Обладнання для очищення повітря від пилу та газів

Промислове очищення технологічних (аспіраційних) та вентиляційних викидів від завислих в них твердих або рідких часток, газів здійснюється у спеціальних апаратах і проводиться для зменшення забрудненості навколишнього середовища, уловлювання цінних продуктів чи видалення шкідливих домішок, які негативно впливають на подальшу обробку викидів та руйнують обладнання.

За способом очищення забрудненого повітря розрізняють апарати сухого та мокрого очищення. При цьому використовують різні методи: механічні (під дією інерційних сил), фільтрування (через тканину та листові пористі матеріали; пористу пластмасу, кераміку та металокераміку; шари з волокон, стружки, зернистих матеріалів та ін.), фізичні (під дією електростатичних сил, енергії акустичних коливань), хімічні (розчинення, поглинання) та ін.

Серед значної кількості існуючих апаратів для очищення забрудненого повітря інтерес становлять найбільш ефективні їх конструкції, які застосовуються у різних галузях промисловості, у тому числі і в харчовій.

Для сухого очищення вентиляційного повітря від пилу використовують інерційні пиловловлювач!, зокрема циклони (рис.9.8). Повітропилова суміш підводиться до корпусу циклона тангенціально із швидкістю 17.20 м/с, що забезпечує часткам пилу на внутрішній поверхні корпусу обертальний рух по спіралі донизу, де вони осідають і періодично видаляються, а очищене повітря виходить в атмосферу через розташовану в центрі трубу. Для очищення значних об'ємів повітря декілька циклонів монтують в одному корпусі (батарейні циклони чи мультициклони). Циклони застосовуються для грубого очищення повітря від сухого, нелипкого та неволокнистого пилу з розміром часток більше 15..20 мкм (ступінь очищення від пилу становить 95...99%) і установлюються звичайно для попередньої обробки повітря перед апаратами більш глибокого очищення, наприклад, перед електрофільтрами. Циклони мають гідравлічний опір 400...700 Па.

Для тонкого очищення повітря від твердих, а в деяких випадках - і від рідких часток застосовують фільтри.

Надто поширеним видом пиловловлювачів є тканинні (рукавні) фільтри. В них пил затримується в порах гладкої чи ворсистої тканини при проходженні через неї забрудненого потоку (рис.9.9). Для видалення пилу, осадженого на тканині, її періодично струшують та продувають повітрям.

Рукава виготовляють із натуральних матеріалів (бавовна, льон, вовна) та синтетичних (поліамідні, поліетиленові, поліакрилнітрильні волокна).

В рукавних фільтрах досягається високий ступінь очищення повітря (98...99%) від тонкодиспеосного пилу з діаметром часток більше 1 мкм. Гідравлічний опір їх визначається, в основному, гідравлічним опором фільтрувальних тканин, які там використовуються, і складає 500..2500 Па. Рукавні фільтри призначені для тонкого очищення повітря від сухого звичайного чи волокнистого пилу.

Високоефективне тонке очищення повітря від тонкодисперсного та радіоактивного аерозолю можна здійснювати на фільтруючих матеріалах з ультратонких полімерних волокон перхлорвінілу, поліарилатів, ефірів целюлози та інших ФП (фільтри Петрянова).

Рис. 9.8. Схема сухого циклона:

1 - забруднений потік; 2 - очищений потік; 3 - уловлений пил

Рис.9.9 Схема рукавного фільтра:

1 - забруднений потік: 2 - тканинні рукава: 3 - очищений потік

Рис. 9.10. Схема електричного фільтра:

1 - ізолятор; 2 - корпус фільтра; З - коронуючий електрод; 4 - заземлення; 5 - бункер; 6 - забруднений потік; 7 - очищений потік

Досить повне очищення повітря досягається у фільтрах із пористої пластмаси, кераміки, металокераміки. Наприклад, за допомогою металокерамічних фільтрів можна відділяти тверді частки діаметром більше 0,5 мкм.

Для очищення повітря від пилу використовуються також касетні фільтри (окремі комірки - касети із сіток, між якими затиснутий шар скловолокна, шлаковати тощо) та фільтри із насипними шарами зернистого матеріалу (подрібнений шлак, кокс, кварцовий пісок, гравій та ін.).

