Лекции (Процессы и аппараты защиты атмосферы)

Лекции (Процессы и аппараты защиты атмосферы)

ВВЕДЕНИЕ

Лекция 1. Источники, виды и нормирование загрязнения атмосферы

Лекция 2. Основные физико-химические свойства пылей,

Параметры очищаемых газов и оценка

Эффективности систем пылеочистки

Адгезионные свойства частиц

Эти свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц может привести к частичному или полному забиванию аппаратов. Чем меньше размер частиц пыли, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. Пыли, у которых 60−70 % частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ведут себя как слипающиеся, хотя те же пыли с размером частиц более 10 мкм

обладают хорошей сыпучестью.

По слипаемости пыли делятся на 4 группы:

1. Неслипающаяся (сухая шлаковая, кварцевая; сухая глина);

2. Слабослипающаяся (коксовая; магнезитовая сухая; апатитовая сухая; доменная; колошниковая летучая зола, содержащая много несгоревших про-

дуктов; сланцевая зола);

3. Среднеслипающаяся (торфяная, влажная магнезитовая; металлическая, содержащая колчедан, оксиды свинца, цинка и олова, сухой цемент; летучая зола без недожига; торфяная зола; сажа, сухое молоко; мука, опилки);

4. Сильнослипающаяся (цементная; выделенная из влажного воздуха; гипсовая и алебастровая; содержащая нитрофоску, двойной суперфосфат, клинкер, соли натрия; волокнистая (асбест, хлопок, шерсть)).

Абразивность частиц

Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла газохода и очистных устройств. Она зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц. Абразивность учитывают при расчетах аппаратуры (выбор скорости газа, толщины стенок аппаратуры и облицовочных материалов).

Смачиваемость частиц

Смачиваемость частиц водой оказывает влияние на эффективность мокрых пылеуловителей, особенно при работе с рециркуляцией. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, так как последние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.

По характеру смачивания все частицы из твердых материалов можно разделить на три основные группы:

1) гидрофильные материалы − хорошо смачиваемые (кальций, кварц,

большинство силикатов и окисленных минералов, галогениды щелочных металлов);

2) гидрофобные материалы − плохо смачиваемые (графит, уголь, сера);

3) абсолютно гидрофобные − парафин, тефлон, битумы.

Гигроскопичность частиц

Способность пыли впитывать влагу зависит от химического состава, размера, формы и степени шероховатости поверхности частиц. Гигроскопичность способствует их улавливанию в аппаратах мокрого типа.

Электрическая проводимость слоя пыли

Этот показатель оценивается по удельному электрическому сопротивлению слоя пыли ρсл., которое зависит от свойств отдельных частиц (от поверхностной и внутренней электропроводности, формы и размеров частиц), а также от структуры слоя и параметров газового потока. Оно оказывает существенное влияние на работу электрофильтров.

В зависимости от удельного электрического сопротивления пыли делятся на три группы:

1) низкоомные пыли ρ_сл < 10⁴ Ом·см (при осаждении на электроде частицы пыли мгновенно разряжаются, что может привести к вторичному уносу);

2) пыли с ρ_сл = 10⁴−10¹⁰ Ом·см (эти пыли хорошо улавливаются в электрофильтре, так как разряд частиц происходит не сразу, а в течение времени, необходимого для накапливания слоя);

3) пыли с ρ_сл = 10¹⁰−10¹³ Ом·см (улавливание пылей этой группы в электрофильтрах вызывает большие трудности; частицы пыли этой группы образуют на электроде пористый изолирующий слой).

Электрическая заряженность частиц

Знак заряда частиц зависит от способа их образования, химического состава, а также от свойств веществ, с которыми они соприкасаются. Этот показатель оказывает влияние на эффективность улавливания в газоочистных аппаратах (мокрых пылеуловителях, фильтрах и др.), на взрывоопасность и адгезионные свойства частиц.

