Процессы и аппараты химической технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Большое число современных химико-технологических процессов связано с дроблением, измельчением и транспортированием сыпучих материалов. При этом неизбежно часть материалов переходит в аэрозольное состояние, образуя пыль, которая с технологическими или вентиляционными газами выбрасывается в атмосферу.

Пылевые частицы имеют большую суммарную поверхность, вследствие чего их химическая и биологическая активность очень высока. Некоторые вещества в аэродисперсном состоянии приобретают новые свойства, например способность взрываться. Частицы промышленной пыли имеют различные форму и размеры. Понятие размера частицы ввиду большого разнообразия форм условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой величиной служит седиментационный диаметр (диаметр шара, скорость осаждения и плотность, которого равны скорости осаждения и плотности сравниваемой частицы). При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают. Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли.

В настоящее время известно несколько сотен различных конструкций аппаратов для очистки газов от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы.

Естественными движущими силами процесса осаждения пылевых частиц в потоке являются силы тяжести и диффузии. Эти силы, однако, являются недостаточными для самопроизвольной очистки газов. Хотя улавливание наиболее крупных частиц иногда и осуществляют посредством естественного осаждения в гравитационном поле, в большинстве аппаратов современной пылеочистной техники используют более интенсивное силовое поле, создаваемое искусственно.

Так, для пылеулавливания широко применяют инерционные силы, проявляющиеся при изменении направления и скорости пылегазового потока, а также силы электрического притяжения предварительно заряженных частиц к осадительному электроду.

Находит применение в пылеулавливании и процесс коагуляции, в результате которого происходит образование укрупненных агрегатов, состоящих из нескольких частиц пыли. Этот процесс интенсифицируют с помощью инерционных, электрических или термических сил. В пылеулавливающих устройствах основной процесс осаждения частиц часто сопровождается побочными нежелательными процессами. Так, например, уже осажденные частицы могут вновь увлекаться газовым потоком, а агрегаты частиц, образовавшиеся в процессе коагуляции, разрушиться и т. д.

Для подавления вторичных процессов, мешающих пылеулавливанию, принимают специальные меры - смачивают осадительные поверхности, снижают скорость газа, повышают электропроводность частиц, вводят в газ жидкость для увеличения прочности агрегатов частиц и т. п.

Чтобы выделить пылевидные частицы из газов, осуществляют фильтрование газов через пористые перегородки. В этом случае используют инерционный, электрический или диффузионный механизм осаждения частиц. Выбор механизма осаждения зависит от размеров пылевых частиц, скорости газового потока и других факторов.

В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы: пылеосадительные камеры и циклоны, аппараты мокрой очистки газов, пористые фильтры, электрические фильтры.



1. Пылеосадительные камеры и циклоны

К рассматриваемой группе пылеулавливающих аппаратов относятся: пылеосадительные камеры, жалюзные пылеуловители, циклоны и ротационные пылеуловители.

Основным достоинством большинства этих аппаратов является простота конструкции, что позволяет изготовлять их на неспециализированных предприятиях. Однако эффективность очистки газов в них часто оказывается недостаточной. Поэтому многие из этих аппаратов применяют главным образом для первичной очистки газов, проводимой перед очисткой в более эффективных пылеуловителях.

Пылеосадительные камеры представляют собой простейшие сухие пылеуловители. Взвешенная в потоке газа пыль осаждается в них под действием силы тяжести. Устройство камер очень простое. Обычно это пустотелый или с горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб с бункером внизу для сбора пыли.

Производительность осадительных камер зависит от площади основания камеры и скорости осаждения пыли. Если известна скорость осаждения пыли в пылеосадительной камере и скорость движения газа вдоль камеры то, учитывая, что продолжительность осаждения пыли должна быть меньше или равна времени прохождения газа через камеру, можно определить необходимую длину камеры.

При одной и той же скорости газа в плоских небольшой высоты пылеосадительных камерах газ очищается лучше. Поэтому часто внутреннюю полость камеры разделяют по высоте горизонтальными полками. Для лучшего удаления осажденной пыли полки делают поворотными или наклонными. С последних пыль удаляют встряхиванием.

В жалюзийных пылеуловителях пыль выделяется из газового потока с помощью жалюзийных пластин. Жалюзийный пылеуловитель состоит из двух основных частей: жалюзийной решетки и выносного пылеуловителя (обычно циклона). Назначение жалюзийной решетки - разделить газовый поток на два (один поток составляет 80-90% всего количества газа и в значительной мере освобожден от пыли, другой -10-20% и в нем сосредоточена основная масса пыли, которую улавливают затем в циклоне или в другом достаточно эффективном пылеуловителе).

Жалюзийные аппараты из-за простоты конструкции, невысокой стоимости и небольшого гидравлического сопротивления находят довольно широкое применение для очистки отходящих газов от пыли в различных отраслях промышленности. Жалюзийные, пылеуловители используют для улавливания пыли с частицами размером более 20 мкм. Температура газов, очищаемых в жалюзийной решетке из углеродистой стали, не должна превышать 450 0 С. Для газов с более высокой температурой (600 0С) пластины жалюзийной решетки, должны быть отлиты из чугуна.

