Аппаратурное оформление процессов защиты атмосферы от газовых выбросов

А. Г. Ветошкин  
 
 
 
 
 
АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ  
ПРОЦЕССОВ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ  
ОТ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ  
 
 
2-е издание, исправленное и дополненное 
 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлениям подготовки 05.03.06 «Экология и 
природопользование», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы  
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»,  
20.03.01 «Техносферная безопасность» 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 

УДК 628.5 
ББК 20.1 
В39 
 
 
 
Рецензенты: 
кафедра инженерной экологии Пензенского государственного  
университета архитектуры и строительства  
(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Демьянова В.С.); 
д-р техн. наук, профессор Таранцева К. Р.  
(Пензенский государственный технологический университет)  
 
 
 
 
 
Ветошкин, А. Г.  
В39 
 
Аппаратурное оформление процессов защиты атмосферы от газовых выбросов : учебное пособие / А. Г. Ветошкин. – 2-е изд., испр.  
и доп. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. – 248 с. : ил., табл. 
 
ISBN 978-5-9729-0510-2 
 
Рассмотрены основы процессов и аппаратов технологии защиты атмосферы от выбросов вредных газов и паров с использованием массообменных процессов очистки газовых выбросов путем абсорбции и адсорбции.  
Приведены основы расчета и проектирования процессов и аппаратов (абсорберов и адсорберов) для защиты атмосферы от вредных газов и паров. 
Для студентов, обучающихся на уровне бакалавриата по направлениям 
подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование», 18.03.02 «Энерго-  
и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 20.03.01 «Техносферная безопасность». 
Может быть использовано при изучении дисциплин «Экология» и «Безопасность жизнедеятельности» других направлений подготовки при подготовке 
магистров и аспирантов, а также преподавателями вузов и специалистами проектных организаций. 
УДК 628.5 
ББК 20.1 
 
 
ISBN 978-5-9729-0510-2 
© А. Г. Ветошкин, 2020 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
 
2 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Учебное пособие по проектированию «Аппаратурное оформление процессов защиты 
атмосферы от газовых выбросов» является составной частью курса «Инженерная защита атмосферы от газовых выбросов». Его место в профессиональной подготовке бакалавра по инженерной защите окружающей среды связано с изучением и усвоением практической базы 
техники и технологии защиты одного из компонентов окружающей среды - атмосферы. 
Большую роль при изучении курса дисциплины играют практические занятия, на которых студенты овладевают навыками расчета аппаратов и установок, а также с помощью схем 
и чертежей изучают устройство и принцип их действия. 
Предметом курсового проекта являются технологические процессы и аппараты для 
обезвреживания газовых выбросов, расчеты и проектирование реализующего их оборудования и технических средств. 
Выполнение курсового проекта необходимо для более глубокого практического усвоения специального курса «Инженерная защита атмосферы от газовых выбросов», других дисциплин бакалавриата и выполнения выпускной квалификационной работы. 
Для выполнения данного курсового проекта необходимо знание следующих дисциплин:  
высшая математика, информатика, физика, химия, экология, начертательная геометрия, 
инженерная графика, теоретические основы защиты окружающей среды, механика, гидрогазодинамика, теплофизика, материаловедение и технология конструкционных материалов. 
Основные результаты выполнения курсового проекта могут быть использованы в 
дальнейшем при изучении следующих дисциплин: 
промышленная экология; инвентаризация и нормирование выбросов загрязняющих веществ, инженерные методы защиты атмосферы, экономика природопользования и природоохранной деятельности, экономические аспекты охраны окружающей среды, защита окружающей среды при чрезвычайных ситуациях, природопользование. 
Компетенции обучающегося в соответствии с ФГОС ВО 3 по направлениям подготовки 05.03.06, 18.03.02, 20.03.01, формируемые в результате освоения курса «Инженерная защита атмосферы от газовых выбросов»: 
- профессиональные компетенции (ПК): 
способностью ориентироваться в основных методах и системах обеспечения техносферной безопасности, обоснованно выбирать известные устройства, системы и методы защиты человека и окружающей среды от опасностей; 
способностью участвовать в совершенствовании технологических процессов с позиций 
энерго- и ресурсосбережения, минимизации воздействия на окружающую среду; 
готовностью обосновывать конкретные технические решения при разработке технологических процессов; выбирать технические средства и технологии, направленные на минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду; 
способностью проектировать отдельные узлы (аппараты) с использованием автоматизированных прикладных систем; 
- профессионально-прикладные компетенции (ППК): 
способностью ориентироваться в основных методах, системах и средствах обеспечения 
техносферной безопасности; 
способностью обоснованно выбирать известные средства и системы защиты человека и 
3 

