Общая схема загрязнения и проблемы защиты окружающей среды

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Курс лекций по дисциплине «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

Часть 1. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

Составители: И. Г. Кобзарь, В. В. Козлова

Ульяновск 2007

УДК 504(076) ББК 51.26 А 64

Рецензенты: заведующий кафедрой «Химия» Ульяновского государственного технического университета, доктор химических наук, профессор Е.С. Климов.

Заместитель председателя комитета по лесным ресурсам, недро- и водопользованию, кандидат биологических наук Д.В. Федоров

А64 Процессы и аппараты защиты окружающей среды: Курс лекций по

дисциплине «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»: Часть 1 / сост. И. Г. Кобзарь, В. В. Козлова. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 68 с.

Составлены в соответствии с программой дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

В курсе лекций рассмотрены существующие технологии защиты атмосферы от загрязнений и показана основная экобиозащитная техника.

Курс лекций по дисциплине «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» предназначен для студентов специальности 28020265 «Инженерная защита окружающей среды»

Курс лекций подготовлен на кафедре «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология».

УДК 504(076) ББК 51.26я7

Учебное издание ПОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Учебное пособие

Составители: КОБЗАРЬ Иван Григорьевич КОЗЛОВА Вита Вячеславовна,

Редактор О. С. Якушкина

Подписано в печать 25.12.2005. Формат 60x84/16. Бумага типографская № 1. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 3,02.

Уч.-изд. л. 2,77. Тираж 50 экз. Заказ Ульяновский государственный технический университет

432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32. Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32.

© С. И., Кобзарь И. Г., Козлова В. В., составление, 2007 Оформление. УлГТУ, 2007

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. Общая схема загрязнения и проблемы защиты

окружающей среды........................................................................................ 8

Лекция 1. Источники, виды и нормирование загрязнения атмосферы...... 8

1.1. Источники загрязнения атмосферы....................................................... 8

1.2. Нормирование примесей в атмосферном воздухе................................ 10

Лекция 2. Основные физико-химические свойства пылей, параметры очищаемых газов и оценка эффективности систем

пылеочистки.................................................................................... 13

2.1. Плотность и дисперсный состав пылей и аэрозолей................................ 13

2.2. Адгезионные свойства частиц................................................................... 15

2.3. Абразивность частиц............................................................................... 15

2.4. Смачиваемость частиц............................................................................. 16

2.5. Гигроскопичность частиц........................................................................ 16

2.6. Электрическая проводимость слоя пыли................................................. 16

2.7. Электрическая заряженность частиц........................................................ 17

2.8. Способность пыли к самовозгоранию и образованию

взрывоопасных смесей с воздухом........................................................ 17

2.9. Эффективность пылеулавливания........................................................... 17

Лекция 3. Методы и средства сухой очистки газовоздушных выбросов... 19

3.1. Классификация пылеулавливающего оборудования............................. 19

3.2. Сухие механические пылеуловители...................................................... 24

 

3.2.1. Гравитационные пылеуловители...................................................... 24

3.2.2. Инерционные пылеуловители........................................................... 26

3.2.3. Центробежные пылеуловители......................................................... 26

3.3. Очистка газовоздушных сред на фильтрах.............................................. 30

3.3.1. Тканевые фильтры.......................................................................... 31

3.3.2. Волокнистые фильтры.................................................................... 32

3.3.3. Зернистые фильтры........................................................................... 34

3.3.4. Испытание фильтров......................................................................... 35

3.4. Очистка газов на электрофильтрах.......................................................... 36

Лекция 4. Аппараты мокрой очистки газов................................................. 40

4.1. Полые газопромыватели......................................................................... 40

4.2. Насадочные газопромыватели................................................................ 42

4.3. Барботажные и пенные аппараты........................................................... 43

4.4. Газопромыватели ударно-инерционного действия................................ 44

4.5. Ротоклон................................................................................................... 45

4.6. Газопромыватели центробежного действия........................................... 46

4.7. Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури............................. 47

4.8. Туманоуловители.................................................................................... 49

Лекция 5. Мокрые методы пылеочистки с использованием

явлений абсорбции и хемосорбции............................................ 52

5.1. Метод абсорбции..................................................................................... 52

