Методы очистки загрязненного воздуха. Биоремедиация атмосферы. Список использованной литературы

Приветствую всех постоянных и новых читателей!

Без еды и воды человек может прожить какой-то период, но без воздуха жизнь на планете замрет в считанные минуты.

Мы живем в эпоху стремительного роста промышленности, развиваются технологии в сельском хозяйстве. Но, к сожалению, прогресс кроме благ, несет человечеству и проблемы.

Земля, водные ресурсы и атмосфера изо дня в день получают сильнейшее отравление в виде гербицидов, пестицидов, отравляющих газов и сотен других опасных веществ и соединений. Какие существуют методы очистки атмосферного воздуха?

Неравнодушные люди ведут борьбу с этим явлением, но оно имеет настолько глобальные масштабы, что достичь успеха не представляется возможным.

Из этой статьи вы узнаете

Почему важна чистота окружающей атмосферы?

Воздух, так же как вода и пища дает большое количество самого необходимого для обеспечения жизнедеятельности. Кислород питает все клетки нашего организма.

А в том случае, когда человек проживает, или подолгу находится в загрязненном микроклимате, это может привести к серьезным для здоровья последствиям.

Отравление проходит незаметно, когда ежедневно организм получает ту или иную дозу ядов и опасных веществ.

Вначале симптоматика не заставит насторожиться:

1. появляется усталость,
2. головная боль,
3. раздражительность.

После может появиться першение в горле, глаза будут чесаться, появится зуд и слезоточивость. Кожа также демонстрирует аллергические реакции: шелушение, покраснение, зуд, высыпания.

Эти симптомы и дискомфорт ощутимо снижают качество жизни, но это не самое страшное. Грязная атмосфера может спровоцировать развитие астмы, заболеваний дыхательных путей и легких.

От загрязнений страдает нервная и кровеносная системы, внутренние органы, нарушается обмен веществ и даже может возникнуть онкология.

В силах каждого приложить определенные усилия, которые помогут избежать этих последствий.

Методика, правила и рецепты

Итак, давайте узнаем, какие существуют на данный момент самые эффективные методы очистки атмосферного воздуха. Их можно условно разделить на три этапа:

1. Снижение уровня выброса вредных веществ;
2. Защита атмосферы путем проведения мероприятий, нейтрализующих вредоносные соединения, при помощи различных систем очистки;
3. Схема действий по контролю и нормированию выбросов, как в отдельном регионе, так и конкретно по каждому предприятию.

Сейчас на предприятиях внедряют новейшие системы очистки, которые позволяют значительно снижать вредные выбросы.

Эффективно очищать от диоксида серы, сажи и других твердых частиц позволяет внедрение замкнутых производственных процессов.

Возможность максимально очистить выбросы зависит от системы очистки, которую применяют: пылеулавливатели бывают сухого типа и мокрые, а фильтры могут быть обычные и электрические.

Все эти мероприятия в обязательном порядке проводятся владельцами предприятий и государственными органами, которые контролируют состояние окружающей среды, согласно требованиям «Киотского протокола».

За нарушения налагают различные штрафы и другие санкции. Эти требования обязаны соблюдать и в сельском хозяйстве, потому как окружающая среда страдает от пестицидов, гербицидов, всевозможных удобрений.

Они истощают почву, а круговорот воды в природе выносит эти канцерогены из неё в воду и окружающую среду.

На долю автотранспорта приходится около трети всех вредных веществ, которые витают в пространстве. Вырубка лесов ослабляет «легкие» нашей планеты, горящие мусорные свалки наносят колоссальный ущерб природе.

Что мы можем предпринять?

Кажется, что тут ничего нельзя предпринять каждому из нас, но это неверно. Каждый в своей повседневной жизни способствует тому, чтобы наша планета становилась чище: не бросайте мусор (это касается не только зеленых, парковых зон, но и улиц городов).

Пластик, целлофановые обертки и кульки сотни лет будут разлагаться, и отравлять природные ресурсы.

Независимо от того, где вы проживаете, в городе, или небольшом поселке, высаживайте цветы, кустарники и деревья.

Если каждый проявит таким образом свою гражданскую позицию, то этим самым он не только уже в данный момент немного улучшит ситуацию, но и сделает вклад в будущее экологии и новых поколений людей.

Неравнодушные люди помнят о том, что именно мы несем ответственность за то, какой оставим свою планету для потомков.

Они организуютв сообщества, которые контролируют деятельность предприятий, местных властей, требуя от них соблюдения норм, касающихся защиты окружающей среды.

Такие меры позволяют постепенно снижать содержание канцерогенных соединений, пыли и сажи в атмосфере, а, следовательно, меньше «мусора» оседает в наших дыхательных путях, легких и других органах.

Есть и другие способы не навредить природе: не используйте аэрозольные баллончики. Всегда есть аналог в виде геля, спрея или вещество в твердом состоянии, которые не влияют пагубно на нашу окружающую среду.

Следите за состоянием вашего автомобиля. Старайтесь всегда помнить, что каждый из нас так или иначе влияет на то, в каком мире мы живем, и каким его оставим после себя.

Профилактические меры

Как вы уже понимаете, очень важно дышать свежим воздухом. Поэтому старайтесь каждый день хотя бы немного времени проводить на улице, на природе.

Прогуливайтесь или играйте с детьми в подвижные игры. Эта нагрузка самым благотворным образом отразится на состоянии здоровья: повысится иммунитет, кровь обогатится кислородом, что положительно повлияет на работу органов и систем.

Постарайтесь изменить рацион: вегетарианское или сырое меню позволит без медикаментов избавиться от многих недугов.

А чтобы было более приятно изменить свое меню, воспользуйтесь услугами отличного магазина для веганов и сыроедов . Здесь есть в широком ассортименте любимые сладости.

Их особенность в том, что отличаются от магазинных – они полезны и принесут только пользу. Здесь же есть всевозможные специи, приправы, орехи, натуральные сиропы и подсластители.

С ними рацион будет полезным и разнообразным. Если приобретете в этом магазине надежные бытовые устройства, то готовка не отнимет много времени, а кухонная техника прослужит долго.

Вот так, друзья, приложив немного усилий, можно оградить себя и своих близких от недугов и существенно улучшить качество жизни.

Желаю всем читателям всегда прекрасного самочувствия и крепкого здоровья!

Предлагаю посмотреть интересное видео:

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ВПО

СГТУ ИМ. Гагарина Ю.А.

Энгельсский технологический институт (филиал)

Кафедра «Экологии и охраны окружающей среды»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Техника защиты окружающей среды

Оборудование для очистки атмосферного воздуха

Выполнила: Долбня И.В.

ст. группы ООС-51

Проверила: профессор

Ольшанская Л.Н.

Энгельс - 2013

ВВЕДЕНИЕ

Защита атмосферы

1 Основные загрязнители атмосферного воздуха и последствия его загрязнения

1.2 Средства защиты атмосферы

2. Методы и оборудование для очистки атмосферы

2.1 Сухие пылеуловители (циклоны)

2 Мокрые пылеуловители (скрубберы)

3 Фильтры

2.4 Абсорбционные методы

5 Адсорбционные методы

6 Каталитический метод

2.7 Термический метод

3. Расчет оборудования для очистки атмосферного воздуха

1 Исходные данные

2 Расчет циклона ЦН-24

3 Расчет бункера

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время остро стоит проблема загрязнения атмосферы различными вредными и токсичными примесями. Это связано, в первую очередь, с высокими темпами развития промышленности, а также с огромными масштабами распространения автомобильного транспорта. В разных отраслях производства происходит загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Атмосферный воздух ежедневно подвергается выбросам вредных газов и примесей, которые смешиваются и вступают в химические реакции с газами, входящими в постоянный состав атмосферы (N2, O2, смесь благородных газов). В результате этого постоянный состав воздуха может стать переменным (CO2 и водяной пар) или случайным, состав которого зависит от местных условий. Такие изменения атмосферы могут привести к образованию кислотных осадков, которые получаются в результате взаимодействия SO2, NOx, CO, CO2 и других оксидов с ее компонентами. Кислотные осадки, в свою очередь, пагубно влияют на почву, водоемы, растительность и живые организмы. Они приводят к подкислению водоемов и почвы, в результате этого изменяется pH среды, которая способствует ухудшению условий жизни растений, животных и микроорганизмов, что может привести к их гибели. Кроме этого кислотные осадки разрушают конструкцию зданий и сооружений, а также памятники природы и архитектуры. В чистом виде диоксид серы, оксиды азота и углерода очень вредны и токсичны. Кроме этих загрязнений в результате активной деятельности промышленных предприятий в атмосферу выделяется множество других вредных веществ, среди которых токсичные органические вещества, аэрозоли и пыли различного химического состава.