Ветошкин А.Г.  Аппаратурное  оформление  процессов защиты атмосферы от газовых  выбросов 
окружающей среды от опасностей; 
владением знаниями теоретических основ экологического мониторинга, экологической 
экспертизы, экологического менеджмента и аудита, нормирования и снижения загрязнения 
окружающей среды, основ техногенных систем и экологического риска, проводить 
мероприятия и мониторинг по защите окружающей среды от вредных воздействий; 
осуществлять производственный экологический контроль; 
владением навыками эксплуатация очистных установок, очистных сооружений и полигонов и других производственных комплексов в области охраны окружающей среды и снижения уровня негативного воздействия хозяйственной деятельности. 
По своей структуре курсовой проект состоит из следующих разделов: 
Введение. 
1 Область применения процесса очистки газовых выбросов. 
2. Описание заданного процесса и технологии очистки газов.
3. Теоретические основы процесса очистки газовых выбросов.
4. Методы расчета аппарата и технологической установки.
5. Результаты расчета аппарата и установки.
Выводы по итогам курсового проекта. 
Список использованной литературы. 
Приложение.  
Примечание: схемы, рисунки, графики, таблицы (по тексту и в приложении). 
Такое деление позволяет более четко выделить предмет изучения и методологию выполнения курсового проекта. 
Содержание учебного пособия соответствует федеральным государственным образовательным стандартам высшего образования (ФГОС ВО 3) и примерным основным образовательным программам высшего образования на уровне бакалавриата по направлениям подготовки 05.03.06 - Экология и природопользование, 18.03.02 - Энерго- и ресурсосберегающие 
процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии, 20.03.01 - Техносферная 
безопасность.  
Данное учебное пособие является 2-м исправленным и дополненным изданием учебного пособия по проектированию: «Защита атмосферы от газовых выбросов» (автор Ветошкин 
А.Г. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005). 
Учебное пособие может быть использовано преподавателями вузов при проведении 
учебных занятий, студентами при изучении теоретического курса инженерной экологии, 
подготовке к практическим занятиям, выполнении курсовых проектов, выпускных квалификационных работ, а также при подготовке магистров и аспирантов для углубленного изучения теории и практики технологических процессов инженерной экологии. 
Содержание учебного пособия составлено на основе опыта проведения лекционных и 
практических занятий по дисциплине «Техника защиты окружающей среды» на кафедре 
«Техносферная безопасность» Пензенского государственного университета, на кафедре 
«Инженерная экология» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства и кафедры «Биотехнология и техносферная безопасность» Пензенского государственного технологического университета.  
4 

ВВЕДЕНИЕ 
На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите 
воздушной среды. 
В настоящее время используются различные методы улавливания и обезвреживания 
паро- и газообразных веществ из воздуха. На практике применяют следующие способы 
очистки газа: абсорбционный, адсорбционный, каталитический, термический и др. 
Методики расчета аппаратов для физико-химической очистки газов базируются на закономерностях тепло- и массообмена. При этом используются элементы теории подобия 
диффузионных процессов [1-4]. 
Цель настоящего учебного пособия - систематизировать сведения по массообменным 
процессам инженерной экологии, методические подходы к расчету оборудования по абсорбции и адсорбции вредных примесей из вентиляционных выбросов. Приводятся необходимые 
сведения по устройству, работе типового оборудования, а также справочные материалы. 
Изложение материала сопровождается примерами расчета, которые  облегчают усвоение теоретических вопросов. 
5 

