Оборудование для разделения

ГАЗОВЫХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

Цель работы: ознакомиться с устройством и изучить принцип действия оборудования для разделения газовых неоднородных систем.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство пылеосадительной камеры, отстойного газохода, циклонов, фильтров, скрубберов.

2. Ознакомится с работой машин и аппаратов для разделения газовых смесей.

3. Составить отчет.

Гравитационная очистка газов. Для разделения пыли (грубой очистки) предназначены аппараты непрерывного и полунепрерывного действия, основным из которых является пылеосадительная камера (рис. 59). Она представляет собой прямоугольный аппарат с расположенными внутри горизонтальными полками. Запыленный газ через регулируемый шибер поступает в канал пылеосадительной камеры и распределяется между горизонтальными полками, расстояние между которыми составляет от 100 до 400 мм.

Рис. 59. Пылеосадительная камера: 1 – выхлопной канал; 2 – сборный канал; 3 – шиберы; 4 – горизонтальная полка; 5 – дверцы; 6 – всасывающий канал

Полки предназначены для уменьшения пути отстаивания частиц пыли. Вместе с тем их расположение значительно увеличивает площадь поверхности отстаивания. При прохождении потока газа между полками твердые частицы оседают на их поверхности, а осветленный газ поступает в выхлопной канал и далее в газоход. Скорость газового потока ограничена временем отстаивания: твердые частицы должны успеть осесть на поверхности полок за время пребывания потока в пылеосадительной камере.

Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется скребками или смывается водой. Пылеосадительная камера разделена на два отделения, работающих попеременно (одно отделение очищается от пыли, а во втором в это же время происходит очистка газа), что обеспечивает непрерывность работы.

Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил. Принцип очистки газов под действием инерционных сил заложен в конструкции отстойного газохода, очистка под действием центробежных сил осуществляется и циклонах.

Отстойный газоход с отбойными перегородками (рис. 60) предназначен для разделения крупнодисперсной пыли. Перегородки служат для завихрения газового потока. Возникающие при этом инерционные силы способствуют интенсивному осаждению взвешенных твердых частиц. Осевшая пыль выгружается из сборников 2 по мере накопления с помощью шиберов. Такие отстойники часто выполняются в системе газоходов.

Рис. 60. Отстойный газоход: 1 – отбойные перегородки; 2 – сборники пыли; 3 – шиберы

Инерционные пылеуловители отличаются простым устройством, компактностью. Степень очистки в них выше, чем в пылеосадительных камерах, и составляет примерно 60 %. В инерционных пылеуловителях улавливаются частицы размером более 25 мкм.

Рис. 61. Циклон конструкции НИИОГаза: 1 – выводная труба; 2 – входная труба; 3 – тангенциальный ввод; 4 – цилиндрический корпус; 5 – коническое днище; 6 – патрубок

Циклоны позволяют разделить пыль в поле центробежных сил. Наибольшее распространение получили циклоны конструкции НИИОГаза (рис. 61). Они выпускаются с диаметром корпуса от 100 до 1000 мм. Эффективность их работы характеризуется фактором разделения. Степень очистки газов зависит от конструкции циклона, размера частиц и их плотности. Например, если КПД циклона при улавливании частиц диаметром 25 мкм составляет 05 %, то при диаметре частиц 10 мкм он снижается до 70 %. Степень очистки газов от пыли определяют по нормалям и номограммам, составленным на основании экспериментальных данных.

Циклон конструкции НИИОГаза обладает небольшим гидравлическим сопротивлением и позволяет достигать относительно высокой степени очистки. Сущность циклонного процесса заключается в следующем: газовый поток со взвешенными частицами вводится в аппарат через входную трубу со скоростью 10 – 40 м/с. Благодаря тангенциальному вводу и наличию центральной выводной трубы поток начинает вращаться вокруг последней, совершая несколько витков при прохождении через аппарат. Под действием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса, а затем соскальзывают в коническое днище и удаляются из циклона через патрубок. Освобожденный от взвешенных частиц поток уходит через выводную трубу.

