ВОПРОС №26: Назвать и сопоставить основные способы разделения суспензий. Указать их преимущественные области применения.
Суспензия — смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном состоянии.
Применяют следующие основные методы разделения: 1) осаждение, 2) фильтрование, 3) центрифугирование, 4) мокрое разделение. Эти методы лежат в основе гидромеханических процессов разделения неоднородных систем.
Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции (в том числе центробежных) или электростатических сил. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием. Отстаивание является более дешевым процессом, чем другие процессы разделения неоднородных систем, например фильтрование. Кроме того, разделение фильтрованием ускоряется при прочих равных условиях в случае предварительного сгущения фильтруемого материала. Поэтому отстаивание часто используют в качестве первичного процесса разделения, стремясь удалить возможно большие количества твердого вещества из сплошной фазы.
Фильтрование — процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путем осаждения.
Центрифугирование — процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил. Под действием этих сил осаждение сочетается с уплотнением образующегося осадка, а фильтрование — с уплотнением и механической сушкой осадка.
Мокрое разделение — процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий. При обработке суспензий мокрое разделение используют в комбинации с другими способами разделения (промывка осадков в процессах отстаивания и фильтрования).
ВОПРОС №27: Охарактеризовать основные способы очистки газов от пыли. Указать их преимущественные области применения.
Все способы пылеулавливания можно разделить на сухие и мокрые. Оборудование для сухого улавливания включает пылеосадительные устройства, пылеуловители центробежного действия, фильтры, электрофильтры. К оборудованию для мокрого улавливания пыли относят скрубберы различных типов, барботажные аппараты, скоростные пылеуловители и др.
Пылеосадительные устройства
К пылеосадительным устройствам относят аппараты, в которых улавливание твердых частиц происходит под давлением силы тяжести, т.е. пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители.
Пылеосадительные камеры представляют собой металлическую или железобетонную емкость прямоугольного сечения, площадь которой в несколько раз больше площади газо-подводящего трубопровода. Из-за резкого уменьшения скорости потока в камере взвешенные частицы в значительной степени успевают осесть на ее дно. Степень очистки в камерах в зависимости от дисперсности пыли достигает 40-90 %). Для ее повышения камеры оборудуют специальными приспособлениями (перегородки, подвешенные цепи, проволока и т.п.), разбивающими поток входящего газа, улучшающими распределение его струй и прижимающими их к низу камеры.
Применение камер целесообразно при горизонтальных или наклонных газоотводах большого сечения, когда подсоединение более эффективной аппаратуры пылеулавливания затрудненно.
Инерционные пылеуловители, основываясь на принципе пылеосаждения под влиянием силы тяжести, включают дополнительный элемент, увеличивающий степень пылеулавливания – изменение направления газового потока. К этому типу устройств относятся радиальные пылеуловители (пылевые мешки) и жалюзийные пылеуловители различного вида.
Пылеуловители центробежного действия
Пылеуловители центробежного действия включают циклоны, аппараты ротационного и вихревого типов. Наиболее известны циклоны, получившие широкое распространение в технике пылеулавливания.
По форме корпуса циклоны разделяют на цилиндрические и конические. Их устройство и принцип действия одинаковы.
Циклоны обычно не используют как конечные пылеуловители. В этом качестве они могут применяться только при пылях, в которых незначительное количество частиц размером менее 10 мкм, при условии их выброса в атмосферу на значительной высоте. Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов, устанавливая их перед фильтрами или перед электрофильтрами.
Степень очистки газа в существенной степени зависит от диаметра циклона. При его меньших значениях очистка протекает полнее, но уменьшается производительность. Поэтому для улавливания более мелких частиц применяют групповые и батарейные циклоны (мультициклоны), состоящие из параллельного ряда небольших циклонов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общие подвод, отвод газов и разгрузочный бункер.
Фильтры
Фильтры используют для тонкого пылеулавливания и когда затруднено применение электрофильтров. Имеются в виду случаи малого и слишком высокого электросопротивления частиц пыли или необходимость специальной подготовки газов для электрофильтра, например их дожигание. Однако электрофильтры обладают неоспоримым преимуществом при пылеочистке агрессивных газов, если температура последних близка к точке росы, т.е. реальна опасность выпадения конденсата на материал фильтра.
Электрофильтры
Электрофильтрование находит все большее применение для очистки воздуха от пыли. К преимуществам этого вида очистки относятся: возможность получения высокой степени очистки (до 99% и более), небольшое гидравлическое сопротивление (100 - 300 Па); независимость работы от давления газов; незначительный расход электроэнергии (0,1 - 0,8 кВт ч на 1000 м3 газа вместо 2 для других пылеуловителей); возможность очистки газов при высоких температурах и их агрессивности; широкий диапазон концентрации пыли (от долей грамма на 1м3 до 50 г/м3); полная автоматизация работы.
