IntroducereDioxidul de sulfSO2este anhidrida acidului sulfurosH2SO3. El este un gaz incolor, iritant al mucoaselor, cu un miros neptor i gust acrior. Gazul este toxic, se dizolv bine n ap, formnd acizi sulfuroi. densitate. Dioxidul de sulf ia natere prin arderea materialelor fosile ce conin cca. 4%sulf, ca i crbuni sau petrol. Aceste procese duc la poluarea intens a mediului fiind cauza ploilor acide.Dioxid de sulf n stare lichid este un solvent pentru substane numeroase, din care cauz este utilizat ca dizolvant. Este folosit de asemenea n industria alimentar ca i conservant al legumelor i fructelor sau pentru dezinfectarea butoaielor de vin sau bere. Gazul descompune vitamina B1. n Europa, este notat cu numrul E 220 fiind admis pentru produsele bio. Dioxidul de sulf mai este utilizat n industria farmaceutic, sau a coloranilor, precum i la nlbirea hrtiei sau materialelor textile. n concentraii mari este toxic pentru plante sau animale, polund apele i distrugnd prinploile acidevegetaia pdurilor.Producere: prin arderea sulfului sau hidrogenului sulfurat

prin arderea minereurilor cu sulf, ca de ex.pirita:

prin reacia sulfiilor cu acizi tari

Poluarea atmosferic (i n special prin poluanii atmosferici oxidani) afecteaz i solul, care este implicit menionat n definiia de mai sus (aa cum s-a artat deja solul este indispensabil pentru creterea i dezvoltarea plantelor, iar existena umana, inclusiv activitatea i bunstarea persoanelor, depinde i de sol).Substanele poluante din atmosfera sunt substane gazoase, lichide sau solide. Gazele sunt substane care, in condiii normale (temperatura locala, presiune 1013 hPa) sunt in stare gazoasa, lichefiindu-se la temperatura joasa (condensare), de ex.: CO2, SO2, ozonul (O3). Vaporii sunt gaze care se condenseaz in condiii normale, de ex.: vaporii de apa, substane organice volatile. Presiunea de vapori a unei substane reprezint presiunea la care un lichid sau un sistem lichid se afl n echilibru cu vaporii formai din respectivul lichid ca urmare a tranziiei de faz. Implicaii ale generrii bioxidului de sulf Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea n atmosfer a unor volume importante de oxizi gazoi de sulf. n urma precipitaiilor chimice i a transformrilor pe care le sufer n atmosfer, aceti oxizi devin sursa precipitaiilor acide, form sub care i exercit la nivelul solului aciunea distrugtoare asupra vegetaiei perene. n acelai timp, n condiiile specifice (temperatur i presiune ridicat, prezena umiditii, alturi de particule de cenu) ce caracterizeaz circulaia gazelor arse dinspre instalaia de ardere spre coul de evacuare n atmosfer, oxizii gazoi exercit o puternic aciune coroziv asupra instalaiilor ce compun circuitul gazelor arse. Astfel se intensific uzura instalaiilor.

Procedee de desulfurareCheltuielile mari de desulfurare au fcut ca aplicarea cu rezultate notabile a procedeelor de desulfurare s fie foarte mult limitat, introducerea tehnologiilor de desulfurare fiind impus de legislaia de mediu.Procedeele de desulfurare de tip FGD (Flue Gas Desulfurization), dezvoltate n special dup anul 1944, sunt extrem de diversificate i pot fi formal clasificate nurmtoarele categorii:

Procedee uscate:-bazate pe adsorbie fizic-bazate pe adsorbie i reaciechimic-bazate pe procese chimice, catalitice sau necataliticeProcedee umede:-bazate pe procese de absorbie fizic, nsoluii-bazate pe procese de absorbie i reacie chimic, n soluii sau n suspensiiProcedeecombinate,n cadrul crora potavealoc procesecomplexe,att fizice ct i chimice.Aceste procedee pot fi regenerative sau neregenerative (raportat la agentul de desulfurare)respectiv recuperative sau nerecuperative (raportat la compusul cu sulf).In figura de mai jos se prezinta o clasificare mai larga a acestor procedee, precizandu-se si aditivul folosit. In cazul procedeelor uscate se realizeaza o legare fizica (adsorbtie) a dioxidului de sulf.