Глава 1. Абсорбция газовых примесей 
Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней 
конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями. 
Обратный процесс, т. е. удаление из объема конденсированного вещества поглощенных молекул газа, называется дегазацией или де(аб)сорбцией. 
Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую 
фазу, называют газом-носителем, вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем (поглотителем или абсорбентом), вещество, 
которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т.е. поглощаемый компонент, называют абсорбтивом, поглощаемое вещество в объеме поглотителя - 
абсорбатом. 
Абсорбат удерживаются в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, 
вследствие растворения или химической реакции.  
Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией (в дальнейшем - абсорбция). При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, при этом молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие.  
Иногда растворяющийся газ вступает в химическую реакцию непосредственно с самим растворителем. Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией (в дальнейшем - хемосорбция). При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.  
При физической абсорбции обычно используют в качестве абсорбента воду, а также органические растворители и неорганические, не реагирующие с извлекаемыми компонентами и их 
водными растворами. 
При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей, органические вещества и водные суспензии различных веществ. 
Абсорбция представляет процесс химической технологии, включающей массоперенос 
между газообразным компонентом и жидким растворителем, осуществляемый в аппарате для 
контактирования газа с жидкостью. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, 
называют абсорберы.  
Процесс, обратный абсорбции, называется десорбцией. Если изменяются условия, 
например, происходит понижение давления над жидкостью или снижается температура, 
процесс становится обратимым и происходит выделение газа из жидкости. Таким образом, 
может быть осуществлен циклический процесс абсорбции-десорбции. Это позволяет выделить поглощенный компонент. Сочетая абсорбцию с десорбцией, можно многократно использовать почти без потерь жидкий поглотитель (абсорбент) в замкнутом контуре аппаратов:  
абсорбер-десорбер-абсорбер (круговой процесс), выделяя поглощенный компонент в чистом 
виде. 
Абсорбция ² наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности. Абсорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых 
соединений, органических веществ (фенола, формальдегида и др.). 
6 

Абсорбция
я газовых п
римесей 
 ГЛАВА 1.  
 
 
более полн
понента из 
газовой см
меси при фи
изической 
абсорбции
мо использ
ного извлеч
зовать прин
чения комп
нцип проти
ивотока с н
непрерывн
ой подачей
й в абсорбе
ер свежего
и 
о 
Для 
необходим
раствора. 
Схем
ма абсорбц
ционной уст
тановки пр
риведена на
а рис. 1.  
 
Рис.
. 1. Схема а
абсорбцион
ной устано
вки: 
1 - вент
одувка); 2 - 
абсорбер; 3
3 - брызгоот
тбойник; 4, 6
6 - оросител
ли; 5 - холод
дильник;  
 
тилятор (газ
7 - десорбе
ер; 8 - куб де
ть для абсор
рбента; 10, 1
12 - насосы; 
есорбера; 9,
11 - теплоо
екуператор
, 13 - ёмкост
обменник-р
 
Газ н
на абсорбц
цию подае
увкой 1 в н
нижнюю ч
часть колон
авномерно
о 
ляется пере
ед поступл
контактный
(насадку и
нны, где р
или тарелк
ки). Абсорромежуточ
чной емкос
тся газоду
ением на к
ти 9 насос
сом 10 под
й элемент 
ается в вер
рхнюю час
ы и равноспределяетс
ся по попер
речному се
ечению абс
сорбера с п
сть колонны
оросителя 4
-
-
-
противоточ
чное взаимо
одействие 
газа и жид
помощью о
дкости. Очи
ищенный г
4. В колонгаз, пройдя
я 
ствляется п
тбойник 3, 
выходит и
из колонны
ы. Абсорбе
через гидр
розатвор в
в промежу-
мкость 13,
 откуда на
асосом 12
направляе
ент стекает
ется на рег
генерацию 
в десорбе
е 
одогрева в
в теплообм
меннике-рек
куператоре
е 11. Исчер
р 7, после
поглощенз абсорбент
та произво
одится в ку
убе 8, обог
греваемом,
ило, насырпывание 
, как прави
тельного п
понента из
водяным па
аром. Пере
ед подачей
й на ороше
ние колонн
ны абсорбе
ент, пройд
я теплооб-
-
-
распредел
бент из пр
мерно рас
не осущес
брызгооот
точную ем
предварит
ного комп
щенным в
менник-ре
р 11, дополн
охлаждаетс
ся в холоди
льнике 5. 
Абсо
нительно о
может быт
ть простой,
, в которой
й жидкость
ь применяе
ется только
о 
сорбирован
ного загря
другом ва-
екуператор
орбционная
и удаляется
грязнение о
я система м
я из систем
отделяют о
мы без отде
от абсорбир
еления абс
рующей жи
идкости, вы
ыделяя её в
язнения. В 
в чистом в
виде. Затем
м 
т вновь под
дают на ста
адию абсор
бции, снов
ва регенери
ируют и воз
звращают в
в систему. 
один раз и
рианте заг
абсорбент
 
