35. Системы очистки от основных паро- и газообразных выбросов. Туманоуловители.

Туманоулавливание – процесс выделения из туманов (газовых потоков со взвешенными в них жидкими частицами) капель размером менее 10 мкм. Туманоуловители предназначены для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим отеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под дейст­вием броуновской диффузии или инерционного механизма отделения частил загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависи­мости от скорости фильтрации W_ф.

В туманоуловителях широко применяются волокнистые са­моочищающиеся фильтры, снаряжа­емые слоями из стеклянных, синте­тических и металлических волокон, а также пакеты вязаных металлических или синтетических сеток.

Отли­чительной особенностью волокнистых фильтров-туманоуловителей является коалесценция уловленных жидких частиц при контакте с поверхностью волокон и образование на них плен­ки жидкости, удаляющейся из слоя по мере накопления в виде струек или крупных капель, перемещающихся внутри слоя и с его тыльной сторо­ны под действием силы тяжести, ув­лечения газовым потоком и капил­лярных сил. При этом обычно не тре­буется никаких механических воздей­ствий на фильтрующие слои, т.е. фильтры работают с постоянным со­противлением в стационарном режи­ме саморегенерации (самоочищения).

Недостатком волокнистых филь­тров является возможность их заби­вания при наличии в тумане значи­тельного количества твердых частиц и при образовании нерастворимых солевых отложений (СаСО₃, CaSO₄, CaSO₃, CaF, и др.) в процессе взаимодействия солей жесткости воды с газами (СО,, SO,, HF и др.).

Чем больше плотность упаковки слоя и меньше диаметр волокон, тем большее количество жидкости удер­живается в слое и тем значительнее изменения его структуры по сравне­нию с сухим фильтром. Образование многочисленных пузырьков в глубине тонково­локнистого слоя и их разрыв приво­дят к образованию мелких капель, уносимых газовым потоком. В резуль­тате сопротивление возрастает, эф­фективность очистки падает, и толь­ко снижение насыщенности жидко­стью слоя может привести к умень­шению выходной концентрации.

Волокнистые фильтры-туманоуловители подразделяются на::

Низкоскоростные (и < 0,2 м/с), снаряжаемые волокнами диаметром 5—20 мкм и предназначенные для улавливания субмикронных частиц за счет броуновской диффузии и эффекта зацепления; эффектив­ность их увеличивается с уменьше­нием скорости фильтрации, разме­ра частиц и диаметра волокон;

Высокоскоростные (и > 0,5 -+ 1,2 м/с) со слоем грубых волокон диаметром 20—100 мкм, служащие для выделения из газа частиц круп­нее 1 мкм за счет механизма инер­ционного осаждения, эффективность которого возрастает с увеличением размера частиц и скорости фильтра­ции до определенной (критической) величины (обычно 1—2,5 м/с), при которой начинается вторичный брызгоунос уловленной жидкости из слоя в виде крупных капель.

Многоступенчатые, состоящие из 2—3-х фильтров второго и пер­вого типов, в которых первая сту­пень работает при скоростях выше критической и является укрупнителем улавливаемых капель или слу­жит разгрузителем при высоких входных концентрациях тумана.

Низкоскоростные фильтры. Для снаряжения низкоскоростных филь­тров оптимальной является смесь волокон с определенным соотноше­нием грубых и тонких. Грубые упру­гие волокна обеспечивают равномер­ное объемное распределение более тонких, увеличивают скорость вы­вода жидкости из слоя, придают последнему механическую прочность и стабильность, обеспечивая возмож­ность работы более тонким волок­нам по всей глубине слоя..