Поэтому наряду с развитием промышленности необходимо разрабатывать и совершенствовать методы защиты и очистки атмосферы от чужеродных веществ. Надо минимизировать количество выбросов вредных газов. Кроме этого в процессах очистки воздуха можно рекуперировать многие примеси и вторично их использовать в производстве.

Целью данной работы является анализ и изучение научной литературы по вопросам методов и средств очистки атмосферного воздуха, а также расчет параметров циклона ЦН-24.

1. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

.1 Основные загрязнители атмосферного воздуха и последствия его загрязнения

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются диоксид серы SO2, диоксид углерода CO2, оксиды азота NOx, твердые частицы - аэрозоли. Их доля составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

·возможное потепление климата (парниковый эффект);

·нарушение озонового слоя;

·выпадение кислотных дождей;

·ухудшение здоровья людей.

Парниковый эффект - это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой, т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса .

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы парниковых газов. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 г.г. выбросы СО2 на 5% от уровня 1990 г.:

·Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%,

·США - на 7%,

·Япония - на 6%.

В марте 2001 г. США, на долю которых приходится 36,1% мировых выбросов, объявили о своем решении не участвовать в Киотском протоколе. Канада тоже вышла из списка стран-участниц. Афганистан <#"justify">Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом, предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% будет выполнена.

В качестве других причин, вызывающих потепление климата, ученые называют непостоянство солнечной активности, изменение магнитного поля Земли и атмосферного электрического поля.

.2 Средства защиты атмосферы

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используются следующие основные меры.

Экологизация технологических процессов:

1 создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ;

2 уменьшение загрязнения от тепловых установок: централизованное теплоснабжение, предварительная очистка топлива от соединений серы, использование альтернативных источников энергии, переход на топливо повышенного качества (с угля на природный газ);

3 уменьшение загрязнения от автотранспорта: использование электротранспорта, очистка выхлопных газов, использование каталитических нейтрализаторов для дожигания топлива, разработка водородного транспорта, перевод транспортных потоков за город.

Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей.

Рассеивание газовых выбросов в атмосфере. Рассеивание осуществляется с помощью высоких дымовых труб (высотой более 300 м). Это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные сооружения не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50-1000 м) .

Архитектурно-планировочные решения - правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов:

·устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);

·устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

2. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ

.1 Сухие пылеуловители (циклоны)

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы - оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

На схеме (рис. 1) изображена упрощенная конструкция одиночного циклона. Пылегазовый поток вводится в циклон через входной патрубок 2, закручивается и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1. Частицы пыли отбрасываются под действием центробежных сил к стенке корпуса, а затем под действие силы тяжести собираются в пылевой бункер 4, откуда периодически удаляются. Газ, освободившись от пыли, разворачивается на 180º и выходит из циклона через трубу 3 .

Рис. 1. Циклон

.2 Мокрые пылеуловители (скрубберы)

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

На схеме (рис. 2.) изображен скруббер. Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли .

Рис. 2. Скруббер

.3 Фильтры

Предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых фильтрующих перегородок. По типу фильтрующей загрузки различают тканевые фильтры (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые. Выбор фильтрующего материала определяется требованиями к очистке и условиями работы: степень очистки, температура, агрессивность газов, влажность, количество и размер пыли и т.д. На схеме (рис. 3.) представлено устройство фильтра.

Рис. 3. Фильтр

Электрофильтры - эффективный способ очистки от взвешенных частиц пыли (0,01 мкм), от масляного тумана. Принцип действия основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле. У поверхности коронирующего электрода происходит ионизация пылегазового потока. Приобретая отрицательный заряд, частицы пыли движутся к осадительному электроду, имеющему знак, противоположный заряду коронирующего электрода. По мере накопления на электродах частицы пыли падают под действием силы тяжести в сборник пыли или удаляются встряхиванием .

В процессах очистки атмосферного воздуха также используются двухзонные электрофильтры (рис. 4.). Отличительная особенность таких фильтров состоит в наличии двух раздельных электрических полей, в одном из которых происходит зарядка взвешенных частиц, а в другом их осаждение. В России наибольшее распространение получил двухзонный электрофильтр типа «Рион», применяемый в основном для очистки вентиляционного воздуха с температурой до 40°С при начальной запыленности не более 10 мг/м³. Очищаемый воздух прежде всего проходит через ионизатор, предназначенный для зарядки частиц пыли в поле коронного разряда, возникающего между электродами положительной и отрицательной полярности. Ионизатор выполнен с таким расчетом, чтобы при скорости около 2 м/с улавливаемая пыль успела зарядиться, но не успела осесть. Ввиду малого диаметра коронирующих электродов и незначительного межэлектродного промежутка ионизатор работает при напряжении 14 кВ, достаточном для получения напряженности поля, обеспечивающего возникновение коронного разряда. Зарядившиеся частицы пыли потоком воздуха выносятся в осадитель, представляющий собой систему пластин. Чередование заземленных (отрицательно заряженных) пластин и пластин, присоединенных к положительному полюсу выпрямителя, создает равномерное электрическое поле осаждения. Заряженные частицы пыли оседают в поле осадителя на пластинах противоположной полярности. Небольшое расстояние между пластинами (6-7 мм) позволяет при небольшом напряжении между пластинами (7 кВ) получать напряженность поля 8-10 кВ/см, т. е. примерно вдвое выше, чем в однозонных электрофильтрах, что достаточно для осаждения самых мелких частиц (субмикронного размера). Высокая напряженность поля и малое расстояние между пластинами обусловливают высокую скорость осаждения пыли. Для улавливания 85-95% пыли достаточно пребывание в осадителе в течение 0,2-0,4с. Электрофильтры типа «Рион» предназначены для следующих расходов очищаемого воздуха- 20000 м³/ч (Рион-2,7); 10000 м³/ч (Рион-1,4); 4000 м³/ч (Рион-0,55) и 1000 м³/ч (Рион-0,17). Степень очистки во всех типах электрофильтров 85-95%.

Рис. 4. Принципиальная схема двухзонного электрофильтра:а - ионизатор; б - осадитель. 1,2 - положительные и отрицательныеэлектроды ионизатора; 3,4 - положительные и отрицательные электродыосадителя

Питание электрофильтров осуществляется выпрямленным током высокого напряжения (60-80 кВ), Для преобразования переменного тока обычной частоты (50 Гц) и низкого напряжения (380 В) используют электрические агрегаты сравнительно небольшой мощности (20-150 кВт). Каждый электроагрегат состоит из повысительного трансформатора, выпрямителя, регулятора напряжения и пульта управления .

2.4 Абсорбционные методы

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителя и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы подразделяются на методы физической абсорбции и химической (хемосорбция), сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе. Для физической абсорбции применяют поглотители - воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом. При хемосорбционной очистке выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. Абсорбционные методы используют для очистки газов от СО, NxOy, SO2, H2S, HCl, CO2 .

В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.

В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности, загруженной в них насадки из тел различной формы.

Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы.

В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью распыленной жидкости.

Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления .

Среди поверхностных абсорберов привлекают внимание и получают широкое применение пленочные абсорберы. Конструктивной особенностью пленочных контактных устройств с фиксированной поверхностью контакта фаз являются каналы круглого, прямоугольного, треугольного и других сечений, по внутренней поверхности которых движется тонкая жидкостная пленка, взаимодействуя с газовым потоком. Взаимодействие фаз на контактной ступени может быть как прямоточным, так и противоточным. Обычно используют принцип прямоточного взаимодействия фаз на каждой ступени с обеспечением противотока в аппарате в целом.

С целью интенсификации процесса абсорбции и улучшения сепарации фаз в каналах круглого сечения устанавливают завихрители (закручиватели). Дополнительное вращательное движение, сообщаемое двухфазному потоку, увеличивает эффективность массопереноса в 1,5-2 раза и позволяет использовать возникающую центробежную силу для разделения фаз после выхода из контактной зоны. В контактной зоне жидкость под действием этой силы образует на внутренней поверхности канала винтообразную движущуюся вверх пленку. Это явилось стимулом для использования закрученного движения в зоне контакта при разработке высокоскоростных абсорбционных аппаратов (рис. 5.) .