5.2. Метод хемосорбции................................................................................. 54

5.3. Очистка газов от продуктов окисления щелочных металлов................ 56

Лекция 6. Методы адсорбционной очистки, каталитического

и термического обезвреживания отходящих газов...................... 59

6.1. Адсорбционный метод очистки газов.................................................... 59

6.2. Каталитический метод очистки газов........................................................ 62

6.3.Термический метод обезвреживания газов............................................ 64

Список литературы.................................................................................... 67

ВВЕДЕНИЕ

Общая схема загрязнения и проблемы защиты окружающей среды

Антропогенное загрязнение окружающей среды (загрязнение, обусловлен­ное жизнедеятельностью человека) до определенного периода времени доста­точно хорошо сглаживалось (компенсировалось) процессами, происходящими в биосфере. Однако в результате интенсивной деятельности человека биосфера стала постоянно изменяться (деградировать): ухудшается качество атмосферы, водоемов и почв, уничтожается фауна и флора. В результате научно-техни­ческой революции происходит значительное загрязнение окружающей среды, с которым она зачастую уже не в состоянии сама справляться. Выбросы и сбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосфе­ру, водоемы и почву достигли таких масштабов, что в некоторых регионах зем­ного шара, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений окружающей среды значительно превышают допустимые санитарные нормы. Поэтому проблема защиты окружающей среды является одной из важных за­дач человечества.

На рис.1. показана общая схема загрязнения окружающей среды при экс­плуатации любого промышленного предприятия.

Сырье, материалы оборудование

Топливо, электроэнергия

 

Вода, осадки

Н п ро м

 

Кислород воздуха

Солнечная

радиация

I

ЕННОЕ ПРЕДПРИЯТ ИЁ[

 

Продукция

Выбросы в атмосферу

Сточные

Твердые отходы

Энергетические выбросы

!7еплоаое загрязнение?*—

Рис. 1. Общая схема загрязнения окружающей среды

В целях защиты окружающей среды (ЗОС) работа промышленности долж­на быть организована так, чтобы образующиеся отходы превращались в новые продукты. Охрана природы требует, чтобы производство совершенствовалось, а отходы утилизировались; все процессы создавались на основе малоотходной и безотходной технологии. Применение малоотходной и безотходной техноло-

гии позволит не только решить проблему ЗОС, но одновременно обеспечит вы­сокую экономическую эффективность производства.

Безотходная технология является наиболее активной формой защиты ок­ружающей среды от вредного воздействия предприятий. Под понятием «безот­ходная технология» следует понимать комплекс мероприятий в технологиче­ских процессах, который на данном этапе развития общества должен включать:

1) совершенствование технологических процессов и разработку нового
оборудования с меньшим уровнем выбросов и сбросов вредных веществ (ВВ) и
отходов в окружающую среду;

2) замена токсичных отходов на нетоксичные;

3) обеззараживание отходов;

4) замена неутилизируемых отходов на утилизируемые;

5) применение пассивных методов защиты окружающей среды.

Пассивные методы защиты окружающей среды включают комплекс меро­приятий по ограничению выбросов/сбросов с последующей утилизацией или захоронением отходов. К их числу относятся:

- очистка сточных вод и газовых выбросов от вредных примесей;

- захоронение токсичных и радиоактивных отходов;

- рассеивание ВВ в атмосфере;

- снижение уровней энергетического загрязнения среды обитания челове­
ка.

Важная роль в ЗОС отводится мероприятиям по рациональному размеще­нию источников загрязнения, а именно:

- вынесение предприятий из крупных городов и сооружение новых в ма­
лонаселенных районах;

- расположение их с учетом топографии местности и розы ветров;

- установление зон санитарной охраны (ЗСО), санитарно-защитных зон
(СЗЗ), зон наблюдения (ЗН);

- рациональная застройка городов, обеспечивающая оптимальные эколо­
гические условия для человека и зеленых насаждений.

