Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Экологическая безопасность в строительстве и городском хозяйстве. В 2 частях. Ч.2. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

энергии, использовать и постоянно совершенствовать системы очистки выбросов.

На данный момент в промышленности используются раз-

личные методы очистки воздуха от загрязнителей (NH

, оксиды

углерода, HCl, углекислый газ, органические и неорганические соединения).

Далее рассмотрим основные методы очистки воздуха с описа-

нием их преимуществ и недостатков (рис. 4).

Адсорбционный метод. Этот метод является одним из самых рас-

пространенных способов защиты атмосферы от загрязнений.

Адсорбцией называется процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой или жидкой смеси твердыми пористыми телами. Газовая фаза, в которой находится компонент, подлежащий удалению, называется газом-носителем, твердые тела (твердая фаза) – адсорбентом, поглощаемое вещество– адсорбтивом, поглощенное вещество– адсорбатом [7].

Адсорбция возникает во время притягивания молекул адсор бтива и адсорбента на границе соприкасающихся фаз. Внутри одной фазы каждая молекула испытывает практически одинаковую силу притяжения к другим молекулам этой фазы, что не приводит кпритягиванию молекул друг к другу. Однако на границе раздела фаз силовые поля находятся в дисбалансе: на молекулы адсорбтива, оказавшиеся на границе раздела фаз, действуют неодинаковые силы притяжения со стороны молекул адсорбента. Привзаимодействии

Методы очистки воздуха

Адсорбционный Абсорбционный Термический Биохимический

Рис. 4. Классификация основных методов очистки воздуха

возникает результирующая сила, направленная к поверхности адсорбента, и происходит процесс поглощения молекул адсорбтива из газовой фазы в поверхностный слой адсорбента.

Адсорбция подразделяется на два типа: физическая и химическая. Тип адсорбции напрямую зависит от природы тех сил, которые действуют на поверхностном слое. Силы Ван-дер-Ваальса основывают физическую адсорбцию, которая позволяет сохранять постоянство химического состава вещества и без сложностей проводить процесс регенерации адсорбента (десорбцию). Во время химической адсорбции молекулы адсорбтива вступают в химическую реакцию с адсорбентом, образуя достаточно прочные химические связи. В данном случае процесс регенерации адсорбента становится невозможным, необходима замена адсорбента после каждого цикла очистки.

Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем другие сорбенты, и является одним из немногих, используемых для работы во влажных газовых потоках. Главным его преимуществом является невысокая цена производства. Активированный уголь используют для очистки газов от плохопахнущих веществ, рекуперации растворителей и т. д. Существенный недостаток активированного угля в качестве адсорбента – относительно невысокая механическая прочность и горючесть при высоких температурах. Для уменьшения его пожароопасности добавляют 5 % силикагеля. В промышленности производят различные марки активированного угля с разными размерами гранул и предельными объемами микропор для разных областей применения. Данные марки с указанием основных свойств указаны в табл. 1.

Силикагель – синтетический минеральный адсорбент, представляющий собой гидратированный аморфный кремнезем (SiO

· nH2O),

используемый для осушения газа (способен удерживать до 50 % влаги кмассе адсорбента) и поглощения паров органических соединений, например метилового спирта. Пары неполярных

Характеристика и область применения активных углей [9]

Таблица 1

Марка Область применения

БАУ Адсорбция газов

и паров

АГ-2 Адсорбция газов

и паров

АГ-5 Адсорбция газов

и паров

САУ Адсорбция газов

и паров

АРТ Тонкая очистка газов

от паров летучих

растворителей

СКТ-1 Очистка газов

от сероводорода

Размер

гранул,

мм

1–5 0,26 350

1–3,5 0,30 600

1–1,5 0,30 450

1–5 0,36 450

1–6 0,33 550–600

0,5–2,7 0,45–0,59 470

Предельный

Насыпная

адсорбционный

плотность,

объем микро-

кг/м

пор, см3/г

СКТ-2 Улавливание углево-

дородных газов

КАУ Адсорбция газов

и паров

АР Адсорбция летучих

растворителей

1–2,7 0,45–0,59 460

1–5 0,33 400

1–5,5 0,33 550

органических веществ поглощаются слабо. По сравнению сактивными углями силикагель является практически негорючим иимеет относительно низкую температуру регенерации (100– 200°C взависимости от марки силикагеля). Силикагели по размеру пор делятся на три вида: крупнопористые, среднепористые и мелкопористые.

Мелкопористые силикагели используют для адсорбции легко-

конденсируемых паров и газов. Часть среднепористых и основная

масса крупнопористых служит для поглощения полярных органических соединений. Недостатком силикагелей, особенно мелкопористых, является разрушение их зерен под действием влаги [9].