Рис. 5. Высокоскоростной абсорбер с прямоточным взаимодействием газа и жидкости в восходящем закрученном потоке

атмосферный загрязнение пылеуловитель фильтр

Каждая ступень состоит из параллельно работающих трубчатых элементов АЕ с многолопастными винтовыми осевыми завихрителями CD. Поднимающийся по аппарату газовый поток входит в контактную зону BE и захватывает жидкость, вытекающую из распылителя В. Газовый поток, несущий капельки жидкости, проходит зону распыления ВС и поступает в осевой завихритель CD. Наличие перед завихрителем зоны распыления с развитой межфазной поверхностью повышает эффективность массообмена. После завихрителя закрученный поток проходит пленочную зону DE, из которой жидкость через сепарационный зазор ЕА выбрасывается на стенку сепарационного патрубка и стекает вниз, а газовый поток поднимается на следующую ступень. Жидкость по межэлементному пространству, радиальным переточным трубам и центральной переточной трубе поступает в распылитель нижерасположенной ступени. Массообмен между газом и жидкостью происходит в трех зонах: распыления, закручивания и пленочной .

Наиболее представительна по конструктивному оформлению группа барботажных абсорберов (рис. 6.). В результате взаимодействия фаз (жидкость является сплошной фазой, а газ - дисперсной) на тарелках образуется газожидкостный слой, состоящий из относительно чистой жидкости и вспененной жидкости. Полная высота слоя на тарелке и ее составляющие зависят от конструктивного оформления тарелки, от соотношения материальных потоков и физико-химических свойств системы.

Среди барботажных контактных устройств особое место занимают ситчатые и колпачковые тарелки, нашедшие широкое применение в промышленности. Одной из новых конструкций барботажных абсорберов является колонна с ситчатыми тарелками и пакетом извилистых пластин, расположенных между тарелками. Пакет извилистых пластин способствует созданию дополнительной зоны массообмена, улавливанию брызг жидкости, получающихся в процессе барботажа на ситчатой тарелке, и возвращению их в слой жидкости на ту же тарелку. Переливное устройство обеспечивает переток жидкости с тарелки на тарелку по высоте колонны. Переток может осуществляться при отсутствии или наличии приемного кармана в переливном устройстве. Переливные устройства без приемного кармана позволяют увеличить рабочую площадь тарелки и, следовательно, повысить производительность колонны. В тех случаях, когда диапазон работы переливного устройства лимитирует работу тарелки в целом, целесообразно устанавливать регулирующие переливные устройства, например с кольцевыми щелями, поочередно вступающими в работу, или с поворотными заслонками, регулирующими проходное сечение переливного устройства. Провальные тарелки не имеют переливных устройств, что позволяет более полно использовать площадь тарелок и значительно упрощает их в конструктивном отношении. Газ и жидкость движутся противотоком. Один из недостатков таких тарелок - сравнительно узкий диапазон работы в отношении нагрузок по газу.

Интенсификация процесса абсорбции в аппаратах с провальными тарелками в последнее время проводится по пути создания тарелок с упорядоченным перетоком жидкости и постоянным свободным сечением, с укрупненной перфорацией и с саморегулируемым свободным сечением тарелок .

Рис. 6. Абсорбер с ситчатыми тарелками: 1-тарелка; 2 - переливное устройство; 3 - сепарационная зона

2.5 Адсорбционные методы

Адсорбционные методы очистки газов основаны на поглощении газообразных и парообразных примесей твердыми телами с развитой поверхностью - адсорбентами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердого тела силами Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция) либо химическими силами (хемосорбция).

Процесс адсорбции осуществляется в несколько стадий: перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела; проникновение молекул газа в поры твердого тела; собственно адсорбция. Самая медленная стадия лимитирует процесс в целом.

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию. Процесс осуществляется в адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента, в установках периодического и непрерывного действия.

В качестве адсорбентов используют материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Адсорбенты могут быть как природного, так и синтетического происхождения. К основным типам промышленных адсорбентов относятся активированные угли, силикагели (SiO2?nН2О), алюмогели (активный оксид алюминия А12О3?nН2О), цеолиты и иониты .

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

) После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования.

) После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.

) После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента (рис. 7.). Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем .

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей .

Рис. 7. Адсорбер полочного многосекционного типа с неподвижными слоями адсорбента: 1 - корпус аппарата; 2 - слой адсорбента

.6 Каталитический метод

Этим методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном (поверхностном) химическом взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор.

Методы подбора катализаторов отличаются большим разнообразием, но все они базируются в основном на эмпирических или полуэмпирических способах. Об активности катализаторов судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по скорости каталитических процессов, при которых обеспечивается требуемая степень превращения.

В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди и марганца и т.д.). Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль .

Объем катализаторной массы определяется исходя из максимальной скорости обезвреживания газа, которая в свою очередь зависит от природы и концентрации вредных веществ в отходящем газе, температуры и давления каталитического процесса и активности катализатора. Допустимая скорость обезвреживания находится в пределах 2000-60000 объемов газа на объем каталитической массы в час. На катализаторах, разработанных в Дзержинском филиале НИИОГАЗа, при скорости обезвреживания 30000-60000 объемов обезвреживаемого газа на объем катализаторной массы в час и температуре 350-420°С практически полностью окисляются примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальдегида, спиртов (метилового, этилового, пропилового, аллилового и др.), ацетона, этилацетона, бензола, толуола, ксилола, оксида углерода и др. .

Существенное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активности. Температура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредностей, скорости потока и типа катализатора. С повышением температуры эффективность каталитического процесса увеличивается. Например, метан начинает окисляться на поверхности катализатора, состоящего из 60% диоксида марганца и 40% оксида меди, только при температуре 320°С, а 97%-ное реагирование наблюдается при t=450°С. Следует, однако, иметь в виду, что для каждого катализатора существует предельный температурный уровень. Повышение этого уровня приводит к снижению активности, а затем к разрушению катализатора.

Для поддержания необходимой температуры газа иногда к нему подмешивают (особенно в пусковой период) продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе. На рис. 8 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника - рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250-350°С, т. е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применена природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, промотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары. Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450°С направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем через выходной патрубок выводится в атмосферу. Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Гидравлическое сопротивление реактора при номинальной нагрузке (800-900 м3/ч) не превышает 150-180 Па. Скорость процесса находится в пределах от 8000 до 10000 объемов на объем катализаторной массы в 1 ч .

Рис. 8. Каталитический реактор

.7 Термический метод

Достаточно большое развитие в практике нейтрализации вредных примесей, содержащихся в вентиляционных и других выбросах, имеет высокотемпературное дожигание (термическая нейтрализация). Для осуществления дожигания (реакций окисления) необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Выбор схемы дожигания зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, кислорода и других компонентов. Если выбросные газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СxНy) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха .

Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 9). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора .

Рис. 9. Установка для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов

3. РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

.1 Исходные данные

Тип циклона: ЦН-24г=65000 м3/ч - количество очищаемого газа при рабочих условиях;

µг=25?10-6 Па?с - динамическая вязкость газа при рабочей температуре;m=30 мкм - медиальный диаметр, при котором масса всех частиц пыли меньше или крупнее dm составляет 50%;

Ч=0,35 - стандартное отклонение величины;

Ч=2400кг/м3 - плотность частиц;

Г=0,68 кг/м3 - плотность газа при рабочих условиях;вх=70?103 кг/м3 - запыленность газа;

Требуемая эффективность очистки газа.

.2 Расчет циклона ЦН-24

Конструкцию циклона рассчитываем методом последовательных приближений в последующем порядке.

Выбрав тип циклона по таблице 4.3. определяем оптимальную скорость газа в аппарате?опт, м/с

Опт(ЦН-24) = 4,5 м/с

Определяем необходимую площадь сечения циклона (в м2):

F = (65000/3600)/4,5 = 4,01 (м2)

Определяем диаметр циклона, задаваясь числом циклонов N=1 (в м):

(м)

Диаметр циклона округляем до 2400 мм = 2,4 м.

Вычисляем действительную скорость газа в циклоне:

? = Vг/0,785 ND2,

? = 18,06/0,785?1?(2,4)2 = 3,99 (м/с)

Скорость газа в циклоне не отклоняется более чем на 15% от оптимальной скорости.