Многолетний опыт эксплуатации различного назначения предприятий по­зволил выработать следующую схему экологизации «старого типа технологий» и решения проблем защиты окружающей среды:

а) для действующих предприятий:

- проводится инвентаризация источников загрязнения и анализ качества
внутрипроизводственной и внешней среды;

- на основании сравнения полученных результатов анализа с нормативами
делается вывод о технической и экологической безопасности предприятия для
персонала и окружающей среды;

- в случае обнаружения признаков сверхнормативного воздействия произ­
водственных процессов и предприятия в целом на человека и окружающую
среду разрабатывают и реализуют более эффективные мероприятия по их мо­
дернизации;

б) для проектируемых предприятий, производств:

- проводится изучение и анализ закладываемых в проект технологических
режимов и особенностей производственных процессов, источников всевозмож­
ных выделений загрязняющих веществ в окружающую среду и оценка их каче­
ственных и количественных характеристик;

- разрабатывается проектная документация с оценкой воздействия от­
дельных процессов и предприятия в целом на окружающую среду, делается вы­
вод о достаточности или необходимости совершенствования проектных реше­
ний по защите человека и окружающей среды от возможных негативных воз­
действий эксплуатации предприятия;

- по результатам этих исследований производится корректировка проект­
ных решений;

- после пуска производства в эксплуатацию проводится проверка его эко­
логической безопасности по схеме действующего предприятия.

Контрольные вопросы

1. Почему необходима защита окружающей среды от антропогенных за­
грязнений?

2. Дайте общую схему загрязнения окружающей среды.

3. Что такое малоотходная и безотходная технология?

4. Что включает в себя понятие «пассивные методы защиты окружающей
среды»?

Адгезионные свойства частиц

Эти свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышен­ная слипаемость частиц может привести к частичному или полному забиванию аппаратов.

Чем меньше размер частиц пыли, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. Пыли, у которых 60-70 % частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ве­дут себя как слипающиеся, хотя те же пыли с размером частиц более 10 мкм обладают хорошей сыпучестью.

По слипаемости пыли делятся на 4 группы:

1. Неслипающаяся (сухая шлаковая, кварцевая; сухая глина);

2. Слабослипающаяся (коксовая; магнезитовая сухая; апатитовая сухая;
доменная; колошниковая летучая зола, содержащая много несгоревших про­
дуктов; сланцевая зола);

3. Среднеслипающаяся (торфяная, влажная магнезитовая; металлическая,
содержащая колчедан, оксиды свинца, цинка и олова, сухой цемент; летучая
зола без недожига; торфяная зола; сажа, сухое молоко; мука, опилки);

4. Сильнослипающаяся (цементная; выделенная из влажного воздуха; гип­
совая и алебастровая; содержащая нитрофоску, двойной суперфосфат, клинкер,
соли натрия; волокнистая (асбест, хлопок, шерсть)).

Абразивность частиц

Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла газохода и очистных устройств. Она зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц. Абразивность учитывают при расчетах аппаратуры (выбор скорости га­за, толщины стенок аппаратуры и облицовочных материалов).

Смачиваемость частиц

Смачиваемость частиц водой оказывает влияние на эффективность мок­рых пылеуловителей, особенно при работе с рециркуляцией. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, так как последние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболоч­кой, затрудняющей смачивание.

По характеру смачивания все частицы из твердых материалов можно раз­делить на три основные группы:

1) гидрофильные материалы — хорошо смачиваемые (кальций, кварц,
большинство силикатов и окисленных минералов, галогениды щелочных ме­
таллов);

2) гидрофобные материалы - плохо смачиваемые (графит, уголь, сера);

3) абсолютно гидрофобные - парафин, тефлон, битумы.

Гигроскопичность частиц

Способность пыли впитывать влагу зависит от химического состава, раз­мера, формы и степени шероховатости поверхности частиц. Гигроскопичность способствует их улавливанию в аппаратах мокрого типа.

Очистка от туманов и брызг

V.?

запыленный

Рис. 4. Пылеосадительная камера Рис. 5. Осадительная камера Говарда

В общем виде скорость осаждения шарообразных частиц под действием силы тяжести может быть определена по формуле:

;.. (15)

где v_а - скорость осаждения частиц, м/с; d_a - диаметр частиц, м; р_а - плотность частиц, кг/м; р_г - плотность газа, кг/м; g - ускорение свободного падения, м/с²; ^_а ~ коэффициент сопротивления частиц.

