3.3.4. Установки для очистки воздуха от вредных

химических веществ

3.3.4.1. Очистка от примесей методом абсорбции

Абсорбционная очистка – процесс избирательного поглощения газовых компонентов жидким поглотителем (абсорбентом). Процесс абсорбции происходит в основном однонаправленно, то есть из газа извлекаются соответствующие компоненты, а из абсорбента в газовую фазу они практически не переходят.

Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию). При физической абсорбции молекулы поглощаемого компонента с молекулами абсорбента в химическое взаимодействие не вступают, то есть процесс поглощения не сопровождается химической реакцией.

При этом над раствором существует определенное равновесное давление, и процесс поглощения происходит до тех пор, пока парциальное давление компонента в газовой фазе выше равновесного давления над раствором.

При хемосорбции молекулы поглощаемого компонента вступают в химическое взаимодействие с молекулами абсорбента и образуется новое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента под раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно его полное извлечение из газовой фазы.

Для проведения процессов абсорбционной очистки применяют аппараты различных конструкций, в основном колонного типа (насадочные, тарельчатые и пленочные). Область применения тех или иных аппаратов определяется свойствами разделяемых смесей, производительностью и т.д. При этом, независимо от схемы движения потоков в пределах отдельного контактного устройства (контактной ступени) в целом по аппарату, как правило, осуществляется противоток взаимодействующих фаз (газа

и жидкости (рис. 3.18).

а б в

Рис. 3.18. Колонные аппараты основных типов:

а  насадочный; б  тарельчатый; в  пленочный;

1  корпус аппарата; 2  распределитель; 3  ограничительная решетка;

4  насадка; 5  опорная решетка; 6  тарелка; 7  переточное устройство;

8  поверхность контакта; ж  жидкость; г  газ

Насадочные аппараты представляют собой колонны, заполненные твердыми телами различной формы (насадкой). Насадку насыпают на опорную решетку колонны в беспорядке

(в навал) или укладывают правильными рядами (регулярная насадка). Типы используемых насадок показаны на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Типы насадок:

1 – кольца Рашига; 2 – кольца с перегородкой; 3 – кольца с

крестообразной перегородкой; 4 – кольца Паля; 5  седла Берля;

6 – седла Инталокс

Основными характеристиками насадок являются удельная поверхность и свободный объем.

Под удельной поверхностью понимают суммарную поверхность всех насадочных тел в единице объема аппарата (м²/м³). Чем больше удельная поверхность насадки, тем выше ее эффективность, но больше гидравлическое сопротивление и меньше производительность.

Под свободным объемом насадки понимают суммарный объем пустот между насадочными телами в единице объема аппарата (м³/м³). Чем выше свободный объем насадки, тем больше ее производительность, меньше гидравлическое сопротивление и эффективность.

С увеличением размеров насадочных тел возрастает произвоительность, но одновременно снижается эффективность аб-

сорбции.

Наиболее представительными по конструктивному оформлению являются тарельчатые аппараты. В них газ проходит через слой жидкости, находящейся на тарелке, дробясь на мелкие пузыри и струи, которые с большой скоростью движутся в жидкости. При этом создаются благоприятные условия для осуществления процесса абсорбции.

Известно много различных конструкций тарелок, которые существенно различаются по своим эксплуатационным характеристикам. При оценке конструкции тарелок обычно принимают во внимание следующие основные показатели: производительность; гидравлическое сопротивление; эффективность при разных рабочих нагрузках; диапазон рабочих нагрузок в условиях достаточно высокой эффективности; возможность работы на средах, склонных к образованию инкрустаций, полимеризации и т.п.; простоту конструкции, проявляющуюся в трудоемкости изготовления, монтаже, ремонтов; материалоемкость.

На рис. 3.20 показаны основные типы барботажных тарелок, широко используемые в абсорбционной практике. Обеспечение интенсивного взаимодействия между фазами на тарельчатых контактных устройствах позволяет создавать аппараты большой единичной мощности при относительно небольших габаритах и массе.

а б в

Рис. 3.20. Основные типы барботажных тарелок:

а  колпачковая; б  клапанная; в  ситчатая;

г  газ; ж  жидкость

При абсорбционной очистке воздушных выбросов используются также полые орошаемые скрубберы, аппараты с водяной пленкой, аппараты с псевдоожиженной насадкой и скрубберы Вентури, конструкции которых рассмотрены в предыдущем

разделе.

