Вибір апарату для очищення відхідних газів від сірчаної кислоти

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЇ ЕКОЛОГІЇ

КУРСОВА РОБОТА

з предмету:

«Процеси та апарати природоохоронних технологій»

на тему:

«Вибір апарату для очищення відхідних газів від сірчаної кислоти»

Виконала: студента групи ЕК.м-51

КічатіноваА.О.

Перевірила: к.т.н., доцент

Гурець Л.Л.

Суми - 2015 рік



Вступ

Забруднення атмосфери мають як природний, так і антропогенний характер. Впливати на природні забруднення атмосфери людина не може, але регулювати характер забруднень в результаті власної діяльності людство не тільки може, але і повинно.

Джерелом забруднень атмосфери є практично всі види людської діяльності - від побутової до виробничої. Встановлено, що найбільший внесок у забруднення атмосфери робить автотранспорт і енергетика, особливо паливна. Розрізняють два вили забруднень атмосфери: загазованість і запиленість.

Загазованість зв'язана з попаданням в атмосферу газів-забруднювачів, серед яких найбільше значення мають чадний газ,вуглекислий газ,оксид сірки, оксиди азоту, сірководень, аміак, метан, фреони.

Загазованість викликає різноманітні ефекти (парниковий ефект, кислотні дощі, озонові діри).



Розділ 1. Екологічні проблеми, пов'язані з забрудненням атмосфери

Атмосферне повітря -- це природна суміш газів приземного шару атмосфери, що склалася в ході еволюції Землі.

Товщина повітряної оболонки, яка оточує земну кулю, не мен­ше тисячі кілометрів, це майже чверть земного радіуса. Маса цієї оболонки приблизно складає 5Ч1015 (п'ять квадрильйонів) тонн. Хоча це еквівалентне менш ніж одній мільйонній частці маси Землі, без атмосфери життя на планеті було б неможливе. Вдихаючи щохвилини від 5--100 л повітря, людина за добу споживає 12--15 кг, а це значно перевершує середньодобову потребу в їжі і воді.

Атмосфера, крім того, надійно оберігає людину від численних небезпек, що загрожують їй з космосу: затримує метеорити, захищає землю від перегріву, відміряє сонячну енергію в необхідній кількості, нівелює перепад добових температур.

Газова оболонка охороняє Землю від надмірного охолодження і нагрівання. Завдяки їй на Землі не буває різких перепадів від морозів до спеки і навпаки. Якби Земля не була оточена повітряною оболонкою, то протягом тільки однієї доби амплітуда коливань температури досягала б 200оС: удень стояла б сильна жара (більше 100оС), а вночі мороз (-100оС). Ще більша різниця була б між зимовими і літніми температурами. Саме завдяки атмосфері середня температура на Землі складає близько 15оС.

Газова оболонка рятує все живе на Землі від згубних ультрафіолетових, рентгенівських і космічних променів. Верхні шари атмосфери частково поглинають, частково розсіюють ці промені.

Велике значення атмосфери й у розподілі світла. Повітря атмосфери розбиває сонячні промені на мільйон дрібних променів, розсіює їх і створює те рівномірне освітлення, до якого ми звикли.

Атмосфера є середовищем, у якому поширюються звуки. Без повітря на Землі панувала б тиша, неможлива була б людська мова.

Атмосферне повітря -- невичерпний ресурс. Але в окремих регіонах земної кулі він потрапляє під такий сильний антропогенний вплив, що виникає проблема якісного складу атмосфери, особливо у великих промислових центрах.

Атмосферне повітря забруднюється шляхом привнесення в нього або утворення в ньому забруднювальних речовин у кон­центраціях, що перевищують нормативи якості або рівня природного вмісту.

Забруднювальні речовини -- домішки в атмосферному повітрі, які чинять при певних концентраціях несприятливий вплив на здоров'я людини, рослинний і тваринний світ та інші компоненти навколишнього природного середовища або спричиняють збитки матеріальним цінностям.

Основні антропогенні джерела забруднення атмосфери:

теплове та енергетичне устаткування, промислові підприємства;

сільське господарство, транспорт.

До атмосфери надходять газоподібні речовини. Під час перебування в атмосфері їхні температура, властивості й стан можуть істотно змінюватися. Ці зміни проявляються у вигляді випадання в осад важких фракцій, розпаду на компоненти, хімічних і фотохімічних реакцій. Внаслідок цього в атмосфері можуть утворюватися компоненти, властивості й поведінка яких не завжди відповідатиме вихідним даним.

Україна відзначається значним забрудненням атмосфери, особ­ливо в промислово розвинутих областях. У 2001 році на душу населення припадало 83,3 кг шкідливих речовин, викинутих в атмосферу, тоді як у 1990 році -- 299,7 кг. Істотне зменшення викидів в атмосферу України, що спостерігається останнього десятиріччя (табл.1), зумовлене припиненням або істотним зниженням обсягів роботи багатьох промислових підприємств.