FIG. 1. Clasificarea procedeelor de desulfurare a gazelor de ardere.Metoda avansat de desulfurare a gazelor de ardere provenind din arderea combustibililor solizi cu coninut ridicat de sulf (isturi bituminoase i lignit) (AFGD Advanced Flue Gas Desulfurization) este rezultatul cercetrilor consoriului american Pure Air pe o instalaie pilot (Bailly Generating Station), proiectul (Bailly Station AFGD Demonstration Program) fiind parial finanat de U.S. Department of Energy. Metoda realizeaz ndeprtarea dioxidului de sulf din gazele de ardere ntr-o singur instalaie absorbant n care au loc toate cele trei faze ale procesului de desulfurare: rcirea gazelor de ardere, absorbia dioxidului de sulf i oxidarea n vederea producerii gipsului. Obiectivele iniiale ale proiectului au fost urmtoarele: - reducerea coninutului de dioxid de sulf cu peste 90 % - reducerea costului fa de procedeul convenional de desulfurare cu 50 % - reducerea volumului instalaiei - obinerea de gips de puritate naltProcedeul AFGDPrincipalul obiectiv urmrit n cadrul proiectului consoriului Pure Air a fost evaluarea posibilitilor tehnice i economice de realizare a desulfurrii ntr-o singur instalaie n care s aib loc toate fazele procesului. n cazul procedeului de desulfurare avansat, calcarul pulverizat este injectat direct n absorbitor. Reacia de oxidare este favorizat de agitaia creat cu un sistem de ventilare care genereaz un nivel de turbulen i o distribuie a aerului care realizeaz oxidarea practic complet a sulfitului de calciu la sulfat de calciu. Procedeul include o faz de aglomerare a gipsului, rezultnd ntr-un produs cu caliti superioare, gips PowerChip. n plus, procedeul utilizeaz o metod de evaporare a apei reziduale utiliznd cldura gazelor de ardere. Procedeul AFGD nu difer esenial de procedeul convenional. n figura 2 este reprezentat schematic instalaia AFGD, succesiunea de reacii chimice din instalaie fiind urmtoarea: SO2 + H2O 2SO3 2SO3+ 0,5 O2 2SO4 CaCO3 + 2SO4 + H2O CaSO4 2 H2O + CO2 O succesiune alternativ de reacii care duce la acelai rezultat este urmtoarea: SO2 + H2O 2SO3 CaCO3 + 2SO3 CaSO3 + CO2 + H2O CaSO3 + 0,5 O2 +2H2O CaSO4 2H2O + CO2

FIG 2. Fazele si instalatiile procedeului AFGD Metoda de desulfurare AFGD este aplicabil la practic orice instalaie de ardereconvenional, incluznd focare cu ardere n stare fluidizat cu evacuarea zgurii n starelichid, focare cu ardere sub presiune, focare ciclon.Eficiena economic a procedeului AFGD este ns condiionat de existena uneipiee de desfacere pentru gipsul sintetic rezultat. n contextul crizei de gips natural apare uninteres tot mai crescut pentru gipsul sintetic, obinut cu costuri reduse i avnd caliti ipuritate comparabile cu cele ale gipsului natural. O alt utilizare a gipsului poate fi combinarea sa cu cenua de termocentral pentru obinerea unui ciment. Specificaiile gipsului pentru acest tip de produs sunt ns diferite dect pentru gipsul uzual. Studiile tehnico-economice comparative au artat c pentru o capacitate instalat de 500 MW e procedeul AFGD presupune un cost de 236$ pentru o ton de SO2 reinut fa de373$ n cazul procedeului convenional. Aceste costuri includ i taxele de emisie emisie pentru SO2 care n cazul SUA sunt 300$/ton.

