WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 23 |

При этом происходит разгон газа от входной скорости в 15–20 м/с до скорости 30–200 м/с в узком сечении сопла. Для эффективной очистки очень важна равномерность распределения капель воды по сечению сопла. В расширяющейся части сопла поток тормозится до скорости 15–20 м/с и подается в каплеуловитель 3 – прямоточный циклон. Расход воды: 0,1–6 л/м3. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки (до 99,9%) от аэрозолей со средним размером частиц 1–2 мкм при их начальной концентрации до 100 г/м3. Производительность скрубберов Вентури – до 80 000 м3/ч.

Форсуночные и центробежные скрубберы эффективно улавливают частицы размером более 10–20 мкм. В них газовый поток направляется под углом на зеркало воды, выступающей над поверхностью шлама (рис. 4.3а). Крупные частицы оседают в воде, а мелкая пыль с газовым потоком поднимается вверх навстречу дождевому потоку, создаваемому форсунками 2а или пленке воды, подаваемой через сопла в центробежном скруббере.

Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3–6 л/м3, скорость движения потока газа – 0,7–1,5 м/с, эффективность очистки доменного газа – 60–70%. В центробежных скруб берах при запыленности газа пылью до 20 г/м3 удельный расход воды составляет 0,09–0,18 л/м3, эффективность очистки при скорости газа 15–20 м/с – от 80 до 98%.

Выход Выход газа газа Выход газа 1 а 3 2 Вода а 2 Ввод б 1 воды 4 2 б 2 Вход газа Вход Слив Вход газа газа воды газа Вода Отработанный раствор Шлам Шлам а б в 4.3. Форсуночный скруббер (а), барботажно-пенный пылеуловитель (б), орошаемая противопроточная насадочная башня (в):

1 – корпус; 2а – форсунки; 2б – решетка; 3 – брызгоуловитель;

4 – вода; 5 – пена; 6 – насадка Барботажно-пенные пылеуловители (рис. 4.3б). В них газ на очистку поступает под горизонтальную решетку 2б, затем проходит через отверстия в решетке и слой жидкости 4 и пены 5. При скорости газа до 1 м/с наблюдается барботажный режим очистки.

При росте скорости до 2–2,5 м/с возникает пенный слой над жидкостью. Это приводит к повышению эффективности очистки, но также растет унос брызг из аппарата. Эффективность очистки газа от мелкой пыли достигает 95–96% при удельном расходе воды 0,4-0,5 л/м3.

Туманоуловители. Их используют для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей. Туманы улавливают волокнистыми фильтрами, на поверхности пор которых осаждаются капли и затем жидкость стекает под действием сил тяготения. В качестве материала применяется стекловолокно с диаметром волокон от 7 до 30 мкм или полимерные волокна (лав сан, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. В низкоскоростных туманоуловителях, со скоростью движения газа менее 0,15 м/с, преобладает механизм диффузионного осаждения капель, а в высокоскоростных (2–2,5 м/с) действуют инерционные силы.

Для низкоскоростного туманоуловителя используют трубчатые фильтрующие элементы. Их формируют (набирают) из волокнистых материалов в зазоре шириной 5–15 см между двумя сетчатыми цилиндрами, диаметры которых отличаются на 10–30 см.

Эти элементы, в отличие от рукавных фильтров, с одного конца крепятся вертикально к отверстиям верхней перегородки цилиндрического аппарата, а нижние концы через трубчатые гидрозатворы погружаются в стаканы с конденсированной жидкостью. Туман, проходя с наружной стороны цилиндра во внутреннюю полость, задерживает капли. Образующаяся из них жидкость стекает в стакан. Эффективность очистки частиц размером менее 3 мкм 99,9%.

Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки в 90–98%. Для очистки воздуха ванн хромирования от тумана и брызг хромовой и серной кислоты с температурой до 90 оС разработана конструкция фильтра с волокнами из полипропилена: ФВГ-Т. Его производительность 3 500–80 000 м3/ч, эффективность очистки – 96–99%.

4.2.3. Очистка воздуха от газо- и парообразных загрязнений Основные виды загрязнений воздуха приведены в таблице 4.1. Наиболее частые и вредные примеси: оксид углерода CO, диоксид серы SO2, оксиды азота NOх, пары серной кислоты.