Територіальні відміни в забрудненні атмосферного повітря зображено на рис.1.

Рис.1. Забрудненість атмосферного повітря

Чорна металургія. Процеси виплавки чавуну і переробки його на сталь супроводжуються викидом в атмосферу різних газів. Викид пилюки в розрахунку на 1 т придатного чавуну складає 4,5 кг, сірчистого газу -- 2,7 кг, марганцю -- 0,1--0,6 кг. Разом із доменним газом в атмосферу в невеликих кількостях викидається також з'єднання миш'яку, фосфору, сурми, свинцю, ртуті і рідких металів, ціанистий водень і смолисті речовини.

Більшість сучасних заводів чорної металургії мають цехи коксування вугілля і відділення переробки коксового газу. Коксохімічні виробництва забруднюють атмосферне повітря пилом і сумішшю летких сполучень. У деяких випадках, наприклад, коли порушується режим роботи, в атмосферу викидається значна кількість неочищеного коксового газу.

Забруднення повітря пилом при коксуванні вугілля проходить, коли підготовляється шихта та завантажується в коксові печі, вивантажується кокс у вагони для охолодження, а також при мокрому гашенні коксу. Останній процес супроводжується ще й викидом в атмосферу речовин, які входять до складу води, що використовується.

Промислові аварії в цій галузі приводять до загострення екологічної ситуації в регіоні. Будівництво об'єктів великої потужності при недостатньому вирішенні проблем аспірації, вентиляції, газоочистки призводить до постійних аварійних викидів в атмосферу значної кількості шкідливих речовин.

До наслідків антропогенного впливу на атмосферу належать:

підвищення концентрації СО та СО2;

надходження до атмосфери сполук сірки;

надходження фреонів, сполук азоту, хлору і фтору;

надходження додаткового тепла в атмосферу.

Зараз в атмосфері вміст СО2 порівняно невеликий -- 0,033 % від загального її обсягу. Загальний обсяг СО2, що надходить в атмосферу, становить 5--1015 г вуглецю на рік. В атмосфері лишається лише половина цієї кількості, 30 % розчиняється у водах Світового океану, 20 % засвоюється біотою Землі. Систематичні спостереження за СО2 в атмосфері Землі за допомогою надійних приладів було розпочато наприкінці 50-х років ХХ ст.

Нині більше 10 станцій ведуть спостереження за концентрацією СО2. За останні 25 років його вміст зріс на 8,9 %, а за 100 років -- на 20 %.

Збільшення СО2 в атмосфері зумовлено двома причинами:

вирубуванням лісів;

збільшенням викидів СО2 через згоряння палива.

Кольорова металургія. Шкідливі речовини утворюються при виробництві глинозему, алюмінію, міді, свинцю, олова, цинку, нікелю й інших металів у печах (для спікання, виплавки, опалювання, індукції й ін.), на устаткуванні для подрібнення та розмолу, у конвертерах, місцях навантаження, вивантаження і пересилки матеріалів, у сушильних агрегатах, на відкритих складах. В основному підприємства кольорової металургії забруднюють атмосферне повітря сірчастим ангідридом (75 % сумарного викиду в атмосферу), окисом вуглецю (10,5 %) і пилом (10,4 %).

Хімічна і нафтохімічна промисловість. Викиди в атмосферу в хімічній промисловості відбуваються при виробництві кислот, гумовотехнічних виробів, фосфору, пластичних мас, барвників і миючих засобів, штучного каучуку, мінеральних добрив, розчинників, крекінгу нафти.

Розмаїтістю вихідної сировини для виробництва визначається склад забруднювальних речовин. У викидах міститься аміак (3,7 %), бензин (3,3 %), сірковуглець (2,5 %), сірководень (0,6 %), толуол (1,2 %), ацетон (0,95 %), бензол (0,7 %), ксилол (0,3 %), дихлоретан (0,6 %), етилацетат (0,5 %), сірчана кислота (0,3 %).

Вирішення екологічної проблеми у галузі ускладнено експлуатацією морально і фізично застарілого обладнання. Слід зазначити, що в останні роки викиди в атмосферу забруднювальних речовин підприємствами галузі різко знизилися. Однак відбулося це не тому, що були проведені ефективні природоохоронні заходи, а через спад виробництва.

Підприємства нафтопереробної промисловості забруднюють атмосферу викидами вуглеводнів (23 % від сумарного викиду), сір­частого газу (16,6 %), оксиду вуглецю (7,3 %), оксидів азоту (2 %).