При применимости закона Стокса (когда отсутствуют эффекты инерции, связанные с вытеснением воздуха движущейся сферической частицей, т.е. чис-

ло Рейнольдса Ке_р=с1а-(у_а-у_г)• р_г/|ы_г меньше 0,05) минимальный размер частиц dмин (м), которые будут полностью осаждаться в многополочной камере, может быть определен по формуле:

(16)

где V_г - объемный расход газов, м³/с; |ы_г - динамический коэффициент вязко­сти, Пас; В и L - ширина и длина камеры, м; у_г- скорость потока газа, м/c.

Жалюзийные аппараты обычно применяют для улавливания пыли с раз­мером частиц более 20 мкм. Они имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает рез­кие повороты. Пылевые частицы вследствие инерции стремятся сохранить пер­воначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц из газо­вого потока, которые, сталкиваясь с наклонными решетками, отражаются и от­скакивают в сторону от щелей между лопастями жалюзи (рис. 6). В результате газ делится на два потока. Пыль в основном содержится в потоке, который от­сасывают и направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа перед жа-люзийной решеткой должна быть достаточно высокой (до 15 м/с), чтобы дос­тигнуть эффекта инерционного отделения пыли. На степень очистки влияет также скорость движения газов, отсасываемых в циклон. Гидравлическое со­противление решетки составляет 100-500 Па.

Основным недостатком этих аппаратов является износ пластин при высо­кой концентрации пыли.

обогащенный пылью газ

очищенный газ

загрязненный газ

Рис. 6. Жалюзийный пылеотделитель

Эффективность улавливания частиц этой системой очистки зависит от эф­фективности самой решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасы­ваемого в нем газа. Если ф - относительная доля газа, направляемого с пыле­вым концентратом, то степень очистки газа в жалюзийном пылеуловителе рав­на:

(17)

где г|ц - степень очистки газов в основном циклоне; г)_р - степень очистки в ре­шетке (формула справедлива при ф не менее 0,1-0,2).

3.2.2. Инерционные пылеуловители

В этих аппаратах при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы продолжают дви­гаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бун­кер. Наиболее простые из этого типа аппаратов являются так называемые пыле­вые мешки (рис. 7). Эффективность этих аппаратов низкая, а задерживают они только крупные фракции пыли.

Пылеуловители с плавным поворотом газового потока имеют меньшее гидравлическое сопротивление, чем другие аппараты. Скорость газа в сечении таких аппаратов принимают 1,0 м/с. Для частиц пыли размером 25-30 мкм дос­тигается степень улавливания 65-80 %. Такие пылеуловители применяют на за­водах черной и цветной металлургии. Гидравлическое сопротивление их равно 150-390 Па. Пылеуловители этого типа обычно встраивают в газоходы.

Обеспыленные гады

Газы

 

мпыпенные 1.1 Д-|

обеспыленные гяэы

ПыПь

пыль

Рис. 7. Инерционные пылеуловители 3.2.3. Центробежные пылеуловители

Циклонные аппараты (циклоны) наиболее распространены в промышлен­ности. Они имеют следующие достоинства: 1) отсутствие движущихся частей в аппарате; 2) надежность работы при температурах газов вплоть до 500 оС (для работы при более высоких температурах циклоны изготавливают из специаль­ных материалов); 3) возможность улавливания абразивных материалов при за­щите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями; 4) улав­ливание пыли в сухом виде; 5) почти постоянное гидравлическое сопротивле­ние аппарата; 6) успешная работа при высоких давлениях газов; 7) простота из­готовления; 8) сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов. Недостатки: 1) высокое гидравлическое со-

противление - 1250-1500 Па; 2) плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм; 3) невозможность использования для очистки газов от липких загрязне­ний.

Принцип работы циклона показан на рис. 8. Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в 100-1000 раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом и под влиянием центробежной силы движутся к стенке.

В промышленности принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Первые эффективны, но требуют больших затрат на осуществление процесса очистки; циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы.