Рис. 62. Батарейный циклон: 1 – корпус; 2 – газораспределительная камера; 3 – решетка; 4 – циклонный элемент; 5 – бункер

Батарейный циклон (рис. 62) состоит из параллельно включенных циклонов малого диаметра (150 – 250 мм), что позволяет увеличить центробежную силу и скорость осаждения частиц. Загрязненный газ проходит через распределительную камеру и попадает в циклонные элементы, установленные в общем корпусе, не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом циклона и выхлопной трубой. Для создания вращающегося потока газа в кольцевом зазоре расположено закручивающее устройство, выполненное в виде винта. Схема циклонного элемента показана на рис. 63.

Пыль собирается в коническом бункере, а очищенный газ выходит из батареи через общий отводящий патрубок.

Рис. 63. Элемент батарейного циклона: 1 – выхлопная труба; 2 – винтовые лопасти; 3 – корпус; 4 – коническое днище

Батарейные циклоны используются при больших расходах газа, когда применение нескольких одинарных циклонов экономически нецелесообразно.

В циклонах рекомендуется улавливать твердые частицы размером не менее 10 мкм, в связи с чем они широко используются в пищевых производствах для очистки базовых выбросов, улавливания из газовых потоков пищевого сырья: частиц сахара, сухого молока, барды, дрожжей из отходящих газов распылительных сушилок и др.

Фильтрование газов через пористые перегородки. В зависимости от вида перегородки фильтры бывают с мягкими, полужесткими и жесткими пористыми перегородками.

Фильтры с мягкими фильтровальными перегородками – рукавные, или мешочные, широко применяются для очистки газов от пыли. Мягкие пористые перегородки выполняются из тканевых, нетканых волокнистых или пористых листовых материалов (металлотканей, пористых пластмасс и резины).

Батарейный рукавный фильтр с фильтрующими элементами из различных тканевых материалов изображен на рис. 64. Рукава и мешки подвешиваются в прямоугольном корпусе к общей раме. Запыленный газ поступает снизу внутрь рукавов в открытые торцевые отверстия. Проходя через боковые цилиндрические поверхности рукавов, газ фильтруется, а пыль оседает на их внутренней поверхности.

Рис. 64. Рукавный фильтр: 1 – рама; 2 – встряхивающий механизм; 3 – корпус; 4 – рукав; 5 – шнек

В процессе эксплуатации слой пыли растет и сопротивление фильтра увеличивается. Для регенерации фильтра рукава или мешки периодически встряхивают специальным механизмом 2, смонтированным на крышке. Иногда применяется обратная продувка газом или воздухом фильтрующих элементов. Осевшая пыль собирается в коническом днище фильтра, откуда выгружается шнеком.

В ряде случаев применяются секционные фильтры. Каждая секция в таком фильтре имеет свой встряхивающий механизм, что позволяет последовательно проводить регенерацию фильтрующих элементов без отключения всего фильтра.

Мешочный фильтр с соплами Вентури для регенерации фильтров представляет собой цилиндрический аппарат с коническим сборником для пыли. Запыленный газ подается в фильтр снизу через штуцер внутрь мешков, где фильтруется, очищается и выходит через штуцер в крышке. Частицы осаждаются на поверхности мешков.

Для чистки мешков внутри каждого из них имеется сопло Вентури, через которое короткими интенсивными впрысками подается сжатый воздух. При этом мешки раздуваются и частицы сбрасываются с материала практически полностью.

Такие фильтры рассчитываются по выбранной удельной скорости фильтрования, которую можно принимать в зависимости от плотности и степени запыленности газа в пределах от 0,01 до 0,06 м³(м²·с).

Рукавные (мешочные) фильтры обеспечивают высокую степень очистки газа: содержание пыли в очищенном газе составляет несколько миллиграммов на 1 м³.

Фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками обычно состоят из кассет, в которых между сетками зажимается слой стекловолокна, металлической стружки или других материалов, пропитанный специальным составом для лучшего улавливания взвешенных в газе частиц. Кассеты, объединенные в секции, применяются для очистки малозапыленных газов с содержанием пыли 0,001 – 0,005 г/м³..

