Mokre utlenianie - mechanizm i modelowanie matematyczne procesu

• Autorzy: Zarzycki R. , Imbierowicz M.

Warianty tytułu

EN

Mechanism and mathematical modeling of wet oxidation processes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono zagadnienia związane z technologią mokrego utleniania zanieczyszczeń zawartych w ściekach przemysłowych. Mokre utlenianie to heterofazowy proces utleniania związków organicznych i/lub utlenialnych związków nieorganicznych, prowadzony w roztworze wodnym, pod ciśnieniem od 0,5 do 20 MPa, w temperaturze l25-320°C, za pomocą powietrza lub tlenu tłoczonego do środowiska reakcji. Może być z powodzeniem stosowany do oczyszczania ścieków przemysłowych, które są zbyt stężone, ażeby kierować je na oczyszczanie biologiczne lub też zawierają substancje, które niekorzystnie oddziałują na osad czynny. Przedstawiono mechanizm utlenienia związków organicznych w fazie ciekłej, w warunkach podwyższonej temperatury i pod zwiększonym ciśnieniem. Zwrócono uwagę, że :ze względu na wolnorodnikowy charakter tych reakcji jest w zasadzie niemożliwy szczegółowy opis całego łańcucha przekształceń substratów. Z uwagi na specyfikę procesu mokrego utleniania można w takich przypadkach zastosować uproszczone schematy przebiegu reakcji chemicznych, w których opisuje się jedynie te etapy procesu, które kontrolują szybkość całego łańcucha przekształceń. W pracy przedstawiono także skuteczność procesu mokrego utleniania w odniesieniu do wybranych grup zanieczyszczeń organicznych zawartych w oczyszczanych ściekach i omówiono najważniejsze aplikacje przemysłowe tego procesu. Omówiono także niektóre zagadnienia związane z modelowaniem procesu mokrego utleniania i projektowaniem reaktorów do jego prowadzenia. Odgrywa ono w tym przypadku rolę szczególną, gdyż pozwala na ocenę poprawności przyjętych rozwiązań konstrukcyjnych, a uzyskany model matematyczny staje się cennym narzędziem do oceny bezpieczeństwa pracy instalacji oraz sterowania jego działaniem.

EN

The problems concerning the wet oxidation of industrial wastewaters are deseribed. Wet oxidation is a heterogeneouls process, in which the organic and oxidizable inorganic substances are oxidized using air (or oxygen) at temperature from l25.C to 320.C and pressures from 0.5 to 20 MPa. This is an available options for processing the wastewater streams which are too concentrated for biological treatment or contain the recalcitrant pollutants, toxie for activated sludge microorganisms. The mechanism of chemical reactions taking place in the liquid phase at high temperature and pressures is discussed. It is impossible to describe a detailed mechanism of free radical reactions taking place during the wet oxidation of high molecular organic compounds, so the lumped kinetic model, which consists of only the reaction rate controlled processes, can be successfully used in that ease. The paper reviews the efficiency of removing from treated wastewaters the main groups of organic contaminants dissolved in the liquid phase, and describes same industrial applications of wet oxidation processes as well. Attention is paid to the mathematical procedures used for modeling the wet oxidation reactors. This predietive modeling techniques can be used to optimize, control and improve the safety of wet oxidation facilities.

Słowa kluczowe

PL

utlenianie mokre; oczyszczanie ścieków; modelowanie reaktorów chemicznych

EN

wet oxidation; wastewater treatrnent; modeling of reaction kinetics

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 8, nr 12
• Strony: 1205--1220
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zarzycki R.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 93-005 Łódź.

autor

Imbierowicz M.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 93-005 Łódź.