На практике широко используют циклоны НИИОГАЗа (рис. 9) - цилинд­рические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Цилиндрические циклоны относятся к высокопроизводи­тельным аппаратам, а конические - к высокоэффективным. Диаметр цилиндри­ческих циклонов не более 2000 мм, а конических - не более 3000 мм.

Рис. 8. Циклон

А б

Рис. 9. Цилиндрический (а) и конический (б) циклоны

 

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле:

(18)

где v_г - скорость газов в произвольном сечении аппарата, относительно которо­го рассчитана величина коэффициента сопротивления 2,_ц, м/с. Коэффициент сопротивления:

², (19)

где К1 - коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов с тангенциаль­ным входом газа и 7,5 - для циклонов с розеточным входом; h1 и b - размеры входного патрубка; Б^ - диаметр выхлопной трубы.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компо­новку аппаратов - групповые циклоны. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. В этих ап­паратах запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонными элементами.

Коэффициент гидравлического сопротивления группы циклонов опреде­ляют по формуле:

^_Щ = ^ц+К₂, (20)

где 2,_ц - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона; К₂ - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (определяют опытным путем).

Иногда большое число малых циклонов (мультициклонов) объединяют в группу (батарейные циклоны). Они используются для очистки больших масс (расходов) газов. Однако, из-за перетока газов между элементами циклонов, эффективность очистки батарейных циклонов ниже одиночных.

Ротационные пылеуловители относят к аппаратам центробежного дейст­вия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм. Они обладают большой компактностью, так как вентиля­тор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате.

Схемы пылеуловителей ротационного типа представлены на рис. 10 и 11. При работе вентиляторного колеса частицы пыли за счет центробежных сил от­брасываются к стенке спиралеобразного кожуха и движутся по ней в направле­нии выхлопного отверстия (рис. 10). Газ, обогащенный пылью, через специаль­ное пылеприемное отверстие отводится в пылевой бункер, а очищенный газ по­ступает в выхлопную трубу.

В противопоточном центробежном ротационном пылеуловителе (рис. 11) ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал. При работе пылеотделите-ля запыленный воздух поступает внутрь кожуха, где закручивается вокруг ро­тора. В результате вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные в воздухе частицы пыли стремятся выде­ляться из него в радиальном направлении. Одновременно на эти частицы в про­тивоположном направлении действуют силы аэродинамического сопротивле­ния. Частицы, центробежная сила которых больше силы аэродинамического сопротивления, отбрасываются к стенкам кожуха и поступают в бункер. Очи-

щенный воздух через перфорацию ротора всасывается в вентилятор и затем вы­водится наружу.

Эффективность очистки этих аппаратов зависит от выбранного соотноше­ния центробежной и аэродинамической сил и теоретически может достигать 100 %. Величина центробежной силы является функцией числа оборотов и диаметра ротора. Величина аэродинамической силы является функцией скоро­сти просасывания воздуха через перфорацию ротора, т.е. производительности вентилятора.

пыль

очищенный газ

 

'пыль

газ

очищенный газ

 

Рис. 10. Пылеуловитель ротационного типа:

1 - вентиляторное колесо; 2 - кожух; 3 - пылеприемное отверстие; 4 - выхлопная труба

Рис. 11. Противоточный ротационный пылеуловитель:

1 - кожух; 2 - ротор; 3 - колесо вентилятора; 4 - бункер

Диаметр минимальной улавливаемой частицы пыли противопоточным ро­тационным пылеотделителем определяется по формуле:

 

(21)

с! = -± ^т1п 20™

Рп яЪ '

где р_п и р_в - плотность пыли и воздуха, кг/м³; w - окружная скорость, м/с; Q_v -производительность противопоточного ротационного пылеуловителя, м /ч, (С^^ОО-тг-Ъ-^-рп-с^а/рв-у); с1_а - диаметр частицы; Ъ=Ьс1о²/8-К - приведенная ши­рина всасывающего отверстия ротора пылеуловителя, м; R - радиус окружно­сти ротора, м; i - количество отверстий, шт; d_о - диаметр отверстий, м; V - ко­эффициент кинематической вязкости, м²/с.

