8 Электрическая очистка газов. Механизм и физические основы электрич очистки газов.

Элетрофильтры явл универсал аппаратами для очистки пром газов от твердых и жидких ч/ц.

Достоинства: высокая эффект-ть очистки до 99% и более; относительно низкие энергозатраты всвязи смалым гидравлич сопротивлением аппарата; возможность улавливаниЯ ч/ц с размерами от менее 0,1 мкм до 100 и более мкм; могут работать под давлением и под разряжением, а т же в условиях агрессив сред; возможность полной автоматизации процесса очистки; повышенная производительность.

Недостатки: высокая чувствительность процесса фильтрации к отклонениям от задан параметров технологич режима; дольшие габаритные размеры.

Элфильтры используются в тех случаях когда очистки подвергаются большие объемы газов (сотни тысяч и млн м³/ч).

Элфильтры не применяются если очищаемый газ явл взрывоопасной смесью или такая смесь может образоваться в ходе процесса, т к при работе элфильтров неизбежно возникновение искровых разрядов. Сущность процесса элфильтрации газов заключ в след-ем: газ, содержащий взвешан ч/цы проходит ч/з сис-у состоящую из заземленных осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии от них коронирующих электродов, к которым подводятся выпремленный эл ток высокого напряжения.

При достаточно большем напряжении у поверхности коронир электрода происходит интенсивная ионизация газа. Газ ионы различной полярности движутся к разноименным электродам вследствии чего в межэлектродном промежутке возникает эл ток, называемый током коронным.

Улавливаемые ч/цы из-за адсорбции на них ионов преобретают в межэлектронном промежутке эл заряд и под влиянием сил эл поля движутся к электродам и осаждаются на них. По мере накопления осажденные ч/цы удаляются встряхиванием или промывкой электродов.

К числу наиболее важных параметров, влияющих на эф-ть работы элфильтров относятся : напряженность Эл поля, время пребывания ч/ц в активной зоне, удельное Эл сопротивление слоя пыли на электродах , явл-ие вторичного уноса ч/ц.

Процессы элфильт-ции газа делят на стадии: - зарядка взвешан ч/ц, - движение заряжен ч/ц к электродам; - осаждение ч/ц на электродах; удаление осажденных ч/ц с поверхности электродов.

В результате осаждения ч/ц на электроде образ-ся слой пыли, имеющий сопротивление R, который будет постепенно разряжаться. В зависимости от удельного Эл сопротивления время разрядки осажденного слоя м меняться в достаточно широких пределах. Все пыли подраздел на 3 группы в зависимомти от величины удельного Эл сопротивления слоя пыли:

- уд эл сопротивление не превышает 10⁴ Ом̣ · м – низкоомные пыли;

- Уд эл сопр в диапазоне от 10⁴ до 10¹⁰ Ом̣ · м ;

- УЭС > 10¹⁰ Ом̣ · м – высокоомные пыли.

Время разряда ч/ц пыли первой группы очень мало, поэтому ч/цы пыли быстро перезаряжаются и под действием отталкивающих кулоновских сил отрываются от поверхности осадительного электрода. В результате ч/цы вновь попадают в проходящий газ поток и выносятся из корпуса филь тра.

Время разряда ч/ц второй группы оказывается оптимальным для того, чтобы на осадит эл-ах образуется достаточный слой пыли.

Наибольшие трудности возникают при улавливании частиц третьей группы . высокое удельное эл сопр ч/ц м приводить к нарушению эл режима работы фильтра, вызывать сильное искрение, эл пробой.

В наст время в пром-ти применяют 2 вида элфильтров: - Однозонные элфильтры в которых зарядка и осаждение ч/ц осущ-ся в одной зоне. Подобные фильтры в основном используются для очистки пром газов.

- двухзоновые эл фильтры в которых процессы зарядки и осаждения ч/ц осущ-ся в двух разных зонах: ионизатор, осадитель. В основном они применяются для тонкой очистки в системах вентиляции и кондиционирования.

В зависимости от конструкции осадит электродов различают: пластинчатые и трубчатые эл фильтры.

