- Основні процеси вилучення газоподібних домішок Абсорбційна очистка заснована на здатності рідин розчиняти...
- Сухі механічні пиловловлювачі
Основні процеси вилучення газоподібних домішок
Абсорбційна очистка заснована на здатності рідин розчиняти гази і хімічно взаємодіяти з ними. При абсорбції відбувається перехід речовини з газової фази в рідку, при десорбції, навпаки, з рідкою - в газову. Речовина, в якому відбувається розчинення компонентів газу-носія, називають абсорбентом.
Розрізняють фізичну і хімічну (хемосорбцію) абсорбцію. При абсорбції відбувається передача маси абсорбується компонента через кордон розділу фаз від газу до рідини. Кількість газів, що може розчинитися в рідині, залежить від їх властивостей, температури і парціального тиску газу над рідиною. При збільшенні температури розчинність газів у рідині зменшується, у зв'язку з чим, для проведення процесу абсорбції бажані більш низькі температури.
Поділ газів на добре і погано розчинні в рідини досить умовно. Прикладами добре розчинних газів у воді є аміак, фтористий і хлористий водень: погано розчинних - діоксид вуглецю, кисень, азот; помірно розчинних - діоксид сірки, хлор.
Рушійна сила процесу в газовій фазі виражається як різниця парціальних тисків, а в рідкій фазі як різниця концентрацій. Для багаторазового використання поглинач піддають регенерації, при цьому їх нього витягують абсорбований компонент.
Для очищення газів від газоподібних забруднювачів застосовують, наприклад, такі абсорбенти:
- для видалення діоксиду сірки - воду; суспензію вапняку у воді; водний розчин поташу або соди;
- для видалення сірководню - водний розчин фосфату калію або поташу;
- для видалення діоксиду азоту - воду; розчин сірчаної кислоти; водний розчин соди.
Явище адсорбції обумовлено наявністю сил тяжіння між молекулами адсорбенту і поглинається речовини на межі розділу дотичних фаз. Молекули адсорбованого речовини, переходячи на поверхню адсорбенту, зменшують його поверхневу енергію, в результаті чого відбувається виділення теплоти. Теплота фізичної адсорбції порівняно невелика і складає до 60 кДж / моль.
Перевагою фізичної адсорбції є легка оборотність процесу. При зменшенні тиску або збільшенні температури адсорбовані молекули легко десорбируются, а регенеріруемий адсорбент може використовуватися багаторазово. Характер протікання процесів залежить від того, як вони протікають: періодично або безперервно. Періодично процеси проводять з нерухомим шаром адсорбенту, а безперервні - з рухомим або киплячим шаром.
Адсобціонная ємність адсорбенту виражається в грамах поглиненої речовини на одиницю маси адсорбенту. Вона зростає зі збільшенням пористості і тиску в системі. Внутрішня поверхня мікропор адсорбенту радіусом до 15 ангстрем може досягати 
. Хороші адсорбенти витримують кілька тисяч циклів адсорбція-десорбція без істотної втрати активності.
Мал.10.6.
Багатополичний адсорбер періодичної дії
Основне завдання адсорберов - забезпечити інтенсивний контакт газу, що очищається з адсорбентом ( Мал. 10.6 ). Як адсорбенти найбільшого поширення знайшли такі матеріали, як активоване вугілля, силікагель, алюмогели і цеоліти.
Каталітична очистка газів служить для перетворення домішок в нешкідливі з'єднання. Процес протікає на поверхні твердих каталізаторів. При температурі газу 
в 1 
реакційної суміші відбувається 
зіткнень частинок в секунду. Але не кожне зіткнення призводить до хімічної реакції. Існує енергія активації або енергетичний бар'єр, який потрібно подолати часткам, щоб вони вступили в реакцію. Використання каталізаторів знижує енергію активації, знижує енергетичний бар'єр і тим самим збільшує швидкість реакцій. Зазвичай каталізатор являє собою суміш декількох речовин: каталитически активної речовини, активатора і носія. Як каталітично активних речовин використовують платину, паладій, рутеній, родій і сплави, що містять нікель, хром, ванадій, мідь і ін. В якості носіїв використовують інертні пористі речовини, що володіють розвиненою поверхнею: силикагели, цеоліти і ін.
Для різних реакцій використовуються або дрібнопористі, або великопористі каталізатори. Найважливішою характеристикою каталізаторів є температура запалювання - мінімальна температура, при якій каталізатор починає проявляти свої властивості. В ході каталізу каталізатори не зазнають змін і працюють десятки років.
Термічне окислення це окислення компонентів викидів при високій (до 
) Температурі. Воно застосовується як щодо газів (парів), так і горючих компонентів дисперсної фази аерозолів (смол, масел і ін.).
Конструктивні особливості і характеристики пиловловлювачів
Пилеуловлювальне обладнання може бути кваліфіковано за такими ознаками: призначенням, способу очищення, ефективності та розміром вловлюється пилу. За призначенням розрізняють:
- повітряні фільтри - обладнання для очищення повітря, що подається в приміщення;
- пиловловлювачі - обладнання для очищення викидів від зважених речовин.
За методами очищення пиловловлювачі розбиті на чотири групи ( Мал. 10.7 ):
- суха механічна газоочистка;
- мокра газоочищення - промивка забрудненого газу водою;
- фільтрація газу через пористі перегородки;
- електрична очищення газу - осадження зважених в газі частинок в електричному полі.
Мал.10.7.
Схема класифікації пилоуловлюючих агрегатів
До основних характеристик газоочисних пристроїв відносяться: ефективність очищення газу; продуктивність пристрою; гідравлічний опір; витрата електричної енергії; вартість очищення.
