Niskotemperaturowa kondensacja lotnych związków organicznych w obecności gazu inertnego w spiralnym wymienniku ciepła

Proces niskotemperaturowej kondensacji lotnych związków organicznych (VOCs) z mieszanin z gazem inertnym, prowadzony z wykorzystaniem ciekłego azotu jako źródła zimna, pozwala na kondensację od 95% do 99,99% typowych zanieczyszczeń organicznych. W tych warunkach proces wymiany ciepła jest szybszy od wymiany masy (niskie wartości współczynników dyfuzji) do ścianki aparatu, co powoduje powstawanie mgły w fazie gazowej. Jeżeli temperatura ścianki aparatu jest niższa od temperatur krzepnięcia lotnych związków organicznych, powierzchnia wymiany ciepła może pokrywać się warstwą organicznego szronu. Przedstawiono wyniki eksperymentalnych badań, procesu niskotemperaturowej kondensacji n-propanolu i mieszanin octanu etylu i n-propanolu w obecności azotu jako gazu inertnego, prowadzonych w spiralnym dwupłytowym wymienniku ciepła. Konstrukcja tego typu kondensatora pozwala na realizację krzyżowo-prądowego spływu kondensatu względem kierunku przepływu gazu inertnego zanieczyszczonego lotnymi związkami organicznymi. Umożliwia również odbiór frakcji kondensatu z kolejnych zwojów spiralnego kanału wzdłuż drogi przepływu schładzanej mieszaniny gazowej, co jest korzystne ze względu na możliwość bezpośredniego powtórnego wykorzystania poszczególnych frakcji kondensatu w różnych procesach technologicznych. Wartości wlotowych stężeń lotnych związków organicznych w gazowej mieszaninie zmieniano w zakresie 6,8 - 27g Nm -3, a natężenie przepływu gazowej mieszaniny przez spiralny kanał kondensatora od 7,4 do 30,6 Nm3h-1. Jako czynnik chłodzący stosowano gazowy azot o temperaturach z zakreśl. -77,3 do-137°C. Opracowano jednowymiarowy matematyczny model procesu, w którym kondensacja lotnych związków organicznych zachodzi zarówno na ścianach spiralnego kanału jak i w rdzeniu fazy gazowej (kondensacja na kroplach mgły). W modelu, ze względu na niskie wartości (poniżej 3% wag.) wlotowych stężeń związków organicznych w mieszaninie z inertem i stąd małe wartości masowych strumieni kondensujących składników, nie uwzględniano oporów cieplnych i masowych filmu cieczy na ścianie spiralnego kanału. Weryfikację opracowanego matematycznego modelu procesu przeprowadzono wykorzystując wyniki własnych badań eksperymentalnych. Stwierdzono, że opracowany model matematyczny dobrze opisuje proces niskotemperaturowej kondensacji lotnych związków organicznych (VOCs) w obecności inertu w warunkach występowania mgły w fazie gazowej i może być wykorzystany przy doborze spiralnego kondensatora dla instalacji oczyszczania gazowych mieszanin z lotnych związków organicznych.