2.8. Способность пыли к самовозгоранию и образованию

Лекция 3. Методы и средства сухой очистки газовоздушных выбросов

ГАЗООБРАЗНЫЕ ОТХОДЫ

Сухие методы

очистки

Адсорбционные

методы очистки

Абсорбционные

методы очистки

Мокрые методы

очистки

Конденсацион-

ные методы

очистки

Каталитические

методы очистки

Пылеосадитель-

ные камеры

Пылеуловители:

инерционные,

динамические,

вихревые

Циклоны

Фильтры:

волокнистые,

тканевые, зернистые,

керамические

Газопромыватели:

полые, насадоч-

ные, тарельчатые,

ударноинерцион-

ного действия,

центробежные,

механические,

скоростные

Сухие электро-

фильтры

Мокрые

электрофильтры

Фильтры

туманоуловители

Сеточные

брызгоуловители

Абсорберы:

тарельчатые, на-

садочные,

пленочные,

распыливающие

Адсорберы:

с неподвижным,

движущимся и

псевдоожиженным

слоем

Реакторы Конденсаторы

Термические

методы очистки

Печи, горелки

Очистка

От пылей

Очистка от

Туманов и брызг

Очистка от газообразных

Примесей

Электрические

методы очистки

Рис. 3. Классификация методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов

Инерционные пылеуловители

В этих аппаратах при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы продолжают двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бункер. Наиболее простые из этого типа аппаратов являются так называемые пылевые мешки (рис. 7). Эффективность этих аппаратов низкая, а задерживают они только крупные фракции пыли.

Пылеуловители с плавным поворотом газового потока имеют меньшее

гидравлическое сопротивление, чем другие аппараты. Скорость газа в сечении таких аппаратов принимают 1,0 м/с. Для частиц пыли размером 25−30 мкм достигается степень улавливания 65−80 %. Такие пылеуловители применяют на заводах черной и цветной металлургии. Гидравлическое сопротивление их равно 150−390 Па. Пылеуловители этого типа обычно встраивают в газоходы.

Рис. 7. Инерционные пылеуловители

Центробежные пылеуловители

Циклонные аппараты (циклоны) наиболее распространены в промышленности. Они имеют следующие достоинства:

1) отсутствие движущихся частей в аппарате;

2) надежность работы при температурах газов вплоть до 500 ^оС (для работы при более высоких температурах циклоны изготавливают из специальных материалов);

3) возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;

4) улавливание пыли в сухом виде;

5) почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;

6) успешная работа при высоких давлениях газов;

7) простота изготовления;

8) сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов.

Недостатки: 1) высокое гидравлическое сопротивление − 1250−1500 Па;

2) плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм;

3) невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.

Принцип работы циклона показан на рис. 8. Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в 100−1000 раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом и под влиянием центробежной силы движутся к стенке.

В промышленности принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Первые эффективны, но требуют больших затрат наосуществление процесса очистки; циклоны второго типа имеют небольшоегидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы.

На практике широко используют циклоны НИИОГАЗа (рис. 9) − цилиндрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Цилиндрические циклоны относятся к высокопроизводительным аппаратам, а конические − к высокоэффективным. Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а конических − не более 3000 мм.

Рис. 8. Циклон Рис. 9. Цилиндрический (а) и конический (б)

циклоны

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле:

(18)

где V_г − скорость газов в произвольном сечении аппарата, относительно которого рассчитана величина коэффициента сопротивления ξ_ц, м/с.

Коэффициент сопротивления:

(19)

где К₁ − коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов с тангенциальным входом газа и 7,5 − для циклонов с розеточным входом; h₁ и b – размеры входного патрубка; D_тр − диаметр выхлопной трубы.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку аппаратов − групповые циклоны. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. В этих аппаратах запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонными элементами.

Коэффициент гидравлического сопротивления группы циклонов определяют по формуле:

(20)

где ξ_ц − коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона;

К₂ − коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (определяют опытным путем).