Bibliografia

• [1] GUS, ,,Rocznik Statystyczny. Ochrona Środowiska”, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2000.
• [2] Zimpro Environmental: Technical Report No 420. Wet Air Oxidation of Ethylene Plant Spent Caustic, 1994.
• [3] Zimmermann F.J.: Wet Air Oxidation of Hazardous Organics in Wastewater, U.S. Patent 2 665 249, 1950.
• [4] Zimmermann F.J.: New Waste Disposal Process, Chem. Eng., 1958, 25, 117-120.
• [5] Zimmermann F.J.: Wet Air Combustion, Ind. Water and Wastes, 1961, 6, 102-106.
• [6] Mishra V.S., Mahajani V.V. i Joshi J.B.: Wet Air Oxidation, Ind. Eng. Chem. Res., 1995, 34(1), 2-48.
• [7] Kaufmann L.A. i Peterscheck H.: Modelling Vertech's Mile Long Multiphase Reaction Vessel, Chem. Eng. Sci., 1986, 41, 685.
• [8] Debellefontaine H. i Foussard J.N.: Wet oxidation for the treatment of industrial wastes. Chemical aspects, reactor design and industrial applications in Europe, Waste Manag., 2000, 20, 15-25.
• [9] Duprez D., Delanoe F., Barbier J. Jr, Isnard P. i Blanchard G.: Catalytic Oxidation of Organic Compounds in Aqeous Media, Catal. Today, 1996, 29, 317-322.
• [10] Kolaczkowski S.T., Plucinski P., Beltran F.J., Rivas F.J i McLurgh D.B.: Wet air oxidation: a review of process technologies and aspects in reactor design, Chem. Eng. J., 1999, 73(2), 143-160.
• [11] Luck F.: Wet air oxidation: past, present and future, Catal. Today, 1999, 53(1), 81-91.
• [12] Gasso S., Gonzales M., Baldasamo J.M., Lemonier J.P. i Abtzoglu N.: Wet Oxidation of Refractory Organic Compounds in Industrial Aqueous Wastes via OXYJET technology, Waste Manag. Res., 1995, 13(1), 37-46.
• [13] Wilhelmi A.R. i Ely R.R.A.: Two Step Process for Toxic Wastewaters, Chem. Eng., 1976, 83(4), 105.
• [14] Othmer D.F.: Earth + Water + Air = Fire: Wet Air Oxidation (WAO) of Wastes, Mech. Eng., 1979, 101(12), 31-37.
• [15] Schaefer P.T.: Consider Wet Oxidation, Hydrocarbon Process., 1981, 60, 100-104.
• [16] Baillod C.R., Lamparter R.A. i Barna B.A.: Wet Oxidation for Industrial Waste Treatment, Chem. Eng. Prog., 1985, 81(3), 52-56.
• [17] Devlin H.R. i Harris I.J.: Mechanism of the Oxidation of Aqueous Phenol with Dissolved Oxygen, Ind. Eng. Chem. Fundam., 1984, 23, 387-392.
• [18] Joglekar H.S., Samant S.D. i Joshi J.B.: Kinetics of Wet Oxidation of Phenol and Substituted Phenols, Water Res., 1991, 25(2), 135-145.
• [19] Mantzavinos D., Hellenbrand R., Metcalf I.S. i Livingston A.G.: Partial wet oxidation of p-coumaric acid: oxidation intermediates, reaction pathways and implications for wastewater treatment, Water Res., 1996, 30(12), 2969-2976.
• [20] Pintar A. i Levec J.: Catalytic Liquid-Phase Oxidation of Phenol Aqueous Solutions. A Kinetic Investigation, Ind. Eng. Chem. Res., 1994, 33(12), 3070-3077.
• [21] Rivas F.J., Kolaczkowski S.T., Beltrán F.J. i McLurgh D.B.: Development of a model for the wet air oxidation of phenol based on a free radical mechanism, Chem. Eng. Sci., 1998, 53(14), 2575-2586.
• [22] Sadana A. i Katzer J.R.: Involvement of Free Radicals in the Aqueous Phase Catalytic Oxidation of Phenol over Copper Oxide, J. Catal., 1974, 35, 140-152.
• [23] Li L., Chen P. i Gloyna E.F.: Generalized Kinetic Model for Wet Oxidation of Organic Compounds, AIChE J., 1991, 37(11), 1687-1697.
• [24] Gasso S., Baldasano J.M. i Gonzales M.: Wet Oxidation via Two-Phase Flow Reactors and High Mass-Transfer Regimes, Ind. Eng. Chem. Res., 1992, 31, 2057-2062.
• [25] Taylor J.E. i Weygandt J.C.: A Kinetic Study of High Pressure Aqueous Oxidation of Organic Compounds Using Elemental Oxygen, Can. J. Chem., 1974, 52, 1925-1933.
• [26] Wilhelmi A.R. i Knopp P.V.: Wet Air Oxidation - an Alternative to Incineration, Chem. Eng. Prog., 1979, 75, 46-53.
• [27] Zarzycki R. i Imbierowicz M.: Catalytic Liquid-Phase Oxidation of Naphthalenesulfonic Acids in Wastewater from Dyestuff Industry, Proc. of 2nd European Meeting on Chemical Industry and Environment, 11-13.09.1996 r., Alghero (Włochy).
• [28] Zarzycki R., Imbierowicz M., Zawadzka A. i Walkowska E.: Liquid Phase Oxidation of Sewage Sludge With Oxygen at Elevated Temperature. Proc. 5th Int. Conf. Advanced Oxidation Technologies for Water and Air Remediation, 23-28.05.1999, Albuquerque, New Mexico (USA).
• [29] Schluter S.: Simulation of Bubble Column Reactors with the BCR Computer Mode, Chem. Eng. Proc., 1995, 34, 127-136.
• [30] Ellis C.E.: Wet Air Oxidation of Refinery Spent Caustic., Environ. Progr., 1998, 17(1), 28-30.