S se proiecteze o instalaie de purificare a gazelor de ardere provenite de la o central termic pe baz de crbune. n central se adaug o cantitate de crbune ( 35-0.5n) t/h crbune care conine (2,5- 0,01n)% sulf , (3+0,02n)% cenus. Excesul de aer pentru ardere este 30+0,2n% . Instalaia se bazeaz pe absornia dioxidului de sulf ntr-o suspensie de hidroxid de calciu. Randamentul de absorbtie este de 95%. N= 8Schema tehnologic :

aercombustiecrbunecenudesprfuirecenuabsorbieEliminare gaze purificatoare decantarefiltrarenmolStocare apAp adaosLapte de varVar hidratat

Determinarea bilanului de mas1.Calculm debitul de crbune:35-0,5*8=31 t/h crbune2,5-0,01*8=2,42 % sulf3+0,02*8=3,16% cenu30+0,2*8= 31,6 %exces de aer pt ardere

2. Calculm bilanul de mas n punctul 128000 kg/h crbuneGt(1)=31t/h=31*103 kg/hConsiderm c pn la% in crbune se afl carbon%C=100-%S-%cenu=100-2,42-3,16=94,42 %CCalculm debitul de sulf pt punctul 1, G(1)sG(1)s=Gt(1)*750,2 kg sulf / hG(1)cenu=Gt(1)* =979,6 kg/h cenuG(1)carbon=Gt(1)*=29270,2 kg C/h

3. Calculm bilanul de mas n punctul 2 Se consider c aerul are urmtooarea compoziie in procente molareN2:79,1%O2:20%Ar:0,9%Se calculeaz masa molecular medie a aeruluiMaer==(79,1*28+20*32+0,9*40)/100=28,908Transformm procentele molare in procente de masCi=CN2==76.61CO2==22.139CAr==1.245n combustie se formeaz numai oxizi (de sulf, de carbon)C+O2CO212kg+32kg=44kgG(1)carbune.x kg O2y kg CO2S+O2SO232 kg+32 kg64 kgG(1)s1..xO2..z SO2Cantitatea totala de O2x +xX= = = 82666.66kg/h X= = = 750,2 kg/hGo2 cantitatea nereactionat de O2Go2=83416,866kg/hGo2(2)=Go2*=83416,866*=109776,596 kg/hGo2(2)=debit de oxigen necesar arderiiGaer(2): Go2(2)+GAr+GN2GAr..100kg aer .76.61N22.139 O21.245ArXkg/h Gaer...y kg/h GN.GO2(2) kg/hzGArkg/hYN2= GN2(2) =379871,946 kg/h N2ZAr=GAr(2) =6173,353 kg/hGaer=495831,895kg/h

4. Calculm bilanul n punctul 3Se determin debitul de CO2 si SO2 care rezult din combustieC+O2CO2S+O2SO2G (3)co2= y kg CO2= =113666,667 kg/h CO2G(3)so2 = z kg SO2= =1500,4 kg/h SO2Se consider c n faza de combustie eficiena ndeprtrii cenuei din gaze este de 90%calculam debitul de cenusaG(3)cenusa=0.1*G(1)cenusa=0.1*979,6=97,96 kg/hG(3)N2=379871,946 kg/hG(3)Ar=6173,353 kg/hG(3)O2=G(2)O2-(x-x)=109776,596-83416,866=26359,73 kg/hG(3)T=G(3)N2+G(3)Ar+G(3)CO2+G(3)SO2+G(3)O2G(3)T=379871,946+6173,353+113666,667+1500,4+26359,73=527572,096 kg/h

5. Calculm bilanul pentru punctul 21G(21)cenusa=0.9*G(1)cenusa=0.9*979,6=881,64 kg/h

6. Calculm bilanul pentru punctul 4Se consider eficiena desprfuirii de 90%. n aceste condiii:G(4)cenusa=G(3)cenusa*0.1=97,96*0.1=9,796 kg/hG(4)N2=G(3)N2=379871,946 kg/hG(4)Ar=G(3)Ar=6173,353 kg/hG(4)O2=G(3)O2=26359,73 kg/hG(4)Co2=G(3)CO2=1500,4 kg/hG(4)SO2=G(3)SO2=113666,667 kg/hG(4)T=G(3)T=527572,096 kg/h