Пластинчатые разделяются на вертикальные и горизонтальные. В труб эл ф-ах очищен газы проходят ч/з трубчатые осадит эл-ы, двигаясь снизу вверх. По осям труб располагаются коронир электроды.

В большенстве случаев трубчатые эл-ы применяются для улавливания жидких компонентов.

9. хар-ка ф-х методов очистки газов.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять основных групп:

• промывка выбросов растворителями примесей (абсорбцня);

• промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химиче­ски (хемосорбция);

• поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсор­бция);

• термическая нейтрализация отходящих газов;

• поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

Метод абсорбции.

В технике очистки газовых выбросов про­цесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заклю­чается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одно­го или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Абсорбцию часто представляют в виде абсорционно-десорбционного цикла (цикличе-ский процесс), однако стадия десорбции может отсутствовать, если регенерация поглотителя не возможна (разомкнутый процесе. На рисунке приведена одна из простейших схем абсорбционного разделения газов, где

1-абсорбер, 2 - насос, 3 - десорбер, 4 - холодильник, 5 - теплообменник, 6 - кипятильник, 7 - конден­сатор. Для снижения расхода знергии иногда применяют двух и многопоточные схемы с отводом грубо- и тонкорегенерированного растворов в различных сечениях десорбера и подачей их в различные точки абсорбера либо направляют насыщенный раствор абсорбента в разные точки десор­бера и т.п.

Д вижущей силой здесь является градиент концентрации на гра­нице фаз газ—жидкость. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс проте­кает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков н козффициенты диффузии, т. е. в процессе проектирования абсорберов особое внимание следует уделять организации контакта га­зового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).

Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от тем­пературы и давлення.

Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду. В некоторых специальных случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как сернистая кислота (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.

Метод хемосорбции.

Основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давлення, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредностей в отходящих газах. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся хнмическое соединение разлагается с выделением исходных злементов. На этом принципе основан механизм десорб­ции хемосорбента.

Основним видом аппаратуры для реализации процессов хемосорбции служат насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты типа труб Вентури и аппараты с различными механическими распылителями. В промышленности распространены аппараты с подвижной насадкой, к достоинствам которых относятся высокая эффективность разделения при умеренном гидравлическом сопротивлении, а также большая пропуск­ная способность по газу.

Н а рис показана принципиальная схема скруббера с по­движной насадкой. В верхней части аппарата установлен ороситель 7, а под ним размещены верхняя 2 и нижняя опорная 5 ограничительные решетки, между которыми находится подвижная насадка. К опорной решетке меньшим основанием прикреплен расширяющийся усеченный кольцевой элемент 4, делящий пространство опорной решетки на кольцевую З и центральную 6 зоны. В качестве насадочных тел используют полые, сплошные и перфорированные шары, а также кольца, полукольца, кубики, скрещенные сплошные и перфорированные диски.

Обрабатываемьлй газ подается в аппарат под опорную решетку и делится на два потока: центральный и кольцевой. При прохождении кольцевой зоны поток газа сужается, увеличивает скорость движения, вступает в контакт с прижимаемыми к стенке элементами подвижной насадки и перемещает их от стенки в центральний поток. Насадка совершает пульсационное движение в центральном и прилегающем к стенке ап­парата потоках, турбулизирует взаимодействующие фазы и обеспечивает высокую зффективность обработки газа жидкостью. В тех случаях, когда в результате процесса выпадает осадок, по­движная насадка удаляет его со стенок корпуса аппарата или опорной решетки.

Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных выбросов, называют мокрыми. Преимущество абсорбционных методов заключается в экономичности очистки большого количества газов и осуществлении непрерывных технологических процессов.

Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой и после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит в конечном итоге к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере. Кроме того, оборудование мокрых методов очистки громоздко и требует создаания системы жидкостного орошения. В процессе работы аб-сорбционных аппаратов образуется большое количество отходов, представляющих смесь пыли, растворителя и продуктов поглощения. В связи с этим возникают проблемы обезжиривания. транспортировки или утилизации шлама, что удорожает и осложняет эксплуатацию.

Метод адсорбции.

Основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией. В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.