Из инерционных аппаратов центробежного типа наибольшее распространение получили циклоны. Частицы пыли выделяются в них под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата. Запыленный газ входит в циклон через тангенциальный патрубок и, приобретая вращательное движение, опускается винтообразно вниз вдоль внутренних, стенок корпуса. Небольшая часть этого потока, в котором сконцентрированы пылевые частицы, движется в непосредственной близости от стенок циклона и поступает в пылесборный бункер, где происходит осаждение и накопление пыли. Из центральной зоны циклона газовый поток, освобожденный от пыли, поднимается вверх и удаляется через центральную трубу. Вследствие вращательного движения газового потока в центральной зоне циклона создается пониженное давление.

В отечественной практике применяют различные циклоны. Наиболее распространены циклоны НИИОГАЗ типа ЦН, СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34, циклоны ЦКТИ типа Ц, циклоны ЛИОТ, СИОТ и ВЦНИИОТ.

Из перечисленных циклонов по эффективности, экономичности и удобству компоновки лучшим является циклон ЦН -11. Циклон ЦН-15, имеющий при равных гидравлических потерях и производительности несколько меньшие габаритные размеры, можно применять в тех случаях, когда трудно разместить циклон ЦН-11.

Циклон ЦН-15У целесообразно использовать, когда к степени очистки газа не предъявляют высокие требования, а габаритные размеры циклона должны быть минимальными. Циклоны ВЦНИИОТ рекомендуют применять в случае опасности нарастания слоя пыли в конусе. Устойчивость к абразивному износу конуса этого циклона значительно выше, чем у конусов других типов циклонов.

Циклоны СИОТ имеют наименьшую высоту и могут устанавливаться в помещениях небольшой высоты.

Спирально-конические циклоны СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34 относятся к аппаратам с высоким гидравлическим сопротивлением. Их применяют в тех случаях, когда при максимальной степени очистки величина сопротивлений не лимитируется.

Циклоны ЦН можно применять в одиночном и групповом исполнении. Циклоны компонуют в группы в два ряда или вкруговую. Группы циклонов имеют общий сборник очищенного газа и общий пылевой бункер. Отводят очищенный газ из групповых циклонов либо через улитки, устанавливаемые на каждом циклоне и объединяемые общим коллектором, либо непосредственно через общий коллектор.

Батарейные циклоны (мультициклоны). При уменьшении диаметра цилиндрической части корпуса циклона повышается эффективность осаждения в нем пыли. При очистке большого количества газов для достижения высокой степени улавливания пыли устанавливают группу циклонов относительно небольшого диаметра так называемые батарейные, циклоны. Батарейный циклон представляет собой пылеулавливающий аппарат, состоящий из большого числа параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общий коллектор для подвода и отвода газов и общий бункер для сбора пыли. В отличие от обычных в батарейных циклонах газовый поток получает вращательное движение, необходимое для выделения пыли, не с помощью подвода его по касательной, а с помощью направляющего аппарата, имеющегося в каждом элементе, в виде винта или розетки. Размеры такого батарейного циклона значительно меньше, чем у группы обычных циклонов тай же производительности.

Батарейные циклоны могут быть составлены из обычных и прямоточных циклонных элементов. Батарейные циклоны с прямоточными элементами обладают меньшей эффективностью и поэтому как самостоятельные аппараты применяются редко. Чаще их используют для предварительной очистки газов перед очисткой в таких высокоэффективных аппаратах, как электрофильтры, рукавные фильтры и т. д.

Батарейные циклоны можно устанавливать только в тех случаях, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и несмачивается, в противном случае элементы циклона забиваются пылью и его работа затрудняется.

Батарейные циклоны НИИОГАЗ рассчитаны для очистки газов, имеющих запыленность 50-100 г/м3, при температуре до400 0 С и давлении 2500 Па. Если количество газа, поступающего на очистку, составляет более 2500 м3/ч, то в циклонах устанавливают элементы диаметром 100 мм; при расходе газа более7500 м3/ч - диаметром 150 мм; при расходе газа более 25000 м3/ч - диаметром 250 мм.

При меньшем количестве очищаемого газа более целесообразнee устанавливать группу циклонов НИИОГАЗ, которые в этих условиях обеспечивают лучшую очистку, чем батарейные циклоны.

В химической промышленности батарейные циклоны применяют для улавливания пыли (нефелина, апатита, угля, фосфоритной муки, хлористого калия, извести, соды) и при очистке аспирационного воздуха сушильных, мельничных, дробильных и других агрегатов, выделяющих при работе пылевидные частицы размером более 15 мкм.

Ротационные пылеуловители. Простейшие центробежные пылеуловители ротационного действия состоят из рабочего колеса и кожуха (пылеприемника). Пылегазовая смесь приводится во вращательное движение рабочим колесом, при этом под действием центробежных сил из очищаемого газа выделяется пыль.

Ротационные пылеотделители можно разделить на две группы. В пылеотделителях l-й группы отделяемые частицы движутся в направлении подачи газа. Очищаемый газ поступает в центральную часть колеса, вращающегося в спиралеобразном кожухе. Под действием центробежных сил частицы попадают на периферию диска и далее перемещаются перпендикулярно оси ротора в пылесборник, а очищаемый газ выходит из пылеотделителя через патрубок.

