2.6. Разделение газовых систем (очистка газов)

Общие определения и назначение процесса. Под понятием разделения газовых неоднородных систем подразумевают вы­деление из аэрозолей частиц твердой и жидкой дисперсной фазы. Разделение аэрозольных систем преследует две основные цели: технологическую и защитную.

Под технологической целью понимают разделение аэрозоль­ных систем (воздуха и газов), когда последние входят в со­став компонентов, участвующих в проведении тех или иных тех­нологических процессов. Так, для сушки пищевых продуктов ча­сто в качестве сушильного агента используют воздух. Воздух используют также для аэрации массы в бродильных и многих биохимических производствах. Он необходим в аэрозольном и пневмотранспорте.

Во всех приведенных примерах поступающий для проведения технологических процессов воздух должен быть очищен от раз­личного рода механических примесей. В биохимических произ­водствах воздух очищают и от микроорганизмов, т. е. делают его стерильным. С другой стороны, воздух, выходящий из су­шильных установок (для сушки молока, сахара, бульонов, со­ков и других продуктов), содержит частицы этих продуктов. На­личие ценных пищевых компонентов имеет место в воздухе, выходящем из аэрозольных и пневмотранспортных устройств, мельничных и дробильных установок.

Выделение из воздуха, выходящего из подобного рода уста­новок и устройств, ценных компонентов – необходимое условие, повышающее выход продукта и экономичность всего производ­ства.

Когда говорят о защитной цели очистки аэрозолей, имеют в виду прежде всего защиту человека и окружающей среды от нежелательного воздействия на них различных примесей, содер­жащихся в воздухе или газах, выходящих из энергетических или технологических установок.

Способы очистки газа. В настоящее время различают следу­ющие основные способы разделения или очистки газовых си­стем: осаждение под действием силы тяжести; осаждение под действием центробежных сил; фильтрование; мокрая очистка; осаждение под действием электростатических сил.

Осаждение под действием силы тяжести применяют в том случае, когда дисперсная фаза аэрозолей имеет достаточно круп­ные и тяжелые частицы размером более 100 мкм. В газоочистителях газ многократно изменяет направление своего дви­жения. За счет инерции частицы в местах резкого изменения направления движения отделяются от основного потока газа и оседают вниз.

Для осаждения под действи­ем центробежных сил применяют циклоны (рис. 16), которые по своему принципу действия анало­гичны гидроциклонам. Аэрозоль подается в циклон со скоростью 20-25 м/с. Под действием цент­робежной силы частицы дисперс­ной фазы отбрасываются к стен­кам корпуса и опускаются в сбор­ник. Очищенный газ выходит на­ружу.

В промышленных условиях для более эффективной очистки газов используют не один циклон больших размеров, а батарею циклонов, которые часто называют мультициклонами.

Рис. 16. Схема циклона:

1 – корпус; 2 – выходная труба; 3 – входная труба;

4 – сборник частиц дисперсной фазы

Циклонная очистка газов применяется в тех случаях, когда надо выделять частицы, имеющие размер более 10 мкм. Степень разделения составляет 70-95 %.

Среди различных способов очистки газов фильтрованием наи­большее распространение получили те из них, в которых исполь­зуются рукавные фильтры (рис. 17). Аэрозоль через патрубок для входа попадает во внутренние полости рукавов, изготовленных из каких-либо фильтрующих тканей. Частицы твердых веществ оседают на поверхности ткани. За счет специального встряхивающего механизма и общей подвески рукава периоди­чески подвергаются механическому встряхиванию. Накопленный слой твердых частиц под воздействием этого сбрасывается вниз в сборный бункер, оснащенный специальным разгрузочным уст­ройством. Одновременно со встряхиванием в фильтровальную камеру подают воздух, который пронизывает фильтры с наруж­ной стороны и способствует освобождению их от осевших ча­стиц.

Воздух для обдува должен иметь температуру выше точки росы, иначе пары, содержащиеся в нем, начнут конденсироваться и увлажнять фильтры и частицы, осевшие на нем. В этом слу­чае будет происходить так называемое зависание фильтров.

Рукавные фильтры позволяют осуществлять очистку высо­кодисперсных аэрозольных систем (пылей), имеющих размер ча­стиц дисперсной фазы в порядке 10 мкм и менее. Степень очи­стки на них высокая и достигает 98-99 %.

Для получения стерильного воздуха, т. е. для удаления из него микроорганизмов, применяют различные полимерные нетканые фильтровальные материалы, содержащие бактерицид­ные вещества. Известны фильтры для очистки воздуха от микро­организмов и без применения бактерицидных веществ. Они представляют собой камеры, в которых устанавливаются рамы со стекловолокном, базальтовым волокном или губчатые пенопласты.

Рис. 17. Схема рукавного фильтра:

1 – патрубок для входа аэро­золя; 2 – корпус фильтровой камеры;

3 – матерчатый рукав; 4 – подвеска; 5 – патрубок для выхода очищенного газа; 6 – встряхивающий механизм; 7 – сборный бункер; 8 – разгрузоч­ный патрубок

Тонкодисперсные аэрозольные системы можно очищать также, используя мокрую очистку газов. Это по существу про­мывка газа водой или какой-либо другой жидкостью. Суть этой очистки заключается в том, что газ движется через слой жидко­сти или проходит через камеру, в которой распыливается вода (рис. 18).

Рис. 18. Схема установки для мокрой очистки газов:

1 – патрубок для входа аэрозоля; 2 – корпус ус­тановки;

3 – коллектор фор­сунок; 4 – патрубок для выхода очищенного газа;

5 – патрубок для выхода смеси воды и частиц дис­персной фазы

При подъеме аэрозоля в камере установки происходит сталкивание частиц его дисперсной фазы с капельками воды. Агломераты капелек воды и частиц оседают вниз. Уста­новки для мокрой очистки газов называют скрубберами. Сте­пень очистки газа в скрубберах зависит от размеров частиц. Если для частиц размером 5-30 мкм степень очистки состав­ляет 95-98 %, то для частиц 2-5 мкм эта величина снижается до 85-90 %.

Суть работы устройств для осаждения под действием элект­ростатических сил заключается в том, что фильтровальная камера имеет два электрода (рис. 19). Под действием электри­ческого поля происходит ионизация газа и частицы начинают двигаться к тому или другому электроду в зависимости от их заряда. Образовавшийся слой частиц с электрода и стенок ка­меры опускается вниз и через выгрузной патрубок отводится из нее. В электроочистителях используют постоянный ток. В силу ряда причин, главная из которых связана со сложностью соблю­дения условий безопасной работы, электроочистители в пищевой промышленности применения почти не нашли.

Рис. 19. Схема установки для электроочистки газов:

1 – выгрузной патрубок; 2 – камера; 3 – электрод;

4 – патрубок для выхода очищенного газа;

5 – па­трубок для входа неочи­щенного газа