Внутренняя структура наиболее распространенных на практике промышленных адсорбентов характеризуется наличием различных размеров и форм пустот или пор, среди которых различают макро-, переходные (мезо-) и микропоры. Суммарный объем последних в единице массы или объема адсорбента определяет в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения целевого компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым поглотителем этого компонента.

Адсорбция подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Высвобождающаяся при этом теплота зависит от силы притяжения и по порядку значения совпадает с теплотой конденсации паров. Преимущество физической адсорбции—обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбата в потоке газа либо при увеличении температуры поглощенный газ легко десорбируется без изменения химического состава. Обратимость данного процесса исключительно важна, если экономически выгодно рекуперировать адсорбируемий газ или адсорбент.

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбатом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции соответственно и высвобождающаяся при хемосорбции теплота существенно больше и по порядку значення совпадает с теплотой реакции. Ввиду большой теплоты адсорбции знергия, необходимая для взаимодействия хемосорбированной молекулы с молекулой другого сорта, может быть существенно меньше энергии, необходимой для реакции мо­лекул двух различных видов непосредственно в газовой фазе, т. е. поверхность твердого вещества может оказаться катализатором, увеличивающим скорость некоторих химических реакций. Процесс хемосорбции, как правило, необратим: при десорбции меняется химический состав адсорбата. Поэтому если желательна регенерация адсорбента или рекуперация адсорбата, то адсорбирующую среду следует выбирать таким образом, чтобы преобладали процессы физической адсорбции.

К основным типам промышленных адсорбентов относятся активные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алю­миния), цеолиты и иониты.

Установки периодического действия (с неподвижным слоем ад­сорбента) отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Процесс очистки в таких аппаратах имеет периодический характер, т. е. отработанный, потерявший активность поглотитель время от времени заменяют либо регенерируют. Существенный недостаток таких аппаратов—большие знергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента.

Рис. Конструктивные схемы адсорберов:

а—вертикальный; б—горизонтальный; в — кольцевой;

/—адсорбер; 2—слой активированного угля; 3 — центральная труба для подачн паровоздушной смеси при адсорбции; 4—бар­ботер для подачи острого пара при десорбции; 5 — труба для выхода инертнмх по отношению к поглотителю газов при адсорбции; 6 — труба для выхода пара при десорбции

Д вижение адсорбента в плотном слое под действием силы тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха обеспечивает непрерывность работы установки, что позволяет полнее использовать адсорбционную способность сорбента, организовать процесс десорбции, а также упростить условия эксплуатации оборудования. В качестве недостатка этих методов следует отметить значительные потери адсорбента за счет ударов частиц друг о |друга и истирания о стенки аппарата. На рис. представлена схема адсорбционной установки для удаления SO₂ из горячего топочного газа.

Адсорбция эффективна при удалении больших концентраций загрязняющих веществ. В тех случаях, когда концентрации загрязнителей невелики и обработке подвергается большое количество воздуха, адсорбция может сказаться эффективной для удаления летучих углеводородов и органических растворителей. Этот метод применим в случаях, когда загрязняющий газ трудно или невозможно сжечь, когда необходима гарантированная рекуперация достаточно ценной примеси, когда нужно удалить пары ядовитих веществ и предполагаемих канцерогенов.

Десорбция поглощенных примесей

Необходимость периодической регенерации насыщенных целе­выми компонентами поглотителей предопределяет циклич­ность адсорбционных процессов. Среди операций (стадий), ос­новной целью которых является восстановление сорбционной способности адсорбентов, ключевой является десорбция в связи с тем, что для ее проведения требуется от 40 до 70% общих за­трат по адсорбционной газоочистке. Этот процесс ведут, ис­пользуя в основном повышение температуры, вытеснение адсорбата лучше сорбирующимся веществом, снижение давления (в том числе создание вакуума) или комбинацию этих приемов. Возможность эффективного осуществления десорбции в ряде случаев предопределяет целесообразность выбора адсорбции среди других приемов газоочистки.

