Способы и устройства для очистки газов.

План

1. Охрана окружающей среды от загрязнения отработанными газами.

2. Способы и устройства для очистки газов.

2.1 Теория центробежного осаждения частиц в аэроциклоне.

2.2 Мокрая очистка

2.3 Фильтрование

 

Общая характеристика процессов очистки. Охрана окружающей среды от

Загрязнения отработанными газами.

На предприятиях пищевой промышленности широко применяется очи­стка как воздуха, так и промышленных газов:

- воздух, поступающий для аэрации массы в бродильных и других биохимических производствах, должен быть очищен не только от механических примесей, но и от микроорганиз­мов, а в ряде случаев он должен быть стерилен, чтобы не инфицировать мик­робную массу;

- при аэрации зерна в процессе ращения солода воздух должен иметь определенные температуру и относительную влажность, обеспечиваю­щие оптимальные условия ращения солода и накопления в нем ферментов;

- воздух, выходящий из конвективных сушилок для сахара, молока и других продуктов, из пневмотранспортных установок для муки и зерна, а также воздух, исполь­зуемый для аспирации дробильных и мельничных установок, уносит с собой часть пылевидного продукта, который, загрязняя атмосферу рабочего поме­щения, создает неблагоприятные условия труда;

- особую опасность вызы­вает загрязнение воздуха в рабочем помещении сахарной и мучной пылью, способной при наличии открытого огня взрываться.

Поэтому для предотвращения потерь указанных продуктов и организа­ции надлежащих санитарно-гигиенических и безопасных условий работы производят очистку этого воздуха. И наконец, при организации вентиляции в производственных помещениях, особенно с вредными выделениями, осу­ществляют кондиционирование воздуха, благодаря чему в помещениях со­здаются нормальные условия труда.

Очистка промышленных газов от содержащихся в них примесей про­изводится для уменьшения загрязненности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов пли удаления из него вредных примесей.

При сжигании топлива в котельных установках заводов вместе с дымовы­ми газами выбрасываются в атмосферу многочисленные вещества, часть кото­рых представляет опасность для здоровья людей, окружающего животного и растительного мира. При сжигании твердых и жидких топлив вместе с дву­окисью углерода, парами воды и азотом в атмосферу выбрасываются окислы серы SО₂ и SO₃ окислы азота NО₂, зола, сажа и даже СО. При сжигании природного газа вредные примеси в основном представляются окислами азота и в меньшей степени сажей.

 

Из SО₂, SО₃ и водяных паров в атмосфере образуются сернистая и сер­ная кислоты, которые вместе с запыленностью являются одним из главных видов загрязнений атмосферы. Наличие в воздухе окислов серы концентра­цией более

2 г/л вызывает у людей воспаление слизистых оболочек, а при длительном воздействии - катар дыхательных путей, торможение роста растений и их гибель, отравление почвы, усиленную коррозию металлов и разрушение строительных конструкций. Наиболее токсичны окислы азота, которые вместе с другими вредными частицами, находящимися в воз­духе, могут образовать опасный для здоровья людей смог.

Кроме газов, выделяющихся при сжигании топлива, источниками за­грязнения атмосферы являются пыль и дым. Токсичность пыли зависит от состава золы сгоревшего топлива. Опасны частицы канцерогенных смол, которые либо находятся в топливе, либо образуются в результате несовер­шенства процесса сгорания.

Из многочисленных способов очистки воздуха и газов практический ин­терес представляют следующие: центробежное осаждение, мокрая очистка, фильтрование, осаждение в поле действия электрических сил.

Эффективность работы указанных устройств оценивается степенью очи­стки h (в %) воздуха или газов от примесей, которая определяется по формуле:

где с₁, и с₂ - концентрация взвешенных частиц в исходном и очищенном воз­

духе (газе), мг/м³.

 

Способы и устройства для очистки газов.

2.1 Центробежное осаждение.

Центробежное осаждение твердых частиц, содержащихся в газе, производится

в циклонах, работающих аналогичногидроциклонам.