665 > 3,99 > 3,315

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления циклона или группы циклонов:

?ц = К1К2? ? спц500 + К3,

где ? спц500 - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 4.4.), ?спц500=80; К1 - поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона (табл. 4.5.), К1=1; К2 - поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа (табл. 4.6.), К2=0,905; К3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (для одиночных циклонов К3=0).

Ц = 1?0,905?80 = 72,4

Определяем потери давления в циклоне (в Па):

P = ?ц?? ?2/2,

P = 72,4?(0,68?(3,99)2/2) = 391,9 (Па)

Определяем диаметр частиц, улавливаемых на 50%:

где индекс «т» означает стандартные условия работы циклона.

8,5 мкм;

0,6 м;

1930 кг/м3;

22,2 ? 10-6 Па?с;

3,5 м/с

(мкм)

Определяем параметр х по формуле:

х = lg(dm/d50)/lg2??+lg2?ч,

lg?? = 0,308;

lg?ч = 0,35

х = lg(30/15,2)/lg0,308+lg0,35 = 1,43

Определяем функцию распределения Ф(х) (табл. 4.7.) и полный коэффициент очистки газа по формуле (в %):

Р=50?,

Ф(х) = 0,9234,

?р = 50? = 96,17%

ПоказательЦН-24ЦН-24расч., ммДиаметр циклона Внутренний диаметр выхлопной трубы d пылевыпускного отверстия d1 Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер) b на входе (внутренний размер) b1 Длина входного патрубка l Диаметр средней длины циклона Dср Высота установки фланца hфл Угол наклона крышки и входного патрубка циклона ?,град Высота входного патрубка а выхлопной трубы hт цилиндрической части Нц конической части Нк внешней части выхлопной трубы hв Общая высота циклона Н 0,59 0,3-0,4 0,2 0,26 0,6 0,8 0,1 24 1,11 2,11 2,11 1,75 0,4 4,26 2400 1420 720-960 480 620 1400 1900 240 24 2660 5060 5060 4200 960 10220

3.3 Расчет бункера

Диаметр бункера:

Dб = 1,5D,

Dб = 1,5?2400 = 3600 мм

Высота цилиндрической части бункера:

8D = 0,8?2400 = 1920 мм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С огромным ростом промышленности происходит существенное воздействие на окружающую среду. Негативным факторам со стороны предприятий и автомобильного транспорта подвергается атмосферный воздух, вода в больших объемах, а также огромные территории почв. Атмосфера испытывает на себе нагрузку от поступающих в нее вредных, токсичных веществ как неорганического, так и органического происхождения. Многие из газообразных выбросов способны образовывать кислотные осадки, вступая во взаимодействие с компонентами воздуха. Это приводит к закислению почв и водоемов, в результате чего может произойти гибель живых организмов. Кроме этого кислотные осадки пагубно влияют на конструкции строений, природных и культурных памятников. Находясь в воздухе, некоторые газы вызывают образование парникового эффекта, что, в свою очередь, ведет к изменению климата на планете. К тому же эти вредные компоненты приводят к ухудшению здоровья людей. Не менее опасными загрязнителями атмосферы являются аэрозоли и пыли. Они также изменяют состав воздуха и пагубно влияют на жизнедеятельность и здоровье людей.

В связи с этим было разработано множество методов и средств защиты атмосферы от вредных воздействий. Оборудование различается по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, а также по эффективности очистки. При выборе соответствующей техники необходимо изначально установить тип и состав вредных компонентов, после чего надо уделить большое внимание эффективности очистки выбираемого аппарата.

Для механической очистки от пылевых выбросов предназначены циклоны. Принцип их действия основан на центробежной силе и силе тяжести. При прохождении через аппарат поток очищаемого газа закручивается, а пылевые частицы под действием соответствующих сил выпадают в виде осадка в бункер. Эффективность очистки у такого оборудования составляет 50-90% и даже выше, причем ее величина зависит от конструкции циклона и диаметра осаждающихся частиц. Расчет параметров циклона ЦН-24 показал, что он очищает атмосферный воздух от пылевых загрязнений на 96,17%. Это дает основание использовать его в качестве очистного оборудования для защиты атмосферы от пыли.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Edu.severodvinsk, ru. (2013). Edu.severodvinsk. Web

Банников, А.Г. Основы экологии и охрана окружающей среды / А.Г. Банников. - 3-е изд. - М.: Колос, 1996. - 486 с.

Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов / А.Г. Ветошкин. - Пенза: Издательство Пензенского технологического института, 2003. - 154 с.

4. Rudocs.exdat, com. (2000-2012). Rudocs.exdat. Web

5. Air-cleaning, ru. (2013). Air-cleaning. Web

Аверкин, А.Г. Аппараты для физико-химической очистки воздуха. Абсорберы: Учеб. пособие в 2-хчастях Ч.1. / А.Г. Аверкин. - Пенза: ПГАСА, 2000. - 240 с.

7. Ogazah, ru. (2013). Ogazah. Web

8. Аверкин, А.Г. Аппараты для физико-химической очистки воздуха. Адсорберы: Учеб. пособие в 2-хчастях Ч.2. / А.Г. Аверкин. - Пенза: ПГАСА, 1999. - 240 с.

Зиганшин, М.Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки / М.Г. Зиганшин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин. - М.: Экопресс - 3М, 1998. - 505с.

Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1993. - 753 с.

Охрана окружающей среды / под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 2007. - 616 с.

12. Ecologylib, ru. (2001-2013). Ecologylib. Web

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Методы очистки атмосферы определяются природой загрязнителей. Ряд современных технологических процессов связан с измельчением веществ. При этом часть материалов переходит в пыль, которая вредна для здоровья и наносит значительный материальный ущерб вследствие потери ценных продуктов.

Пыль, осевшая в индустриальных городах, преимущественно содержит 20 % оксида железа, 15 % оксида кремния и 5 % сажи. Промышленная пыль включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны. Это оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, мышьяка, теллура. Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли.

Принципы работы пылеулавливающих аппаратов основаны на использовании различных механизмов осаждения частиц: гравитационном осаждении, осаждении под действием центробежной силы, диффузионном осаждении, электрическом (ионизационом) осаждении и некоторых других. По способу улавливания пыли аппараты бывают сухой, мокрой и электрической очистки.

Основной критерий выбора типа оборудования: физико-химические свойства пыли, степень очистки, параметры газового потока (скорость поступления). Для газов, содержащих горючие и ядовитые примеси, лучше использовать аппараты мокрой очистки.

Основным направлением защиты атмосферы от загрязнений является создание малоотходных технологий с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

Очистка - удаление (выделение, улавливание) примесей из различных сред.

Существующие методы очистки можно разделить на две группы: некаталитические (абсорбционные и адсорбционные) и каталитические.

Обезвреживание - обработка примесей до безвредного для людей, животных, растений и в целом для окружающей среды состояния.

Обеззараживание - инактивация (дезактивация) микроорганизмов различных видов, находящихся в газовоздушных выбросах, жидких и твердых средах.

Дезодорация - обработка одорантов (веществ, обладающих запахом), содержащихся в воздухе, воде или твердых средах, с целью устранения или снижения интенсивности запахов.

Очистка газов от диоксида углерода:

1. Абсорбция водой. Способ прост и дешев, однако эффективность очистки мала, так как максимальная поглотительная способность воды - 8 кг СО2 на 100 кг воды.

2. Поглощение растворами этаноламинов: В качестве поглотителя обычно применяют моноэтаноламин, хотя триэтаноламин обладает большей реакционной способностью.

3. Холодный метанол является хорошим поглотителем СО2 при 35 °С.

4. Очистка цеолитами. Молекулы СО2 очень малы: 3,1А, поэтому для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т. д.) используются молекулярные сита.

Очистка газов от оксида углерода:

• Дожигание на Pt/Pd-катализаторе.
• Конверсия (адсорбционный метод).

Очистка газов от оксидов азота .

В химической промышленности очистка от оксидов азота на 80 % осуществляется за счет превращений на катализатора:

1. Окислительные методы основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением водой:

• Окисление озоном в жидкой фазе.
• Окисление кислородом при высокой температуре.

2. Восстановительные методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей.

3. Сорбционные методы:

• Адсорбция оксидов азота водяными растворами щелочей и СаСО3.
• Адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (бурые угли, торф, силикагели).