Иногда большое число малых циклонов (мультициклонов) объединяют в группу (батарейные циклоны). Они используются для очистки больших масс (расходов) газов. Однако, из-за перетока газов между элементами циклонов, эффективность очистки батарейных циклонов ниже одиночных.

Ротационные пылеуловители относят к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм. Они обладают большой компактностью, так как вентилятор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате.

Схемы пылеуловителей ротационного типа представлены на рис. 10 и 11. При работе вентиляторного колеса частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия (рис. 10). Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу.

В противопоточном центробежном ротационном пылеуловителе (рис. 11) ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал. При работе пылеотделителя запыленный воздух поступает внутрь кожуха, где закручивается вокруг ротора. В результате вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные в воздухе частицы пыли стремятся выделяться из него в радиальном направлении. Одновременно на эти частицы в противоположном направлении действуют силы аэродинамического сопротивления. Частицы, центробежная сила которых больше силы аэродинамического сопротивления, отбрасываются к стенкам кожуха и поступают в бункер. Очищенный воздух через перфорацию ротора всасывается в вентилятор и затем выводится наружу.

Эффективность очистки этих аппаратов зависит от выбранного соотношения центробежной и аэродинамической сил и теоретически может достигать 100 %. Величина центробежной силы является функцией числа оборотов и диаметра ротора. Величина аэродинамической силы является функцией скорости просасывания воздуха через перфорацию ротора, т.е. производительности вентилятора.

Рис. 10. Пылеуловитель ротационного типа: Рис. 11. Противоточный ротационный 1 − вентиляторное колесо; 2 − кожух; пылеуловитель: 1 − кожух; 2 − ротор; 3 − пылеприемное отверстие вентилятора; 3 – колесо; 4 − бункер

4 − выхлопная труба

Диаметр минимальной улавливаемой частицы пыли противопоточным ротационным пылеотделителем определяется по формуле:

, (21)

где ρ_п и ρ_в − плотность пыли и воздуха, кг/м3; w − окружная скорость, м/с; Q_v − производительность противопоточного ротационного пылеуловителя, м3/ч,

; d_a − диаметр частицы; b=i·d₀²/8·R − приведенная ширина всасывающего отверстия ротора пылеуловителя, м; R − радиус окружности ротора, м; i − количество отверстий, шт; d_о − диаметр отверстий, м; ν − коэффициент кинематической вязкости, м2/с.

Тканевые фильтры

Эти фильтры имеют наибольшее распространение. Возможности их использования расширяются в связи с созданием новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов тканей. Наибольшее распространение получили рулонные (рис. 13) и рукавные (рис. 14) фильтры.

Рис. 13. Рулонные фильтры Рис. 14. Рукавный фильтр:

обычного типа (а) и компактные (б)

1 − корпус; 2 − встряхивающее

устройство; 3 − рукав;

4 − распределительная решетка

Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделенный

вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер со шнеком для выгрузки пыли. Встряхивание рукавов в каждой из секций производится поочередно.

В тканевых фильтрах применяют фильтрующие материалы двух типов:

обычные ткани, изготовляемые на ткацких станках, и войлоки, получаемые путем свойлачивания или механического перепутывания волокон иглопробивным методом. В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между нитями достигает 100−200 мкм.

К тканям предъявляются следующие требования: 1) высокая пылеемкость при фильтрации и способность удерживать после регенерации такое количество пыли, которое достаточно для обеспечения высокой эффективности очистки газов от тонкодисперсных твердых частиц; 2) сохранение оптимально высокой воздухопроницаемости в равновесно запыленном состоянии; 3) высокая механическая прочность и стойкость к истиранию при многократных изгибах, стабильность размеров и свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей; 4) способность к легкому удалению накопленной пыли; 5) низкая стоимость.