Ефективність очищення (ступінь очищення) виражається відношенням кількості уловленого матеріалу до кількості матеріалу, що надходить в апарат з пилогазовим потоком.
Продуктивність газоочистки характеризується кількістю повітря, яке очищується за 1 годину.
Гідравлічний опір залежить від типу апарату і визначає необхідний тиск вентилятора, а значить і витрата енергії. Витрата енергії знаходиться в межах від 0,035 до 
на 1000 
повітря.
Вартість очищення в різних апаратах значно відрізняється. Якщо вартість очищення в циклоні прийняти за одиницю, то вартість очищення такої ж кількості повітря в батарейному циклоні складе 1,2, в електрофільтрі - 2,2, в тканинних фільтрах - 2,8, в системі батарейний циклон-електрофільтр - 3,3.
Сухі механічні пиловловлювачі
До сухим механічним пиловловлювачами відносяться апарати, що використовують гравітаційний (пилеосадітельние камери), інерційний (інерційні пиловловлювачі) і відцентровий (циклони) механізми осадження.
Пилеосадітельние камери є простими пристроями для попереднього очищення газів. Їх принцип роботи заснований на використанні гравітаційного ефекту ( Мал. 10.8 ). Для підвищення ефективності влаштовують відхиляють перегородки. Це дозволяє додатково до гравітаційного використовувати ефект інерційного осадження.
Мал.10.8.
Горизонтальні пилеосадітельние камери
У осаджувальних камерах ефективно уловлюються частинки пилу розміром від 40 мкм і вище.
Інерційні пиловловлювачі діють на ефекті різкої зміни напрямку руху ( Мал. 10.9 ). Швидкість газів у вільному перерізі становить приблизно 1 м / с, при цьому частки крупніше 30 мкм уловлюються на 95%. Гідравлічний опір становить 150-400 Па. Принцип раптової зміни газового потоку при зустрічі з гратами з похилих пластин використаний в жалюзійних пилоуловлювачах.
Мал.10.9.
інерційні пиловловлювачі
У циклонах виділення пилу відбувається під дією відцентрових сил, що виникають в результаті обертання газового потоку в корпусі апарату. Класичний варіант конструкції ( Мал. 10.10 ) Складається з циліндричної частини 3 з кришкою і тангенціальним патрубком для введення запишенного газу 1; конічної частини 4 з патрубком для відводу пилу; центральній трубки з патрубком 2 для відводу очищеного газу; пилесбоніка 5.
Мал.10.10.
Схема роботи циклону
Запилений газ надходить в циклон по тангенциально розташованому патрубку 1 зі швидкістю до 25 м / с, в результаті чого він набуває обертальний рух. В циклоні протікають складні аеродинамічні процеси. Їх переваги - відсутність рухомих частин і можливість роботи при температурі до . Недолік - високий гідравлічний опір - до 1500 Па. У різних галузях промисловості застосовують циклони різних типів. Найбільш поширені циклонні елементи діаметром 100, 150 і 250 мм.
Установка одного високопродуктивного циклону викликає труднощі через його великої висоти. У зв'язку з цим в техніці пиловловлення широке застосування знайшли групові та батарейні циклони, які мають загальний колектор для подачі запиленого газу і загальний бункер для збору пилу. Батарейний циклон продуктивністю 65000 
містить 792 циклонних елемента. Оптимальна швидкість газу в окремому елементі 3,5-4,75 м / с.
Фільтруючі апарати відносяться до найбільш ефективним пиловловлювальним пристроїв. Фільтри прості в експлуатації і забезпечують практично повне уловлювання частинок всіх розмірів, включаючи субмікронні. Недолік - порівняно висока витрата енергії і громіздкість установок з фільтрами.
Залежно від призначення і допустимої пилової навантаження існують такі фільтри:
Фільтруючі пористі перегородки за структурою різноманітні:
- гнучкі: тканинні матеріали з природних, синтетичних і мінеральних волокон; нетканевие волокнісние матеріали (повсть, папір, картон); пористі (губчаста гума, поліуретан);
- жорсткі пористі перегородки: пористі скла і пластмаса, металокераміка, шари з скляних і металевих волокон;
- зернисті шари: нерухомі, вільно насипані природні або інші матеріали з розміром зерен 0,2-2 мм; періодично або безперервно переміщуються матеріали. Висота шару на сітках до 15 см. Залишковий вміст пилу - до 100
. Ці фільтри можуть працювати при високих перепадах тиску, високих температурах в умовах агресивного середовища. Крім того, зернисті фільтри при відповідному виборі насадки можуть виконувати функції каталізатора або адсорбенту.
Фільтрувальні матеріали по виду використовуваних волокон бувають природні і штучні ( Мал. 10.11 ).
Мал.10.11.
Класифікація фільтрувальних волокон
Основним параметром фільтра є питома газова навантаження - відношення обсягу газу, що очищається в одиницю часу до площі фільтра ( 
). Цей параметр відповідає швидкості фільтрації (м / хв).
Вибір низьких швидкостей фільтрації призводить до великих розмірах фільтра. При високій швидкості фільтрації збільшуються гідравлічні втрати, знос, забивання рукавів пилом. При розрахунку газової навантаження виходять з кількості надходить пилу. Наприклад, для нормальної експлуатації фільтрів в цементній промисловості кількість пилу не повинно перевищувати 18 
.
Гідравлічний опір корпусних вузлів фільтрів коливається в межах 250-500 Па. Опір незапиленной тканини становить 5-40 Па; запиленій - 250 Па і більше. Виходячи з економічних міркувань, опір фільтрів не повинна перевищувати 0,75-1,5 кПа.