Термическую десорбцию реализуют, нагревая насы­щенный адсорбент до определенной температуры, обеспечиваю­щей приемлемую интенсивность процесса, прямым контактом с потоком водяного пара, горячего воздуха или инертного газа, либо проводя нагрев через стенку с подачей в аппарат некото­рого количества отдувочного агента (обычно инертного газа). Температурный потенциал в области 100—200 °С обычно обес­печивает возможность десорбции целевых компонентов, погло­щенных активными углями, силикагелями и алюмогелями. Об­ласть температур от 200 до 400 °С, как правило, является дос­таточной для десорбции примесей, поглощенных цеолитами,

Вытеснительная десорбция, называемая также холодной, основана на различии сорбируемости целевого ком­понента и вещества, используемого в качестве вытеснителя (десорбента). Для десорбции поглощенных адсорбентом орга­нических веществ можно использовать диоксид углерода, амми­ак, воду, некоторые органические и другие вещества, способ­ные обеспечить эффективное вытеснение целевого компонента и относительную простоту последующей их десорбции из адсор­бента. Перспективно применение этого метода десорбции при организации адсорбционных процессов на основе использования цеолитов. Последние характеризуются повышенной адсорбцион­ной активностью в отношении паров воды, что предопределяет ее эффективность как десорбента поглощенных цеолитами ве­ществ.

Десорбция снижением давления может быть ре­ализована в двух вариантах: редуцированием давления в сис­теме после насыщения поглотителя в проводимой под избыточ­ным. давлением стадии адсорбции или созданием в ней разре­жения при осуществлении стадии адсорбции под нормальным давлением.

Вакуумная десорбция ввиду необходимости значи­тельных энергозатрат и обеспечения герметичности соответст­вующих установок крайне ограниченно используется в практике санитарной газоочистки. Принцип десорбции, основанный на перепаде давления между стадиями адсорбции и десорбции, на­шел практическое воплощение в установках короткоцикловой безнагревной адсорбции, получающих в последнее время все более широкое применение в целях осушки воздуха и других газов. Осушка газов в ряде случаев является необходимой сту­пенью, предшествующей их очистке от вредных примесей.

Термическая нейтрализация основана на способности горючих токсичных компонентов (газов, паров, сильно пахнущих в-в) окисляться до менее токсичных при наличии свобод О₂ и высок тем-ры.

Достоинства: отсутствие шламового хоз-ва; относительно небольшие габариты очистных установок; простота их обслуживания; возможность полной автоматизации процесса; высокая эффектив-ть обезвреживания; низкая стоимость очистки.

Обл применения методов терм нейтрализации ограничивается хар-ром образующихся при окислении продуктов реакции. Поэтому дан метод не используется для выбросов включающих галогены, фосфор, серу.

Различают три схемы терм нейтрализации (тн):

- прямое сжигание в пламене; терм окисление;

каталитическое сжигание.

Выбор той или иной схемы определ-ся хим составом примеси , их концентрации, нач тем-рой газ выбросов, предельнодопустимыми нормами выбросов ЗВ.

1.Прямое сжигание использ в тех случаях, когда очищаемые газы обеспечивают подвод значительной части энергии, необходимой для осущ процесса. Этот вклад должен превышать 50% общей теплоты сгорания.

Установка представ собой камеру, в которую обеспечивается подвод оч-го газа , а т же воздуза и природного газа, обеспечивающих процесс горения. В кольцевой зоне происходит предварительный нагрев оч-го газа. Это способствует обеспечению более высокой эффект-ти последующего процесса сжигания горючих примесей. Сис-ы огневого обеззараживания обеспечивают эффект-ть очистки от 90 до 99%.

Метод термического окисления применяют когда отходящие газы имеют высокую тем-ру,но в них нет достаточного кол-ва О₂; либо когда концентрация горючей примеси настолько низка, что они не обеспечивают подвод теплоты, необходимой для поддержания пламени.

Если отходящие газы имеют высокую тем-ру, то процесс дожигания осущ-т с подмешеванием свежего воздуха. В случае когда тем-ра газов недостаточна для поддержания процесса окисления поток отходящих газов подогревают в теплообменнике, а за тем пропускают ч/з рабочую зону.