Существующие материалы обладают не всеми указанными свойствами и их выбирают в зависимости от конкретных условий очистки. Например, хлопчатобумажные ткани обладают хорошими фильтрующими свойствами и низкой стоимость, но недостаточная химической и термической стойкостью, высокой горючесть и влагоемкость.

Синтетические ткани вытесняют материалы из хлопка и шерсти благодаря более высокой прочности, стойкости к повышенным температурам и агрессивным воздействием, более низкой стоимости. Среди них нитроновые ткани, которые используют при температуре 120−130 ^оС в химической промышленности и цветной металлургии. Стеклянные ткани стойки при 150−350 ^оС. Их изготавливают из алюмоборосиликатного бесщелочного или магнезиального стекла.

Волокнистые фильтры

Фильтрующий элемент этих фильтров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется на поверхности наиболее плотных материалов. Для фильтров используют естественные или специально получаемые волокна толщиной 0,01–100 мкм. Толщина фильтрующих сред составляет от десятых долей миллиметра (бумага) до 2 м (многослойные глубокие насадочные фильтры долговременного использования). Такие фильтры используют при концентрации дисперсной твердой фазы 0,5–5 мг/м3 и только некоторые грубоволокнистые фильтры применяют при концентрации 5−50 мг/м3. При таких концентрациях основная доля частиц имеет размеры менее 5−10 мкм.

Различают следующие виды промышленных волокнистых фильтров: 1) сухие – тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной очистки (предфильтры), 2) мокрые – сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Процесс фильтрации в волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На первой стадии (стационарная фильтрация) уловленные частицы практически не изменяют структуры фильтра во времени, на второй стадии процесса (нестационарная фильтрация) в фильтре происходят непрерывные структурные изменения вследствие накопления уловленных частиц в значительных количествах.

В соответствии с этим все время изменяются эффективность очистки и сопротивление фильтра. Теория фильтрования в таких фильтрах еще недостаточно разработана.

Волокнистые фильтры тонкой очистки (рис. 15). Используются в атомной энергетике, радиоэлектронике, точном приборостроении, промышленной микробиологии, в химико-фармацевтической и др. Фильтры позволяют очищать большие объемы газов от твердых частиц всех размеров, включая субмикронные. Их широко применяют для очистки радиоактивных аэрозолей. Для очистки до 99 % (для частиц 0,05−0,5 мкм) применяют материалы в виде тонких листов или объемных слоев из тонких или ультратонких волокон (диаметр менее 2 мкм). Скорость фильтрации составляет 0,01−0,15 м/с, сопротивление чистых фильтров не превышает 200−300 Па, а забитых пылью фильтров 700−1500 Па.

Улавливание частиц в фильтрах тонкой очистки происходит за счет броуновской диффузии и эффекта касания.

Рис. 15. Фильтры тонкой очистки:

а− рамный:1 − П-образная планка; 2 − боковая стенка; 3 − фильтрующий материал;

4 − разделитель; б− с сепараторами клиновой формы типа Д-КЛ:1 − фильтрующий

материал; 2 − рамка-сепаратор клиновой формы; в− комбинированный:1 − секция

с набивным слоем из волокон; 2 − секция тонкой очистки

3.3.3. Зернистые фильтры

Зернистые фильтры применяют для очистки газов реже, чем волокнистые фильтры. Достоинства зернистых фильтров: доступность материала, возможность работать при высоких температурах и в условиях агрессивной среды, выдерживать большие механические нагрузки и перепады давлений, а также резкие изменения температуры. Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

В насадочных (насыпных) фильтрах улавливающие элементы (гранулы, куски и т.д.) не связаны друг с другом. К ним относятся: статические (неподвижные) слоевые фильтры; динамические (подвижные) слоевые фильтры с гравитационным перемещением сыпучей среды (рис. 16). В насыпных фильтрах в качестве насадки используется песок, галька, шлак, дробленные горные породы, древесные опилки, кокс, крошка резины, пластмассы, графит и др. Выбор материала зависит от требуемой термической и химической стойкости, механической прочности и доступности.