Особливу екологічну небезпеку становить розробка родовищ нафти і газу з підвищеним вмістом сірководню.

Промисловість будівельних матеріалів. Виробництво цемен­ту й інших в'язких, стінових матеріалів, азбестоцементних виробів, будівельного і технічного скла супроводжується викидами в атмосферу пилу і завислих речовин (57,1 % від сумарного викиду), оксиду вуглецю (21,4 %), сірчастого ангідриду (10,8 %) і оксидів азоту (9 %). Крім того, у викидах присутні сірководень (0,03 %), формальдегід (0,02 %), толуол (0,02 %), бензол (0,01 %), п'ятиокис ванадію (0,01 %), ксилол (0,01 %). Навколо заводів, що виробляють цемент, азбест і інші будівельні матеріали, утворилися зони з підвищеним утриманням в повітрі бензопірена, пилу, у тому числі цементного, та інших шкідливих речовин.

Деревообробна та целюлозно-паперова промисловість. Характерними забруднювальними речовинами, що виробляються цими підприємствами, є тверді речовини (29,8 % сумарного викиду в атмосферу), оксид вуглецю (28,2 %), сірчастий ангідрид (26,7 %), оксид азоту (7,9 %), толуол (1 %), сірководень (0,9 %), ацетон (0,5 %), ксилол (0,45 %), бутилацетат (0,4 %), етилацетат (0,4 %), метилмеркаптан (0,2 %), формальдегід (0,1 %).

В сільській місцевості джерелом забруднення атмосферного повітря є тваринницькі та птахівницькі господарства, м'ясопере­робні та молокопереробні підприємства. Над територіями, які при­микають до приміщень, де утримуються тварини та птиця, в атмо­сферному повітрі розповсюджуються на значні відстані аміак, сірководень та інші гази з неприємним запахом.

У рослинницьких господарствах атмосферне повітря забруднюється мінеральними добривами, пестицидами при протравлюванні полів та насіння на складах.

Смог (суміш диму та туману) -- часте явище у великих містах. Сам по собі туман небезпечний для людського організму, згубним він стає, якщо надто забруднений токсичними домішками. Смог спостерігається лише в осінньо-зимовий період (з жовт­ня по лютий). Головну небезпеку становлять сірчастий газ, що міститься в ньому, у концентрації 5--10 г/м3 і вище.

5 грудня 1952 р. над всієї Англією виникла хвиля високого тиску і протягом декількох днів не відчувалося ні найменшого подуву вітру. Однак трагедія сталася тільки в Лондоні, де був високий ступінь забруднення атмосфери, -- за три-чотири дні там загинуло понад 4000 чоловік. Англійські фахівці визначили, що смог 1952 р. містив декілька сот тонн диму і сірчастого ангідриду. При зіставленні забруднення атмосферного повітря в Лондоні в ці дні з рівнем смертності було відзначено, що смертність збільшується прямо пропорційно концентрації в повітрі диму і сірчастого газу. У 1963 р. від смогу, що опустився на Нью-Йорк, загинуло понад 400 чоловік. Вчені вважають, що щорічно тисячі смертей у містах усього світу пов'язані із забрудненням повітря.

У природі постійно відбувається обмін вуглекислим газом зав­дяки кругообігу вуглецю в системах:

атмосфера--гідросфера. Поглинання СО2 гідросферою дорів­нює його виділенню;

атмосфера і біота. СО2 поглинається зеленими рослинами через фотосинтез, який супроводжується виділенням кисню. З відмиранням рослин внаслідок окислення організмів і продуктів їхньої життєдіяльності вуглець знову повертається в атмосферу і гідросферу. Швидкість кругообігу становить 10 років. Цикл замкнений;

атмосфера--літосфера. Велика кількість СО2 безпосередньо виділяється в атмосферу через вулканічні виверження, з гарячими та мінеральними джерелами. Проте час кругообігу -- тисячі років. Цикл незамкнений, що приводить до змін клімату на землі.

Викиди сполук сірки -- SО2, SО3 і Н2S є найтоксичнішими. Дані про викиди окремих шкідливих речовин в атмосферу України наведено в таблиці2.

Таблиця 2.ДИНАМІКА ВИКИДІВ ОКРЕМИХ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН В АТМОСФЕРУ УКРАЇНИ ВІД СТАЦІОНАРНИХ ДЖЕРЕЛ ЗАБРУДНЕННЯ (тис. т)

	1987	1990	1995	1997	1998	1999	2000	2001
Сполуки сірки*в тому числі: сірчастий ангідрид	3521,9 3643,2	2824,1 2782,3	1656,3 1639,1	1144,8 1132,4	1033,6 1023,0	1034,0 1026,1	984,1 976,6	990,6 983,6
Сполуки азоту ** в тому числі: оксиди азоту	753,9 753,9	785,4 760,8	437,5 423,8	380,7 369,9	341,9 332,9	340,6 331,7	328,4 320,0	336,5 328,1
Оксид вуглецю	4482,9	3273,7	1478,8	1371,4	1278,9	1235,7	1230,6	1270,3
Вуглеводні	549,6	261,6	235,2	218,3	179,7	167,2	179,7	276,6
Легкі органічні сполуки	--	200,4	313,0	243,4	247,7	269,0	263,8	232,5

* До сполук сірки включені речовини: сірчастий ангідрид, кислота сірчана, сірководень, сірковуглець.