Во вращающемся потоке газа на твердую частицу в циклоне действует цент­робежная сила, направляющая ее к перифе­рии от центра по радиусу со скоростью, рав­ной скорости осаждения w_ос (рис. VIII—1). При окружной скорости потока w_п, частица движется с результирующей скоростью w_р по траектории авс и оседает на внутренних стен­ках аппарата. Действующие при этом на час­тицу сила тяжести и подъемная сила незна­чительны, и ими можно пренебречь. Для определения продолжительности центробежного осаждения частиц определенных размеров сопоставляют центробежную силу G_ц и силу сопротивления R среды, действующие на частицу.

Для шарообразной частицы диаметром d_ч величина центробежной силы

 

а сила сопротивдения среды при ламинарном режиме осаждения по Стоксу

При условии, когда G_ц = R, получают

Время t (в с), необходимое для выделения из газового потока твердых частиц диаметром d_ч,

где r₁и r₂ – наружный радиус выходной трубы и внутренний радиус

цилиндрической части циклона, м

А при известном времени пребывания частицы в циклоне предельный размер выделяемых в циклоне частиц (в м):

Зная время пребывания t (в с) газа в циклоне, можно узнать рабочий объем цилиндрической части его (в м³/с).

V_ц = V_t,

где V — производительность циклона, м³/с.

Тогда высота цилиндрической части циклона (в м)

В корпусе 1 циклона НИИОгаз (рис. VIII-2, а) газ подается по каса­тельной со скоростью 20—25 м/с. При большей скорости значительно возрастает сопротивление и образуются в циклоне завихренные потоки, ухудшающие разделение смеси. В результате разделения очищен­ный газ отводится по патрубку 2, а твердые частицы поступают в сборник пыли 3. Поскольку при заданной окружной скорости ве­личина центробежной силы об­ратно пропорциональна радиусу вращения частицы, для эффектив­ного разделения целесообразней изготовлять циклоны небольшого диаметра (100—250 мм).

Батарейный циклон (рис. VIII-2, б) состоит из нескольких параллельно работающих цикло­нов малого диаметра, располо­женных в одном корпусе. Очи­щаемый газ по патрубку 4 вво­дится в пространство между пе­регородками 1 и 5 аппарата и распределяется по элементам 2, вмонтированным в перегородки. Огибая винтовую поверхность 3, газ, вращаясь, получает при этом определенную окужную скорость и разделяется: очищенный газ удаляется через патрубок 6, а осевшая пыль- через патрубок 7. Степень очистки достигает 95—96%.

 

2.2 Мокрая очистка.

Степень очистки воздуха в циклоне повышается до 96—99%, если внутренние стенки циклона смачивать водой. При этом ча­стицы пыли, отбрасываемые центробежной силой к стенкам циклона, смы­ваются водой и отводятся с ней из циклона.

Одним из эффективных центробежных аппаратов для мокрой очистки газа является скруббер Вентури (рис. VIII—3), работа которого основана на использовании динамического напора газа для распыления вводимой в него воды. При этом за счет высокой скорости газа (60—100 м/с) в суженном сечении воздуховода 1 вода тонко распыляется и, увлажняя частицы пыли,

поглощает их. Затем капли воды вместе с пылью выделяются из газового потока в цик­лонном сепараторе 2. Степень очистки возду­ха, с размерами частиц 0,5—1,5 мкм, при этом достигает 99%. Высокая степень очистки га­зов, содержащих до 300 г/м³ растворенных в воде веществ, достигается в пенном пылеуло­вителе

(рис. VIII-4), разработанном М. Е. Позиным. В данном аппарате проходящая

 

по решеткам 1 вода взаимодействует с барботирующим через нее газом и превращается в слой подвижной пены, что обеспечивает боль­шую поверхность контакта фаз, а следовательно, и высокую степень очистки газа от пыли.

Избыток пены и жидкости с каждой тарелки, перели­ваясь через сливной порог 2, проходит через гидравлический затвор 3 на последующую тарелку, а образующаяся при этом суспензия отводится через патрубок снизу. При скорости воздуха 2,5—3,0 м/с, высоте слоя пены 150—200 мм и наличии в аппарате не менее 2—3 тарелок степень очистки воздуха достигает 98—99%.

С увеличением скорости воздуха гидравлическое сопротивление пенного слоя снижается в связи с уменьшением плотности воздушно-водяной смеси.