3.3.4.2. Очистка от примесей методом адсорбции

Адсорбционная очистка вентиляционных выбросов – процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой фазы (газа-носителя) поверхностью твердого тела (адсорбента).

Явление адсорбции объясняется наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и поглощаемого компонента на границе раздела соприкасающихся фаз. Внутри одной фазы каждая молекула испытывает практически одинаковую силу притяжения к другим молекулам этой фазы, в то время как на границе раздела фаз силовые поля не уравновешены: на молекулы компонента, оказавшиеся на границе раздела фаз, действуют неодинаковые силы притяжения со стороны молекул носителя и адсорбента. Это приводит к возникновению результирующей силы, направленной к поверхности адсорбента, и происходит процесс перехода (поглощения) молекул компонента из газовой фазы в поверхностный слой адсорбента.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции молекулы адсорбента и поглощаемого вещества не вступают в химическое взаимодействие. При хемосорбции такое взаимодействие происходит.

Адсорбция является экзотермическим процессом, т.е. сопровождается выделением тепла.

Адсорбенты, применяемые для очистки вентиляционных выбросов  пористые твердые тела с сильно развитой поверхностью пор. Удельная поверхность пор может составлять от 200 до 1000 м²/г, а средний радиус пор  от 0,3 до 10 нм. Адсорбенты применяют в виде таблеток или шариков размером от 2 до 6 мм, а также в виде порошков с размером частиц от 20 до 500 мкм. Наиболее широкое применение нашли следующие типы пористых адсорбентов: активные (или активированные) угли, силикагели, алюмогели и цеолиты (или молекулярные сита).

Силикагели и алюмогели – синтетические минеральные адсорбенты, позволяющие регулировать их пористую структуру в зависимости от способа получения. Кроме того, они обладают преимуществом перед активными углями – негорючестью.

Цеолиты (молекулярные сита) – алюмосиликаты, содержащие в своем составе окислы щелочных и щелочноземельных металлов, отличающиеся строго регулярной структурой пор. Размеры входных «окон» в большие полости кристаллической структуры цеолитов близки к размерам поглощаемых молекул. Одни молекулы из смеси веществ могут пройти в эти «окна» и адсорбироваться в кристаллах цеолитов, другие, более крупные молекулы, остаются в носителе. Таким образом, происходит «просеивание» молекул, в связи с чем эти адсорбенты и получили название молекулярных сит. Этот тип адсорбентов подразделяется на природные и синтетические цеолиты.

Рассмотрим два метода адсорбции, используемые на практике для очистки вентиляционных выбросов (рис. 3.21): а – с неподвижным слоем адсорбента и б – с псевдоожиженным слоем адсорбента.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента - представляют собой вертикальные аппараты, заполненные гранулированным адсорбентом. Исходная смесь пропускается через слой адсорбента, при этом происходит поглощение соответствующих компонентов из газовоздушной смеси. После насыщения адсорбента процесс адсорбции прекращается и начинается процесс регенерации. Для этого через слой насыщенного адсорбента пропускают водяной пар, инертный газ, растворитель и др. Иногда регенерацию проводят, выжигая поглощенные компоненты (например, смолистые вещества) в специальном аппарате. Поскольку при регенерации процесс адсорбции прекращается, для обеспечения непрерывной работы установки используют несколько адсорберов, работающих по заданному циклу.

Адсорберы с псевдоожиженным слоем адсорбента позволяют осуществлять непрерывный процесс очистки. Адсорбент

в этом случае должен состоять из мелких гранул (обычно не более 500 мкм). Аппарат может иметь один или несколько кипящих слоев, обеспечивающих контакт фаз в противотоке. В таком

а б

Рис. 3.21. Схемы основных способов осуществления процессов

адсорбции:

а  с неподвижным слоем адсорбента: 1  корпус; 2  адсорбент;

3  опорная решетка; 4  ограничительная решетка;

б  с псевдоожиженным слоем адсорбента: 1  корпус; 2 контакт-

ная тарелка; 3  переточное устройство; 4  адсорбент

адсорбере на специальных решетках (тарелках) 2 газ взаимодействует с порошкообразным адсорбентом, в результате чего адсорбент переводится в состояние высокой подвижности (псевдоожижается). Через переточные устройства 3 адсорбент передается с одной контактной ступени на другую, двигаясь сверху вниз. Газ двжется противотоком снизу вверх. Для отделения от унесенных частиц адсорбента газ на выходе пропускают через циклоны. Применение псевдоожиженного (кипящего) слоя позволяет интенсифицировать процесс межфазного переноса.