1. входной патрубок ; 2 . теплообменник; 3 . горелка; 4 камера смешивания; 5. выходной патрубок.

Загрязнен газ ч/з патрубок 1 и полость теплообменника 2 поступает к горелке. В теплообменнике горючие компоненты очищаемого газа доводят до необходимой тем-ры, в дальнейшем они сгорают в зоне пламени. Процесс догорания происходит в камере смешения. Оч-ые газы м выбрасываться в атмосферу, либо предваритеьно проходить ч/з теплообменник с целью использования их теплоты.

Основные преимущества термического окисления: относительно низкая тем-ра процесса что позволяет сократить расходы на изготовление аппарата, избежать значительного образования окислов азота .

Каталитические методы.

Методы используют для превращения токсич компонентов пром выбросов в-в в безвредные или менее вредные для ОС путем введения в сис-у дополнительных в-в, те катализаторов.

Кат методы основаны на взаимодействии удаляемых в-в с одним из компонентов, пресутствующих в очищаемом газе или со специально добовляемым в смесь в-вом. Катал-р взаимодействуя с одним из реагирующих соединений образует промежуточное в-во, которон в дальнейшем распадается с образованием продукта и регенерируемого кат-ра.

Достоинства. Более низкие тем-ры процесса; кратковременность (быстрота) протекаемого процесса.

Требования к кат-рам - это активность и долговечность. Активность хар-ся кол-вом продукта, получаемого с одного объема кат-ра. Долговечность – срок службы кат-ра сокращают присутствующие в очищаемом газе соединения (Fe, Pb, Si, P, S)/

В качестве кат-ов использ-т металлы (платина, полладий), соединения марганца, меди, купрума и тд. Различают два конструктивных варианта каталитических устройств: котал-ие реакторы, термокаталит реакторы.

1. теплообменник; 2. контактное устройство; 3. катализатор; 4. подогреватель; 5. горелка;

Очищаемый воздух предварительно подогревается, проходя ч/з теплообменник, после чего поступает в камеру подогревателя. Продукты сгорания топлива, сжигаемого в горелке 5 смешиваются с очищаемым воздухом и повышают его тем-ру до 250-350˚С. Процесс хим превращений происходит на поверхности кат-ра 3, после чего газ выбрасывается в атмосферу.

Биохим методы оч-ки. Основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение в-в происходит под действием ферментов вырабатываемых микроорганизмами. Различ 2 группы аппар-в : биоскрубберы, биофильтры. Биоскруб – это абсорбционные аппараты, в которых абсорбентом явл водяная суспензия активного ила. Соединяющиеся в очищ-х газах в-ва улавливаются абсорбентом и расщипляются микроорган-ми активного ила. В биофил-х оч-ый газ пропускается ч/з слой фильтра-насадки, орошаемой водой, необходимой для поддержания ЖД орг-ов. В качестве насадки использ-т природные (почва, фтор, компост), искусствен материалы. Выбор метода оч-ки зависит от конц-ции ЗВ в загр-м воздухе, требуемой эффект-ти очистки, объема оч-ых газов, тем-ры, наличия сопутствующих газообраз примесей и пыли.

10. методика выбора технологических схем очистки отходящих газов в основных отраслях промышленности.см 28 вопрос на примере из практики

Вид	Тип	Класс по эффективности	Область применения. Группа пыли в зависимости от дисперсности
			I	II	III	IV	V
Гравитационные	Пылеосадительные камеры	5	+	+	–	–	–
Инерционные	Циклоны большой производительности	5	+	+	–	–	–
	Циклоны высокой эффективности	4	–	+	+	–	–
	Центробежные скрубберы и циклоны промыватели	4	–	+	+	–	–
	Струйные мокрые скрубберы	2	–	–	+	+	–
		3	–	–	+	–	–
	Скрубберы Вентури	2	–	–	+	+	–
		3	–	–	+	–	–
Промыватели	Пенные	2	–	–	+	+	–
Тканевые	Сетчатые	5	+	–	–	–	–
	Матерчатые (рукавные)	1	–	–	–	+	+
		2	–	–	+	+	–
		3	–	+	–	–	–