В ротационных пылеуловителях 2-й группы типа ЦРП улавливаемые частицы перемещаются в направлении, обратном движению газа. Очищаемый газ всасывается во вращающийся барабан через отверстия, расположенные на его боковой поверхности. В пограничном слое частота вращения пылегазового потока достигает окружной частоты вращения барабана, в результате частицы пыли, преодолевая силы аэродинамического сопротивления газа, отделяются от потока и движутся в радиальном направлении к периферии. От соотношения центробежных сил и сил аэродинамического сопротивления газа зависит степень очистки.

2. Аппараты мокрой очистки газов

Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

Аппараты мокрой очистки газов отличаются высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц и небольшой стоимостью по сравнению с аппаратами сухой очистки.

Некоторые типы аппаратов мокрой очистки (турбулентные газопромыватели) могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм.

Аппараты мокрой очистки газов по степени очистки могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры не могут быть применены вследствие высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов.

В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами можно улавливать парообразные и газообразные компоненты. К недостаткам мокрой очистки следует отнести: необходимость обработки образующихся сточных вод, повышенный брызгоунос и необходимость защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред. Несмотря на эти недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом применяют в химической промышленности.

Аппараты мокрой очистки часто используют в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения газов. В этом случае газоочистные аппараты служат еще и теплообменниками смешения, где охлажденный газовый поток непосредственно контактирует с охлаждающей жидкостью.

Среди аппаратов для очистки газов от пыли мокрые пылеуловители отличаются наибольшим многообразием, что обусловливается силами, воздействующими на газо-жидкостные потоки. При этом жидкая фаза находится в аппарате в виде пленки, струи, капель, пены или различных сочетаний.

По принципу работы аппараты мокрой очистки газов делятся на следующие группы: полые и насадочные, барботажные и пенные, аппараты ударно-инерционного типа, центробежного типа, динамические и турбулентные промыватели.

В полых и насадочных аппаратах запыленные газы пропускают через поток распыляемой, разбрызгиваемой или стекающей по насадке жидкости. При этом частицы пыли захватываются потоками промывной жидкости и осаждаются в аппарате, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

В полых скрубберах промывку газов осуществляют с помощью разбрызгивания жидкости навстречу движущемуся очищаемому потоку. Для орошения скрубберов применяют форсунки грубого, распыления. Высокая эффективность очистки газов достигается в том случае, если промывная жидкость распыливается с образованием капель 0,5-1 мм. Обычно скруббер представляет собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения. Форсунки устанавливают в одном или нескольких сечениях по высоте аппарата.

Для снижения брызгоунос скорость газа в аппарате не должна превышать 1-1,2 м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера невелико и обычно не превышает 250 Па. Расход воды составляет 5-10 м3/ч на 1 м2 площади поперечного сечения. Наиболее полно в этих аппаратах улавливаются частицы пыли более10 мкм.

Характерной особенностью насадочных скрубберов является то, что процесс выделения пыли происходит на смоченной поверхности насадки в результате многочисленных изменений движения газового потока в аппарате. Насадочные скрубберы заполняют насадочными элементами различной конфигурации, которые удерживаются, на опорных решетках. К беспорядочной насадке относятся кольцевая (при загрузке навалом), седлообразная, кусковая; к регулярной - хордовая, блочная, уголковая.

Недостатками насадочных скрубберов являются частые забивки насадки при обработке запыленных газов, что ограничивает область их применения в технике пылеулавливания. Насадочные колонны целесообразно применять только при улавливании, хорошо смачиваемой пыли, особенно в тех случаях, когда процессы улавливания сопровождаются охлаждением или очисткой газов от других компонентов.

Барботажные и пенные аппараты. В барботажных аппаратах очищаемые газы в виде пузырьков проходят через слой жидкости; при этом вследствие большой поверхности соприкосновения газов с жидкостью протекает процесс очистки газов от взвешенных частиц. Очищаемые газы барботируют в жидкость через трубки, опущенные в слой жидкости. Для дробления газов на мелкие пузырьки край барботажной трубки часто делают зубчатым. Эффективность подобных аппаратов достаточно велика, однако из-за сложности изготовления они имеют ограниченное применение в промышленности. В пенных аппаратах пылеулавливающий эффект достигается в результате движения очищаемого газа через слой пены. Пена в этих аппаратах может формироваться различными способами: на решетке, куда подается жидкость, продуваемая снизу воздушным потоком или при ударе воздушного потока о зеркало жидкости.

Пенные пылеуловители широко распространены в химической промышленности. Они просты по конструкции и достаточно эффективны. В отличие от барботеров в пенных пылеуловителях газы проходят через жидкость со скоростью, превышающей скорость свободного всплывания пузырьков, что создает условия для образования высокотурбулизованной пены.

Пенные газопромыватели представляют собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, во внутренней полости которого установлены перфорированные или щелевые решетки. Очищаемые газы поступают к решеткам снизу. В результате интенсивного перемешивания газа с жидкостью в слое пены происходит смачивание и выделение из потока пылевидных частиц, которые выводятся из аппарата в виде шлама, а очищенные газы выходят через патрубок, расположенный в верхней части аппарата.