**До сполук азоту включені: оксиди азоту, кислота азотна, аміак. У зв'язку з відсутністю обліку до сполук азоту в 1985 році не ввійшли азотна кислота і аміак.

Вплив сірчаного газу та його вихідних на людину та тварин проявляється перш за все в ураженні верхніх дихальних шляхів. Під впливом сірчаного газу та сірчаної кислоти відбувається руйнування хлорофілу в листках рослин, у зв'язку з чим погіршується фотосинтез та дихання, уповільнюється ріст, понижується якість насаджень деревини та урожайність сільськогосподарських культур, а при більш високих та довготривалих дозах впливу рослинність гине.

Підраховано, що загальна кількість викидів сірчаного газу в атмосферу нашої планети тепловими електростанціями, металургійними заводами, нафтопереробними підприємствами та іншими антропогенними джерелами з 1905 по 1965 р. виріс в 4 рази і тепер досягає 150 млн т. Із цієї кількості до 110 млн т (більше 70 % світових викидів сірчаного газу) припадає на країни Європи, Сполучені Штати Америки та Канаду. Враховуючи, що використання твердого палива, а саме бурого вугілля (що характеризується високим вмістом сірки), все збільшується, слід передбачати відповідне збільшення викидів сірчаного газу.

До малих сполук -- забруднювачів атмосфери -- відносять фреони, що їх використовують у холодильній промисловості та для приготування фарб, сполуки азоту, хлору і фтору. Сполуки азоту надходять також від транспорту, промислових об'єктів, через застосування мінеральних добрив, а сполуки хлору і фтору -- від ядерних вибухів.

Наслідки забруднення атмосфери :

коливання прозорості атмосфери;

підвищення температури.

Забруднення атмосферного повітря містить в собі загрозу не тільки здоров'ю людей, але й завдає великого економічного збитку.

Пил, що міститься в повітрі, спричиняє погіршення клімату міст, зменшує прозорість атмосфери, збільшує кількість днів у місті з туманами.

Наявність у повітрі з'єднань сірки прискорює процеси корозії металів, руйнування будівель, споруд, пам'ятників культури, погіршує якість промислових виробів та матеріалів. Установлено, наприклад, що в промислових районах сталь іржавіє в 20 разів, а алюміній руйнується в 100 разів швидше, ніж у сільській місцевості.

Кислотні дощі спричиняють підвищення кислотності ґрунтів, зменшується їх продуктивність, міняється склад ґрунтових мікроорганізмів. Великої шкоди завдають кислотні дощі й лісам.

Накопичення вуглекислого газу в атмосфері -- одна із основних причин парникового ефекту, зростаючого від розігріву Землі промінням Сонця.

Виробництво тепла людством становить у середньому 0,006% від загальної його кількості. Такий показник може стати причиною підвищення середньої температури лише на 0,01оС. У перспективі навіть зі збільшенням виробництва енергії у світі в 10--20 разів температура підвищиться на 0,2--0,3оС. Проте в містах надходження антропогенного тепла в декілька разів перевищує кількість енергії, яку вони дістають від Сонця. Навіть у невеликих містах це надходження становить від 10 до 100 %.

Стратосферний озоновий шар захищає людей та живу природу від жорсткого ультрафіолетового та м'якого рентгенівського випромінювання в ультрафіолетовій частині сонячного спектра. Товщина озонового шару за останні роки скоротилася в середньому на 2,5 %. Вміст озону в Північній півкулі над широтним поясом, що проходить через Дублін і Москву, в 1988 р. був на 8 % меншим, ніж 1969 р.

Шкідливі для людини та природи викиди можуть переміщатися в повітряних потоках на великі відстані. Наприклад, установлено, що викиди промислових виробництв Німеччини та Великобританії переносяться на відстань більше 1000 км і випадають на території скандинавських країн, а із північно-східних штатів США -- на території Канади.

Самоочищення атмосфери. Повітряний океан володіє здатністю до самоочищення від забруднювальних речовин. Аерозолі вимиваються із атмосфери опадами, іони осідають під впливом електричного поля атмосфери, а також внаслідок гравітації.