Очистка газов от диоксида серы SO2:

1. Аммиачные методы очистки. Они основаны на взаимодействии SO2 с водным раствором сульфита аммония.

Образовавшийся бисульфит легко разлагается кислотой.

2. Метод нейтрализации SO2, обеспечивает высокую степень очистки газов.

3. Каталитические методы. Основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности катализаторов:

• пиролюзитный метод - окисление SO2 кислородом в жидкой фазе в присутствии катализатора - пиролюзита (МпО2); метод может использоваться для получения серной кислоты.
• озонокаталитический метод - разновидность пиролюзитного метода и отличается от него тем, что окисление Мп2+ в Мп3+ осуществляют в озоновоздушной смеси.

Эффективность очистки зависит от множества факторов: парциальных давлений SO2 и О2 в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличия и свойств твердых и газообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности компонентов; требуемой степени очистки газа.

После проведенной очистки газ поступает в атмосферу и рассеивается, при этом загрязнение воздушной среды в приземном слое не должно превышать ПДК.

Промышленная очистка - это очистка газа с целью последующей утилизации или возврата в производство отделенного от газа или превращенного в безвредное состояние продукта. Этот вид очистки является необходимой стадией технологического процесса, при этом технологическое оборудование связано друг с другом материальными потоками с соответствующей обвязкой аппаратов. В качестве пыле-, газоулавливающего оборудования могут использоваться разгрузочные циклоны, пылеосадительные камеры, фильтры, адсорберы, скрубберы и т.д.

Санитарная очистка - это очистка газа от остаточного содержания в газе загрязняющего вещества, при которой обеспечивается соблюдение установленных для последнего ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений. Санитарная очистка газовоздушных выбросов производится перед поступлением отходящих газов в атмосферный воздух, и именно на этой стадии необходимо предусматривать возможность отбора проб газов с целью контроля их на содержание вредных примесей.

Выбор метода очистки отходящих газов зависит от конкретных условий производства и определяется рядом основных факторов:

Объемом и температурой отходящих газов;

Агрегатным состоянием и физико-химическими свойствами примесей;

Концентрацией и составом примесей;

Необходимостью рекуперации или возвращения их в технологический процесс;

Капитальными и эксплуатационными затратами;

Экологической обстановкой в регионе.

Пылеулавливающее оборудование. Пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от газовоздушного потока делится на сухое, когда частицы пыли осаждаются на сухую поверхность, и мокрое, когда отделение частиц пыли производится с использованием жидкостей.

Выбор типа пылеуловителя обусловлен степенью запыленности газа, дисперсностью частиц и требованиями к степени его очистки.

Устройства для гравитационной очистки просты по конструкции, но пригодны главным образом для грубой предварительной очистки газов. Наиболее простыми являются пылеосадительные камеры. Они применяются в основном для предварительной очистки газов от крупной пыли (с размером частиц 100 мкм и более) и одновременно для охлаждения газа. Камера представляет собой пустотелый или с полками короб прямоугольного сечения с бункером внизу для сбора пыли. Площадь сечения камеры значительно больше площади подводящих газоходов, вследствие чего газовый поток движется в камере замедленно - около 0,5 м/с и пыль оседает (рис. 1).

Рис 1. Пылеосадительная камера: а - полая; б - с перегородками

Достоинства пылеосадительной камеры:

1. имеет низкое аэродинамическое сопротивление;

2. проста и выгодна в эксплуатации.

Недостатки - громоздкость, низкая степень очистки.

Эффективность камеры можно довести до 80 - 85 %, если сделать внутри камеры перегородки, увеличивающие время нахождения газа в ней. Обычно пылеосадительные камеры встраивают в газоходы, они изготавливаются из металла, кирпича, бетона и т. д.

Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах за счет резкого изменения направления газового потока частицы пыли по инерции ударяются об отражательную поверхность и выпадают на коническое днище пылеуловителя, откуда разгрузочным устройством непрерывно или периодически выводятся из аппарата. Наиболее простые из пылеуловителей этого типа - пылевые коллекторы (мешки), представленные на рис. 2. Они также задерживают только крупные фракции пыли, степень очистки 50 - 70 %.

Рис. 2. Инерционные пылеуловители (пылевые коллекторы): а - с перегородкой; б - с центральной трубой

В более сложных жалюзийных аппаратах улавливаются частицы размером 50 мкм и более. Они предназначены для очистки больших объемов газовоздушных выбросов. Жалюзи состоят из перекрывающих друг друга рядов пластин или колец с зазорами 2-3 мм, причем всей решетке придается некоторая конусность для поддержания постоянства скорости газового потока. Газовый поток, проходя сквозь решетку со скоростью 15 м/с, резко меняет направление. Крупные частицы пыли, ударяясь о наклонные плоскости решетки, по инерции отражаются от последней к оси конуса и осаждаются. Освобожденный от крупнодисперсной пыли газ проходит через решетку и удаляется из аппарата. Часть газового потока в объеме 5-10 % от общего расхода отсасываемого из пространства перед жалюзийной решеткой, содержит основное количество пыли и направляется в циклон, где освобождается от пыли и затем присоединяется к основному потоку запыленного газа. Степень очистки газов от пыли размером более 25 мкм составляет примерно 60 % (рис. 3). Основными недостатками жалюзийных пылеуловителей является сложное устройство аппарата и абразивный износ жалюзийных элементов.

Рис. 3. Инерционный жалюзийный пылеуловитель: 1 - инерционный аппарат; 2 - циклон; 3 - жалюзийная решетка

Широко распространенными устройствами для пылеулавливания являются циклоны , действие которых основано на использовании центробежной силы. Пылегазовая смесь тангенциально поступает в устройство через штуцер и приобретает направленное движение вниз по спирали. При этом частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке циклона, опускаются вниз и собираются в приемном бункере. Из бункера пыль периодически выгружается через затвор. Очищенный воздух выбрасывается через центральную трубу из аппарата.

Эффективность улавливания пыли в циклоне прямо пропорциональна массе частиц и обратно пропорциональна диаметру аппарата. Поэтому вместо одного циклона большого размера целесообразно ставить параллельно несколько циклонов меньших размеров. Такие устройства называются групповыми батарейными циклонами .

Для очистки больших объемов газов с неслипающимися твердыми частицами средней дисперсности можно использовать мультициклоны (рис. 4). В этих аппаратах вращательное движение пылегазового потока организуется с помощью специального направляющего устройства (розетка или винт), расположенного в каждом циклонном элементе. Мультициклоны, состоящие из элементов диаметром 40 - 250 мм, обеспечивают высокую (до 85-90%) степень очистки газов от мелкодисперсных частиц диаметром менее 5 мкм.

Рис. 4 Мультициклон и его элемент

Циклоны являются эффективными пылеулавливающими устройствами, степень очистки которых зависит от размера частиц и может достигать 95 % (при размере частиц более 20 мкм) и 85 % (при размере частиц более 5 мкм).

К недостаткам циклонов всех конструкций относится сравнительно высокое аэродинамическое сопротивление (400 - 700 Па), значительный абразивный износ стенок аппаратов, вероятность вторичного уноса осевшей в пылесборнике пыли за счет перегрузки по газу и неплотностей. Кроме того, циклоны недостаточно эффективно улавливают полидисперсные пыли с диаметром частиц менее 10 мкм и низкой плотностью материала.

Для устранения недостатков циклонов разработаны вихревые пылеуловители (ВПУ), которые также относятся к прямоточным аппаратам центробежного действия. Существует два типа ВПУ - сопловые и лопаточные (5, а, б).

Рис. 5 Вихревые пылеуловители

В аппаратах такого типа запыленный газ входит в камеру 1 через входной патрубок с лопаточным завихрителем 5 типа «розетка» и обтекателем 4. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка образовано подпорной шайбой 2, положение и размеры которой обеспечивают безвозвратное осаждение пыли в пылевой бункер. Обтекатель направляет поток запыленного газа к стенкам аппарата и вверх, а струи вторичного воздуха, выходящего из сопла 3 благодаря их тангенциально-наклонному расположению, переводят движение потока во вращательное. Возникающие в потоке воздуха центробежные силы отбрасывают частицы пыли к стенкам аппарата, а оттуда они вместе со спиральным потоком воздуха направляются вниз.