Фильтры с жесткими фильтровальными перегородками, изготовленными из пористой керамики, спеченных или спрессованных металлических порошков, а также пластмасс, используются для тонкой очистки газов. Фильтровальные элементы могут иметь цилиндрическую, кольцевую или плоскую форму.

Патронный фильтр с цилиндрическими фильтровальными элементами из пористой керамики показан на рис. 65. В корпусе фильтра на решетке 3 крепятся цилиндрические фильтровальные элементы. Запыленный газ снизу поступает в корпус, проходит через фильтровальные элементы и очищается от взвешенных частиц. Осадок собирается на внешней поверхности элементов, а очищенный газ выходит из их внутреннего объема и выводится через отверстие в крышке. Для регенерации фильтров их периодически продувают обратным током сжатого газа, подаваемого через коллектор. При этом пыль собирается в конической части днища и удаляется в сборник пыли.

Рис 65. Патронный фильтр: 1 – крышка: 2 – коллектор; 3 – решетка; 4 – корпус; 5 – фильтровальный элемент; 6 – днище; 7 – сборник пыли

В фильтрах с металлокерамическими элементами можно очищать пыль, содержащую взвешенные частицы размером более 0,5 мкм.

Мокрая очистка газов применяется тогда, когда допустимы увлажнение и охлаждение газа, а взвешенные частицы имеют незначительную ценность. Охлаждение газа ниже температуры конденсации находящихся в нем паров способствует увеличению плотности взвешенных частиц. При этом последние играют роль центров конденсации, чем обеспечивается выделение их из газового потока. Если взвешенные частицы не смачиваются жидкостью, то очистка газов малоэффективна. Для повышения степени очистки к жидкости добавляют поверхностно-активные вещества.

Недостатком мокрой очистки является образование сточных вод, которые также должны очищаться.

Простейшие мокрые пылеуловители – полые или насадочные скрубберы (рис. 66). Запыленный газ подается в нижнюю часть скруббера и движется противотоком к жидкости, подаваемой через разбрызгиватель или форсунки сверху со скоростью около 1 м/с. При взаимодействии газа и жидкости первый механически очищается. Степень очистки достигает 75 – 85 %. В качестве насадок используются хордовые или кольцевые элементы.

Рис. 66. Насадочный скруббер: 1 – разбрызгиватель; 2 – насадка	Рис. 67. Пенный скруббер: 1 – корпус; 2 – регулирующий порог; 3 – перфорированная тарелка

Пенные барботажные пылеуловители (рис. 67) используются для очистки сильно запыленных газов. Запыленный газ подается нижнюю часть скруббера и движется вверх. Попадая на перфорированную тарелку, он барботирует промывную жидкость, в результате чего создается подвижная пена, которая обеспечивает большую поверхность контакта и высокую степень очистки газа. В слое пены взвешенные частицы поглощаются жидкостью, сливающейся затем через регулирующий порог. Пенные скрубберы имеют, как правило, несколько перфорированных тарелок, благодаря чему степень очистки газа в них достигает 99 %.

Рис. 68. Скруббер Вентури: 1 – разделитель; 2 – завихритель потока; 3 – труба Вентури; 4 – вентилятор

Скруббер Вентури (рис. 68) применяется для мокрой очистки воздуха. В нем достигается высокая степень очистки (98 %). Недостаток – большое гидравлическое сопротивление (порядка 1500 – 7500 Па) и необходимость установки каплеотбойника. Аппарат состоит из двух частей трубы Вентури, в которой происходит очистка воздуха, и разделителя, предназначенного для отделения капель воды от газового потока.

Загрязненный воздух поступает снизу в вертикальный патрубок, на выходе из которого создается разрежение, за счет чего в трубу Вентури из бачка подсасывается через коллектор вода. В результате в трубе Вентури как на стенках, так и по всему объему происходит интенсивное образование жидкостных пленок, что приводит к очистке газового потока. Осаждению капель жидкости из газового потока способствует завихритель потока. Жидкость из разделителя стекает в сборочный бачок. Очищенный газ выбрасывается в атмосферу.

Осаждение под действием электрического поля. В электрическом поле тонкодисперсным частицам сообщается электрический заряд и они осаждаются. Разделение пылей, дымов и туманов в электрическом поле имеет много преимуществ.

Осаждение газовых неоднородных смесей в электрическом поле осуществляется на электродах. Для разделения пылей и дымов применяются сухие фильтры, для разделения туманов – мокрые.

Простейший электрофильтр – это два электрода, один из которых – анод – выполняется в виде трубы или пластины, а другой – катод – в виде проволоки. Катод натягивается внутри трубчатого анода или между пластинчатыми анодами, выполненными из проволочной сетки. Аноды заземляются.

При соединении электродов с источником постоянного тока на них создается разность потенциалов, равная 4 – 6 кВ/см, обеспечивающая плотность тока 0,05 – 0,50 мА на 1 м длины катода.

Газовая смесь поступает внутрь трубчатых электродов или между пластинчатыми. Благодаря высокой разности потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля (сгущение силовых линий происходит у электрода с меньшей площадью поверхности – катода) в слое газа у катода образуется поток электронов, направленный к аноду, В результате соударений электронов с нейтральными молекулами газ ионизируется. Такая ионизация называется ударной. Признаком ионизации газа является образование «короны» у катода, поэтому катод называется коронирующим электродом. В результате ионизации образуются положительные и отрицательные ионы. Положительные собираются около катода, а отрицательные с большой скоростью движутся к аноду, заряжая взвешенные в газе частицы и увлекая их за собой. Частицы пыли или тумана оседают на аноде, покрывая его слоем осадка.

В трубчатом сухом электрофильтре (рис. 69) пыль или дым поступает в нижнюю часть фильтра под решетку 6 и распределяется по трубчатым электродам – анодам, внутри которых расположены коронирующие электроды – катоды. Электроды закреплены на общей раме, опирающейся на изоляторы. Под действием электрического поля происходит электроосаждение взвешенных в газе частиц. Осевшие на аноде частицы периодически стряхиваются ударным приспособлением и собираются в конической нижней части фильтра. Осадок из фильтра удаляется с помощью выгружного устройства, а очищенный газ выходит из верхней части фильтра.

Разработаны секционные электрофильтры, в которых газ проходит через ряд последовательно соединенных секций.

Рис. 69. Трубчатый электрофильтр: 1 – встряхивающее устройство; 2 – изолятор; 3 – рама; 4 – коронирующий электрод (катод); 5 – трубчатый электрод (анод); 6 – решетка; 7 – сборник для пыли

Степень очистки газа в электрофильтрах зависит от электропроводимости пыли: если взвешенные частицы хорошо проводят ток, то частица моментально отдает заряд и приобретает заряд электрода. В этом случае возникает кулоновая сила отталкивания и частицы уносятся из фильтра с газом, снижается степень очистки. При плохой проводимости тока на электроде образуется плотный слой отрицательно заряженных частиц, который противодействует основному электрическому полю. При высокой концентрации взвешенных частиц в газе степень его очистки тоже снижается из-за осаждения на них ионов, что приводит к снижению количества перенесенных зарядов и, следовательно, силы тока.

Для снижения концентрации частиц в газе перед электрофильтрами устанавливают дополнительные газовые фильтры.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Частицы каких размеров могут быть выделены из газовых потоков под действием гравитационных сил?

2. В каких аппаратах происходит разделение газовых неоднородных смесей под действием инерционных и центробежных сил?

3. В чем достоинства циклонного процесса?

4. От каких факторов зависит степень очистки газа в циклонах?

5. Какие фильтры применяются для очистки газовых потоков?

6. В чем заключается мокрая очистка газов? Какова степень такой очистки?

7. На каком принципе основано осаждение в электрическом поле?

8.Какие конструкции электрофильтров Вам известны?

Лабораторная работа №7