Курс «Переработка и захоронение оят и рао» Лекция №5. Очистка газообразных рао

В основе многочисленных методов газоочистки лежат процессы взаимодействия газов и аэрозолей с жидкими или твердыми поглотителями, а также процессы химического превращения вредных примесей в нетоксичные соединения при высоких температурах или в присутствии катализатора.

Выделяют три вида методов:

1. абсорбционные;

2. адсорбционные;

3. каталитические.

К 1) В основе абсорбционных методов лежат процессы диффузионного перехода вещества из газообразной фазы в жидкую через поверхность раздела фаз (барботирование газов через поглощающую жидкость).

Ко 2) Адсорбционные методы – это поглощение и разделение газов на поверхности твердых тел (наиболее эффективные адсорбенты – активированные угли, силикагели, цеолиты).

Кроме перечисленных методов для очистки выбросов от аэрозольной составляющей используют волокнистые фильтры. Для волокнистых фильтров фильтрационные материалы изготавливаются из различных полимеров, стекловолокна, целлюлозы, асбеста, хлопка, шерсти и т.д.

Наибольшее распространение получили фильтрующие материалы из тонких волокон перхлорвинила (ткань Петрянова). Используют 3 вида фильтров:

- ФПП – фильтр Петрянова перхлорвиниловый;

- ФПА – фильтр Петрянова ацетилцеллюлозный;

- ФПС – фильтр Петрянова стекловолокнистый.

Механизм и источники образования аэрозолей

Аэрозоли – это аэродисперсные системы, состоящие из газообразной дисперсионной среды и твердой или жидкой дисперсной фазы.

По способу образования аэрозоли классифицируются на конденсационные и дисперсионные.

Дисперсионные – образуются при диспергировании твердой или жидкой фазы вещества (перемещение, распыление, прессование порошков и т.д.).

Конденсационные аэрозоли образуются при конденсации пересыщенных паров или при химических реакциях веществ, находящихся в газообразном состоянии.

Дисперсионные аэрозоли отличаются большим размером частиц, обычно состоят из отдельных частиц неправильной формы. Конденсационные же обычно имеют правильную шарообразную форму.

Источники образования радиоактивных аэрозолей, газов и паров в радиохимическом производстве: растворение ТВЭЛов, операции перемешивания и нагревания растворов, прокаливание осадков, пересыпание сухих солей и т.п., плюс различные аварийные ситуации. На АЭС газообразные РАО образуются на стадии байпасной очистки теплоносителя первого контура методом дистилляции, необходимой вследствие выхода радионуклидов в теплоноситель через негерметичности ТВЭЛов, а также загрязнения его продуктами активации.

Наличие в дисперсной среде радиоактивных газообразных продуктов приводит к загрязнению ими частиц аэрозоля за счет растворения в жидких частицах или адсорбции на твердых частицах.

Количественный переход радиоактивных веществ в газовую фазу характеризуется коэффициентом уноса (К). Для РБГ (Xe, Kr) К = 0,8÷0,99, для веществ в неустойчивом состоянии (I₂, RuO₄) К = 0,1÷0,7, для устойчивых веществ (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ¹⁴¹Ce) К = 10^-6÷10^-7.

Методы улавливания аэрозолей

1. Конденсационно-осадительный метод. Оборудование: СОТАРы – суперосадители тонких аэрозолей регенерируемые.

2. Метод фильтрации газов через пористые или волокнистые перегородки (ФПА, ФПП, стекловолокно, металлотканевые сетки, металлокерамика).

3. Метод мокрой газоочистки (пенные барботеры, циклоны с водяной пленкой, турбулентные промыватели, аппараты Вентури).

4. Метод сухого инерционного улавливания (жалюзийные отделители, циклоны).

5. Электростатическое осаждение на электрофильтрах.