Методы очистки воздуха от паро- и газообразных загрязнителей по виду используемых физико-химических процессов делят на пять групп: 1) абсорбционные, 2) адсорбционные, 3) хемосорбционные, 4) термической нейтрализации, 5) каталитического окисления.

Метод абсорбции. Его сущность – поглощение компонентов газовых смесей в объеме жидкого поглотителя (абсорбента). Эффективность абсорбции зависит от растворимости абсорбируемого компонента в абсорбенте, площади поверхности раздела, скорости процессов диффузии, смешения.

К абсорбентам предъявляются следующие основные требования:

хорошая растворимость парогазовых примесей, которая определяет емкость абсорбента;

о повышенная температура кипения (выше 150 С), что уменьшает потери абсорбента;

низкая вязкость, которая увеличивает скорость массо- и теплопередачи, перекачивания;

избирательность при разделении газовых смесей;

термохимическая устойчивость, что важно в циклических абсорбционных процессах.

Вода как абсорбент применяется тогда, когда растворимость загрязняющего компонента в ней составляет сотни граммов в 1 л воды. Это примеси аммиака, хлористого и фтористого водорода и др. Для улавливания паров воды используют концентрированную серную кислоту, углеводородов – вязкие масла, метана – жидкий азот и т.п.

Аппаратура метода абсорбции аналогична той, которая применяется для мокрой очистки воздуха от пыли: скрубберы Вентури (рис. 4.2), форсуночные скрубберы (рис. 4.3а), барботажнопенные аппараты (рис. 4.3б), а также противопоточные насадочные башни. В последних (рис. 4.3в) загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный выходит из нее через верхнюю часть, куда подается и разбрызгивается абсорбент. Очистка происходит при контакте газа с каплями или с пленками абсорбента, когда он растекается по насадке. Образующийся загрязненный раствор стекает на дно башни и выводится из нее. Далее этот раствор в разомкнутом процессе отправляют в отходы, в циркуляционном процессе регенерируют десорбцией и снова возвращают для абсорбции.



Насадка позволяет значительно увеличить поверхность контакта газа и жидкости. В качестве насадки используют химически инертные тела различной геометрической формы: кольца Рашига, Палля, седла Берля, «Инталокса», розетки Теллера. Материал насадок: керамика, фарфор, пластмассы, металлы. Вместо насадок широко применяют колпачковые тарелки, иногда – перфорированные (дырчатые) пластины-перегодки с множеством мелких отверстий диаметром около 6 мм.

Метод хемосорбции. Он основан на химическом превращении поглощаемых паров и газов в другие, обычно мало летучие или малорастворимые соединения. Например, сероводород можно поглощать щелочным раствором оксисульфомышьяковой соли (реакция А) с последующей регенерацией ее из образующегося продукта реакции окислением кислородом (реакция Б):

А. Na4As2S5O2 + H2S = Na4As2S6O + H2O, Б. Na4As2S6O + 1/2O2 = Na4As2S5O2 + S2.

В качестве побочного компонента образуется сера – ценное сырье.

Для поглощения оксидов углерода СО2, серы SO2, азота NOx широко используют водные щелочные растворы извести, соды, аммиака.

Аппаратура метода хемосорбции такая же, какая применяется в методе абсорбции. Так, газы травильных ванн, содержащие оксиды азота, пары серной, хлоро- и фторводородной кислот, направляются в форсуночный скруббер, где они нейтрализуются раствором извести. Очищенный газ проходит через центробежный каплеуловитель и выбрасывается наружу. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 17–86%, от паров кислот – 95%.

Также используются башни с подвижной насадкой. Они обеспечивают высокую эффективность очистки.

Методы абсорбции и хемосорбции называют мокрыми. Их недостатки:

– понижение температуры выбрасываемых газов, что снижает эффективность их рассеяния;

– образуется большое количество отходов, возникают проблемы их утилизации. Это осложняет и удорожает очистку загрязненных газов.

