Механизм процесса фильтрации

Фильтрацией называют процесс очистки газов от пыли пропусканием их через пористые перегородки. При этом частицы пыли собираются на перегородке со стороны входа газа_,а очищенный газ проходит через нее. В зависимости от фильтрующего материала фильтры делят на волокнистые, тканевые и зернистые.

В волокнистых фильтрах, используемых в основном для очистки воздуха, применяют набивные слои из натуральных или синтетических волокон, шлаковаты, стружки металлов или полимерных материалов, а также сформированные слои ( фильтровальная бумага, картон ).

В тканевых фильтрах, применяемых для очистки газов и аспирационного воздуха, используют ткани(из природных, синтетических и минеральных волокон ) и нетканые материалы ( фетр, войлок, иглопробивные полотна). Фильтры этого типа иногда называют фильтрами с гибкими перегородками.

В зернистых фильтрах, применяемых для обеспыливания высокотемпературных газовых выбросов или выбросов, содержащих агрессивные примеси в качестве фильтрующих перегородок используют насыпные слои из гранулированных материалов ( песок, шлак, галька, древесные опилки, кокс, крошка, резины и др_.) и жесткие структуры, получаемые путем спекания, прессования или склеивания зернистых материалов (.пористая керамика, пористые пластмассы, пористые металлы).

В процессе фильтрации поток запыленного газа в объеме фильтрующего материала дробится на мелкие струйки, которые_,обтекая структурные элементы материала, способствуют приближению взвешенных частиц к поверхности элементов или поверхности пор. В результате происходит их осаждение под действием сил инерции, касания, броуновской диффузии, гравитационных и электрических сил. Часть крупных частиц задерживается за счет ситового эффекта, возникающего, когда размеры частиц превышают размеры пор или каналов - между структурными элементами фильтрующей перегородки.

Для тонкой очистки широко используются фильтры с зернистыми слоями (песок, титан, стекло и т. п.), с гибкими пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан и др.), с полужесткими и жесткими перегородками (вязаные сетки, керамика, металл и др.). Часто применяют несколько ступеней очистки пылегазовых выбросов и почти всегда одной из них является электрофильтр.

Электрофильтры высокоэффективны в борьбе с пылью и туманом. Работают на принципе осаждения ионизированных примесей на специальных электродах. Ударная ионизация газа происходит в зоне коронирующего разряда, возникающего между цилиндрическим конденсатором и осадительным электродом, расположенным по оси цилиндра. Аэрозольные частицы в этой зоне адсорбируют на своей поверхности заряженные ионы и осаждаются на электродах

Мокрые пылеуловители, как правило, применяют для тонкой очистки, что требует систем водоподготсвки и шламоудаления. Кроме того, жидкость должна быть раздроблена на капли или пленки для увеличения адсорбирующей поверхности. Конструктивно это достигается разными способами. Например, на рисунке показаны схемы скруббера Вентури (а), где дробление жидкости происходит высокоскоростным потоком газа;

Механизм процесса фильтрации - student2.ru

форсуночного (б) и центробежного (в) скрубберов. В форсуночном скруббера вода дробится центробежным или струйным распылителем (форсункой), а в центробежном газ, как в циклоне, подается через тангенциальные (касательные к стенке) входные каналы, обеспечивающие закрутку и движение газа навстречу жидкости.

Рис.31. Схемы аппаратов мокрой очистки

Газо- и пароочистители

Эти аппараты по принципу действия можно подразделить на пять групп.

Наиболее распространены скрубберные газоочистители, которые практически не отличаются от скрубберных пылеуловителей (зачастую они выполняют двойную функцию - пыле- и газоулавливания). Работают на принципе абсорбции - поглощение веществ жидкостью (абсорбентом). В качестве абсорбентов применяют воду (для поглощения аммиака, хлористого и фтористого водорода и т. п,); растворы сернистой кислоты и суспензий вязких масел (для хлора, сернистого ангидрида и т. п.), растворы извести или едкого натра (для окислов азота, хлористого водорода) и др.