В тех случаях, когда допустимо увлажнение очищаемого газа, применяют гидропылеуловители. В этих аппаратах запыленный поток соприкасается с жидкостью или орошаемыми ею поверхностями. Мокрые пылеуловители отличаются от сухих более высокой эффективностью при сравнительно небольшой стоимости. Они особенно эффективны для очистки газовоздушных выбросов, содержащих пожаро- и взрывоопасные, а также слипающиеся вещества.

Аппараты мокрой очистки можно использовать для очистки газов от мелкодисперсных пылей с размером частиц от 0,1 мкм, а также от газо- и парообразных вредных веществ.

Мокрые пылеуловители подразделяются на пять групп:

1 - скрубберы;

2 - мокрые центробежные пылеуловители;

3 - турбулентные пылеуловители;

4 - пенные аппараты;

5 - вентиляторные пылеуловители.

Наиболее простыми и распространенными аппаратами для очистки и охлаждения газов являются полые и насадочные скрубберы .

Рис. 6 Скрубберы: а - полые; 6 – насадочные

Они представляют собой вертикальные цилиндрические колонны, в нижнюю часть которых вводится запыленный газ, а сверху через форсунки подают распыленную жидкость. Очищенный газ отводится из верхней части аппарата, а вода с уловленной пылью в виде шлама собирается внизу скруббера. Степень очистки от пыли с размером частиц более 5 мкм может составлять более 90 %.

Наиболее высокие результаты очистки достигаются при использовании форсунок грубого распыла, образующих капли диаметром 0,5 - 1,0 мм. Для снижения брызгоуноса скорость очищаемого газа в скруббере не должна превышать 1,0 - 1,2 м/с.

Насадочные скрубберы заполняются различными насадочными телами (кольца Рашига, седла Берля, сетка, стекловолокно и т. д.), уложенными на опорной решетке. Одновременно с улавливанием пыли на сложной поверхности насадочных тел может происходить и абсорбция отдельных компонентов газовой смеси. Гидравлическое сопротивление насадочного скруббера зависит от скорости газа (обычно она составляет 0,8 - 1,25 м/с), плотности орошения, высоты насадки, некоторых других параметров и наххшится в пределах 300 - 800 Па.

Центробежные мокрые пылеуловители являются самой многочисленной группой разделительных аппаратов самого различного назначения.

Рис. 7. Циклон с водяной пленкой (ЦВП)

Внутренняя стенка корпуса аппарата 3 орошается водой, подаваемой из коллектора 5 через сопло 4, которое установлено под углом 300 вниз касательно к внутренней поверхности корпуса. Для предотвращения брызгоуноса распыл воды совпадает с направлением вращения запыленного потока газа. В нижней части аппарата расположен гидрозатвор 6.

Из турбулентных пылеуловителей в последние годы широкую популярность завоевали скрубберы Вентури (рис. 8), высокая эффективность которых позволяет обеспечить очистку газа практически для любой концентрации улавливаемой пыли. Эти аппараты просты в изготовлении, монтаже и эксплуатации, характеризуются небольшими габаритами.

Рис. 8. Скруббер Вентури

В скруббере Вентури запыленный газ через конфузор 3 подается в горловину 2, где вследствие уменьшения живого сечения аппарата скорость потока возрастает до 30 - 200 м/с. Вода подается в зону конфузора. При смешивании с потоком газа она диспергируется на мелкие капли. В горловине 2 и диффузоре 1 частицы пыли, содержащиеся в запыленном воздухе, соединяются с капельками воды, увлажняются, коагулируют и в виде шлама выделяются в сепараторе 4 (каплеуловителе). Вода в скруббер может подаваться различными способами, однако наибольшее ральным подводом жидкости в конфузор.

В качестве каплеуловителей используются почти все известные типы гидромеханических аппаратов для разделения неоднородных систем (сепараторы, циклоны, пенные аппараты, электрофильтры и др.). Чаще всего применяются циклоны самых различных типов.

В промышленности республики широко используются пенные аппараты :

Рис. 9. Пенные аппараты

В этих пылеуловителях запыленный поток воздуха проходит через слой жидкости со скоростью 2-3 м/с (превышает скорость свободного всплывания пузырьков воздуха при барботаже), в результате чего создаются условия для образования слоя высокотурбулизированной пены. Пенные аппараты поставляются двух типов: с провальными решетками (рис. 9, а) и переливной решеткой (рис. 9, б). В аппаратах с провальной решеткой вся жидкость для образования пенного слоя поступает из оросительного устройства 3 на решетки 4, проваливается через ее отверстия на нижнюю решетку, а затем вместе со шламом удаляется из аппарата. Запыленный воздушный поток поступает в корпус аппарата 1 снизу, образуя на решетках при взаимодействии с водой слой пены. Для улавливания брызг воды в верхней части аппарата установлен каплеуловитель 2.

Основным недостатком пенных аппаратов является чувствительность к колебаниям расхода очищаемого газа. При этом оказывается невозможным поддерживать слой пены на всей площади решетки: при расходах газа, меньших оптимальных, пена не может равномерно образовываться на всей поверхности решетки, при больших - слой пены также неравномерен и даже сдувается в некоторых местах. Это приводит к прорыву неочищенных газов, повышенному брызгоуносу и, как следствие, резкому снижению эффективности аппарата.

К вентиляторным пылеуловителям относятся сухие и мокрые ротоклоны (рис. 10), которые широко используются за рубежом.

Рис. 10. Ротоклон

По существу они представляют собой комбинированные пылеуловители, принцип действия которых основан на осаждении пыли орошаемыми поверхностями, действии инерционных и центробежных сил, распылении воды и т. д. Например, запыленный воздух засасывается по центральной трубе 3 в корпус 2 мокрого ротоклона, при этом частицы пыли отбрасываются на лопатки 1 специального профиля, смоченные водой, подаваемой из распылительных сопел 4. Частицы пыли увлажняются, коагулируют и поступают в виде шлама в нижнюю часть аппарата, откуда через трубу 5 удаляются в отстойник.

Эффективность мокрых пылеуловителей зависит в большей степени от смачиваемости пыли. При улавливании плохо смачивающейся пыли в орошающую воду вводят ПАВ.

К недостаткам мокрого пылеулавливания относятся: большой расход воды, сложность выделения уловленной пыли из шлама, возможность коррозии оборудования при переработке агрессивных газов, значительное ухудшение условий рассеивания через заводские трубы отходящих газов за счет снижения их температуры. Кроме того, мокрые пылеуловители требуют значительного расхода электроэнергии для подачи и распыления воды.

Фильтрация - представляет наиболее радикальное решение проблемы очистки газов от твердых примесей, обеспечивает степень очистки 99 -99,9 % при умеренных капитальных и эксплуатационных затратах. В связи с возросшими требованиями к степени очистки газов в последние годы четко выявляется тенденция к увеличению доли использования фильтров по сравнению с аппаратами мокрой очистки и электрофильтрами.

Фильтрами называются устройства, в которых запыленный воздух пропускается через пористые материалы, способные задерживать или осаждать пыль. Очистку от грубой пыли проводят в фильтрах, заполненных коксом, песком, гравием, насадкой различной формы и природы. Для очистки от тонкодисперсной пыли применяют фильтрующие материалы типа бумаги, сетки, нетканых материалов, войлока или ткани различной плотности. Бумагу используют для очистки атмосферного воздуха или же газа с низким содержанием пыли.

В промышленных условиях применяют тканевые, или рукавные, фильтры. Они имеют форму барабана, матерчатых мешков или карманов, работающих параллельно. Частицы пыли, оседая на фильтрующий материал, создают слой с порами, меньшими, чем у фильтрующего материала, поэтому улавливающая способность слоя пыли возрастает, но вместе с этим увеличивается и его аэростатическое сопротивление.

Из аппаратов фильтрующего типа для очистки от пыли наибольшее распространение получили тканевые (рукавные) фильтры (рис. 11).

Рис. 11. Рукавный фильтр

Тканевые рукава изготавливаются из хлопка, шерсти, дакрона, нейлона, полипропилена, тефлона, стекловолокна и других материалов. Часто на ткани наносится силиконовое покрытие с целью повышения изгибоустойчивости, термостойкости, стойкости к усадке, абразивного изнашивания или улучшения регенерации ткани. Выбор фильтрующего материала зависит от условий его эксплуатации. Степень очистки газов от пыли при правильной эксплуатации фильтров может достигать 99,9 %.

Недостатками рукавных фильтров являются трудоемкость ухода за тканью рукавов и большая металлоемкость аппаратов, так как натягивание рукавов осуществляется с помощью грузов.