Метод адсорбции основан на способности поверхности твердых адсорбентов (поглотителей) избирательно поглощать и концентрировать отдельные компоненты газопаровой смеси. Адсорбция может быть физической, промежуточной (активированной) и химической. Достоинство физической адсорбции – обратимость процесса. Это позволяет относительно просто проводить регенерацию адсорбента, обычно методом нагрева при повышенной температуре, так как физическая адсорбция сильно снижается с увеличением температуры. Процесс химической адсорбции, как правило, необратим, и регенерировать адсорбент не удается.

В качестве адсорбентов используют мелкодисперсные порошки активированного угля, оксида алюминия, глинозема, силикагеля, цеолитов и т. п. Основным параметром при выборе адсорбента является его адсорбционная способность, т.е. количество вещества, поглощаемое единицей массы адсорбента или площади его поверхности.

Конструктивно адсорберы представляют вертикальные, горизонтальные или кольцевые емкости, заполненные пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. В адсорберах периодического действия адсорбент неподвижен, он периодически регенерируется. Эти адсорберы просты, но представляют большое сопротивление газовому потоку и поэтому требуют больших энергетических затрат. В непрерывных адсорберах адсорбент постоянно движется под действием сил тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха. Это позволяет полнее использовать поглощающую способность сорбента, упростить эксплуатацию оборудования. Их недостаток – большие потери сорбента, он истирается.

Термическая нейтрализация. Метод основан на способности горючих токсичных газов и паров окисляться кислородом при высокой температуре до менее токсичных продуктов. Достоинства метода: отсутствие шламов и необходимости их переработки, небольшие габариты установок и простота их обслуживания, высокая эффективность обезвреживания при низкой стоимости очистки.

Однако нельзя сжигать газы, содержащие, например, галогены, серу, фосфор, так как продукты их окисления более токсичны, чем очищаемый выброс.

Различают три способа термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени; термическое и каталитическое окисление.

о Прямое сжигание ведут при температуре 600–800 С. Это экономически выгодно, когда при сжигании очищаемые газы обеспечивают не менее 50% общей теплоты сгорания. Примеры: сжигание в факеле горелки углеводородов, содержащих токсичные газы (например, HCN); дожигание органических газовых загрязнений лакокрасочных цехов в камере при горении природного газа. В последнем случае время пребывания газа в камере должно быть не менее 0,5–0,7 с; эффективность очистки – 90–99%. Недостаток дан ного способа – образование оксидов азота при избытке воздуха и высокой температуре пламени (до 1300 оС).

Термическое окисление применяют тогда, когда газовые выбросы имеют высокую температуру, а также дефицит кислорода или когда концентрация горючих примесей низка и не обеспечивает теплоту, необходимую для поддержания пламени. При этом время пребывания газа в камере должно составлять 0,3–0,8 с, газ должен хорошо перемешиваться с кислородом воздуха за счет турбулентного движения, температура при окислении углеводородов должна быть 500–760 оС, оксида углерода – 680–800 оС. Достоинство способа – относительно низкая температура очистки, что позволяет избежать образования оксидов азота.





Каталитическое окисление. Этот способ отличается от термического, во-первых, более низкой температурой процесса о окисления, 300–400 С, во-вторых, высокой скоростью его протекания, доли секунды, что позволяет значительно уменьшить размеры реактора. Катализаторами могут быть платиновые металлы, оксиды меди, марганца и др. Платиновые металлы, обычно в количестве сотых долей процента от массы катализатора, наносятся на поверхность спиралей, пластин, шариков, изготовленных из нихрома, никеля, оксида алюминия.

Об активности катализатора судят по объемной скорости каталитического процесса w (ч–1), которая представляет отношение объема газа Vg (м3/ч), очищаемого в единицу времени, к объему Vkat (м3), занимаемому катализатором: w = Vg / Vkat. Обычно эффективность очистки в 85–95% достигается при объемной скорости газового потока от 2000 до 60 000 ч–1. Каталитическая активность окисления углеводородов возрастает в следующем ряду: ароматические углеводороды < парафины разветвленного строения < парафины линейного строения < олефины < ацетиленовые углеводороды.