Рис. 16. Фильтр с движущимися слоями зернистого материала:

1 − короб для подачи свежего зернистого материала; 2 − питание; 3 − фильтрующие слои;

4 − затворы; 5 − короб для вывода зернистого материала

По мере накопления пыли в порах насадки эффективность улавливания

возрастает. При увеличении сопротивления до предела производят рыхление

слоя. После нескольких циклов рыхления насадку промывают или заменяют.

В зернистых жестких фильтрах зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К ним относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Фильтры устойчивы к высокой температуре, коррозии и механическим нагрузкам и применяются для фильтрования сжатых газов. Недостатки таких фильтров: высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и трудности регенерации. Регенерацию можно проводить четырьмя способами: 1) продуванием воздухом в обратном направлении; 2) пропусканием жидких растворов в обратном направлении; 3) пропусканием горячего пара; 4) простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами.

3.3.4. Испытание фильтров

Испытание фильтров и оценку их эффективности проводят по следующей методике.

Концентрация пыли С (мг/м³) в воздухе по массе частиц подсчитывается

по формуле:

(22)

где g − привес аналитического фильтра в пылезаборной трубке, мг; Q – расход воздуха через трубку, м³/ч; t − длительность пропускания воздуха через фильтр, ч; φ − поправочный коэффициент на изменение объема отсасываемого воздуха за счет изменения давления:

(23)

где Р₁ − абсолютное давление в воздуховоде стенда в месте отбора пробы, кгс/м²; Р₂ − абсолютное давление в шланге перед измерительным устройством, кгс/м²

Количество воздуха, отсасываемого через пылезаборную трубу, определяется по формуле (м³/ч):

Q = 3600·f·w, (24)

где f − площадь отверстия насадки в пылезаборной трубке перед фильтром, м²; w − скорость в точке отбора пробы, м/с.

Эффективность η фильтров определяется по формуле:

(25)

где С_н − средняя концентрация пыли в воздухе до фильтра, мг/м³; С_к – средняя концентрация пыли в воздухе после фильтра, мг/м³.

Удельная пылеемкость G_у фильтра определяется (г/м²):

(26)

где F − расход воздуха через фильтр, м³/ч; S − площадь входного сечения фильтра или поверхность фильтрующего материала, м².

Класс эффективности фильтров определяется на основании показателей эффективности фильтров, полученных при стендовых исследовательских испытаниях.

К I классу относятся фильтры, эффективность которых не ниже (99 ±0,1) %, II − (85 ± 3) %, III − (60 ± 5) %.

Степень регенерации фильтра R определяется:

(27)

где ΔР_н − начальное сопротивление фильтра, кгс/м2; ΔР_к – конечное сопротивление фильтра, кгс/м²; ΔР_р − сопротивление фильтра после регенерации, кгс/м².

После окончания испытаний должны быть представлены в виде графиков следующие характеристики фильтров:

а) аэродинамическая − зависимость сопротивления от удельной воздушной нагрузки или расхода воздуха через испытанный фильтр;

б) пылевая − зависимость от количества пыли, накопляющейся в фильтре, его эффективности и сопротивления.

Результаты испытаний фильтра оформляются в виде технического отчета.

Его содержание: 1) схема и краткое описание стенда и условий испытаний; 2) схематический чертеж испытательного фильтра; 3) соответствие конструкции фильтра рабочим чертежам; 4) полученные результаты испытаний; 5) заключение об оценке фильтра. К отчету прилагаются протоколы испытания.

Полые газопромыватели

У этого типа аппаратов загрязненные газы пропускают через завесу распыленной жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями жидкости и осаждаются, а очищенные газы удаляются из аппарата.