В провальном пылеуловителе жидкость как бы «проваливается» сквозь отверстия в решетке, через которые поступает очищенный поток. Аппараты с переливными решетками могут работать со свободным сливом пены через сливной порог.

Для эффективной работы аппаратов, как с провальными, так и переливными решетками важно, чтобы жидкость и газ равномерно распределялись по поверхности решеток.

В пенных аппаратах с переливными решетками расходуется примерно в три раза меньше жидкости и допустимы значительные колебания нагрузки по газу и жидкости, чем в аппаратах с провальными решетками. Однако решетки провального типа меньше забиваются пылью, поскольку стекающая в отверстие вода смывает осадок с решеток.

Необходимо отметить, что при скорости газа более 1,0-1,2 м/с в пенных аппаратах возможен сильный унос капель воды. Поэтому в сечении аппарата над слоем пены должен быть установлен каплеуловитель. Последними исследованиями в области совершенствования пенных аппаратов было установлено, что над основной решеткой должен быть расположен специальный выпрямитель высотой 60 мм в виде сот с ячейками (35Х35 мм). Соты выравнивают слой пены по всей площади решетки и позволяют увеличить скорость газа в сечении корпуса аппарата до 3 м/с.

В целях интенсификации масса - и теплообменных процессов в последние годы, получил распространение аппарат, в котором подвижной насадкой служат полые и сплошные шары из полиэтилена, полистирола и других пластических масс.

В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решеткой и верхней ограничительной решеткой помещается слой полых шаров. Эти аппараты успешно применяли для мокрого обеспыливания газов в процессах, сопровождающихся образованием взвесей и осадков, когда другие аппараты оказывались непригодными.

При гидравлическом сопротивлении, от 1500 до 2000 Па в аппарате с псевдоожиженной паровой насадкой улавливается до 99% частиц размером от 2 мкм и более.

Пенные пылеуловители используют для тонкой очистки технологических, дымовых и выхлопных газов, а также вентиляционного воздуха от пыли, туманов и других загрязнений, обеспечивая более высокую степень очистки по, сравнению с мокрыми пылеуловителями других типов.

Аппараты ударно-инерционого типа. Мокрые газоочистные аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения частиц во время преодоления очищаемыми газами препятствия или при резком изменении направления движения газового потока над поверхностью жидкости.

Мокрый ударно-инерционный пылеуловитель представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Запыленные газы со скоростью 20 м/с направляются сверху вниз на поверхность жидкости. При резком изменении направления движения газового потока (на 1800) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы направляются в выходной газопровод. Пылеуловители этого типа удовлетворительно работают в случае хорошо смачивающейся пыли с размером частиц более 20 мкм. Шлам из аппарата удаляется периодически или непрерывно через гидрозатвор. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла.

Среди мокрых пылеуловителей ударного действия можно выделить еще два наиболее распространенных в промышленности аппарата: статический пылеуловитель ПВМ типа ротоклон и скруббер ударного действия (скруббер Дойля).

Производительность промышленных ротоклонов составляет от 2500 до 90000 м3/ч. эксплуатационным достоинством ротоклонов является возможность изменения производительности (в пределах 25% от номинальной) без заметного снижения эффективности.

Аппараты центробежного типа. Принцип использования центробежной силы для улавливания пыли, широко используемый в циклонах, нашел применение и в аппаратах мокрой очистки. Вращение газового потока в аппаратах центробежного типа осуществляется с помощью специальных направляющих лопаток либо путем тангенциального подвода газа. Орошение аппаратов осуществляют форсунками, установленными в центральной части аппарата или вдаль его стенок.

Над форсунками предусматривается свободная от орошения зона, которая служит для сепарации капельной жидкости. Наибольшее применение в промышленности получили центробежные скрубберы с тангенциальным подводом газов.

Пылеуловитель с водяной пленкой (ПВП) рассчитан на очистку запыленного вентиляционного воздуха от любых видов неслеживающейся пыли. Корпус такого циклона представляет собой цилиндр, в нижней части которого тангенциально закреплен патрубок для подвода запыленного газа. Внутренняя стенка циклона орошается водой, стекающей по ней в виде пленки.

Если содержание пыли превышает 2 г/м3, перед циклоном с водяной пленкой рекомендуется устанавливать первую ступень очистки в виде сухого циклона или другого инерционного пылеотделителя. Циклоны ЦВП не применяют для очистки агрессивных газов.

Центробежный скруббер ВТИ предназначен для очистки дымовых газов от золы. Аппарат можно применять для очистки дымовых газов при сжигании твердого топлива с содержанием серы не более 1 % и температуре поступающих на очистку газов не выше 2000 С. Скруббер ВТИ состоит из стального цилиндра с коническим днищем, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора. Входной патрубок аппарата приваривается тангенциально к внутренней поверхности.

Степень очистки газа в скруббере ВТИ достигает 90 % и не зависит от смачиваемости пыли, изменения плотности орошения (в пределах от 0,06 до 0,14 кг/м3) и концентрации пыли в газах (до 20 г/м3).

Динамические промыватели. В динамических промывателях очищаемые газы контактируют с жидкостью, которую разбрызгивает вращающийся элемент (вал с лопастями перфорированного барабана, перфорированные диски и т. п.). К таким газоочистным аппаратам, в которых используют механическую энергию, относятся механические скрубберы и дезинтеграторы.