В промышленности производят различные марки силикагеля с разными размерами гранул и предельными объемами микропор для разных областей применения. Данные марки с указанием основных свойств представлены в табл. 2.

Рассмотрим основные способы адсорбционной очистки.

1. Проведение десорбции (обратный процесс адсорбции) и извлечение уловленных компонентов для повторного использования. Впромышленности таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон иряд других примесей.

2. После завершения процесса адсорбции примеси не утилизируют и не пускают в десорбцию, а подвергают термическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов

Характеристика и область применения силикагелей [9]

Марка

КСК (крупный силикагель крупнопористый, гранулированный)

КСС (крупный силикагель среднепористый, гранулированный)

КСМ (крупный силикагель мелкопористый, гранулированный)

МСК (мелкий силикагель крупнопористый, кусковой)

Удельная

поверхность, м2/кг

300–450 4,5 · 10

500–650 (1,8 ÷ 3,5)10

400–750 (0,8 ÷ 2)10

282–288 (6,4 ÷ 7)10

Таблица 2

Средний

радиус пор, м

–9

– 10

–9

–8

МСМ (мелкий силикагель мелкопористый, кусковой)

550–580 (1,3 ÷ 1,5)10

–9

химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ или когда загрязнитель состоит из большого количества различных компонентов.

3. После завершения процесса адсорбции адсорбент не регенерируют и не дожигают, а захоранивают. Данный способ пригоден при использовании недорогих и легко восполняемых адсорбентов.

Для десорбции примесей используют методы: нагревание адсорбента, вакуумирование, продувка инертным газом или вытеснение примесей более легкоадсорбирующимся веществом, например водяным паром. В последнее время широко применяется десорбция примесей вакуумированием с последующей их утилизацией.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем.

В настоящее время на производствах все чаще используются волокнистые сорбционно-активные материалы. По своим емкостным характеристикам они практически не отличаются от гранулированных адсорбентов, при этом значительно превосходят их по ряду других показателей. Например, их отличает более высокая химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий коэффициент массопередачи (в 10–100 раз больше, чем у сорбционных материалов) [9].

Адсорбционные методы являются самыми распространенными для очистки газов в промышленности. Применение данных методов позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно ограничивает его применение для многокомпонентных смесей.

Абсорбционный метод. Абсорбция представляет собой процесс,

при котором газообразные компоненты поглощаются жидкостью и растворяются в ней. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. В водных абсорбционных системах используется техническая вода, в неводных абсорбционных системах – малолетучие органические жидкости в качестве жидкого растворителя. Абсорбирующую жидкость применяют однократно, если процесс ее использования позволяет получить готовый продукт при очистке или полупродукт. В противном случае использованную при абсорбции жидкость подвергают регенерации путем выделения загрязнителя в чистом виде.

Метод абсорбции в основном применяется в циклическом процессе, т. е. по схеме с многократным использованием поглотителя. Такие схемы используют для улавливания углеводородов, очистки от оксидов серы (SO

) дымовых газов, образующихся в процессе

работы тепловых электростанций (ТЭС), при очистке вентиляционных газов от сероводорода (H

S) железно-содовым методом

сполучением элементарной серы.

Абсорбция, как и адсорбция, бывает физической и химической. Процесс физической абсорбции не сопровождается химическими реакциями. Поглощение загрязнителя осуществляется прежде, чем парциальное давление в газовой фазе превысит равновесное давление над раствором. При химической абсорбции создается связь абсорбируемого элемента с жидкостью в виде химического соединения.

Абсорбционные аппараты подразделяются на поверхностные, барботажные и распыливающие.

Тип аппарата зависит от того, каким способом создана поверхность контакта между фазами.

К первой группе аппаратов относят такие устройства, в которых зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости являются поверхностью соприкосновения фаз. Примером аппаратов поверхностного типа могут служить насадочные абсорбенты, вкоторых на поверхность насадок различной формы подается стекающая жидкость.

Вторая группа абсорбентов имеет большую поверхность контакта фаз по сравнению с первой. Увеличение площади соприкосновения достигается распределением в жидкости газовых потоков (пузырьков и/или струй). Барботирование осуществляют продавливанием газа по специальным трубкам под высоким давлением. Втрубах имеются специальные отверстия (диаметром 3–6 мм). Приданном процессе образуется большая межфазная поверхность на границе газ–жидкость. Это способствует усилению теплообменных и массообменных процессов.

В распыливающих абсорбционных аппаратах происходит распыление жидкости в массе газа, благодаря чему создается поверхность контакта. Дисперсность распыления жидкости задает площадь контакта фаз, от нее также зависит и эффективность процесса очистки.