Частка розміром 10 мкм проходить шлях від труби висотою 45 м до поверхні землі за 1,4 години. За цей час при швидкості вітру 2 м/с викид із труби буде віднесений на 10 км, частки меншого діаметра відносяться на ще більшу відстань. Осадженню сприяє сорбція їх на поверхні більших часток. За відсутності атмосферних опадів проходить випадання аерозолів в результаті зіткнення нижнього шару повітря із земною поверхнею та предметами, що знаходяться на ній. Так, повітряні потоки, що переносять забруднення, очищуються, зустрічаючи на своєму шляху ліс. На деревах осаджуються не тільки тверді частки, але й леткі речовини.

Внаслідок турбулентного перемішування приземний шар повітря весь час оновляється, тому на поверхню відкладається значна кількість аерозолів.

Процеси самоочищення атмосфери зв'язані не тільки з випаданням опадів та утворенням висхідних потоків, але й із іншими метеорологічними явищами.

Біосфері властиві самовідновлювальні якості. Ця здатність біосфери довгий час експлуатувалась людиною бездумно та по-хижацькому. Відходи виробництва викидались в повітря в розрахунку на те, що будуть знешкоджені та перероблені самою природою. Здавалось, що якою б не була велика загальна маса відходів, порівняно з відновлювальними властивостями біосфери вона незначна. Проте процес забруднення різко прогресує, і стає очевидним, що природні системи самоочищення рано чи пізно не зможуть витримати такого натиску.



Розділ 2. Огляд конструкцій апаратів ,які застосовуються для очищення відхідних газів

2.1Методи очищення газів

З метою зменшення забруднення атмосферного повітря пилом та іншими шкідливими домішками потрібно на всіх промислових підприємствах організувати ефективне очищення відхідних газових викидів. Усі методи очищення можна розподілити на три групи: механічні, фізико-хімічні й хімічні (див. схему).

Вибір методу очищення залежить від кількості відхідних газів та їхнього складу. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. В них пил відокремлюється під дією сили гравітації, інерції або відцентрової сили.

Вибираючи систему пиловловлювання, слід враховувати швидкість газового потоку, вміст пилу та його фізико-хімічні властивості, розмір часточок і наявність водяної пари. Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Механічне сухе пиловловлювання здійснюють в осаджувальних камерах, циклонних сепараторах, механічних та електричних фільтрах. В осаджувальних камерах очищають гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм і більше (рис. 6.1а). Ефективнішою є осаджу-вальна камера Говарда (див. рис.6.1б), в якій газовий потік розбивається горизонтальними пластинами на окремі секції. Незважаючи на незначний аеродинамічний опір і невисоку вартість, ці апарати застосовують рідко через труднощі їх очищення. З них відхідні гази направляють в інші, ефективніші апарати для подальшого очищення.

Значно поширеніші циклонні сепаратори (рис. 6.2). У них запилений газ, обертаючись по спіралі, відкидає часточки пилу на стінки апарата 3, 4, звідки вони потрапляють у пилоосаджувальну камеру 5. Циклонні сепаратори ефективно очищають гази, що містять часточки розміром не менш як 25 мкм. Коефіцієнт корисної дії циклонів залежить від концентрації пилу і розмірів його часточок. Середня ефективність знепилення газів у циклонах становить 78-86 % для пилу розміром 30-40 мкм. Основний недолік циклонів - значне абразивне спрацювання частин апарата пилом. Тому ці частини вкривають синтетичними матеріалами або зносостійкими сплавами, що здорожує конструкцію апарата. Циклони використовують для очищення запилених газів і повітря з великими часточками в різних галузях промисловості.

У фільтрах газовий потік проходить крізь пористий матеріал різної щільності й товщини. Очищення від грубодисперсного пилу здійснюють у фільтрах, заповнених коксом, піском, гравієм, насадкою різної природи й форми. Для очищення від тонкодисперсного пилу використовують фільтрувальний матеріал типу паперу, повсті або тканини різної щільності. Папір використовують для очищення атмосферного повітря або газів з низьким вмістом пилу. В промислових умовах застосовують тканини або рукавні фільтри. Вони мають форму барабана, тканинних мішків або кишень, що працюють паралельно. їх очищують струшуванням або продуванням повітря. Останнім часом як фільтрувальні тканини широко використовують синтетичні матеріали та скловолокно, що можуть витримувати температуру 150-250 °С, вони хімічно і механічно стійкіші і менш вологоємні порівняно з шерстю та бавовною. Останні дають змогу очищати гази з температурою не вище за 100 °С. Головною перевагою рукавних фільтрів є висока ефективність очищення, яка досягає 99 % для всіх розмірів часточок. Для тонкого очищення застосовують керамічні фільтри, фільтри з пластмас або скла. Ефективність пиловловлювання в них може досягати 99,99 %, а температура очищуваного газу - 500 °С.