Механический скруббер состоит из поддона и кожуха, в котором вращается горизонтальный вал с насаженными на него перфорированными дисками, частично погруженными в ванну с жидкостью. При вращении вала жидкость, увлекаемая дисками, смачивает их поверхность и разбрызгивается в виде капель на пути движения очищаемых газов. Содержащаяся в газах пыль осаждается вместе с жидкостью в ванну и частично на диски, с которых смывается. Уловленную пыль в виде шлама периодически или непрерывно удаляют из ванны.

Расход промывной жидкости в механических скрубберах определяется свойствами очищаемых газов и улавливаемого продукта. Поскольку механические скрубберы чаще работают с периодическим выводам жидкости, расход промывной жидкости в них значительно меньше, чем в полых или насадочных аппаратах. Допускаемая скорость очищаемых газов в механических скрубберах составляет 0,8-1,0 м/с. Эти аппараты пригодны для очистки газов (в том числе агрессивных и ядовитых) от взвешенных частиц размером более 7 мкм, не обладающих свойствами образовывать твердые отложения в присутствии влаги.

Для охлаждения и очистки газов в промышленности применяют также механический скруббер с вращающимся ротором, частично погруженным в жидкость. При вращении ротора жидкость поднимается вверх по винтовой спирали и отбрасывается к стенке аппарата. Высокая скорость вращения ротора обеспечивает интенсивное дробление жидкости и значительную радиальную скорость движения образующихся капель. Запыленный газовый поток движется перпендикулярно жидкостным завесам, в результате чего и достигается эффективная очистка газов.

Гидравлическое сопротивление подобных аппаратов зависит от линейной скорости газов в свободном сечении аппарата и числа оборотов ротора. Расход жидкости в механическом скруббере на очистку 1000 м3 газов составляет 0,55 - 0,70 м3.

Для очистки воздуха от пыли используют вентиляторный мокрый пылеуловитель ПВМ - ЛИОТ, который служит для предварительной очистки воздуха от нетоксичной пыли при ее начальной концентрации не более 5 г/м3.

Дезинтегратор представляет собой мокрый, пылеуловитель-вентилятор. Он состоит из статора и ротора, которые снабжены направляющими лопатками. Жидкость подается через сопла во вращающийся ротор. Газовый поток, движущийся между кольцами ротора и cтaтopа, со скоростью 60-90 м/с, а также направляющие лопатки обеспечивают интенсивное дробление жидкости на мелкие капли, что обусловливает хороший контакт газов улавливаемых частиц с жидкостью. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и затем в виде шлама выводятся из аппарата, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу. Направление потока газов в дезинтеграторах не играет существенной роли, так как развивающиеся при работе центробежные силы во много раз превышают силу тяжести.

Дезинтеграторы выпускают в горизонтальном и вертикальном исполнении. В последнем случае распыливающее жидкость сопло устанавливают в нижней части аппарата.

Степень очистки в дезинтеграторах составляет около 70% при улавливании частиц размером 0,5 мкм и 90-95% при улавливании частиц размерам 1 мкм. Эффективность возрастает с увеличением плотности орошения и числа направляющих лопаток у ротора и статора.

Турбулентные промыватели применяют главным образам для очистки газов от микронной и субмикронной пыли. Принцип действия этих аппаратов основан на интенсивном дроблении жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 60-150 м/с. Оcaждeнию частиц пыли способствует высокая турбулентность газожидкостных потоков.

К турбулентным промывателям относятся скрубберы Вентури, диафрагменные (дроссельные) скрубберы и скрубберы с подвижным дисковым шибером. Все перечисленные аппараты обеспечивают высокую степень очистки газа, но обладают большим гидравлическим сопротивлением и значительным брызгоуносом.

Скруббер Вентури. Является наиболее распространенным аппаратом этого класса. Его выполняют в виде трубы, имеющей плавное сужение на входе (конфузор) и плавное расширение на выходе (диффузор). Наиболее узкая часть трубы Вентури называется горловиной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с помощью форсунок подводится жидкость. Запыленный поток с большой скоростью проходит через горловину и входит в диффузор. В процессе истечения газа через горловину происходит тесный контакт между газом и жидкостью. Процесс очистки газа в аппарате можно рассматривать как фильтрование газа через объемный фильтр, состоящий из мельчайших капелек, образующихся при дроблении жидкости.

При очистке горячего влажного газа повышению эффективности процесса способствует охлаждение газа ниже точки росы и выделение сконденсированной влаги. При движении газа через диффузорный участок трубы скорость потока снижается, в результате происходит агрегация мелких капель. Для их улавливания за трубой Вентури обычно устанавливают циклоны или другие аппараты подобного типа.

По конструкции разные типы турбулентных промывателей отличаются конфигурацией поперечного сечения трубы-распылителя (круглое, прямоугольное), местом подачи орошающей жидкости (в конфузор или горловину) И конструкцией каплеуловителя.

Эффективность улавливания пыли в скрубберах Вентури увеличивается с ростом скорости газов в горловине и плотности орошения. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы и плотностью орошения определяют для каждого вида пыли.

В зависимости от способа подвода орошающей жидкости можно различать основные типы аппаратов: с центральным подводом жидкости в конфузор, с периферийным орошением (в конфузоре или в горловине), с пленочным орошением, с бесфорсуночным и форсуночным орошением.