Самым простым полым газопромывателем является орошаемый газоход, в котором ряд форсунок создают на пути газа водяную завесу (рис. 20−21). Дляснижения уноса воды (брызг) скорость в газоходе не должна превышать 3 м/с. Расход воды принимают обычно 0,1−0,3 г/м3.

Рис. 20. Промывная камера:

1− камера; 2 − форсунки; 3 − перфорированные перегородки; 4 − брызгоуловитель;

5 − вентилятор; 6 − электродвигатель; 7 − шламовая труба

Рис. 21. Оросительное устройство:

1 − газоход; 2 − форсунки; 3 − дымовая труба;

4 − шламовая труба

При несколько больших скоростях газа применяют промывные камеры (металлические, бетонные или из кирпича). Внутри камеры в несколько рядов размещаются распылительные форсунки для создания водяных завес на пути газа. Для повышения эффективности промывки газа в камере устанавливают отбойные пластины, перфорированные листы, сетки. Камеры применяют для очистки от пыли и увлажнения воздуха в вентустановках и установках кондиционирования воздуха.

Полые форсуночные скрубберы (рис. 22) представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения с форсунками. Они обычно работают в противопоточном режиме. Скорость потока газа обычно 0,6−1,2 м/с. Иногда форсунки устанавливают в несколько рядов. Высокая степень очистки в полых скрубберах достигается при улавливании частиц с d_ч >10 мкм.

Рис. 22. Полый скруббер:

1 − корпус; 2 – форсунки

Насадочные газопромыватели

Насадочные скрубберы − это колонны, заполненные различной формы насадками (в виде колец Рашига и других форм), которые насыпают на опорную решетку. На практике применяют два типа аппаратов: газопромыватели в виде противопоточных колонн и насадочные скрубберы с поперечным орошением (рис. 23). Их целесообразно применять, когда пыль (аэрозоли) является хорошо смачиваемой, растворимой в воде или процесс улавливания пыли сопровождается охлаждением или абсорбцией. Расход жидкости, например, в скруббере с поперечным орошением составляет 0,15−0,5 л/м³, а эффективность улавливания частиц размером более 2 мкм превышает 90 %.

Рис. 23. Насадочные скрубберы с поперечным орошением:1 − форсунки; 2 − опорные решетки; 3 − оросительное устройство;

4 − неорошаемый слой насадки (брызгоуловитель); 5 − шламосборник; 6 − насадка

Ротоклон

Типичная конструкция ротоклона показана на рис. 27. В аппарате установлены один или несколько изогнутых щелевых каналов (импеллеров), нижняя часть которых затоплена жидкостью. Ударяясь о поверхность жидкости, газовый поток захватывает часть жидкости и заставляет ее двигаться вдоль нижней направляющей канала. Затем жидкость отбрасывается к верхней направляющей и при выходе из щели падает в виде сплошной водяной завесы. Для предотвращения уноса капель газы после канала проходят через систему каплеотбойных устройств.

Скорость газов в канале обычно не превышает 15 м/с. Важное значение

для нормальной эксплуатации ротоклона играет поддержание постоянного уровня жидкости в аппарате. Даже незначительное изменение уровня жидкости может привести к резкому снижению эффективности или значительному увеличению гидравлического сопротивления. Удаление шлама из отстойника осуществляется периодически (вручную) или непрерывно с помощью скребкового конвейера. Расход воды в ротоклонах значительно ниже, чем в других мокрых пылеуловителях. Вода в количестве, не превышающем 0,03 л/м3, подается в основном для компенсации ее потерь за счет испарения и уноса со шламом.

Производительность промышленных ротоклонов, применяемых на зарубежных заводах, колеблется от 2500 до 90000 м3/ч.

Рис. 27. Ротоклон:

1 − устройство для подвода газов; 2 − направляющие лопатки;

3 − каплеотбойник; 4 − устройство для вывода газов

Туманоуловители

Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности волокон и пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести. Осаждение капель жидкости на поверхности волокон и пор происходит под действием всех ранее рассмотренных механизмов отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах.