Представляет значительный интерес очистка технологических и аспира-ционных выбросов в пылеуловителе (рис. VIII—5) с плавающим фильтрую­щим слоем, состоящим из слоя воды с полыми полиэтиленовыми шарами диа­метром 30-40 мм. Запыленный воздух из трубопровода 1 по рукавам 2, оги­бая отражатели 3, выходит в верхний слой воды с шарами, образующими по­вышенную поверхность контакта фаз и улучшающими степень очистки воз­духа.

 

2.3 Фильтрование.

Для фильтрования воздуха и газов широко применя­ют: фильтры тканевые (рукавные), масляные, металлокерамические, фильтры И. В. Петрянова и др.

Рукавный фильтр (рис. VIII—6) состоит из корпуса 1 и ряда тканевых мешков (рукавов) 2, нижние открытые концы которых закреплены на пат­рубках трубной решетки 6; верхней частью рукава подвешиваются к раме 3. Запыленный сухой воздух засасывается через рукава вентилятором или по­дается под небольшим напором. При этом пыль осаждается на внутренней поверхности их, а очищенный газ отводится через патрубок 5. Пыль с рука­вов периодически удаляется встряхиванием при помоши кулачкового механизма 4 и отводится через секторный затвор 7. В зависимости от температуры и агрессивности среды рукава изготовляют из хлопчатобумажной, шерстя­ной или синтетической ткани.

Масляный (висциновый) фильтр применяют для очистки воздуха, используемого затем, например, для аэрации массы в биохимических производствах. Фильтв состоит из кассет размером 500 ´500 мм и высотой 75 мм,

в которых между двумя сетками помещен слой стекловолокна или металли­ческих колец, смоченных высоковязким висциновым маслом (смесь машин­ного масла, глицерина и каустической соды). Кассеты образуют необходимую поверхность фильтрования.

Улавливаемая пыль прилипает к насадке, которую затем периодически промывают.

Для высокоэффективной очистки сухого воздуха от пыли с частицами размером меньше 1 мкм, а также для получения стерильного воздуха в по­следнее время применяют фильтры ФП, разработанные И.В. Петряновым.

В этих фильтрах в качестве фильт­ровального материала применяют ультратонкие полимерные волок­на, изготовленные на основе эфиров целлюлозы, волокон пер­хлорвинила и др. В них взвешен­ные частицы воздуха задержива­ются в слое благодаря непосред­ственному касанию с волокнами, действию силы тяжести, а также электростатических сил, когда фильтровальные волокна и частицы воздуха имеют определенные заря­ды. Эти фильтры применяют для очистки воздуха, содержащего не более 0,5 мг/м³ взвешенных частиц и 1 мг/м³ влаги, так как при боль­шей загрязненности и влажности воздуха значительно сокращается срок службы фильтра. Поэтому пе­ред фильтром ФП устанавливают фильтры для предварительной очист­ки воздуха.

Фильтровальный материал для ФП выпускают в виде полотен на тка­невой подкладке, придающей материалу механическую прочность. Такой материал с помощью рамок 1 укладывают в корпусе 2 (рис. VIII-7, а).

Хорошие результаты по очистке воздуха от микроорганизмов дают фильтры (рис. VIII -7, б) со слоем 1 из стекловолокна или базальтового волокна, уложенного на решетку 2, металлокерамические фильтры, фильт­ры с губчатым пенополиуретаном, неткаными материалами из синтетиче­ских волокон и др.

Нетканые фильтровальные материалы из антимикробных целлюлозных волокон, содержащих бактерицидный гексахлорофен, широко используют для получения стерильного воздуха. Такой материал с бактерицидной до­бавкой не требует стерилизации паром.

Из всех пористых фильтровальных материалов широкое применение получили материалы на основе пластмасс (полиэтилена, фторопласта и поливинилхлорида). изготовляемые как в виде патронов, так и в виде листов.

Для тонкой очистки воздуха используют синтетические мембраны с порами диаметром от 14 до 0.025 мкм.

При получении стерильного воздуха такие мембраны стерилизуют окисью этилена, а не паром.

Основными регулируемыми параметрами процессов очистки воздуха и газов являются качество получаемых продуктов и производительность уст­ройства.

Эти показатели зависят от удельной нагрузки устройства по исходной смеси, вида, срока службы и гидравлического сопротивления фильтро­вального материала.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: