Методы сепарации пыли из газового потока

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• основные физико-химические свойства пылей и методы их удаления из газового потока;

уметь

• проводить оценку эффективности работы газоочистных и пылеулавливающих установок;

владеть

• анализом санитарно-гигиенических и производственных требований к воздушной среде для выбора газоочистного аппарата.

Основные методы удаления пыли из газового потока, их краткая характеристика. Классификация пылеуловителей.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, транспорт, тепловые электростанции, животноводческие комплексы. Каждый из этих источников связан с выделением большого количества специфических, токсичных веществ, иногда не поддающихся сразу идентификации, хотя номенклатура многотоннажных загрязнений сравнительно мала. Например, предприятия горной металлургии выбрасывают газы, содержащие пыль, оксиды серы и металлов. На 1 т выплавленного чугуна выбрасывается 4,5 кг пыли, 2,7 кг S0₂, 0,1—0,5 кг Мп, а также соединения As, Р, Sb, Pb, Hg, редких металлов, смолистых веществ. Обогатительные фабрики выбрасывают пыль и диоксид серы. Мартеновские цеха выделяют большое количество пыли. На 1 т мартеновской стали выделяется 3000—4000 м³ газов с концентрацией пыли 0,5 г/м³, 60 кг СО и 3 кг S0₂. Из тонны пыли, поступающей в атмосферу при плавке медных руд, можно улавливать до 100 кг меди и немного меньше свинца и цинка. Как правило, выбросы металлургических предприятий характеризуются высокой температурой, достигающей 800 °C и более.

Предприятия химической и электронной промышленности выбрасывают содержащие пыль органические и неорганические вещества и газы СО, СО2, NH₃, NO_x, HF, НС1, SF₄, H₂S, S0₂, С₃Н₆0, CH3COOH, HN0₃, ДМФА.

Воздушные выбросы нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности содержат углеводороды, сероводород и дурнопахнущие газы. Заводы промышленности строительных материалов выбрасывают в воздух пыль, фториды, диоксиды серы и азота. Выхлопные газы автомобилей содержат примерно 200 веществ, в том числе канцерогены, углеводороды и тетраэтилсвинец. Тепловые электростанции выделяют в атмосферу газы, содержащие оксиды серы и азота, углеводороды, золу и металлы. С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, парои газообразные неорганические и органические вещества.

Отходящие газы промышленности — это двухфазные системы. Сплошная среда — газы, а дисперсная — твердые частицы или капельки жидкости. Такие аэродисперсные системы называют аэрозолями, которые разделяют на пыли, дымы и туманы. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм, дымы — от 0,1 до 5 мкм, а туманы состоят из капелек жидкости размером от 0,3 до 5 мкм и образуются в результате конденсации паров при распылении жидкости в газе.

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию технологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят различные очистные сооружения.

Рассмотрим классификацию методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов от различных примесей. Как и каждая классификация, данная является приближенной. Под очисткой газа понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих веществ, поступающих из промышленных источников.

Различают организованные и неорганизованные выбросы газов. Организованный выброс — это выброс газа, прошедшего очистку через воздуховоды предприятия, а неорганизованный выброс — это выброс в атмосферу газа, не прошедшего очистку через неплотности воздуховода.

Газообразные отходы очищают:

• 1) от пыли;
• 2) туманов и брызг;
• 3) газовых примесей;
• 4) парообразных примесей.

Рассмотрим основные методы очистки и применяемое оборудование.

Сухие методы очистки. Оборудование: пылеосадительные камеры, пылеуловители инерционные, динамические и вихревые; циклоны; фильтры волокнистые, тканевые, зернистые и механические.

Мокрые методы очистки. Оборудование: газопромыватели — полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционного действия, центробежные, механические и скоростные.

Электрические методы очистки. Оборудование: сухие и мокрые электрофильтры, фильтры, туманоуловители, сеточные брызгоуловители.

Абсорбционные методы очистки. Оборудование: абсорберы тарельчатые, насадочные, распыливающие.

Адсорбционные методы очистки. Оборудование: адсорберы с неподвижным, движущимся п псевдоожиженным слоем.

Термические методы очистки. Оборудование: печи, горелки.

Для обезвреживания аэрозолей (иылей, туманов) используют сухие, мокрые, и электрические методы. Аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. Например, в основе сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения и фильтрации. В мокрых пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на поверхности газовых пузырей, на капле или на пленке жидкости. В электрофильтрах отделение заряженных частиц происходит на осадительных электродах. Выбор метода и аппарата для улавливания пыли в первую очередь зависит от их дисперсионного состава (табл. 3.1).

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют методы абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции каталитические, термические, конденсации и компремирования.

Абсорбционные методы очистки подразделяются по следующим принципам:

1) по абсорбируемому компоненту;

Таблица 3.1

Применяемые аппараты и размеры улавливаемых частиц.

• 2) типу применяемого абсорбента;
• 3) характеру процесса — с циркуляцией и без циркуляции газа;
• 4) использованию абсорбента — с регенерацией и возвращением и возвращением его в технологический цикл и без регенерации;
• 5) использованию улавливаемых компонентов с регенерацией и без регенерации;
• 6) типу рекуперируемого продукта;
• 7) организации процесса — периодические и непрерывные;
• 8) конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции, как правило, применяют воду, органические растворители, не вступающее в реакцию с газом. При хемосорбции используют водные растворы солей, щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ. Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента; объема, температуры газа; содержания примесей; наличия хемосорбентов; возможности использования продуктов рекуперации; требуемой степени очистки. Выбор метода и аппарата проводят на основе результатов и требуемой степени очистки технико-экономических расчетов. Адсорбционные методы очистки используют для удаления газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении вредных примесей пористыми телами — адсорбентами. Процесс проводят в периодических и непрерывных адсорберах. Достоинство метода — высокая степень очистки, а недостаток — невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторные яды. Эти методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и органических примесей.

В основе метода конденсации лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Смесь паров растворителя с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике, а затем конденсируют.

Достоинством метода является простота аппаратурного оформления и эксплуатации рекуперационной установки. Однако проведение процесса очистки паровоздушных смесей сильно осложнено, так как в ряде случаев содержание паров летучих растворителей превышает нижний предел их взрываемости. К недостаткам метода относятся высокие расходы холодильного агента, электроэнергии и низкий процент конденсации паров (70—90%). Метод конденсации рентабелен лишь при содержании паров растворителя более 100 г/м, что существенно ограничивает область применения таких установок.

В основе метода компримирования лежат те же явления, что и в методе конденсации, но он более сложен в аппаратном оформлении, так как в схеме улавливания паров растворителя необходим компримирующий агрегат. Кроме того, в этом методе присутствуют все недостатки, присущие методу конденсации.

Термические методы (методы прямого сжигания) применяют для обезвреживания газов от легковоспламеняющихся или легковоспламеняемых токсичных и дурнопахнущих газов. Сжигание производят в топках печей или факельных установках. Преимуществом является простота аппаратуры, универсальность использования. Недостаток — дополнительный расход топлива при сжигании низкоконцентрированных газов, а также необходимость дополнительной адсорбционной или абсорбционной очистки газов после сжигания. К сожалению, необходимо отметить, что сложный химический состав выбросов, а также высокие концентрации токсичных компонентов заранее предопределяют многоступенчатые схемы очистки, представляющие комбинацию различных методов, которая должна быть представлена определенной технологической схемой процесса очистки.