7 
 

Глава 2. Способы выражения составов смесей 
 
Содержание компонентов и другие характеристики реальной смеси могут быть оценены лишь 
с некоторой степенью приближения.  
Гомогенную газовую смесь представляют в виде смеси идеальных газов, считая возможным применять к ней и к каждому ее компоненту законы идеальных газов.  
Для расчетов процессов, связанных с изменением давления в системе, состав смеси 
обычно задают в единицах давления. 
Согласно закону Дальтона давление газовой смеси P можно подсчитать, складывая 
парциальные давления ее компонентов: 
 
¦
 
 
1
i
i
p
N
P
. 
 
Парциальным давлением i -го компонента называют давление, которое он производил бы при 
температуре смеси и в том же количестве, если бы один занимал весь объем смеси. Задание состава 
идеальной газовой смеси набором парциальных давлений ее компонентов равносильно заданию 
количества (числа молей) каждого компонента в долях от общего количества (числа молей) смеси. 
По закону Амага, аналогичному с законом Дальтона, предполагается аддитивность парциальных 
объемов: 
N
i
i
V
V
¦
 
 
1
. 
 
Парциальный объем i-го компонента газовой смеси - это объем, который он занимал бы, 
находясь в том же количестве при температуре и давлении смеси. Исходя из этого состав смеси может 
задаваться парциальными объемами компонентов в единицах измерения объема. 
Часто составы смесей задают относительными величинами, используя для этого объемные, молярные и массовые доли или проценты. 
Объемная доля i-го компонента vi выражается отношением его парциального объема к 
объему смеси, молярная доля ni - количеством вещества (молей) i-го компонента, отнесенным к 
количеству вещества (молей) смеси, массовая доля gi - отношением массы i-го компонента к массе 
смеси: 
 
m
m
g
N
N
n
V
V
v
i
i
i
i
i
i
/
;
/
;
/
 
 
 
. 
 
Численные значения объемных и молярных долей компонентов идеальной газовой смеси одинаковы, так как в равных объемах идеальных газов при равенстве температур и давлений содержится одинаковое количество вещества (молей). Массовые доли связаны с объемными и молярными долями соотношением: 
 
M
M
n
M
M
v
g
i
i
i
i
i
/
/
 
 
, 
 
где M - средняя (кажущаяся) молярная масса смеси, которую подсчитывают по правилу  
аддитивности: 
ϴ


ГЛАВА 2. Способы  выражения составов смесей 
 

N
N
i
i
i
i
i
M
g
v
M
M
i
¦
¦
 
 
 
 
1
1
)
/
(
/
1
. 
Очевидно, что: 
N
N
i
i
i
i
g
n
v
N
. 
i
i
¦
¦
¦
 
 
 
 
 
 
1
1
1
1
 
Наряду с долями содержание компонентов смеси выражают в объемных, молярных и массовых процентах. 
В практике пылегазоочистки принято состав газа-носителя (воздуха, дымовых газов) задавать 
объемными или массовыми процентами, а содержание вредных ингредиентов - массовыми концентрациями на единицу объема выбросов.  
Используемые в дальнейшем изложении и расчетах обозначения концентраций вещества 
А в веществе В, выраженных различными способами, приведены в таблице П.1 приложения, а в 
таблице П.2 приложения представлены формулы для пересчета концентраций вещества А в газовой и жидкой фазах.  