Для тонкого очищення газів від пилу використовують електрофільтри (рис. 6.3). Крім пилу вони можуть також очищати гази від аеро- та гідрозолів, тобто вловлювати більш дисперговані часточки. Електрофільтр складається з коронувального (негативного) 2 і осаджувального (позитивного) 1 електродів. Останній виготовляють у вигляді трубки або пластини. Електрофільтр живиться постійним струмом високої напруги (50- 100 кВ). При напруженості електричного поля між електродами 15 кВ/см повітря йонізується і створює позитивні та негативні заряди. Заряджені частинки осідають на часточки пилу, внаслідок чого вони рухаються до протилежно заряджених електродів і осідають на них. У сухих електрофільтрах для очищення поверхні електродів від пилу використовують струшувальні пристрої 5 ударно-молоткового типу. За допомогою електрофільтрів очищають значні об'єми газів від пилу з розміром часточок 0,01- 100 мкм за температури газів до 500 °С. Фільтри ефективно працюють при невеликих газових потоках, досягаючи ступеня очищення 99,9 %.

Для підвищення ефективності роботи електроди інколи змочують водою. Такі електрофільтри називають мокрими. У мокрих пиловловлювачах запилений газ зрошується рідиною або контактує з нею. Найпростішою конструкцією є промивна башта, заповнена кільцями Рашіга, скловолокном або іншими матеріалами. До апаратів такого типу належать скрубери та труби Вентурі. Часто для видалення шламів, що утворюються, труби Вентурі доповнюють циклонами. На рис. 6.4 зображено порожнистий форсунковий скрубер. Він являє собою циліндричну (або прямокутну) башту, виготовлену з металу, цегли чи залізобетону. Скрубери працюють за принципом протитечії: газ рухається знизу вгору, а поглинальна рідина (частіше вода) розпилюється форсунками згори вниз. Швидкість газу в скруберах - 1,0-1,5 м/с. Ефективність очищення газів залежить від змочуваності пилу і досягає 96-98 %. Для вловлювання важко-змочуваного пилу, наприклад вугільного, у воду добавляють поверхнево-активну речовину (ПАР). Скрубери можна застосовувати для холодних і гарячих газів, які не містять токсичних речовин (кислот, хлору тощо), оскільки вони видаляються в атмосферу разом з очищеним газом у вигляді туману.

У барботажних апаратах запилений газ пропускають крізь рідину (воду). їх доцільно використовувати для очищення гарячих газів з часточками пилу розміром понад 5 мкм. Барботаж використовують також у пінних апаратах. Для створення піни у воду добавляють ПАР. Ефективність очищення в цих апаратах досягає 97-99 %.

Рис. 6.4. Порожнистий форсунковий скрубер: 1 - корпус; 2 - форсунки

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати шламову каналізацію, що здорожує конструкцію. Мокрі пиловловлювачі типу труби Вентурі характеризуються значними витратами електроенергії для подавання й розбризкування води, особливо для уловлювання пилу з розміром часточок менш як 5 мкм. Під час очищення деяких газів можлива лужна або кислотна корозія. Значно погіршуються умови розсіювання через заводські труби відхідних газів, зволожених під час охолодження в апаратах цього типу.

В апаратах інерційного пиловловлювання різко змінюється напрямок потоку (рис. 6.5). Часточки пилу за інерцією вдаряються об поверхню, осаджуються і через розвантажувальний пристрій видаляються з апарата. Усередині апаратів розміщені пластини або кільця, об які вдаряється газ. Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу.

Ультразвукові апарати використовують для підвищення ефективності роботи циклонів або рукавних фільтрів. Ультразвук сприяє адгезії і закріпленню часточок пилу. Ці апарати ефективні у разі високої концентрації пилу в очищуваному газі. Для збільшення ефективності роботи апарата його зрошують водою. Такі апарати в комплексі з циклоном застосовують для уловлювання сажі, туману різних кислот тощо.

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і адсорбція. Абсорбція - це процес хімічного осадження або зв'язування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач. Апарати для такого очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення - кислотні тумани, оксиди карбону (IV) і (II), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк:

СаО + NO2 > CaNO3; CaO + СО2 > СаСО3;

MgO + SO2 > MgSO3; CaO + SO2 > CaSO3;

CaCO3 + 2HCl > CaCl2 + H2O + CO2^.

Ефективність очищення становить 90-95 %. Шлами після очищення можуть використовуватись для подальшого перероблення й отримання продуктів. Недоліком цих апаратів є ускладнення процесу видалення шламів у разі утворення важкорозчинних речовин.