Рис. 3 Цилиндрический фильтрую­щий элемент:

1 — опорная трубчатая перегородка; 2 — уплотняющий патрубок-фланец; 3 — шпилька; 4 — прокладка; 5 — сетки; 6 — стекловолокнистый слой; 7 — дно; 8 — трубка гидрозатвора; 9 — стакан

Одна из возможных конструкций низкоскоростного фильтрующего элемента приведена. Эле­мент состоит из двух соосно распо­ложенных цилиндрических сеток из проволоки диаметром 3,2 мм, при­варенных к дну и входному патруб­ку-фланцу. Пространство между сет­ками заполнено волокном, дно эле­мента оборудовано трубкой, погру­женной в стакан-гидрозатвор, из которого уловленная жидкость пе­ретекает в корпус аппарата

Жид­кость, осевшая на фильтроэлементе, стекает на нижний фланец 7 и через трубку гидрозатвора 8 и сливается из фильтра.

Рис. 4. Размещение фильтрующих элементов в абсорбционной серно­кислотной башне:

1 — элементы; 2 — опор­ная решетка; 3 — корпус; 4 — монтажный люк; 5 — уловленная кислота

Высокоскоростные туманоуловители. С повышением скорости фильтрации размеры волокнистых фильтров-туманоуловителей умень­шаются, снижается и стоимость ап­паратов. При этом определяющим механизмом осаждения частиц ста­новится инерционный, эффектив­ность проявления которого, резко растет с увеличением скорости фильтрации. Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в кон­струкции туманоуловителя. Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток, где захват частиц жидкости происходит за счет эффектов касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с. В высокоскоростных фильтрах используются полипропиленовые войлоки из волокон диаметром 75 мкм. При скорости фильтрации 1,5 — 1,7 м/с сопротивление составляет 500 Па, эффективность очистки по ча­стицам более 3 мкм близка к 100 %.

Сеточные туманобрызгоуловители

Для очистки грубодисперсных ту­манов и улавливания брызг приме­няются каплеуловители, состоящие из пакетов вязаных металлических сеток, которые при высокой нагруз­ке по улавливаемой жидкости и большой скорости потока устойчиво сохраняют форму и размеры ячеек. Сетки трикотажного переплетения изготавливаются из проволок диамет­ром 0,2—0,3 мм, материалом для них служат легированные стали (мягкие сорта), монель-металл, сплавы на основе титана или других коррозионно-стойких металлов, а также фто­ропластовое и полипропиленовое моноволокно (леска). Размеры ячеек составляют от 5 до 13 мм.

Р ис. 5 Сеточный сепаратор для аппара­тов большого диаметра:

1 – опорное кольцо из уголка 75 х 75 мм;

2 – дополнительная опора; 3 – фильтровальный материал

Осажденные на проволоке кап­ли в виде пленки перемещаются к точкам перекрещивания проволок, где образуются крупные капли, спо­собные под действием силы тяжес­ти преодолеть силы поверхностного натяжения и аэродинамического сопротивления восходящего потока и упасть на нижние слои сеток на­встречу потоку газов (пара). Подоб­ная картина наблюдается до опреде­ленных значений нагрузок по газам (пару) и жидкости. При некоторой скорости движения газов (пара) жид­кость заполняет большую часть свободного объема слоя насадки и часть ее захватывается проходящими газами, т.е. возникает вторичный унос. Максимально допустимой считается нагрузка, при которой не наблюда­ется вторичного уноса жидкости; этой нагрузке соответствует макси­мальная эффективность сепарации. Снижение эффективности кап­леуловителей может быть вызвано высокой дисперсностью капель или плохой герметизацией пакетов в местах, прилегающих к стенкам. При использовании более тонких про­волок при изготовлении сеток, а также при более высоких плотнос­тях их упаковки эффективность кап­леуловителей снижается, так как тонкие проволочки плохо удержи­вают капли, а малые размеры промежутков между проволочками способствуют увеличению вторич­ного уноса жидкости в виде мелких капель. Широкое применение сеточных каплеуловителей позволяет повы­сить качество получаемых продук­тов, увеличить производительность аппаратов или уменьшить их габа­риты при проектировании, умень­шить потери ценных продуктов и предотвратить загрязнение атмосфе­ры.