ϵ


Гла
ава 3. У
Устройс
ство и п
принци
ип дейс
ствия а
абсорбе
еров 
 
бции осущес
ствляется в
в специальн
ных аппарат
тах - абсорб
берах.  
Проц
Абсо
цесс абсорб
орбция, как
к и другие
е процессы
ы массопер
едачи, про
отекает на 
поверхнос
ти раздела
а 
кации проц
цесса абсорб
бции необх
ходимы апп
параты с ра
верхностью
ю 
интенсифик
между жидк
кой и газов
вой фазами
и (абсорбен
та с газомносителем)
азвитой пов
). По спосо
обу образой поверхно
ости и дисп
пергации аб
что непоср
редственно 
о связано с 
конструкособенност
рберов, их м
бсорбента, ч
можно под
дразделить 
на четыре 
основные 
е; 2) насад
тями абсор
дочные; 3)
барботажн
ные (тарель
ьчатые); 4)
распылив
вающие ил
группы: 1)
и распыли-
-
) 
-
фаз. Для и
контакта м
вания этой
тивными о
пленочны
тельные (бр
). 
По сп
рызгальные)
пособу орга
анизации ма
ассообмена а
абсорбционн
ные устройс
ства принято
то делить на 
а аппараты с
с 
ным и ступен
нчатым конт
тактом фаз. 
К устройст
твам с непрер
рывным кон
нтактом мож
жно отнести
и 
е колонны, 
распылител
раты (полы
ые скруббер
еры Вентури
и, ротоклооднополочны
ые барботаж
льные аппар
жные и пенн
ные устройс
ства, а к уст
ры, скруббе
тройствам со
о ступенчат
тым контак-
-
непрерывн
насадочные
ны и др.), о
том - тарел
льчатые кол
лонны, мног
гополочные 
барботажны
ые и пенные
е устройства
ва. 
Для а
абсорбции г
газовых загр
рязнителей ч
чаще всего 
применяют
тся насадочн
ные и тарел
льчатые  ко-
лонные апп
параты. 
 
3.1. Наса
адочные 
колонны
ы 
 
Наса
адочные аб
бсорберы п
получили н
наибольшее
е применен
ние в пром
мышленнос
ти. В насалоннах  обе
еспечиваетс
ся лучший к
рабатываемы
ых газов с а
абсорбентом
м, чем в поылителях, бл
лагодаря чем
му интенсиф
контакт обр
фицируется 
процесс ма
ассопереноса
са и уменьш
шаются габа-
-
-
дочных кол
лых распы
риты очист
тных устрой
йств. 
Эти 
абсорберы
й колонны, 
заполненны
ой - тверды
ыми телами
и 
различной
й формы. Н
ы представл
Некоторые р
ляют собой
распростран
ненные типы
ы насадок п
ые насадко
оказаны на 
рис. 2.  
 
Рис. 2. На
асадочные э
а ² кольца
² седлообр
ольца с пере
егородками;
; 
д ²
а Рашига; б 
² пропелле
ерная насадк
разная насад
ка; е ² коль
дка «Интало
ьца Палля; ж
вая насадка;
; з ² спирал
; г ² шары;
ли;  
и ² ке
ерамические
элементы:
окс»; в ² ко
ж ² хордов
е блоки 
 
новным ха
арактеристи
икам насад
дки относят
т ее удельн
ную поверх
хность f (м2
2/м3) и сво-
бъем H (м3/
/м3). Еще о
одной харак
ктеристико
ой насадки 
является е
ое сечение
е 
Принимаю
ют, что сво
ободное сеч
чение наса
адки S равн
но по вели
ее свободн
ичине ее св
вободному
у 
К ос
бодный об
S (м2/м2). 
объему, т.
 е. S = H. 
10