Дуже високий ступінь уловлювання дрібнодисперсних твердих та рідких завислих часток у вентиляційному повітрі можна одержати при електричному його очищенні. Для очищення сухого повітря використовують переважно пластинчасті електрофільтри, а для відділення важковловлюючого пилу і туманів – трубчасті.

В електрофільтрах (рис.9,10) в середині металевого заземленого циліндра встановлений коронуючий електрод, до якого підведений постійний струм напругою 50...100 кВ. Пилинки попадають в сильне електричне поле всередині циліндра, набувають негативний електричний заряд від коронуючого електрода та спрямовуються до позитивного осаджу-вального електрода, яким є циліндр. Тут пилинки віддають свій заряд та утримуються на його внутрішній поверхні силами адгезії. Пил, що осів на циліндрі, струшується за допомогою спеціального механізму без припинення подачі напруги і повітря та видаляється через бункер.

Електричні фільтри здатні забезпечити тонке очищення повітря із ступенем до 95%, а іноді й вище, від сухого пилу з діаметром часток від 0,005 до 0,01 мкм. Електрофільтри мають невеликий гідравлічний опір 200 Па.

Одним із шляхів підвищення ступеня очищення є обробка повітропилового потоку пружними акустичними коливаннями звукової та ультразвукової частоти, наприклад, з допомогою обертових чи стаціонарних сирен. При цьому виникає коагуляція та укрупнення часток пилу, що дозволяє наступному пиловловлювачу (наприклад, циклону чи рукавному фільтру) працювати з більшою ефективністю.

Для середнього та тонкого надто повного очищення забрудненого повітря від пилу застосовують мокре очищення - промивку повітря водою або іншою рідиною. Це здійснюється в мокрих пиловловлювачах, коли необхідно охолодження і зволоження повітря та якщо пил становить відходи виробництва (наприклад, зола, шлаки) або є цінним продуктом і може бути потім виділений у вигляді осаду чи розчину при подальшому його використанні в технологічному процесі.

Інтенсивне мокре очищення забрудненого вентиляційного повітря відбувається у відцентровому скрубері (рис. 9.11)..

Рис. 9.11 Відцентровий скрубер:

1 - корпус; 2 - вхідний патрубок; 3 - колектор; 4 - конічне днище; 5 - вихідний патрубок; 6 - забруднений потік; 7 - очищений потік

Рис.9.12. Барботажно-пінявий пилоуловлювач:

1 - камера; 2 - тарілка; З - подача води; 4 - забруднений потік;

5 - поріг; 6 - суспензія уловленого пилу; 7 - очищений потік.

Повітря надходить в корпус тангенціально, де контактує із зрошуваною рідиною. Суспензія або розчин осадженого пилу видаляється в нижній частині апарата, а очищене повітря – у верхній його частині

При уловлюванні у відцентрових скруберах частинок пилу більше 2 мкм ступінь очистки повітря складає 85...95%, а їх гідравлічний опір знаходиться у межах 400..800 Па.

Останнім часом розроблений ефективний спосіб очищення повітря від пилу у відцентровому скрубері, де замість зрошуваної рідини використовують вологу насичену пару. Це дозволило збільшити ступінь очистки повітря до 99%.

Для очищення сильно запилених технологічних та вентиляційних викидів повітря використовують спеціальні конструкції пиловловлювачів. В цих апаратах рідина, взаємодіюча із повітрям, приводиться в стан рухомої піни, що забезпечує велику поверхню контакту між рідиною і повітрям та відповідно високий ступінь очищення повітря від пилу.

Вода чи інша промивна рідина (рис.9.12) надходить на перфоровану тарілку, а забруднене повітря подається в апарат, проходить через отвори тарілки та барботує крізь рідину. При цьому рідина перетворюється на шар рухомої піни. У шарі піни пил поглинається рідиною, основна частина якої (»80%) видаляється разом з піною через регульований поріг збоку апарата. Решта частина рідини (»20%) зливається через отвори тарілки, уловлює у підтарілковому просторі більш крупні частки пилу та видаляється з нижньої частини апарата у вигляді суспензії.

У барботажно-пінявих пиловловлювачах високий ступінь тонкого очищення повітря (95...99%) від пилу з розміром часток більше 0,5 мкм з їх гідравлічний опір складає 300...900 Па.

Існують інші конструкції апаратів мокрого очищення повітря від пилу: гідроциклони, порожнисті і плівкові скрубери, скрубери Вентурі та ін.