3. Пористые фильтры

Одним из наиболее совершенных способов очистки газов является их фильтрация через пористые перегородки. Этот способ отличается более высокой степенью очистки от взвешенных частиц, чем в пылеулавливающих аппаратах других типов, возможностью улавливания частиц в газах, имеющих широкий диапазон температур, стабильностью процесса очистки и меньшей зависимостью от физико-химических свойств улавливаемых частиц и расхода газов.

К недостаткам пористых фильтров следует отнести: необходимость периодической замены фильтрующих элементов и громоздкость фильтров.

Возможности применения аппаратов фильтрующего типа значительно расширяются в связи с разработкой новых синтетических стеклянных и металлических материалов, которые могут быть использованы для изготовления фильтрующих элементов. При фильтрации газовых потоков частицы осаждаются на поверхности под действием сил диффузии, эффекта касания (зацепления), инерционных, электростатических и гравитационных сил.

Уловленные твердые частицы накапливаются в объеме фильтрующего материала или образуют пылевой слой на его поверхности, который является для поступающих частиц дополнительным фильтрующим элементом и повышает эффективность очистки газов. По мере накопления уловленных частиц газопроницаемость фильтрующего материала уменьшается, поэтому со временем возникает необходимость разрушения и удаления пылевого осадка, а иногда полная замена фильтрующего элемента. Таким образом, процесс фильтрации в большинстве случаев предусматривает периодическую регенерацию фильтра. При улавливании жидких частиц накапливающаяся жидкость может удаляться из пористой перегородки фильтра самопроизвольно. Подобный процесс называется саморегенерацией фильтра.

Промышленные фильтры можно условно разделить на два класса: тканевые и зернистые. Эти фильтры применяют для очистки промышленных газов с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60г/м3). Для периодического или непрерывного удаления улавливаемых частиц фильтры имеют соответствующие регенерирующие устройства. Тканевые фильтры по форме фильтрующей поверхности могут быть рукавными и рамочными. Наибольшее распространение в промышленности получили рукавные фильтры. Он состоит из ряда тканевых рукавов, подвешенных в металлической камере. Верхняя часть рукавов обычно заглушена.

Запыленный газ поступает в нижнюю часть аппарата и проходит через ткань рукавов. На поверхности ткани и в ее порах осаждается пыль. По мере увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление фильтра, поэтому осевшую на ткани пыль периодически удаляют. Процесс фильтрации газа зависит от типа ткани вида пыли. Гладкие и неворсистые ткани сравнительно легко пропускают запыленный газ. В порах таких тканей задерживаются только крупные частицы пыли. Фильтр начинает хорошо задерживать мелкую пыль только после накопления на повepхности фильтрующих элементов слоя пыли. Для ворсистых, шерстяных тканей с мелкими порами влияние начального слоя пыли менее заметно. Ворсистые ткани целесообразно применять при улавливании зернистой гладкой пыли, а при улавливании волокнистой пыли - лучше гладкие ткани.

Фильтрация тонкой пыли (частицы менее 1-2 мкм) возможна лишь на поверхности ранее осажденной пыли.

Ткани, используемые в качестве фильтровальных материалов, должны отличаться высокой пылеемкостью, воздухопроницаемостью, механической прочностью, стойкостью к истиранию стабильностью свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, а также минимальным влагопоглощением и способностью к легкому удалению накопленной пыли. Не все применяемые в промышленности материалы удовлетворяют перечисленным требованиям, поэтому каждый материал используют в определенных, наиболее благоприятных для него условиях.

Тканевые фильтры, различаются между собой по следующим признакам:

форме тканевых фильтрующих элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.);...

месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие и нагнетательные);.

способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с вибростряхиванием, с импульсной продувкой и др.);

форме корпуса для размещения фильтрующих элементов (прямоугольные, цилиндрические, открытые);

числу секций в установке (одно- и многосекционные);

виду используемой ткани (шерсть, бязь, стеклоткань и т. д.).

Отечественной промышленностью серийно выпускаются рукавные фильтры типа ФВ, МФУ, РФГ, ФВК, ФРМ, ФВВ, МФВ, МФС, ПФР, ФР.

Рукавные фильтры типа ФВ предназначены для средней и тонкой очистки газов от волокнистой пыли. Рукава выполняют из суровой бязи. Фильтры МФУ применяют для тонкой очистки газов и воздуха от сухой и слипающейся пыли с размером частиц до 1 мкм (цемент, мука, зола).

Многосекционные рукавные фильтры типа РФГ предназначены для обеспыливания промышленных газов, поступающих на очистку при избыточном давлении или разрежении.

В фильтрах этого типа больше секций, чем в фильтрах ФВ, и рассчитаны они на более высокую производительность. Промышленностью выпускаются также фильтры РФГ-УМС однорядные и двухрядные с числом секций от 4 до 20. В зависимости от температуры очищаемых газов для рукавов используют различные материалы (ткани ЦМ, хлопчатобумажные ткани, сукно, нитрон, лавсан). При повышенной влажности газов предусматривается подогрев продувочного воздуха до температуры на 10-15°С выше точки росы паров воды. Расход воздуха для продувки рукавов составляет 10-15% производительности установки, подсос воздуха через неплотности достигает 10 %.,

Регенерацию фильтровальной ткани в фильтрах РФГ осуществляют автоматически посекционно.