Адсорбційний метод очищення газів - це сорбція газуватих речовин на поверхні або в об'ємі мікропор твердого тіла. Тверду речовину, на поверхні або в об'ємі пор якої відбувається концентрування очищуваних речовин, називають адсорбентом. Поглинювані забруднювальні речовини, що перебувають у газовій або рідкій фазі, називають адсорбтивом, а після переходу в адсорбований стан - адсорбатом. У техніці використовують тверді адсорбенти з сильнорозвинутою внутрішньою поверхнею. Найчастіше як адсорбент використовують активоване вугілля, силікагель та глини, що мають велику поверхню. Один грам активованого вугілля має поверхню близько 5 км2. Вилучені з очищуваних газів речовини - адсорбтиви, які в подальшому видаляють шляхом десорбції, можуть бути використані для тих чи інших цілей. Цей процес називають регенерацією адсорбента і здійснюють здебільшого нагріванням перегрітою парою.

Апарати, в яких здійснюють адсорбцію, називають адсорберами. їх виконують вертикальними, горизонтальними і з кільцевими полицями, на яких розташовують адсорбент. За розміром і формою часточок активоване вугілля буває гранульованим і порошкоподібним. Гранульоване вугілля виготовляють у формі циліндриків діаметром від 2 до 5 мм, причому висота циліндрика завжди більша від діаметра. Гранульоване вугілля застосовують переважно в установках зі стаціонарним шаром адсорбенту. Для збільшення поверхні та інтенсивності масообміну гранульоване вугілля подрібнюють і розсівають на фракції. Подрібнене вугілля використовують у процесах зі стаціонарним, рухомим і киплячим шаром адсорбенту. В цьому разі процес здійснюють у безперервному режимі і з застосуванням гранул вугілля з підвищеною міцністю проти стирання. Перевагою безперервного процесу є повна його автоматизація, можливість здійснювати хроматографічне розділення суміші компонентів поряд з їх виділенням з газу, зменшення витрат теплоти на регенерацію вугілля. Недоліком методу є великі енергетичні витрати через високий опір шару адсорбенту.

Адсорбцією на активованому вугіллі очищають відхідні гази від гідрогенсульфіду у виробництві штучного волокна. За допомогою адсорбції на силікагелі очищають газові викиди від оксидів нітрогену. Цей метод широко застосовують для очищення викидних газів від багатьох інших шкідливих домішок.

Хімічні методи очищення викидних газів засновані на хімічному зв'язуванні шкідливих забруднювальних речовин. Дуже поширеним методом є хемосорбція, коли очищуваний газ промивають розчином речовин, що реагують із забруднювальними домішками. Так, для вловлювання оксидів нітрогену застосовують торфолужні композиції з гідроксидом кальцію або аміаком. У результаті хемосорбції утворюється добриво з 6 - 8 %-м вмістом зв'язаного азоту у вигляді нітратів кальцію і амонію.

Спалювання використовують для знешкодження горючих вуглеводнів, що не використовуються у виробництві. З економічного погляду це малоефективний процес, оскільки теплота не використовується і тільки призводить до теплового забруднення навколишнього середовища. Якщо концентрація горючих речовин недостатня для горіння, то застосовують термічне окиснення. При цьому очищуваний газ спалюють у полум'ї пальника.

У багатьох випадках для знешкодження відхідних газів застосовують каталітичні процеси окиснення, відновлення та розкладання. Наприклад, вихлопні автомобільні гази очищають від оксиду карбону (II) шляхом його окиснення до вуглекислого газу на мідно-мангановому каталізаторі, що являє собою суміш оксидів мангану і купруму:



Каталітичне відновлення оксидів нітрогену до N2 здійснюють за допомогою відновників - водню, метану або аміаку за наявності платино-паладієво-родієвих каталізаторів.

2.2 Огляд конструкцій апаратів. Патентний пошук

Контактний апарат для очищення відхідних газів від діоксиду сірки і пилу

Номер патенту: 51948

Опубліковано: 10.08.2010

Автори: Толстих Андрій Станіславович, Погребняк Володимир Григорович, Васильєв Олексій Олегович, Хованець Інна Сергіївна

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/3-51948-kontaktnijj-aparat-dlya-ochishhennya-vidkhidnikh-gaziv-vid-dioksidu-sirki-i-pilu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Контактний апарат для очищення відхідних газів від діоксиду сірки і пилу</a>

Пристрій для очищення газів від діоксиду сірки

Номер патенту: 14497

Опубліковано: 15.05.2006

Автори: Балалаєва Євгенія Анатоліївна, Рибісайло Борис Михайлович, Румянцев Владислав Ростиславович

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/2-14497-pristrijj-dlya-ochishhennya-gaziv-vid-dioksidu-sirki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для очищення газів від діоксиду сірки</a>