Експлуатація апаратів мокрого очищення зв'язана з можливим виникненням негативних факторів. Наприклад, вода, що стикається з деякими видами пилу, може змінювати свої хімічні властивості і при надходженні у водойми забруднює їх.

Для очищення аспіраційних та вентиляційних викидів від шкідливих газів і парів застосовують адсорбери та абсорбери. В адсорберах забруднений потік пронизує шар адсорбенту із зернистого матеріалу, який селективно витягує і концентрує на своїй поверхні окремі компоненти суміші газів або парів та має розвинуту поверхню стикання. При цьому шкідливі гази та пари можуть бути виділені із адсорбенту після його спеціальної обробки.

Як адсорбенти (вбирачі) використовують такі речовини, як активоване вугілля, силікагель, оксид алюмінію, піролюзит тощо.

Існують адсорбери періодичної дії з нерухомим шаром (рис.9.13), який після насичення уловленою речовиною замінюється, та адсорбери безперервної дії, коли адсорбент повільно переміщується через забруднений потік, що його пронизує. Ступінь очищення забруднених викидів повітря у вертикальних адсорберах з нерухомим шаром підвищується внаслідок розміщення декількох шарів з адсорбентом по висоті апарата (колонні адсорбери).

Рис. 9!3 Схема адсорбера:

1 - сітка; 2 – адсорбент; 3 - очищений потік; 4 - забрудненій потік

Рис. 9 14 Схема абсорбера:

1 - подача абсорбенту; 2 - очищений потік; 3 - насадка, 4 - сітка; 5 - забруднений потік; 6 - в каналізацію або в попереднє очищення.

Рис. 9.15 Насадкова башта:

1 - насадка; 2 - розбризкувачі

Відомі також конструкції адсорберів з «киплячим» (псевдозрідженим) шаром. В цих апаратах потік повітря, яке очищається „надходить з підвищеною швидкістю для підтримання шару адсорбенту у завислому стані. Внаслідок утворюється більш розвинута поверхня стикання забрудненого повітря з адсорбентом. Але одночасно адсорбент стирається та запилює повітря в процесі очищення. В цьому випадку на виході адсорбера установлюють пиловий фільтр.

В адсорберах повітря очищається від парів розчинників, ефіру, різних вуглеводнів, неприємних запахів та газоподібних домішок, а також цілого ряду інших газів і парів.

В абсорберах для очищення повітря застосовують рідкі речовини - абсорбенти (вода, сольові розчини), які поглинають шкідливі гази та пари усім об'ємом. При цьому деякі з них розчиняються абсорбентом, інші вступають з абсорбентом в хімічну реакцію.

Метод абсорбції доцільно використовувати для уловлювання добре розчинних газів та парів Наприклад, видалення із аспіраційних викидів таких газів, як аміак, хлористий чи фтористий водень здійснюють за допомогою води як абсорбенту.

Конструкції абсорберів надто різноманітні, наприклад, у вигляді зрошуваної розчином насадки з кілець Рашига, крізь яку фільтрується забруднене повітря (рис.9.14). Ефективність цього способу мокрого очищення повітря підвищується при розташуванні декількох насадок по висоті апарата і здійснюється це у насадкових баштах (рис.9.15).

Для високоефективного проходження процесу абсорбції застосовують також форсункові скрубери, скрубери Вентурі, барботажно - піняві апарати та інше обладнання.

На практиці необхідний ступінь очищення повітря не завжди може бути досягнутий в одному апараті сухого або мокрого очищення. Тому в окремих випадках застосовують двоступеневі та багатоступеневі установки. В них забруднений потік проходить один агрегат, що містить у собі ряд ступенів очищення або декілька послідовно установлених очисних апаратів одного чи різних типів.

В таких установках можна проводити високоефективне очищення забруднених викидів повітря від твердих домішок, одночасне очищення від твердих і газоподібних домішок або від твердих домішок і краплинної рідини тощо. Багатоступеневе очищення широко застосовується в системах очищення повітря з його подальшим поверненням у приміщення.

При використанні адсорберів та особливо абсорберів доводиться вирішувати не тільки питання очищення повітря від шкідливих речовин, але і утилізації відпрацьованих сорбентів, які є джерелами вторинного забруднення навколишнього середовища. Найбільш раціональними технічними рішеннями у цьому напрямку слід вважати регенерацію відпрацьованих сорбентів або їх подальше використання в технологічних процесах даного виробництва чи інших видів виробництв.