Пример. Катализатор – нихромовая проволока диаметром 0,4–0,5 мм, свитая в спираль диаметром 4–5 мм, с нанесенной пленкой платины и палладия. При температуре 350–450 оС и объемной скорости 30–60 тыс. ч–1 он позволяет практически полностью окислять примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальальдегида, метилового, этилового, пропилового и других спиртов, ацетона, бензола, толуола, ксилола и т.п.

На рисунке 4.4а приведена схема каталитического реактора для окисления толуола. Воздух, содержащий толуол, сначала по догревается горячими, отходящими газами в рекуператоре 5. Затем он поступает в камеру 3, где подогревается пламенем горелки до о 250–350 С. Эта температура оптимальна для каталитического окисления толуола на поверхности катализатора 1 в камере 4. В качестве катализатора используется природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2–5 мм, активированных азотнокислым палладием. При каталитическом окислении толуола кислородом воздуха образуются СО2 и водяные пары. Перед выбросом в атмосферу горячая парогазовая смесь охлаждается в теплообменнике-рекуператоре 5, через который проходит поток входящего в аппарат очищаемого газа.

1 а б Природный Выход Вход Выход газ газа газа газа Воздух 2 3 4 1 Вход газа а б Рис. 4.4. Схемы каталитических реактора (а) и нейтрализатора (б):

1 – катализатор; 2 – горелка; 3 – подогреватель;

4 – контактная камера; 5 – рекуператор Эффективность очистки составляет 95–98% при объемной скорости процесса 8–10 тыс. ч–1. Расход природного газа – 3,5–4 мна 1000 м3 очищаемого воздуха.

Выбор метода очистки газа зависит от следующих факторов: природы и концентрации загрязнителей, требуемой степени очистки, фонового загрязнения окружающей атмосферы, объемов очищаемых газов и их температуры, требуемых финансовых и технических затрат, наличия необходимого оборудования, сорбента, катализатора, природного газа и т.п., возможности утилизации продуктов улавливания и потребности в них.

4.2.4. Очистка выбросов автотранспорта Автотранспорт является главным загрязнителем городской атмосферы, в больших городах – на 60–90%. Автомобильные выхлопные газы – это смесь многих веществ (до 200). Их примерный состав (объемные проценты): газы воздуха – азота около 75% и кислорода 5–15%; газы от сгорания топлива: диоксида углерода CO2 – 5–10%, воды – 1–5%, водорода – 0–5%, загрязняющих и токсичных веществ – 1–15%. Основными компонентами смеси вредных веществ являются: оксид углерода СО – 30–70%, углеводороды – 2–20%, оксиды азота – 1–9%. Они также содержат альдегиды, сажу (дизельные двигатели), соединения свинца, бензпирен и др.

Доля несгоревших углеводородов и особенно СО резко возрастает (в 10–15 раз) при малых оборотах двигателя во время разгона, торможения, при остановках у светофора, в заторах и т.п.

Мероприятия по снижению выбросов автотранспорта делят на следующие три группы.

1. Градостроительные мероприятия: а) строительство автомагистралей в обход городов и населенных пунктов; б) изоляция зданий от дорог, тротуаров многорядными посадками кустов и деревьев; в) размещение жилых и особенно детских учреждений в глубине кварталов, подальше от дорог; г) сооружений транспортных развязок на разных уровнях, магистралей-дублеров.

2. Организация движения городского транспорта: а) ограничение проезда грузовых машин по городу; б) организация оптимальной работы светофоров («зеленая волна») и транспортных развязок; в) оптимизация скорости движения машин (при 60 км/час – наименьшие загрязнения); г) расширение перевозок пассажиров электротранспортом.

3. Технические мероприятия: а) регулировка двигателей внутреннего сгорания, особенно состава смеси, поступающей в цилиндры; б) снижение, замена и полное исключение свинца в топливе; в) добавление в топливо присадок, снижающих содержание CO, альдегидов, сажи в выхлопных газах; г) замена бензина метанолом, сжатым и сжиженным газом, а еще лучше – водородом; д) нейтрализация (обезвреживание) выхлопных газов; е) фильтрация выхлопных газов дизелей от сажи; ж) замена обычных автомобилей электромобилями.

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 23 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.