yHCl = 6,875 10-57. x=3 pHCl =2,75310-5 =8,2510-5 7. yHCl = 8,25 10-58. x=3,5 pHCl =2,753,510-5 =9,62510-5 8. yHCl = 9,625 10-59. x=4 pHCl = 2,75410 -5 =1110-5 9. yHCl = 11 10-510. x=4,5 pHCl =2,754,510-5 =12,37510-5 10. yHCl = 12,375 10-511. x=5 pHCl = 2,75510-5 = 13,7510-5 11. yHCl = 13,7510-512. x= 5,5 pHCl = 2,755,5 10-5 =15,125 10-5 12. yHCl = 15,12510-513. x = 6 pHCl =2,75 6 10-5 =16,5 10-5 13. yHCl = 16,5 10-514. x=6,5 pHCl =2,756,510-5 =17,875 10-5 14. yHCl = 17.875 10-515. x=7 pHCl =2,75710-5 =19,2510-5 15. yHCl = 19,2510-516. x=7,5 pHCl = 2,757,5 10 -5 =20,65 10-5 16. yHCl = 20,65 10-517. x=8 pHCl =2,75810-5 =22 10-5 17. yHCl = 22 10-518. x=8,5 pHCl =2,758,510-5 =23,375 10-5 18. yHCl = 23,375 10-5

Nr.crtx .10-5pHClyHClXY

1.00000

2.0.51.375 . 10-52.75 . 10-50.5 . 10-51.375 . 10-5

3.12.75 . 10-52.75 . 10-51 . 10-52.75 . 10-5

4.1.54.125 . 10-54.125 . 10-51.5 . 10-54.125 . 10-5

5.25.5 . 10-55.5 . 10-52 . 10-55.5 . 10-5

6.2.56.875 . 10-56.875 . 10-52.5 . 10-56.875 . 10-5

7.38.25 . 10-58.25 . 10-53 . 10-58.251 . 10-5

8.3.59.625 . 10-59.625 . 10-53.5 . 10-59.125 . 10-5

9.411 . 10-511 . 10-54 . 10-511.001 . 10-5

10.4.512.75 . 10-5. 12.375 . 10-54.5 . 10-512.375 . 10-5

11.513.75 . 10-513.75 . 10-55 . 10-513.75 . 10-5

12.5.515,125 . 10-515,125 . 10-55.5 . 10-515,125 . 10-5

13.616.5 . 10-516.5 . 10-56 . 10-516.5 . 10-5

14.6.517.875 . 10-517.875 . 10-56.5 . 10-517.875 . 10-5

15.719.25 . 10-519.25 . 10-57 . 10-519.25 . 10-5

16.7.520.65 . 10-520.65 . 10-57.5 . 10-520.65 . 10-5

17.822 . 10-522 . 10-58 . 10-522 . 10-5

18.8.523.375 . 10-523.375 . 10-58.5 . 10-523.375 . 10-5

19.924.75. 10-524.75. 10-59. 10-524.75. 10-5

20.9.526.125. 10-526.125. 10-59.5. 10-526.125. 10-5

5.3. Dimensionarea coloanei de absorbie 5.3.1. Calculul diametrului coloanei de absorbie Diametrul colanelor de absorbie cu umplutur se determin cu ecuaia debitului volumic de gaz care circul prin coloan :

unde :MV - debit volumic mediu de gaz=5100[m3/h] D - diametru interior al coloanei [m];vf - viteza fictiv a gazului [m/s];vf = (0,75 0,9) vi Unde: vi -viteza de nec; Pentru calculul vitezei de nec se utilizeaz relaia Kafarov :

unde :a - suprafaa specific a umpluturii [m2/m3];a = 333 m2/m3 pentru inele Raschig 35x35x4;g = acceleraia gravitaional [m/s2] = 9.8 m/s2; - porozitatea stratului de umplutur [m3/m3] = 0.71 m3/m3;l, g - densitatea lichidului i a gazului [kg/m3];g = yi . HCl + (1-yi) . aer = 1.29007 kg/m3;aer= 1.28kg/m3

=1000 kg/m3 ap.l = vscozitatea dinamica a lichidului [CP];ap = 1 CPL,G = debitele masice de lichid i gaz [kg/s];L = 3.7927 Kg/sG =1.8272 Kg/sA=0,022 pentru umpluturi din inele sau spirale.

vi =1,8 m/sVf = 0,8 vi = 0.8 * 1.8 = 1.44 m/s

D =1.129 mD = diametrul interiorGrosimea peretelui este = 5 10 mm = 10 mmConform STAS: DSTAS = D + 2 = 1.129 + 2 . 10 . 10-3 = 1.149 m

5.3.2. Calculul nlimii coloanei cu umplutur nlimea coloanelor cu umplutur se poate determina prin 3 metode:- cu ajutorul nlimii echivalente a unei trepte teoretice de contact ;- n funcie de suprafaa de transfer de mas;- ca produsul dintre IUT i NUT.