Метод хемосорбции основан на химической реакции при поглощении газов и паров жидкими поглотителями с образованием малолетучих и слаборастворимых соединений. Например, для отделения сероводорода применяют щелочные растворы, причем процесс идет в скрубберных аппаратах того же типа, что и для метода абсорбции.

Метод адсорбции(задержания, извлечения) основан на способности некоторых твердых пористых тел селективно (избирательно) извлекать элементы. Адсорбентами чаще всего служат: активированный уголь, имеющий поверхность пор до 10⁵-10⁶ м² на кг, хорошо адсорбирует сернистые соединения, органические растворители и др. простые и комплексные типа силикагеля, глинозема, цеолитов; они обладают высокой селективной способностью, которая, однако, снижается при повышении влажности газов. Иногда их обрабатывают реактивами для хемосорбции. Адсорбенты требуют регенерации, которая чаще всего производится нагревом, продувкой паром или специальным реагентом.

Три других метода в настоящее время применяются значительно реже и лишь для небольших выбросов: термический (дожигание), каталитический (реакция на катализаторы) и биохимический (работа микроорганизмов).

Прямое сжигание- разновидность термического метода - применяется при утилизации горючих отходов, с трудом поддающихся другой обработке (например, для лакокрасочной промышленности).

Каталитическая обработка экономнее термической по времени процесса, но требует особого внимания к активности катализатора и его долговечности. Во многих случаях катализаторами служат благородные металлы или их соединения: платина, палладий, оксиды меди, марганца и др. Эффективность метода повышается с ростом температуры газов. Наиболее широко применяются каталитические нейтрализаторы для отработанных газов автомобилей.

Биохимическая очистка применяется для очистки газов, состав которых слабо меняется. Этот процесс происходит в биофильтрах или биоскрубберах, где микроорганизмы находятся в фильтрующей насадке из почвы, торфа, компоста и т. п. или в водной суспензии активного ила.

В целом выбор системы очистки определяется многими факторами, важнейшие из которых:

· номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;

· втребуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);

· объемы выбросов, их температура и влажность;

· наличие сорбентов и реагентов;

· и потребность в продуктах утилизации;

· стоимостные оценки.

Сейчас главное - обеспечить максимальное снижение выбросов вредных веществ и теплоты, возврат их в исходный технологический процесс.

Для современного производства, как правило, требуется многоступенчатая очистка, особенно если номенклатура примесей многообразна. Так, при производстве электронной аппаратуры количество вредных веществ доходит до 20 - 30 наименований: от углекислого газа и пыли до соединений меди и свинца, формальдегида и эпихлоргидрина. Поэтому необходимы сухие и мокрые аппараты, адсорбенты и абсорбенты наряду с электрофильтрами. Но и для этого производства основная задача - уменьшение объема и перечня отходов, их рециклизация, создание замкнутых циклов.

Библиографический список

1.	Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М.: Академия, 2004.- 478 с.
2.	Управление экологической безопасностью строительства. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду. Слесарев М.Ю. Теличенко В.И. Изд-во: Бимпа, 2007 – 288с.
3.	Экология, учебник, Л. В. Передельский, В. И. Коробкин, О. Е. Приходченко, М. Проспект, 2007.
4.	Экология, конспект лекций, В. И. Коробкин, Л. В. Передельский, Ростов н/Д, Феникс, 2008.
5.	А.И. Гриценко, В.М. Максимов. Российская академия наук. Институт проблем нефти и газа. М.: ИКЦ «Академкнига», 2009. - 680 с.
6.	Экология. Транспортное сооружение и окружающая среда, учеб.пособие для вузов по направлению подгот. "Трансп. машины и трансп.-технол. комплексы", "Эксплуатация назем. трансп. и трансп. оборудования", "Орг. перевозок и упр. на трансп.", "Трансп. стр-во", Ю. В. Трофименко, Г. И. Евгеньев ; под ред. Ю. В. Трофименко , М.: Академия, 2008.
7.	Экологическая экспертиза, учеб.пособие для вузов по специальности "Экология", [В. К. Донченко [и др.] ; под ред. В. М. Питулько, М.: Академия, 2010.