Способы очистки атмосферного воздуха

- осевые, в корпусе которых  входящие и выходящие потоки  газа движутся вдоль его оси,  при этом они могут двигаться  в одном направлении (прямоточные)  или в противоположных (противоточные);

- с тангенциальным входом, при этом входящий газ движется  по касательной к окружности  поперечного сечения корпуса  аппарата и перпендикулярно к  оси корпуса;

- с винтовым входом, при  этом движение входящего потока  газа приобретает винтовой характер  с помощью тангенциального входного  патрубка и верхней крышки  с винтовой поверхностью;

- со спиральным входом, когда соединение выпускного  патрубка с корпусом аппарата  выполнено спиральным.

В общем случае частицы  пыли выделяются в циклоне под  действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе  аппарата. В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с. Эффективность их зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при  уменьшении этих показателей. Средняя  эффективность обеспыливания газов  в циклонах составляет 0,98 при размере  частиц пыли 30-40 мкм, 0,8 - при 10 мкм, 0,6 - при 4-5 мкм. Производительность циклонов лежит  в диапазоне от нескольких сот  до десятков тысяч кубических метров в час. Преимущество циклонов - простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки - затраты  энергии на вращение и большой  абразивный износ частей аппарата пылью.

Кроме циклонов, применяются  и другие типы сухих пылеуловителей, например ротационные, вихревые, радиальные. При общих принципах действия они различаются системами пылеулавливания  и способами подачи воздуха. К  наиболее эффективным следует отнести  ротационный пылеуловитель. Основной частью здесь является вентиляционное колесо 1, при работе которого частицы  пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенке кожуха 2 и, оседая на стенках, попадают в пылеприемник 3, а чистый воздух выходит через  патрубок 4. Благодаря активному  действию такие системы имеют  эффективность 0,95...0,97[8].

Мокрые пылеуловители. Особенностью этих систем очистки является высокая эффективность очистки от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы обеспечивают возможность очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Эти системы работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского движения. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и барботажного и других типов .

Наибольшее практическое применение находят скрубберы Вентури, (аппарат для промывки жидкостью  газов в целях извлечения из них  отдельных компонентов) которые  работают следующим образом. Через  патрубок 4 газ подается в устройство 2, которое называется соплом Вентури. Сопло Вентури имеет конфузор (сужение), в который через форсунки 1 подается вода на орошение. В этой части сопла скорость газа увеличивается, достигая максимума в самом узком  сечении (с 10...20 до 100...150 м/с).

Увеличение скорости способствует осаждению частиц пыли на каплях воды. В диффузорной части сопла  Вентури скорость потока мокрых газов  уменьшается до 10...20 м/с. Этот поток  подается в корпус 3, где под действием  сил гравитации происходит осаждение  загрязненных пылью капель. В верхнюю  часть корпуса выходит очищенный  газ, а в нижнюю попадает шлам. Эффективность  скрубберов Вентури 0,97...0,98. Расход воды составляет 0,4...0,6 л/м³.

Полый скруббер представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через  систему форсунок, число которых  может достигать 14...16 по сечению  колонны. В насадочном скруббере  используется система поперечного  орошения с наклонно установленной  насадкой. Эффективность таких систем достигает 0,9.

Среди систем мокрой пылеочистки  высокая эффективность отмечена в скрубберах ударно-инерционного действия.

В этих аппаратах контакт  газов с жидкостью осуществляется при ударе газового потока о поверхность  жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия  различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в  сепаратор жидкой фазы. Один из вариантов  такого скруббера состоит из цилиндрического  кожуха, сливного конического бункера, корпуса и выхлопной трубы  для вывода очищенного воздуха (газа).

Запыленный воздух поступает  через воздуховод в вертикальный стояк. Перед поворотом на 180°  воздух ударяется о поверхность  воды, вследствие чего сепарируются крупные частицы пыли. Далее воздух проходит через решетку с отверстиями. На нее же через трубу подается вода, излишки которой сливаются через трубу и частично через отверстия решетки. Между решеткой и уровнем образуется водяная пена, которая затем распространяется в объеме, заполненном короткими фарфоровыми цилиндрами. Мелкие частицы пыли последовательно улавливаются в пене, а затем в объеме[9].

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от пыли - электрическом. Следует отметить, что электрофильтры также используются и для очистки тумана. Основной принцип работы - ударная ионизация газа в неоднородном электрическом поле, которое создается в зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами.

Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4. Силовые  линии 3 направлены от осадительного электрода к коронирующему.