Metoda 1.Calculul inaltimii coloanei cu umplutura cu ajutorul nlimii echivalente a unei trepte teoretice de contact Conform acestei metode, nlimea umpluturii poate fi calculat cu relaia : Hu = nT IETTn care: nT - numrul treptelor teoretice de contact; IETT - nlimea echivalent unei trepte teoretice de contact. Numrul treptelor teoretice de contact se determin de regul grafic. n acest scop se reprezint grafic linia de echilibru i linia de operare. Din punctul N se duc paralele la abcis i ordonat ntre cele dou linii rezultnd o linie frnt n trepte. Numrul de intersecii ale liniei n trepte cu linia de echilibru d numrul de trepte teoretice de contact. nlimea echivalent unei trepte teoretice de contact depinde de mrimea i forma umpluturii, geometria aparatului, natura sistemului care se separ, hidrodinamica fazelor i modul de contactare. IETT se detremin pe cale experimental sau se poate calcula utiliznd ecuaii empirice. Conform graficului:nT=8

Unde: = 0.71 m3/m3 , volumul liber al umpluturii;a = 333 m2/m3, suprafaa specific a umpluturii;vf = 1.44 m/s, viteza fictiv a fazei gazoase.

Hu = 11*0.107 = 1.177 m cca 1 m

Metoda 2. Calculul inaltimii coloanei cu umplutura n funcie de suprafaa de transfer de mas Aceast metod utilizeaz ecuaiile transferului de mas :

Unde: NA - fluxul de HCl transferat din faz gazoas n faza lichid [kmol/s]; Kg, Kl coeficieni globali de transfer de mas raportai la faza gazoas i lichid [kmol/m2sPa]; Kg, kl coeficieni individuali de transfer de mas prin filmul gazos respectiv lichid [kmol/m2sPa]; A - suprafaa de transfer de mas [m2]; Ymed , Xmed - fore motrice medii globale [kmol A/kmol B]; Ymed , Xmed diferena medie de potenial individual prin filmul gazos respectiv lichid [koml A/kmol B].

NA = 0.053 [Kmol HCl/h] =1.47 *10-5 [kmol HCl/s]

- pentru coloanele cu umplutur: A=Vua Unde: - factor de udare =0,9;VU - volumul umpluturii;

= 0,9 a = 333 m2/m3D = 1.129 mHu = 1.62 mHu=1.625.3.2.1. Calculul coeficientului global de transfer de mas Coeficientul global de transfer de mas raportat la faza gazoas sau lichid se calculeaz cu relaiile:

Unde: m - panta medie a curbei de echilibru se determin astfel: kx,ky - coeficieni individuali de transfer de mas se determin cu ajutorul ecuaiilor criteriale.

Forma general a ecuaiilor criteriale :

Sh criteriu Sherwood :

Sc- criteriu Schmidt :

Re- criteriu Reynolds : Unde:g densitatea fazei gazoase, [kg/m3];g - vscozitatea dinamic a fazei gazoase, [Pas];DA - coeficientul de difuzie a HCl n ap;l lungimea caracteristic, [m].

Unde: d - diametru echivalent al corpurilor de umplere [m]. Vp - volumul corpurilor de umplere ;Se folosesc inele Raschig: 35x35x4

Pentru faza gazoas Pentru calculul coeficienilor individuali de transfer de mas de partea fazei gazoase, la coloanele cu umplutur formate din inele Rashig, se recomand relaia:

Unde:

Iar: g, g densitatea, vscozitatea dinamic a fazei gazoase [kg/m3] , [Pas];

Unde: d - diametrul echivalent al corpurilor de umplere [m]; Vp - volumul unui corp de umplere [m3].

Unde: a - suprafaa specific umpluturii [m2/m3]; a - 333 m2/m3 ; qg - debitul masic specific de gaz [kg/m2 s].

D = 1.149 m

;g = 0,018 Cp = 1,8 10-5 (Pa s); g = 1,29007 kg/m3 ;c = 0,1 0,2 c= 0,15Da,g = 13 10-6 [m2/s].

DA,g = coeficient de difuziune a HCl n aer

Kg coeficient individual;

Dar:

Faza lichid Pentru faza lichid se recomand urmatoarea ecuaie criterial:

c, m, n coeficieni experimentali (se iau din tabele din ndrumar)c = 0,013m = 0,50n = 0,5

ql = debit masic specific de lichid [kg/m2 . h];

D = 1,149 m

de - diametrul echivalent

;l - vscozitatea apeila temperatura medie din coloan [Pa s];l = 10-3 [Pa s].

DA,l - coeficientul de difuziune a HCl n ap [m2/s];DA,l = 1.76 10- 9 [m2/s];pl - densitatea apei [Kg/m3];l = 998 [kg/m3].

kl - coeficient individual;DA,l = 1.76 10-9 [m2/s];l - lungimea caracteristic, care se calculeaz cu relaia:

l - vscozitatea apei l= 10-3 [Pa s];l = densitatea apei l= 998 [kg/m3];g = acceleratia gravitationala g= 9,81 [m2/s] .

m - panta medie a curbei de echilibrum = HA = 2,8

5.3.2.2. Calculul fortei motrice medii (diferenta medie de potential global)Pentru Xmed si Ymed se utilizeaz ecuaiile:

n cazul n care raportul sau , atunci Xmed i Ymed se calculeaz cu media aritmetic a diferenelor extreme de potenial astfel:

; .Diferenele extreme de potenial rezult clar din urmtoarele reprezentri grafice:

Fig. 5.4. Calculul diferenelor Y1 i Y 2 (a), respectiv X1 i X 2 (b)Y1 =5.6610-5 Y 2 =1.7110-5X1 = 2.1110-5 X2 =0.12510-5 Ymed = =3.310-5 Xmed = =0.710-5

5.3.3. Calculul nlimii coloanei Dac nlimea umpluturii rezultat din calcule este mai mare de 5 - 6 m, pentru a nltura sfrmarea corpurilor de umplere sub greutatea proprie a stratului precum i o distribuie neuniform a lic