Аппараты, применяемые на ПО «Маяк»

СОТАР – суперосадитель тонких аэрозолей, применяется для очистки газа от полидисперсных радиоактивных аэрозолей. Состоит из трех узлов: камеры смешения, конденсаторной и сепараторной. Конструктивно представляет собой трехходовой кожухотрубный аппарат с мультициклоном на выходе для сепарации аэрозольных частиц. К очищаемому газу добавляют насыщенный водяной пар, который, конденсируясь, способствует укрупнению частиц аэрозолей. Проектная эффективность очистки – более 98÷99%, но в реальных условиях она ниже - 56÷88%. Частицы размером менее 1 мкм улавливаются в незначительной степени, по мере увеличения размера частиц эффективность увеличивается, и для частиц размером 5 мкм достигается максимум (коэффициент очистки более 10³). К недостаткам следует отнести необходимость поддержания постоянной скорости (расхода) газа, в то время, как на производстве он образуется неравномерно. Для решения данной проблемы нехватку газа компенсируют по необходимости подачей сжатого воздуха.

В условиях радиохимического производства СОТАРы выполняют роль аппаратов предварительной очистки газов. Обычно после них стоят стекловолокнистые фильтры для грубой и тонкой очистки.

ФСГО – фильтр самоочищающийся грубой очистки. Предназначен для предварительной очистки газов от радиоактивных аэрозолей с концентрацией до 20 г/м³ с самопроизвольным выводом уловленной жидкости из фильтрующего слоя. Имеет 2 ступени очистки газов на стекловолокнистых фильтрах: I ступень – наклонные полки, II ступень – цилиндрическая вертикальная оболочка из стекловолокон меньшего диаметра. В фильтрующем слое происходит задержание капель и захваченных ими твердых частиц, их укрупнение, стекание к центру и самоочищение волокон. Однако со временем стекловолокно забивается, и приходится его промывать отмывочными растворами и периодически менять начинку аппарата. Эффективность очистки - 90÷95%, производительность - 50÷2000 м³/ч.

ФАС – фильтр аэрозольный самоочищающийся. Предназначен для очистки от аэрозолей в виде туманов с концентрацией дисперсной фазы до 3 г/м³. Работает в режиме с постоянным принудительным отводом уловленной жидкости из фильтрующего слоя. Не подлежит регенерации путем промывки жидкостью. Эффективность очистки – 99,95%, производительность - 200÷500 м³/ч.

ФАРТОС – фильтр аэрозольный регенерируемый тонкой очистки стекловолокнистый. Предназначен для тонкой очистки воздуха от аэрозолей, образующихся при диспергировании солевых растворов, кислот, органики. Фильтрующая начинка, в отличии от ФСГО, из более тонких волокон. Эффективность очистки – 99,9%, производительность - 200÷500 м³/ч.

ПФТС – промышленный фильтр тонкой очистки стекловолокнистый. Предназначен для очистки воздуха от твердых аэрозолей в режиме накопления уловленного продукта фильтрующим слоем из ультратонкого волокна (диаметром ~ 1 мкм). При эксплуатации фильтра недопустима конденсация паров на фильтрующем слое и заливание фильтра растворами. Производительность - 500÷1000 м³/ч.

Кроме того, для грубой очистки газовой смеси применяются металлические сетки, изготовленные, в зависимости от условий эксплуатации, из углеродистой либо коррозионно-стойкой стали, цветных металлов и сплавов. Они имеют следующие обозначения: с №70 по №120 – по ГОСТу; с №300 по №685 – по спецзаказу. Номера обозначают количество нитей на 10 см длины.

МКФ – микрофильтры, применяются для очистки воздуха от пыли. Изготавливаются из порошков коррозионно-стойких сталей. Изготавливаются следующим образом: зерна определенной фракции нагреваются до начала размягчения в специальных пресс-формах, вследствие чего они спекаются. Пористость продукта – до 55 %. МКФ позволяют задерживать частицы размером ~ 3 мкм и более. Производительность 500-1000 л/м²·ч.