Рукавные всасывающие фильтры марки ФВК предназначены для очистки нейтральных запыленных газов (воздуха) от сухой пыли при температуре до 80°С. Регенерацию рукавов производят посекционно с помощью механизма периодического встряхивания и обратной продувкой атмосферным воздухом. Подсос воздуха через неплотности с учетом продувки для регенерации достигает 30% от количества очищаемых газов. Разрежение в бункepe должно быть не менее 300 Па.

Рукавные всасывающие фильтры марки ФРМ предназначены для очистки воздуха с большим начальным содержанием пыли и применяются для улавливания волокнистой пыли. Подсос воздуха через неплотности с учетом продувки достигает 11-18% от объема очищаемого воздуха. Разрежение в бункере должно быть не менее 600-1000 Па..

Укрупненный рукавный фильтр УРФМ состоит из 20 секций с общей фильтрующей поверхностью 2300 м2; в каждой секции находятся 42 рукава диаметром 200 мм и длиной 4020 мм. В отличие от РФГ этот фильтр оборудован устройствами пневматического встряхивания пневматического управления клапанами. Характерной особенностью фильтра является переменный рабочий цикл секции фильтра, устанавливаемый автоматически.

Всасывающие фильтры МФВ-204 применяют в сажевой промышленности для улавливания антраценовой сажи. Он состоит из стальной сварочной камеры, разделенной поперечными перегородками на 12 секций, в каждой из которых размещается по 17 рукавов из ткани нитрон или лавсан.

Регенерацию рукавов осуществляют с помощью механического встряхивания и обратной продувки подогретым воздухом от специального вентилятора.

3ернистые фильтры. Преимуществами зернистых фильтров являются - невысокая стоимость и доступность материалов, возможность работать при очень высоких температурах и агрессивных средах, способность выдерживать большие механические нагрузки и перепады давления, а также резкие изменения температуры.

Различают два типа зернистых фильтров. К l-му типу относятся насыпные фильтры, в которых рабочие элементы не связаны жестко друг с другом (неподвижные слоевые фильтры, подвижные слоевые фильтры, фильтры с псевдоожиженным слоем). Ко 2-му типу относятся жесткие пористые фильтры, в которых зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, спрессовывания или склеивания и образуют прочную неподвижную систему (пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы).

Зернистые насыпные фильтры. В качестве насадки в насыпных фильтрах используют песок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, крошку резины, кокс, пластмассы, графит и другие материалы, а также стандартные виды насадок - кольца Рашига, седла -Берля, сферы и т. д. Выбор материалов для насадок обусловливается требуемой термической и химической стойкостью, механической прочностью, доступностью.

Получили распространение также гравийные фильтры, регенерируемые путем вибрационной встряски зернистого слоя внутри аппарата. Гравийные фильтры применяют для очистки газов в производстве цемента, извести, гипса, фосфорных удобрений и в других производствах, где присутствуют абразивная пыль и агрессивные газы или вещества, плохо улавливаемые в электрофильтрах и других пылеуловителях.

При начальной концентрации пыли более 12 г/м3 перед гравийными фильтрами устанавливают циклоны. Остаточное содержание пыли в очищенных газах обычно составляет от 10 до 100 мг/м3. эффективность очистки - от 99 до 99,8 % .

Фильтры с движущейся средой. Свойство сыпучих зернистых материалов используют для создания фильтров с движущейся средой и периодическим или непрерывным удалением из установки для регенерации части зерен. Обычно материал перемещается между сетками или жалюзийными решетками под действием гравитационных сил. Регенерацию выгруженного материала проводят в отдельном аппарате путем грохочения или промывки зерен водой.

Зернистые жесткие фильтры. Керамические, поролитовые, металлопористые, металлокерамические и другие жесткие пористые фильтры занимают особое место среди фильтров, так как отличаются повышенной устойчивостью к высокой температуре, коррозии и механическим нагрузкам. Существенными недостатками жестких фильтров по сравнению с тканевыми являются их высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и необходимость частой регенерации, что существенно усложняет эксплуатацию и сокращает срок их службы.

Жесткие пористые элементы можно регенерировать следующими способами: продуванием воздуха или газа в направлении, противоположном движению рабочего потока; пропусканием жидких растворов в направлении, противоположным движению рабочего потока; пропусканием горячего пара или струи горячих газов для удаления из пор различных отложений; механической вибрацией пористых элементов.

Трудность регенерации жестких пористых элементов объясняется глубоким проникновением высокодисперсных частиц в поры. При этом сопротивление элементов непрерывно увеличивается и часто возникает необходимость в демонтироваиии элементов для более глубокой промывки или очистки их другими способами.

Жесткие пористые фильтры редко применяют в системах очистки воздуха или газов большой производительности, так как их сопротивление велико и необходимо работать при низкой скорости фильтрации. Чаще всего такие фильтры применяют для фильтрации сжатых газов, поступающих на очистку при высокой температуре. (300-5000С).

Керамические фильтры. Керамические патроны, пластины или диски получают спеканием зерен шамота, кварцевого песка, асбеста и других природных минералов.