В промышленности для тонкой очистки газов от пыли и токсичных примесей широко используется большое количество конструкций фильтров из пористых материалов. К ним относятся фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками из ультратонких полимерных материалов (фильтры Петрянова), обладающих термостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью. Среди множества конструкций фильтров этого типа наиболее широкое распространение получили рамочные фильтры (рис. 12).

Рис. 12 Рамочный фильтр с тканью ФП

Фильтр собирается из трехсторонних рамок 1 таким образом, чтобы торцевая сторона оказывалась попеременно то справа, то слева. Фильтровальная перегородка 2 укладывается так, как показано на схеме (рис. 12). Воздух проходит в щели между рамками, фильтруется через фильтровальную перегородку и выходит очищенным с другой стороны. Пакет из рамок помещается в корпус 4. Чтобы полотна не соединялись друг с другом под напором воздушного потока, между ними ставят гофрированные сепараторы 3 (рис. 12, а, б, в, г, д). Со стороны входа запыленного потока на корпусе имеется фланец 5 с наклеенной резиновой прокладкой 6. Корпус фильтра изготавливается из фанеры, пластмасс, металла.

Известно много конструкций посадочного фильтра коробчатого типа с насадкой из стекловолокна, шлаковаты и других волокнистых материалов. Толщина насадки 100 мм при плотности набивки 100кг/м3 и скорости фильтрации 0,1 - 0,3 м/с. Аэродинамическое сопротивление таких фильтров составляет 450 - 900 Па. Коробчатые, или кассетные, фильтры используются обычно для очистки вентиляционных газов при низких температурах (30-40 °С) и небольшой начальной запыленности порядка 0,1 г/м3.

Электрофильтры применяются для очистки запыленных газов от наиболее мелких частиц пылей, туманов размером до 0,01 мкм. Промышленные электрофильтры делятся на две группы: одноступенчатые (однозонные), в которых одновременно происходит ионизация и очистка воздуха, и двухступенчатые (двухзонные), в которых ионизация и очистка воздуха проводятся в разных частях аппарата.

По конструкции электрофильтры делятся на пластинчатые и трубчатые, горизонтальные и вертикальные, двупольные и многопольные, одно- и многосекционные, сухие и мокрые.

На рис. 13 представлены схемы трубчатого (а) и пластинчатого (б) электрофильтров.

Рис. 13. Схемы электрофильтров

В корпусе 1 трубчатого электрофильтра расположены осадительные электроды 2 высотой 3 - 6 м, выполненные из труб диаметром 150 - 300 мм. По оси труб натянуты коронирующие электроды 3 диаметром 1,5-2 мм, которые закреплены между рамами 4. Верхняя рама 4 соединена с опорно-проходным изолятором 5. Имеется распределительная решетка 6.

В пластинчатом электрофильтре (рис. 13, б) коронирующие электроды 3 натянуты между параллельными поверхностями осадительных электродов 2. Расстояния составляют 250 - 350 мм. Двумя крайними электродами служат, стенки металлического корпуса. Если напряжение электрического поля между электродами превышает критическое, которое при атмосферном давлении и температуре 15 °С равно 15 кВ/см, то молекулы воздуха, находящегося в аппарате, ионизируются и приобретают положительные и отрицательные заряды. Ионы движутся к противоположно заряженному электроду, встречают на своем пути частицы пыли, передают им свой заряд, а те в свою очередь направляются к электроду. Достигнув его, частицы пыли образуют слой, который удаляют с поверхности электрода при помощи удара, вибрации, отмывки и т. д.

Постоянный электрический ток высокого напряжения (50 - 100 кВ) в электрофильтр подают на коронирующий (обычно отрицательный) и осадительный электроды. Электрофильтры обеспечивают высокую степень очистки. При скоростях газа в трубчатых электрофильтрах от 0,7 до 1,5 м/с, а в пластинчатых от 0,5 до 1,0 м/с можно достичь степени очистки газа, близкой к 100 %. Эти фильтры обладают высокой пропускной способностью. Недостатками электрофильтров являются их высокая стоимость и сложность в эксплуатации.

Ультразвуковые аппараты используются для повышения эффективности работы циклонов или рукавных фильтров. Ультразвук со строго определенной частотой приводит к коагуляции и укрупнению частиц пыли. Наиболее распространенными источниками ультразвука являются разного типа сирены. Относительно хороший эффект ультразвуковые пылеуловители дают при высокой концентрации пыли в очищаемом газе. Чтобы увеличить эффективность работы аппарата, в него подают воду. Ультразвуковые установки в комплексе с циклоном применяют для улавливания сажи, тумана различных кислот.

Абсорбция - это процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями - абсорбентами. Различают физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции молекулы поглощаемого вещества (абсорбтива) не вступают с молекулами абсорбента в химическую реакцию. При этом над раствором существует определенное равновесное давление компонента. Процесс абсорбции проходит до тех пор, пока парциальное давление целевого компонента в газовой фазе выше равновесного давления над раствором.

При химической абсорбции молекулы абсорбтива вступают в химическое взаимодействие с активными компонентами абсорбента, образуя новое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно полное его извлечение из газовой среды.

Процесс абсорбции является избирательным и обратимым.

Избирательность -это поглощение конкретного целевого компонента (абсорбтива) из смеси при помощи абсорбента определенного типа. Процесс является обратимым, так как поглощенное вещество может быть снова извлечено из абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова может быть использован в процессе.

На рис. 14 показана принципиальная схема абсорбционной установки для улавливания целевого компонента из газовой смеси.

Рис. 14. Принципиальная схема абсорбционно-десорбционного процесса

Газовая смесь поступает в абсорбер 1, где контактирует с охлажденным абсорбентом, который избирательно поглощает извлекаемый компонент (абсорбтив). Газ, очищенный от компонента, удаляется, а раствор лообменник 4, нагревается в нем и подается насосом 5 в десорбер 3, где из него извлекается поглощенный компонент путем нагревания поглотителя водяным паром. Освобожденный от целевого компонента поглотитель насосом 6 направляется сначала в теплообменник 4, где охлаждается, отдавая тепло насыщенному абсорбенту, затем через холодильник 2 он снова поступает на орошение абсорбера.

Применяемые абсорбенты должны хорошо растворять извлекаемый газ, иметь минимальное давление паров, чтобы возможно меньше загрязнять очищаемый газ парами поглотителя, быть дешевым, не вызывать коррозию аппаратуры.

Для очистки газов от диоксида углерода в качестве абсорбентов используются вода, растворы этаноламинов, метанол.

Очистка от сероводорода осуществляется растворами этаноламинов, водными растворами Nа2С03, К2С03, NН3 (с последующим окислением поглощенного Н2S кислородом воздуха с получением элементарной серы).

Для очистки газов от диоксида серы используются аммиачные методы, известковый метод, марганцевый метод.

Для удаления оксида углерода его абсорбируют медно-аммиачными растворами.

Процесс абсорбции протекает на поверхности раздела фаз, поэтому абсорбер должен иметь возможно более развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно разделить на поверхностные, насадочные и барботажные. Поверхностные абсорберы малопроизводительны и используются для поглощения только хорошо растворимых газов. Наиболее распространенными универсальными видами являются насадочные абсорберы. Они имеют более развитую поверхность соприкосновения, просты по устройству, надежны. Их широко применяют для очистки газов от оксидов азота, S02, С02, СО, С12 и некоторых других веществ.

Более компактными, но и более сложными по устройству являются барботажные абсорберы, в которых газ барботируется через слой абсорбента, размещенного в колонне на тарелках.

Еще более совершенными являются пенные абсорберы. В этих аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между абсорбентом и газом, а следовательно, и высокую эффективность очистки.

В общем случае в качестве абсорберов могут использоваться любые массообменные аппараты, применяющиеся в химической промышленности.

Адсорбция - основана на избирательном извлечении примесей из газа при помощи адсорбентов - твердых веществ с развитой поверхностью. Адсорбенты должны обладать высокой поглотительной способностью, избирательностью, термической и механической стойкостью, низким сопротивлением потоку газа, легкой отдачей адсорбированного вещества. В качестве адсорбентов применяют в основном активные угли, силикагели, синтетические и природные цеолиты.

Активные угли представляют собой зернистые или порошкообразные углеродные адсорбенты, изготовленные по специальной технологии из каменного угля, торфа, полимеров, косточек кокосовых орехов, древесины и другого сырья. Для очистки газовоздушных выбросов используют газовые и рекуперационные угли.

