Методы и средства очистки воздуха

 

Для очистки воздуха от твердых и жидких примесей применяют циклоны, пылеуловители (вихревые, жалюзийные, камерные и др.)

 

и различные по конструкции фильтры. Важным показателем работы всех этих устройств является эффективность очистки воздуха.

 

Очистка может быть грубой (размер пыли более 50 мкм), средней (10—50 мкм), тонкой (менее 10 мкм). Для очистки воздуха от неволок-нистой пыли размером 10 мкм используют циклоны. Принцип их рабо-ты — центробежная сепарация.

 

Вихревые пылеуловители отличаются от циклонов наличием вспомо-гательного потока. Загрязненный воздух поступает через трубопровод

и закручивается лопаточным завихрителем. Под воздействием центро-бежных сил частицы отбрасываются к поверхности корпуса и за счет силы тяжести оседают в бункере. Очищенный воздух выходит через трубопровод наружу.

1.1. Классификация негативных факторов производственной среды •53

 

Жалюзийный пылеуловитель представляет собой набор лопастей,установленных последовательно в корпусе так, что между ними обра-зуется щель. Воздух поступает через трубопровод, где пылеотделение происходит под действием опережающих лопастей. Взвешенные ча-стицы пыли под действием инерции и эффекта отражения от лопастей движутся в трубопровод. Очищенный воздух проходит между лопастя-ми и поступает в выходной трубопровод. Данные пылеуловители ис-пользуют для грубой и средней очистки, после которой загрязненный воздух направляется в циклоны.

 

Ротационные пылеуловители очищают воздух от твердых и жидкихпримесей за счет центробежных сил, возникающих при вращении ро-тора. По конструкции представляют собой центробежный вентилятор. При его вращении частицы пыли прижимаются к поверхности диска колеса и к набегающим сторонам лопаток и затем собираются в пы-леуловители.

 

Ротоклоны-туманоуловители применяются для очистки воздуха оттумана. Первая ступень очистки — ротор с фильтрующим материалом (войлок с волокнами диаметром 18—20 мкм). Вторая ступень — брыз-гоуловитель (один слой войлока с волокнами диаметром 60—70 мкм).

 

Фильтры применяются для очистки воздуха от пыли и тумана.Длясредней и тонкой очистки воздуха используют фильтры, в которых запыленный воздух пропускается через пористые фильтрационные материалы. Осаждение твердых и жирных частиц на фильтрующих элементах происходит в результате контакта частиц с поверхностью пор. Механизм осаждения частиц обусловлен действием сил инерции или гравитационных сил, броуновской диффузией в газах и эффектом касания. В качестве фильтрующих материалов применяются ткани, войлок, бумага, металлическая стружка, пористая керамика и пори-стые металлы. Для очистки воздуха с запыленностью менее 10 мг/м³ используют ячейковые фильтры, представляющие собой каркас, за-полненный фильтрующими элементами в виде металлических или пе-нопластовых материалов, упругого стекловолокна. Выбор материала зависит от качества очистки. Общим недостатком всех фильтров явля-ется ограниченный срок службы из-за быстрого засорения фильтрую-щих элементов. В настоящее время широкое распространение полу-чили самоочищающиеся масляные фильтры, в которых фильтрация осуществляется двумя непрерывно движущимися полотнами из ме-таллической сетки. При загрязнении масляных фильтров их промыва-ют в содовом растворе. Для очистки воздуха от тумана, масел исполь-зуются волокнистые и сетчатые туманоуловители, принцип действия

54• глава 3. защита человека от химических... факторов

 

которых основан на осаждении капель смачивающей жидкости на по-верхности пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести.

 

Методы очистки промышленных выбросов по характеру протека-ния физико-химических процессов можно разделить на пять основ-ных групп:

 

1) промывка примесей растворителями (абсорбция);

 

2) промывка примесей веществами, связывающими примеси хими-чески (хемосорбция);

 

3) поглощение газообразных примесей твердыми активными веще-ствами (адсорбция);

 

4) термическая нейтрализация входящих газов и поглощение при-месей путем каталитического превращения;

 

5) разделение газовоздушной смеси на составные части путем по-глощения одного или нескольких компонентов.