Полые газопромыватели

У этого типа аппаратов загрязненные газы пропускают через завесу распы­ленной жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями жидкости и осаждаются, а очищенные газы удаляются из аппарата.

Самым простым полым газопромывателем является орошаемый газоход, в котором ряд форсунок создают на пути газа водяную завесу (рис. 20-21). Для

снижения уноса воды (брызг) скорость в газоходе не должна превышать 3 м/с. Расход воды принимают обычно 0,1-0,3 г/м³.

газы

 

Рис. 20. Промывная камера:

1- камера; 2 - форсунки; 3 - перфорированные перегородки; 4 - брызгоуловитель; 5 - вентилятор; 6 - электродвигатель; 7 - шламовая труба

газы

газы

шлам

Рис. 21. Оросительное устройство:

1 - газоход; 2 - форсунки; 3 - дымовая труба; 4 - шламовая труба

При несколько больших скоростях газа применяют промывные камеры (металлические, бетонные или из кирпича). Внутри камеры в несколько рядов размещаются распылительные форсунки для создания водяных завес на пути газа. Для повышения эффективности промывки газа в камере устанавливают отбойные пластины, перфорированные листы, сетки. Камеры применяют для очистки от пыли и увлажнения воздуха в вентустановках и установках конди­ционирования воздуха.

Полые форсуночные скрубберы (рис. 22) представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения с форсунками. Они обычно работают в

противопоточном режиме. Скорость потока газа обычно 0,6-1,2 м/с. Иногда форсунки устанавливают в несколько рядов. Высокая степень очистки в полых скрубберах достигается при улавливании частиц с d_ч >10 мкм.

галы

шлам

газы

жидкость.

Рис. 22. Полый скруббер:

1 - корпус; 2 - форсунки

Насадочные газопромыватели

Насадочные скрубберы - это колонны, заполненные различной формы на­садками (в виде колец Рашига и других форм), которые насыпают на опорную решетку. На практике применяют два типа аппаратов: газопромыватели в виде противопоточных колонн и насадочные скрубберы с поперечным орошением (рис. 23). Их целесообразно применять, когда пыль (аэрозоли) является хорошо смачиваемой, растворимой в воде или процесс улавливания пыли сопровожда­ется охлаждением или абсорбцией. Расход жидкости, например, в скруббере с поперечным орошением составляет 0,15-0,5 л/м³, а эффективность улавливания частиц размером более 2 мкм превышает 90 %.

газы

Рис. 23. Насадочные скрубберы с поперечным орошением:

1 - форсунки; 2 - опорные решетки; 3 - оросительное устройство; 4 - неоро­шаемый слой насадки (брызгоуловитель); 5 - шламосборник; 6 - насадка

Ротоклон

Типичная конструкция ротоклона показана на рис. 27. В аппарате уста­новлены один или несколько изогнутых щелевых каналов (импеллеров), ниж­няя часть которых затоплена жидкостью. Ударяясь о поверхность жидкости, га­зовый поток захватывает часть жидкости и заставляет ее двигаться вдоль ниж­ней направляющей канала. Затем жидкость отбрасывается к верхней направ­ляющей и при выходе из щели падает в виде сплошной водяной завесы. Для предотвращения уноса капель газы после канала проходят через систему капле-отбойных устройств.

Скорость газов в канале обычно не превышает 15 м/с. Важное значение для нормальной эксплуатации ротоклона играет поддержание постоянного уровня жидкости в аппарате. Даже незначительное изменение уровня жидкости может привести к резкому снижению эффективности или значительному уве­личению гидравлического сопротивления. Удаление шлама из отстойника осу­ществляется периодически (вручную) или непрерывно с помощью скребкового конвейера. Расход воды в ротоклонах значительно ниже, чем в других мокрых пылеуловителях. Вода в количестве, не превышающем 0,03 л/м³, подается в ос­новном для компенсации ее потерь за счет испарения и уноса со шламом.

Производительность промышленных ротоклонов, применяемых на зару­бежных заводах, колеблется от 2500 до 90000 м³/ч.