Метод основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда. При этом происходит передача заряда ионов частицам примесей и осаждение этих частиц на осадительных и коронирующих электродах.
Работа электрофильтра осуществляется следующим образом. Известно, что любой загрязненный воздух, поступающий в электрофильтр, всегда оказывается частично ионизированным за счет различных внешних воздействий (рентгеновских и космических лучей, радиоактивных излучений, трения, нагрева газа и др.). Поэтому он обладает проводимостью, что обусловливает возможность возникновения силы тока. Последняя зависит от числа ионов и напряжения между электродами. При увеличении напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов и сила тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом сила тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваются с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. То есть развивается ударная ионизация газа, возникает коронный разряд.Он имеет место и у коронируюшего и у осалительного электродов, но коронирующий электрод имеет значительно большую внешнюю зону.
Скрубберы
Мокрую очистку применяют для очистки газов от пыли или тумана. В качестве промывной жидкости обычно используют воду, реже – водные растворы соды, серной кислоты и других веществ. Поверхностью контакта фаз между газом и жидкостью может являться поверхность стекающей жидкой пленки ( насадочные и центробежные скрубберы),
поверхность капель(полые скрубберы, скрубберы Вентури). При мокром улавливании газы эффективно очищаются от частиц размером не менее 3-5 мкм, частицы меньшего размера улавливаются плохо.
Полые скрубберы.
Это простейшие аппараты для мокрой очистки газов, бывают вертикальные колонны круглого или прямоугольного сечения. Колонна орошается водой, которая разбрызгивается через форсунки. Запыленный газ может подаваться как снизу колонны, так и сверху. Последний вариант предпочтителен, если мокрая очистка используется для предварительной обработки газов перед очисткой их от пыли в сухих электрофильтрах и других устройствах. В этом случае достигается более равномерное распределение газа по сечению колонны. Жидкость с уловленной пылью выводится снизу из конического днища. Степень улавливания пыли тем больше, чем больше расход орошающей жидкости, запыленность газа и размер частиц, но обычно не превышает 60-70%.
Насадочные скрубберы.
В насадочных скрубберах сечение колонны заполнено насадкой, по которой в виде пленки стекает жидкость. Противотоком к ней движется газ, подаваемый в нижнюю часть колонны. Смоченная поверхность насадки и является поверхностью контакта фаз. При недостаточном орошении насадки на ее элементах может налипать пыль, что приводит к росту гидравлического сопротивления и снижению производительности скруббера, поэтому для очистки запыленных газов используют только регулярную насадку и крупными элементами или хордовую насадку.
Центробежные скрубберы.
В этих скрубберах процесс мокрой очистки интенсифицируется благодаря проведению его в поле центробежных сил. Запыленный газ поступает в цилиндрический корпус через входной патрубок прямоугольного сечения, приобретая вращательное движение. Внутренняя поверхность корпуса непрерывно орошается из сопел, к которым подводится жидкость из питающей трубы. Струя, выходящая из сопла, направляется в сторону вращения очищаемого газа тангенциально к поверхности корпуса и смачивает ее. Далее жидкость тонкой пленкой стекает по поверхности корпуса. Взвешенные в поднимающемся по винтовой линии потоке газа частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам скруббера, смачиваются пленкой жидкости и улавливаются ею. У патрубка входа газа пленка разрушается, образуя туман, на поверхности капель которого также оседает некоторая часть пыли. Жидкость с поглощенной пылью выводится из аппарата через коническое днище. Очищенный газ удаляется через выходной патрубок.
Барботажные пылеуловители
Их используют для очистки сильно запыленных газов. В таких аппаратах жидкость, взаимодействуя с газом, приводится в состояние подвижной пены, что обеспечивает бОльшую поверхность контакта фаз. Барботажный пылеуловитель представляет собой цилиндрический или прямоугольный корпус, в котором находится перфорированная тарелка. Вода или другая промывная жидкость через штуцер подается на тарелку. В нижнюю часть аппарата через патрубок подается запыленный газ. Проходя через отверстия тарелки, газ барботирует через жидкость, превращая ее в слой подвижной пены. В солее пены пыль поглощается жидкостью, часть которой удаляется из аппарата через переточный порог, а другая часть сливается через отверстия в тарелке, промывая их и улавливая в подтарелочном пространстве крупные частицы пыли. Образующаяся суспензия выводится из нижней части аппарата. При большом содержании пыли в газе и высоких требованиях к качеству очистки используют аппараты с двумя-тремя, иногда и большим числом тарелок.