Туманоуловители делят на низкоскоростные (v_г≤0,15 м/с), в которых преобладает механизм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные (v_г=2−2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на

рис. 32. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток, помещается волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится через фланец 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость, осевшая на фильтроэлементе, стекает на нижний фланец 5и затем через трубку гидрозатвора 6и стакана 7сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают очень высокую эффективность очистки (до 0,999) газа от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром от 7 до 30 мкм или полимерных волокон (лавсана, ПВХ, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. Толщина слоя составляет 5−15 см. Гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов равно 200−1000 Па, а в режиме очистки без образования твердого осадка − 1200−2500 Па.

Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают эффективность очистки газа от тумана с частицами менее 3 мкм, равную 0,90−0,98 при Δр=1500−2000 Па. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используются войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот (Н₂SO₄, HСl, HF, H₃PO₄, HNO₃) и сильных щелочей.

В тех случаях, когда диаметр капель тумана составляет 0,6−0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличивать скорость фильтрации до 4,5−5 м/с. Рост скорости фильтрации приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брызгоунос обычно возникает уже при скоростях 1,7−2,5 м/с). Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в конструкции туманоуловителя.

Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток. Захват частиц жидкости в таких брызгоуловителях (рис. 33) происходит за счет эффекта касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с.

Рис. 32. Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя

Рис. 33. Высокоскоростной фильтр

Контрольные вопросы

1. Объясните назначение, принцип работы и устройство полых газопромывателей.

2. Принцип работы и устройство насадочного газопромывателя.

3. Принцип работы и устройство барботажных и пенных аппаратов.

4. Принцип действия и устройство газопромывателей ударноинерционного действия.

5. Устройство и принцип работы газопромывателей центробежного действия.

6. Принцип действия скоростных газопромывателей.

7. Назначение, конструкционные особенности низкоскоростных и высокоскоростных туманоуловителей.

Метод абсорбции

Этот метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкосновении жидких и газообразных веществ на границе раздела фаз газ−жидкость образуется жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем, сквозь жидкостную пленку, и поступает во внутренние слои абсорбента. Для осуществления диффузии необходимо, чтобы концентрация растворяемого компонента в газовоздушной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью. Чем менее насыщен раствор, тем больше он поглощает газа.

Поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парциального давления газа над жидкостью. Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления. Если растворимость газов при 0 ^оС и парциальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы хорошо растворимы.

Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, так как растворимость их в воде составляет сотни граммов на 1 кг Н₂О. При поглощении же из газов сернистого ангидрида или хлора расход воды будет значительным, так как растворимость их составляет сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как серная кислота (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.

Применение абсорбционных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа (или регенерация растворителя) проводится либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием обоих приемов одновременно.

В зависимости от конкретных задач применяются абсорберы различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой химически инертную насадку, размещенную в полости вертикальной колонны (рис. 34). В качестве насадки 1, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига (рис. 35), кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изготовления насадки (керамика, фарфор, уголь, пластмассы, металлы) выбираются исходя из соображений антикоррозийной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей.

Рис. 34. Орошаемая противопоточная	Рис. 35. Формы стандартных элементов
насадочная башня: 1 − химически инертная насадка; 2 – разбрызгиватели	насадки:1 − седло Берля; 2 − кольцо Рашига; 3 − кольцо Паля; 4 − розетка Теллера;5 − седло «Инталокс»

Большое распространение получили башни с колпачковыми тарелками. На рис. 36 изображена схема устройства тарельчатого абсорбера, в котором вместо насадки установлено несколько тарелок 1. Каждая тарелка снабжена колпачками 2 с зубчатыми краями, патрубками 3 и переливными трубками 4. Абсорбент в этих аппаратах стекает от тарелки к тарелке по переливным трубкам. Очищаемы