7. Calculm bilanul pentru punctul 5G(5)cenusa=0.9* G(3)cenusa=0.9*91.84=88,164kg/h

8. Calculm bilanul pentru punctul 6Se consider c numai 10% din hidroxidul de calciu reacioneaz cu dioxidul de carbon din gaze i 90% reactioneaza cu dioxidul de sulf.Ca(OH)2+SO2+O2+H2O CaSO4* 2 H2Oa..G(4)SO2reactionatb.c..dG(6)SO2react=G(4)SO2*absorbie * = 1425,38kg/ha= G(6)Ca(OH)2=* G(6)SO2 react=1648,095kg/hb= G(6)o2=*G(6)O2 react=356,345kg/hc=G(6)H2O=*G(6)SO2 react=400,88kg/hd=G(6)CaSO4*2H2O=*G(6)SO2 react=3830,708kg/hCa(OH)2+CO2CaCO3+H2O1/9 G(6)Ca(OH)2.uCO2..wCaCO3.zH2OG(6) Ca(OH)2 react cu CO2=1/9 *G(6)Ca(OH)2=1/9*1648,095=183,122kg/hu=G(6) CO2=*G(6) CA(OH)2=108,88kg/hw=GCaCO2=* G(6) CA(OH)2=247,46kg/hz= GH2O=* G(6) CA(OH)2=44,54kg/hCalculm debite masice:G(6) SO2=G(4)SO2-G(6)SO2 react=1500,5-1425,38=75,02kg/hG(6)O2=G(4)O2-G(6)O2=26359,73-356,343=26003,38kg/hG(6)CO2=G(4)CO2-G(6)CO2=113666,667-108,88=113557,787kg/hCalculm debitele molare:D(6)N2=G(4)N2 / 28 = =13566,86 kmol/hD(6)Ar=G(6)Ar / 40 = =79,333 kmol/hD(6)SO2= G(6)SO2/ 64= =1,24 kmol/hD(6)CO2=G(6)CO2: 44==2580,8588 kmol/hD(6)O2= G(6)O2: 32==812,6 kmol/hG(6)N2 si G(6)Ar sunt ele calculate egale cu debitele calculate la punctul 4 si sunt aceleasi mereu.Se considera ca la iesirea din absorber gazele au o temperatura de 350C. Aceste gaze contin 0.0573% fractii molare apa ; 0.9427% gaze uscate. In gazele uscate intra : CO2,SO2,N2,Ar,O2.Se calculeaza debitul molar de gaze uscate pentru punctul 6:D(6)M= D(6)N2+ D(6)Ar+ D(6)SO2+D(6)CO2+D(6)O2=17040,89kmol/h 1kmol gaze..0.0573kmol apa.0.9427 kmol gaze uscateD(6)M..D(6)x apaD(6)H2O,M==1035,79 kmol/h apaG(6)H2O=18* D(6)H2O,M=18*1035,79 =18644,29 kg/h apaG(6)T= G(6)SO2+ G(6)O2+ G(6)CO2+G(6)Ar+G(6)H2O+G(6)N2=519672,756 kg/h

9. Calculam bilantul pentru punctul 17Se calculeaza debitul de var hidratat introdus pentru prepararea laptelui de var. Consideram ca varul hidratat are o umiditate (U) de 5%, un continut de impuritati solide insolubile de 5%, Ca(OH)2 are puritatea 90%.G(6)Ca(OH)2=1451.695kg/h in reactie cu SO2 pentru care valoare mareCalculam cantitatea totala de Ca(OH)2100 kg var hidratat90kg Ca(OH)2G(17)Ca(OH)2..G(6)Ca(OH)2 cu SO2

G(17)Ca(OH)2==1831,217 kg/hDebit total de var= G(17)TG(17)T= G(17)Ca(OH)2*=2034,685kg/hDebit apa in 17 = 0.05* G(17)T=101,734 kg/hDebit impuritati solide insolubileG(17)imp=0.05* G17T=101,734 kg/h