Самыми распространенными в настоящий момент являются насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Применение водных абсорбционных сред эффективно, если удаляемый компонент хорошо растворим в воде или водном растворе абсорбционной среды. Например, водные растворы используются при очистке газов от хлористого водорода, фтороводорода, аммиака либо двуокиси азота. Абсорбция газов с меньшей растворимостью, таких как сернистый газ, диоксид серы, хлора, сероводорода, более эффективна с применением растворов щелочи натрия или кальция. При добавлении химических реагентов абсорбция высокоэффективна благодаря протеканию химических реакций впленке. Очистка газов от углеводородов обычно не производится описанным методом, поскольку является нерелевантным в связи свысокой стоимостью абсорбентов.

Недостатки абсорбционных методов: образование жидких стоков, громоздкость аппаратурного оформления.

Термический метод. Термический метод (дожигание) реализуется за счет сжигания вредных примесей при высоких температурах. При данном методе происходит термическое окисление различных вредных веществ в газе в практически безвредных или менее вредных средах, преимущественно СО

и Н2О. Как правило, загрязнители

чаще всего являются органическими веществами, их дожигание

происходит в интервале температур от 750 до 1200 °C. При термиче- ских методах дожигания степень очистки газов может достичь 99 %.

Возможность применения данного метода и его целесообразность определяются характером образующихся продуктов горения, поскольку продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут быть более токсичными, чем исходные выбросы газа. В таких случаях проводится дополнительная очистка. Наибольшая эффективность метода термического дожигания наблюдается при очистке газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т. д.).

При использовании данного метода очистки воздуха необходимо учитывать затраты энергии для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Снизить расход топлива возможно путем увеличения концентрации дожигаемых примесей. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

Главным недостатком термического дожигания является возможность образования вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, диоксид серы и др.

Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Одним из преимуществ применения рассматриваемого метода очистки является создание компактных установок с низкими энергозатратами. Также термические методы подходят для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

Биохимический метод. Биохимические методы основаны на способности разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают

адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.

Существуют специальные установки для биохимической газоочистки – биоскрубберы или биофильтры. Устройство биофильтра представляет собой специальный слой, через который проходит газ. Слой орошается водой, создавая влажность на таком уровне, чтобы микроорганизмы могли поддерживать жизнь. После орошения вода поступает в организованный бункер, где отстаивается, а затем вновь попадает в слой для орошения. В результате микроорганизмы очищают проходящий газ [8].

В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы в биофильтрах поглощают вещества, содержащиеся в проходящем газе. За счет поглощения масса микроорганизмов становится больше. Качество очистки по большей части зависит от равномерного переноса массы из газовой фазы в фильтр.

В настоящее время широко применяются биофильтры. Микроорганизмы используются для очистки от формальдегидов, аммиака и различных органических соединений. Дезодорация воздуха – один из примеров, где используется данный способ очистки.

Недостатки биохимических методов:

– процесс биохимических реакций достаточно медленный, требует больших временных затрат, для увеличения количества очищаемого газа приходится расширять размеры оборудования;

– микроорганизмы специфично подходят к очищаемому газу, малейшее отклонение от состава газовоздушной смеси может привести к смерти микроорганизмов.

ОПИСАНИЕ И СХЕМА УСТАНОВКИ

Данная лабораторная установка построена на базе лабораторного стенда БЖС-7, основные узлы были взяты от производителя-поставщика ООО «Интос+» (Института технических обучающих средств). Установка представлена на рис. 5.

Рис. 5. Схема лабораторной установки:

1 – вертикальная панель; 2 – адсорбер

с активированным углем;

3 – абсорбер с силикагелем; 4 – камера-смеси-

тель; 5 – воздушные магистрали; 6 – шаровый

кран; 7 – штуцеры; 8 – напорная трубка;

9 – воздушный насос типа НВ-124С;

10 – тепловентилятор; 11 – горизонтальная панель; 12 – прямоугольная емкость с водой; 13 – водяная помпа; 14 – насос-пробоотборник; 15 – загрязнители воздуха; 16 – индика-

торные трубки; 17 – пипетки-капельницы

Установка состоит из двух панелей.

1. Вертикальная панель. На вертикальной панели размещены устройства очистки газовоздушных смесей: два адсорбера и один абсорбер. Адсорберы представляют собой цилиндрические емкости, наполненные адсорбентами (активированный уголь и силикагель). Масса каждого адсорбирующего вещества составляет 0,3кг. Накрышках адсорберов имеются специальные ниппели для прокачки исследуемого воздуха. Адсорберы представлены на рис. 6.

Абсорбер представлен в виде цилиндрической емкости с прозрачными стенками. Мелкодисперсная водяная среда возникает благодаря решетчатому разбрызгивателю, установленному внутри данного цилиндра. Объем воды в системе абсорбера около 0,0025м

Внешний вид абсорбера изображен на рис. 7.

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]