 

Абсорбция —это избирательный процесс поглощения паров или га-зов из парогазовых смесей жидким поглотителем, называемым абсор-бентом. Абсорбция,как правило,означает поглощение газов в объемежидкости или реже — твердого тела. На практике абсорбции подвер-гают не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых поглощаются жидкостью. Эти составные части смеси называют абсор-бируемыми компонентами (абсорбат),а непоглощаемые части— инерт-

ным газом.

 

Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси благо-даря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела сред и коэф-фициент диффузии. Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, фтористый и хлористый водород, целесообразно в качестве поглотителей использовать воду, поскольку при этом до-стигается высокая растворимость вредных веществ.

 

Хемосорбция —химическая сорбция,поглощение жидкостью илитвердым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся об-разованием химических соединений. В более узком смысле хемосорб-цию рассматривают как химическое поглощение вещества поверхно-стью твердого тела, т.е. как химическую адсорбцию.

 

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции.

 

В качестве адсорбентов применяют вещества, имеющие большую по-верхность на единицу массы. Так, удельная поверхность активирован-

1.1. Классификация негативных факторов производственной среды •55

 

ного угля достигает 105—106 м²/кг. Его применяют для очистки газов от органических веществ, удаления неприятных запахов. Кроме того, применяют простые оксиды (активированный глинозем, оксид алю-миния). Для реализации данного метода применяются пенные скруб-беры и скрубберы с подвижными насадками.

 

Для процесса поглощения молекул газа или жидкости поверхно-стью твердого тела в русском языке используется термин адсорбция. Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твер-дых тел с ультрамикроскопической структурой активно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды, подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорб-цию. При адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твер-дого тела под действием молекулярных сил притяжения. Высвобож-дающаяся при этом теплота зависит от сил притяжения и по величине совпадает с теплотой конденсации газа. Преимущество адсорбции — обратимость процесса.

 

Термическая нейтрализация основана на способности веществ окис-ляться до нетоксичных при наличии высокой температуры и свобод-ного кислорода. Бывает три схемы термической нейтрализации газов:

1) прямое сжигание в пламени;

 

2) термическое окисление;

 

3) каталитическое сжигание.

 

Прямое сжигание и термическое окисление протекают при темпе-ратурах 600—800 °С, а каталитическое сжигание — 300—400 °С.

 

Прямое сжигание следует использовать в тех случаях,когда отхо-дящие газы имеют значительную энергию, необходимую для сжига-ния. При проектировании устройств такого типа важно знать преде-лы восполнения сжигаемых растворов для поддержания горения без использования дополнительного тепла. Примером прямого сжигания является сжигание углеводородов, содержащих токсичные газы непо-средственно в факеле горелки.

 

Термическое окисление используется в тех случаях,когда отходящиегазы имеют высокую температуру, но количество кислорода в них не-достаточно. Важными факторами, которые следует учитывать, явля-ются время, температура, турбулентность. Время должно быть доста-точным для полного сгорания всех компонентов.

 

Каталитическое сжигание используется для превращения ток-сичных компонентов промышленных выбросов в безвредные и менее вредные для окружающей среды вещества путем введе-ния в систему катализатора. Каталитические методы основаны

56• глава 3. защита человека от химических... факторов

 

на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в газе. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих веществ, образует промежуточное вещество, которое распадается на безвредные компоненты. В большинстве случаев катализаторами являются металлы (Pt, Pa) или их соединения. Су-щественное влияние на скорость каталитического процесса и его эффективность оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минималь-ная температура реакции, ниже которой катализатор не проявляет своей активности. Различают две конструкции газоочистительных каталитических устройств: каталитические реакторы, в которых происходит контакт газового потока с твердым катализатором, и реакторы термокаталитические, в которых в общем корпусе раз-мещены контактный узел и подогреватель.