Рис. 27. Ротоклон:

1 - устройство для подвода газов; 2 - направляющие лопатки; 3 - каплеотбойник; 4 - устройство для вывода газов

Газы

Рис. 29. Скрубберы Вентури:

а - с выносным каплеуловителем; б - с встроенным каплеуловителем; 1 - труба Вентури; 2 - циклон каплеуловитель; 3 - розеточное устройство; 4 - каплеосадительная камера

При больших расходах газов на очистку применяют групповые компонов­ки нескольких труб Вентури с небольшим круглым сечением или так называе­мые батарейные скрубберы Вентури (рис. 30), иногда скрубберы Вентури с предварительным дроблением орошающей жидкости и эжекторные скрубберы Вентури (рис. 31) со скоростью истечения жидкости в форсунке 15-30 м/c.

I II I II III I Г II

шлам

газы

Рис. 30. Батерейный скруббер Вентури:

1 - корпус; 2 - ввод газов; 3 - трубы Венту­ри; 4 - провальные тарелки; 5 - ороситель­ное устройство; 6 - каплеотбойник; 7 - отвод газов

газы

Рис. 31. Принципиальная схема эжекторного скруббера:

1 - приемная камера; 2 - форсунка; 3 - онфузор; 4 - камера смешения; 5 - диффузор; 6 - насос; 7 - резервуар-отстойник; 8 - выхлопной патробок

4.8. Туманоуловители

Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидко­стей используют волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности волокон и пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести. Осаждение капель жидкости на поверх­ности волокон и пор происходит под действием всех ранее рассмотренных ме­ханизмов отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах.

Туманоуловители делят на низкоскоростные (у_г<0,15 м/с), в которых пре­обладает механизм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные (у_г=2-2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рис. 32. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток, помещается волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится через фланец 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость, осевшая на фильтроэлементе, стекает на нижний фланец 5 и затем через трубку гидрозатвора 6 и стакана 7 сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают очень высокую эффективность очистки (до 0,999) газа от частиц размером ме­нее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром от 7 до 30 мкм или по­лимерных волокон (лавсана, ПВХ, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. Толщина слоя составляет 5-15 см. Гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов равно 200-1000 Па, а в режиме очистки без образования твердого осадка- 1200-2500 Па.

Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают эффективность очистки газа от тумана с частицами менее 3 мкм, равную 0,90-0,98 при Ар= 1500—2000 Па. В качестве фильтрующей на­бивки в таких туманоуловителях используются войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрирован­ных кислот (Н₂SO₄, HСl, HF, H₃PO₄, HNO₃) и сильных щелочей.

В тех случаях, когда диаметр капель тумана составляет 0,6-0,7 мкм и ме­нее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличи­вать скорость фильтрации до 4,5-5 м/с. Рост скорости фильтрации приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брызгоунос обычно возникает уже при скоростях 1,7-2,5 м/с). Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызго уловителей в конструкции туманоуло-вителя.

Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брыз-гоуловители из пакетов сеток. Захват частиц жидкости в таких брызгоуловите-лях (рис. 33) происходит за счет эффекта касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с.

туман

 

Рис. 32. Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя

очищенный

 

Туман

Рис. 33. Высокоскоростной фильтр

Контрольные вопросы

1. Объясните назначение, принцип работы и устройство полых газопромы­
вателей.

2. Принцип работы и устройство насадочного газопромывателя.

3. Принцип работы и устройство барботажных и пенных аппаратов.

4. Принцип действия и устройство газопромывателей ударноинерционного
действия.

5. Устройство и принцип работы газопромывателей центробежного дейст­
вия.

6. Принцип действия скоростных газопромывателей.

7. Назначение, конструкционные особенности низкоскоростных и высоко­
скоростных туманоуловителей.

Метод абсорбции

Этот метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Фи­зическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкосновении жидких и газообразных ве­ществ на границе раздела фаз газ-жидкость образуется жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем, сквозь жидкостную пленку, и поступает во внутренние слои абсорбента. Для осуществления диф­фузии необходимо, чтобы концентрация растворяемого компонента в газовоз­душной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью. Чем менее насыщен раствор, тем больше он поглощает газа.