Скорость фильтрации в зависимости от вида керамики, концентрации и свойств пыли, давления в системе составляет от 0,01 до 0,5 м/с. Керамические фильтры часто применяют для очистки технологических газов внутри аппаратов.

Металлокерамические фильтры. Исходным материалом для изготовления служат металлические. порошки шарообразной формы с гладкой поверхностью или порошки несферической формы с шероховатой поверхностью.

Эти фильтры громоздки, так как нагрузки по газу в металлокерамических фильтрах могут изменяться от 0,2 до 10 м3/(м2,мин) при аэродинамическом сопротивлении от 0,1 до 6 кПа. При производительности 0,1 м3/с фильтр имеет диаметр 1,2 м высоту 1,8 м. Вследствие того, что на жесткой поверхности образуется очень - однородный слой, эффективность улавливания в этих фильтрах .даже по субмикронным частицам очень высокая. Металлокерамические элементы из порошка с размером частиц от 75 до 150 мкм почти полностью задерживают частицы более 1 мкм. Остаточная концентрация составляет менее 1 мг/м3.

Регенерацию фильтров осуществляют обратной продувкой сжатым воздухам или газом. Металлокерамические фильтры наиболее широко применяют для выделения из горячих газовых потоков ценных пылевидных продуктов, например пылевидных катализаторов. Их используют также в энергетических ядерных реакторах для очистки СО2, служащей теплоносителем, в контурах рециркуляции, в местах продувки и аварийного сброса газа в атмосферу.

4. Электрические фильтры

пылеосадительный циклон сыпучий фильтр

Одним из наиболее совершенных способов очистки промышленных газов от пыли и туманов является электрическая очистка в электрофильтрах.

Широкое применение электрофильтров для улавливания твердых и жидких частиц обусловлена их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Эффективность установок электрической очистки газов достигает 99% а в ряде случаев и 99,9%. Такие фильтры способны улавливать частицы различных размеров, в том числе и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м3 и выше.

Промышленные электрофильтры широко применяют в диапазоне, температур до 400-5000 С а также в условиях воздействия коррозийных сред.

Электрофильтры могут работать при разрежении и под давлением очищаемых газов. Они отличаются относительно низкими эксплуатационными затратами, однако капитальные затраты на сооружение электрофильтров довольно высоки, так как эти аппараты металлоемки и занимают большую площадь, а также снабжаются специальными агрегатами для электропитания. При этом с уменьшением производительности установок по газу удельные капитальные затраты сильно возрастают.

Преимущественной областью применения электрофильтров с точки зрения экономической целесообразности является очистка больших объемов газа.

К недостаткам электрофильтров наряду с их высокой стоимостью следует отнести, высокую чувствительность процесса электрической очистки газов к отклонениям от заданного технологического режима, а также к механическим дефектам внутреннего оборудования.

Улавливание пыли в электрофильтрах основана на известной способности разноименно заряженных тел притягиваться друг к другу. Пылевидным частицам сначала сообщается электрический заряд, после чего они осаждаются на противоположно заряженном электроде.

Когда в межэлектродном пространстве проходит газ со взвешенными пылевидными частицами, ионы газа адсорбируются, на поверхности пылинок, вследствие чего пылинки заряжаются и приобретают способность перемещаться под воздействием электрического поля к осадительным электродам. Осевшую на электродах пыль периодически удаляют. Таким образом, электрогазоочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевидных частиц транспортирования их к осадительным электродам, периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и удаление ее в пылесборные бункеры..

С увеличением напряженности электрического поля и величины заряда, получаемого частицами, скорость движения заряженных частиц к электроду возрастает. Электрофильтр будет тем лучше улавливать пыль, чем больше, его длина, выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате.

Различные конструкции электрофильтров отличаются направлением хода газов (вертикальные, горизонтальные), формой осадительных электродов (пластинчатые, С-образные, трубчатые, шестигранные), формой коронирующих электродов (игольчатые, круглого или штыкового сечения), числом параллельно работающих секций (одно- и многосекционные). Электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые.

В сухих электрофильтрах обычно улавливаются твердые частицы, которые удаляются с электродов встряхиванием. Очищаемый в сухом электрофильтре газ должен иметь температуру, превышающую точку росы, во избежание конденсации влаги, появление которой может вызвать коррозию аппарата.

В мокрых электрофильтрах можно улавливать твердые и жидкие частицы, смываемые с поверхности электродов орошающей жидкостью (обычно водой). Температура газа, поступающего в мокрый электрофильтр, должна быть близкой к точке росы или равна ей. Если жидкие частицы самостоятельно стекают с электродов по мере их накопления, то мокрые электрофильтры могут не иметь специальных устройств для промывания.

Существуют два основных типа осадительных электродов пластинчатые и трубчатые. Пластинчатые электроды используются как в горизонтальных, так и в вертикальных электрофильтрах, а трубчатые - только в вертикальных. Трубчатые осадительные электроды предпочтительнее пластинчатых вследствие лучших характеристик электрического поля. Однако обеспечить хорошее встряхивание трубчатых электродов сложно и поэтому их редко применяют в сухих электрофильтрах и довольно широко в мокрых.

Размещено на Allbest.ru

...