10. Calculam bilantul pentru punctul 7Consideram ca in punctul 7 suspensia contine 2% pare solida si apa 98%Ca(OH)2+SO2+ O2+H2OCaSO4*2H2O a kgG(6)SO2 react..b kg O2.c kg H2Od kg CaSO4*2H2OCa(OH)2+CO2CaCO3+ H2O1/9 G Ca(OH)2..u kg CO2..w kg CaCO3..z kg H2ODebitul de substante solide in punctul 7 este w, dG(7)solid=d+w+G(17)imp+G(4)cenusaG(7)solid=3830,71+247,46+101,734+101,734=4281,638kg/hRaport de iesire ( formare) 5:1G(7)mat solide=5* G(7)solid=21408,19 kg/hG(7)T= =1070409,5 kg/hG(7)H2O= G(7)T- G(7)mat solide=1049001,32 kg/h

11. Calculam bilantul pentru punctul 8G(8)T=0.8* G7T=839201,057kg/hG(8)mat solide=0.8* G(7)mat solide=17126,55 kg/hG(8)H2O= G(8)T- G(8)mat solide=822074,507 kg/h

12. Calculam bilantul pentru punctul 11G(11)T= 0.2* G(7)T=214081,9 kg/hG(11)solide= G(7)solid=4281,638 kg/hG(11)H2O=G(11)T-G(11)solide=209800,26kg/h

13. Calculam bilantul pentru punctul 12Nmolul la decantareG(12)solide= G(11)solide=4281,638 kg/hUmiditatea namolului este de 85%G(12)T==28544,26kg/hG(12)H2O= G(12)T- G(12)solide=24262,62 kg/h

14. Calculam bilantul pentru punctul 13Se calculeaza namolul de la filtrareG(13)solide=G(12)solide=4281,638 kg/hUmiditatea namolului este 40 %G(13)T==7136,06 kg/hG(13)H2O= G(13)T- G(13)solide=2854,43 kg/h

15. Calculam bilantul pentru punctul 14Se calculeaza limpedele de la decantare:G(14)T=G(14)H2O=G(11)H2O-G912)H2OG(14)T=209800,26-24262,62=185537,64 kg/h

16. Calculam bilantul pentru punctul 15G(15)T= G(15)H2O=G(12)T-G(13)T= 28544,26-2854,43=25689,83 kg/h

17. Calculam bilantul pentru punctul 16Calculam debitul de apa de adaos. Se calculeaza debitul de apa care intra.G(16)TH2O=G(16)H2O+G(17)H2O+c(7)H2tO+z(7)H2OSe calculeaza debitul de apa care ieseG(6)H2O+G(13)H2O+d(7)CaSO4*2H2O*Gapa intrata=Gapa iesitaCH2O(7)=GSO2(6)*=400,888GH2O(6)=18* DM,H2O(6)=18644,29GH2O iesire=18644,29+2854,43+3830,71*=22300,497 kg/hG(16)H2O=22300,497-547,192G(16)H2O=21753,305 kg/h

18. Calculam bilantul pentru punctul 19

Lapte de var 25%G(19)Ca(OH)2=G(17)Ca(OH)2=1831,217 kg/h cantitate puraG(19)imp=G()17imp=101,734 kg/hG(19)T=G(19)Ca(OH) : 0.2= 9156,085 kg/hG(19)H2O= G(19)T- G(19)imp- G(19)Ca(OH)=9156,085-101,734-1831,217=7223,131 kg/h

19. Calculam bilantul pentru punctul 18G(18)H2O=G(19)H2O-G17H2O=7121,397 kg/hG(18)T=G(19)T-G(17)T=7121,4kg/h

20. Calculam bilantul pentru punctul 20G(20)H2O=G(14)H2O+G(15)H2O+G(16)H2O- G(18)H2O==185537,64+25689,83+21753,305-7121,397 =225859,335 kg/h