Газовые угли применяют для улавливания относительно плохо сорбирующихся веществ с небольшой концентрацией. Если же концентрация целевого компонента в газовом потоке значительна, то в этом случае необходимо использовать рекуперационные угли.

Силикагели являются минеральными адсорбентами с регулярной структурой пор. Они производятся двух типов: кусковые (зерна неправильной формы) и гранулированные (зерна сферической или овальной формы). Силикагели представляют собой твердые стекловидные или матовые зерна размером 0,2 - 7,0 мм, насыпной плотностью 400 - 900 кг/м3. Силикагели используют в основном для осушки воздуха, газов и поглощения паров полярных веществ, например метанола.

Близкими по свойствам к силикагелям являются алюмогели (активный оксид алюминия), которые выпускаются промышленностью в виде гранул цилиндрической формы (диаметром 2,5-5,0мми высотой 3,0-7,0 мм) и в виде шариков (со средним диаметром 3-4 мм).

Цеолиты (молекулярные сита) - это синтетические алюмосиликатные кристаллические вещества, обладающие большой поглотительной способностью и высокой избирательностью даже при весьма низком содержании определенного вещества (адсорбтива) в газе.

По происхождению цеолиты подразделяются на природные и синтетические. К природным цеолитам относятся такие минералы, как клинопти-лолит, морденит, эрионит, шабазит и др. Синтетические цеолиты характеризуются практически идеально однородной микропористой структурой и способностью избирательно адсорбировать молекулы малых размеров при низких концентрациях адсорбируемого компонента.

Адсорбцию осуществляют в основном в адсорберах периодического действия. Очищаемый газ проходит сверху вниз через слой адсорбента. Процесс поглощения адсорбтива начинается с верхнего слоя сорбента, затем фронт поглощения постепенно передвигается вниз, захватывая все его слои, и после исчерпания поглотительной способности всех слоев наступает «проскок» поглощаемого компонента, показывающий, что аппарат должен быть переключен на процесс десорбции.

Десорбцию ведут обычно острым паром, подаваемым снизу, который выносит из сорбента поглощенный им продукт (адсорбат) и поступает в холодильник-конденсатор, где продукт отделяется от воды.

Адсорберы периодического действия отличаются простотой и надежностью. Недостатками их является периодичность процесса, низкая производительность и относительно небольшая эффективность.

Непрерывные процессы адсорбционной очистки газов осуществляются в кипящем слое адсорбента.

На рис. 15 показана принципиальная схема адсорбционной очистки газов с циркулирующим псевдоожиженным адсорбентом.

Рис. 15. Принципиальная схема адсорбционной очистки газов с циркулирующим псевдоожиженным адсорбентом

Подлежащий очистке газ подается в адсорбер 1 с такой скоростью, чтобы в нем образовывался и поддерживался кипящий слой адсорбента 3, в котором поглощаются целевые компоненты. Какая-то часть адсорбента постоянно опускается в десорбер 2 для регенерации, которая осуществляется вытесняющим веществом, подаваемым в нижнюю часть десорбера. В десорбере также поддерживается кипящий слой адсорбента, из него извлекается адсорбат и выводится из системы. Регенерированный адсорбент снова возвращается в адсорбер 1.

Адсорберы с кипящим слоем сложны по устройству, требуют точного регулирования процесса.

В настоящее время существует большое количество различных методов очистки воздуха от различных вредных загрязнений. К основным способам относятся:

• o Абсорбционный метод.
• o Адсорбционный метод.
• o Термическое дожигание.
• o Термокаталитические методы.
• o Озонные методы.
• o Плазмохимические методы.
• o Плазмокаталитический метод.
• o Фотокаталитический метод.

Абсорбционный метод. Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать:

• o получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
• o получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция);
• o других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).

Адсорбционный метод. Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.

Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

• o После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей.
• o После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.
• o После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Термическое дожигание. Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО 2 и Н 2 О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 °C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).

Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO 2 и др.

Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

Термокаталитические методы. Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 мІ/г.

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества - от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

Современные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.

1. Стационарный метод. Приемлемые для практики скорости химических реакций достигаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при температуре 200-600 °C. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/мі) и различных каталитических ядов (As, Cl 2 и др.), газы обычно имеют значительно более низкую температуру.

Подогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих в очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

При определенных условиях, когда концентрация горючих примесей в отходящих газах превышает 4-5 г/мі, осуществление процесса по схеме с теплообменником позволяет обойтись без дополнительных затрат.

Такие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании совершенных систем автоматического управления процессом.

Эти трудности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном режиме.

2. Нестационарный метод (реверс-процесс). Реверс-процесс предусматривает периодическое изменение направлений фильтрации газовой смеси в слое катализатора с помощью специальных клапанов. Процесс протекает следующим образом. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. После этого в аппарат подают очищенный газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается, и в слое катализатора начинает с заметной скоростью идти каталитическая реакция. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакции выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т.е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удержать тепловую волну в пределах слоя как угодно долго.

Преимущество этого метода в устойчивости работы при колебаниях концентраций горючих смесей и отсутствие теплообменников.

Основным направлением развития термокаталитических методов является создание дешевых катализаторов, эффективно работающих при низких температурах и устойчивых к различным ядам, а также разработка энергосберегающих технологических процессов с малыми капитальными затратами на оборудование. Наиболее массовое применение термокаталитические методы находят при очистке газов от оксидов азота, обезвреживании и утилизации разнообразных сернистых соединений, обезвреживания органических соединений и СО.

Для концентраций ниже 1 г/мі и больших объемов очищаемых газов использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат, а также большого количества катализатора.

Озонные методы. Озонные методы применяют для обезвреживания дымовых газов от SO 2 (NOx) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий. Введение озона ускоряет реакции окисление NO до NO 2 и SO 2 до SO 3 . После образования NO 2 и SO 3 в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония). Время контакта газа с озоном, необходимое для очистки от SO 2 (80-90 %) и NO x (70-80 %)составляет 0,4-0,9 сек. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4-4,5 % от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.

Применение озона для дезодорации газовых выбросов основано на окислительном разложении дурно пахнущих веществ. В одной группе методов озон вводят непосредственно в очищаемые газы, в другой газы промывают предварительно озонированной водой. Применяют также последующее пропускание озонированного газа через слой активированного угля или подачу его на катализатор. При вводе озона и последующем пропускании газа через катализатор температура превращения таких веществ как амины, ацетальдегид, сероводород и др. понижается до 60-80 °C. В качестве катализатора используют как Pt/Al2O3, так и оксиды меди, кобальта, железа на носителе. Основное применение озонные методы дезодорации находят при очистке газов, которые выделяются при переработке сырья животного происхождения на мясо- (жиро-)комбинатах и в быту.

Плазмохимический метод. Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.

Недостатком данного метода являются:

• o недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлемых энергиях разряда;
• o наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически;
• o существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

Плазмокаталитический метод. Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода - плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая - это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO 2 и H 2 O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 °C), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/мі.).

Недостатками данного метода являются:

• o большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/мі,
• o при больших концентрациях вредных веществ (свыше 1 г/мі) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом

Фотокаталитический метод. Сейчас широко изучается и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе TiO 2 , которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японской фирмы "Daikin", использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.

Защита атмосферы. На XIX специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН в июне 1997 года было принято одно из основных направлений природоохранной деятельности национальных правительств в рамках программы. Это направление заключается в поддержании чистоты атмосферного воздуха планеты. Для защиты атмосферы необходимы административные и технические меры, направленные на уменьшение возрастающего загрязнения атмосферы. Защита атмосферы не может быть успешной при односторонних и половинчатых мерах, направленных против конкретных источников загрязнения. Необходимо определить причины загрязнения, проанализировать вклад отдельных источников в общее загрязнение и выявить возможности ограничить эти выбросы.

Так в целях защиты окружающей среды в декабре 1997 года был принят Киотский протокол, направленный на регулирование выбросов в атмосферу парниковых газов. В РФ на сохранение и улучшение качества атмосферного воздуха направлен закон "Об охране атмосферного воздуха". Этот закон должен регулировать отношения в области охраны атмосферного воздуха, чтобы улучшить состояние атмосферного воздуха и обеспечить благоприятную среду для обитания человека, предотвратить химическое и т. п. воздействие на атмосферный воздух и обеспечить рациональное использование воздуха в промышленности.