Загрязненные газы, попав  между электродами, способны проводить  электрический ток вследствие имеющейся  частичной ионизации. При увеличении напряжения электрического тока число  ионов растет, пока не наступит предельное насыщение, и все ионы не окажутся вовлеченными в движение от одного электрода к другому. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному  электроду, а положительно заряженные оседают на коронирующем электроде. Так как большинство частиц пыли получают отрицательный заряд, основная масса пыли осаждается на положительном  осадительном электроде, с которого пыль легко удаляется.

Эффективность очистки газов  электрофильтрами достигает 0,9-0,99, производительность их составляет до 1 млн. м³/ч.

Фильтры. Широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В фильтрах применяются перегородки различных типов:

1) в виде зернистых  слоев, например гравия (неподвижные  свободно насыпанные материалы);

2) гибкие пористые (ткани,  войлоки, губчатая резина, пенополиуретан);

3) полужесткие пористые (вязаные  сетки, прессованные спирали и  стружка);

4) жесткие пористые (пористая  керамика, пористые металлы).

Фильтры 1-го типа (из гравия) используются для очистки от пылей  механического происхождения (дробилок, грохота, мельниц); они дешевы, просты в эксплуатации, эффективность 0,99.

Фильтры 2-го типа широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки - малая термостойкость, низкая прочность.

Фильтры 3-го типа, изготавливаемые  из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов, могут работать в широком диапазоне частот до 1000 К, в агрессивных средах.

Фильтры 4-го типа, изготавливаемые  из пористой керамики и пористых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью; они технологичны, находят широкое применение для  очистки горючих газов и жидкостей, выбросов дыма, туманов, кислот, масел.

В промышленности наиболее употребительны тканевые рукавные фильтры. В корпусе фильтра устанавливается  необходимое число рукавов, на которые  подается загрязненный воздух, при  этом очищенный воздух выходит через  патрубок. Частицы загрязнений оседают  на фильтре. Насыщенные загрязненными  частицами рукава продувают и  встряхивают для удаления осажденных частиц пыли. Эффективность таких  фильтров достигает 0,99 для частиц размером более 0,5 мкм.

Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим их стеканием под действием гравитационных сил. В пространстве между двумя цилиндрами, изготовленными из сеток, размещается волокнистый фильтрующий материал. Жидкость, оседающая на фильтрующем материале, стекает через гидрозатвор в приемное устройство. Крепление к корпусу туманоуловителя осуществляется фланцами.

В качестве материала фильтрующего элемента используется войлок, лавсан, полипропилен и другие материалы  толщиной 5...15 см. Эффективность туманоуловителей для размеров частиц менее 3 мкм может  достигать 0,99.

Для улавливания кислотных  туманов применяются также сухие  электрофильтры.

В настоящее время в  целом по промышленности улавливается около 90 % пыли, образующейся на различных  стадиях производства, и только 10 % различных аэрозолей выбрасывается  в атмосферный воздух. Такого нельзя сказать о газо- и парообразных примесях вредных веществ, содержащихся в газовоздушных выбросах промышленного  производства. Несмотря на то, что эти  примеси представляют собой большую  опасность для окружающей среды, их улавливается или обезвреживается  только около 10 %, а более 90 % вредных  газов и паров поступает в  воздушный бассейн[10, 17].

2.6 Метод абсорбции и адсорбции.

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.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в ней поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов (из коксового газа) -- вязкие масла[14].

Установки, реализующие метод  абсорбции, называются абсорберами. В абсорберах жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения более высокого контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере насадка размещается в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадки используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемыми из металла, керамики, пластмассы и других материалов с максимальной коррозионной устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом осуществляется из разбрызгивателей. Загрязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подвергаясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции зависит  главным образом от температуры  и давления: чем выше давление и  ниже температура, тем выше скорость абсорбции. Все аппараты жидкостной абсорбции делятся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные абсорберы.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические. В качестве примера хемосорбции рассмотрим очистку газовой смеси от сероводорода мышьякощелочным методом.

При мышьякощелочном методе извлекаемый водород связывается  оксисульфомышьяковой солью, находящейся  в водном растворе.

Установки для хемосорбции  внешне напоминают используемые при  методе абсорбции. Оба эти метода называются мокрыми и в зависимости  от очищаемого компонента и применяемого растворителя или поглотителя их эффективность может достигать 0,75...0,92. Основной недостаток мокрых методов  в том, что при их реализации понижается температура газов, что уменьшает  их эффективность.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.

Конструктивно адсорберы  выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных  адсорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.