21. Calculam bilantul pentru punctul 9G(9)T= G(19)T+ G(20)H2O=9156,085+225859,335=235015,42 kg/h

22. Calculam bilantul pentru punctul 10G(10)T= G(9)T+G(8)T=235015,42+839201,057=1074216,48 kg/h

PREDIMENSIONARE

1. Aria minim a seciunii coloaneiConsiderm c se folosete o umplutur n coloan cu inele Rashing cu caracteristicile urmtoare: Dimensiunea L:D:d=50:50:50 mm Suprafaa specific: ag=95 m2/m3 Fractia de goluri: = 0.79 m3/ m2 Densitatea aparenta: a=500kg/m3 Viteza de necare: lg =A-1.75( L: G)1/4 *(v : l)1/8Unde: Vi= viteza de necare g= fractia de goluri a umpluturii v=densitatea fazei gazoase ( de la bilantul pentru punctul 6) l=densitatea fazei lichide = 103 kg/ m3 l= vascozitatea fazei lichide = 10 -3 kg/ m*s A= coeficientul des in functie de natura umpluturii= 0.22 L= debitul masic al fazei gazoase = G(7)T G= debitul masic al fazei gazoase = G(6)TDin bilantul in punctual 6 D(6)M,i= unde i= CO2, SO2, N2, Ar, H2O, O2Yi= = 1740,89+1035,79=18076,68Aflam: yN2,yCO2,yAr,yH2O,ySO2,yO2Apoi calculam: (6)=

yCO2=yN2=yAr=ySO2=yO2=yH2O= (6)==*44+0,75*28+0,0044*40+6,86*10-5*64+0,045*32+*18=29,94Se considera presiunea gazelor p=1 atmVm=volum molarVm=V0M*=22.4*In adsorbit: temperatura de intrare= 1350C temperatura de iesire= 350C temperature medie=T=T=85+273=358KT0=273Kv=kg/m3Aflam viteza de inecare:lg[666Vi=9,51 m/sGV= m3/hAria minima=AminAmin=m2Diametrul minim=DminDmin=m ~4,5 mAreala=m2

2.Calculul volumului de umplutura

Calculam coeficientul de difuzie:D(SO2-g)=4.3*10-7* [ m2/s]Unde: T=in grade K P=1 atm VA,B=volume molare in punctul normal de fierbere( cm3/mol) A= amestecul gazos calculate in punctul 6 B= SO2 calculat in punctul 6VSO2=44,8 cm3/molVAr=29,8 cm3/molVN2=31,2 cm3/molVH2O=18,9 cm3/molVCO2=34,4 cm3/molVO2=25,6 cm3/molVA= VB=VSO2=4.3*10-7*1,49*10-5 m2/sRe=Dg=diametrul granulei=0.05mV= amestec=19*10-6kg/m*sG=Sc=Nr lui SchmidtSc=Sh=Nr lui SherwoodSh=c*Re0.59*c=0,69Sh=0,69*23905,260.59*1,2510.33=0,69*383,1*1,076=284,6139~284,62Sh= m/sKv= coeficient de transfer de masaN=debit de SO2 adsorbitN=Kv*S*Dc unde: S= suprafata de transferDc=forta motrice a procesului de transfer de masaDy,m==y1,,y2= concentratia la baza coloanei, respectiv concentratia la varful coloaneiy1*,= concentratia gazului in echilibru( diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratiiTransferul de masa este urmat de o reactie chimica ireversibila si de aceea y1*==0Y1=ySO2 in punct 4Y2= ySO2 in punct 6=6,86*10-5 unde i= N2,O2,SO2,CO2,Ar =Dy.m=Dc=Dy,m*=0,01*N=Kv*S*Dc=S==Vu= volum de umpluturaVu==87,45 m3H=

Bibliografie1. Ion Untea, Purificarea gazelor reziduale,Editura Printech,Bucuresti 2002.

2. http://www.eco-research.eu/CURS%2011%20ECO.pdf3. http://www.spms.pub.ro/fisiere/depoluare/curs/cap07.pdf4. http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S6/31.pdf5. http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S6/32.pdf8