Спосіб очищення димових газів твердопаливних котлів від діоксиду сірки

Номер патенту: 29872

Опубліковано: 25.01.2008

Автори: Молчанов Олександр Володимирович, Давидов Григорій Натанович, Молчанов Володимир Миколайович

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/2-29872-sposib-ochishhennya-dimovikh-gaziv-tverdopalivnikh-kotliv-vid-dioksidu-sirki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очищення димових газів твердопаливних котлів від діоксиду сірки</a>

Спосіб очищення відхідних газів від оксидів сірки

Номер патенту: 27310

Опубліковано: 15.09.2000

Автори: ТОПСЕ Хальдор Фредерік Аксель, Шубіє Петер

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-27310-sposib-ochishhennya-vidkhidnikh-gaziv-vid-oksidiv-sirki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очищення відхідних газів від оксидів сірки</a>

Спосіб очистки відхідних газів від двуоксидів сірки

Номер патенту: 2389

Опубліковано: 26.12.1994

Автори: Мартинюк Олександр Опанасович, Висоцький Сергій Павлович, Дворников Євген Петрович

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/2-2389-sposib-ochistki-vidkhidnikh-gaziv-vid-dvuoksidiv-sirki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очистки відхідних газів від двуоксидів сірки</a>

Спосіб очистки відхідних газів від двоокису сірки

Номер патенту: 13273

Опубліковано: 28.02.1997

Автори: Коткін Олексій Матвійович, Рубін Юрій Михайлович, Шуляк Вівата Євтіхіївна, Мохов Леонід Федорович, Груднікова Аргентіна Федорівна

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/4-13273-sposib-ochistki-vidkhidnikh-gaziv-vid-dvookisu-sirki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очистки відхідних газів від двоокису сірки</a>



Розділ 3. Вибір апарату

Скрубер Вентурі - пристрій для очищення газів від домішок. Робота його заснована на дробленні води турбулентним потоком газу, захопленні краплями води частинок пилу, коагуляції цих частинок з подальшим осадженням в краплевловлювачі інерційного типу.

Вентурі-пристрої використовуються вже понад 100 років для вимірювання витрат рідини і в інших додатках. У 1949 році було виявлено, що Вентурі-пристрої можуть бути використані для очищення газів від пилу.

Найпростіший скрубер Вентурі включає трубу Вентурі і прямоточний циклон. На рис. 1 показана класична конфігурація скрубера Вентурі.

Принцип дії

Скрубер Вентурі складається з трьох секцій: сужающейся секції, невеликої горловини, і розширюється секції.

Вхідний потік газу надходить в сужающуюся секцію, і в міру того, як площа поперечного перерізу потоку зменшується, швидкість газу збільшується (згідно Рівнянню Бернуллі). У той же час, збоку по патрубкам в сужающуюся секцію (або в горловину) надходить рідина.

Оскільки газ змушений рухатися з дуже великими швидкостями в невеликій горловині, то тут спостерігається велика турбулентність потоку газу. Ця турбулентність розбиває потік рідини на дуже велику кількість дуже дрібних крапель. Пил, що міститься в газі, осідає на поверхні цих крапель. Залишаючи горловину, газ, перемішаний з хмарою дрібних крапель рідини, переходить у расширяющуюся секцію, де швидкість газу зменшується, турбулентність знижується і краплі збираються в більші. На виході з скрубера краплі рідини з адсорбованими на них частинками відокремлюються від потоку газу. очищення газ скрубер вентурі

Скрубери Вентурі можуть бути використані як для очищення газу від дрібних частинок, так і для очищення від забруднень у вигляді сторонніх газів. Однак вони найбільш ефективні для очищення газу від частинок, ніж для очищення від сторонніх газів.

Проблеми експлуатації

Основною проблемою експлуатації даного виду технічних пристроїв є абразивний знос стінок скрубера, що виникає внаслідок високих швидкостей газу, які в горловині можуть досягати значень 430 км / ч. Тверді частинки або краплі рідини, рухаючись з такою швидкістю і соударяясь зі стінками, викликають швидку ерозію стінок.

Знос може бути зменшений, якщо стінки горловини зсередини покрити карбідом кремнію, для зручності зробивши внутрішню втулку з цієї речовини змінною.

Знос може також відбуватися в коліні в нижній частині скрубера. Для зменшення зносу тут, дно коліна, провідного в роздільник, заповнюють шаром тієї ж рідини, яку подають у скрубер у верхній частині. Частинки і крапельки рідини потрапляють в цей шар, і ударні навантаження на стінки зменшуються.

Типи скруберів вентури

1)Скрубери Вентурі можуть відрізнятися пристроєм каплеуловитель, конструкціями і способами установки труб, способами підведення рідини. Труби можуть мати кругле, кільцеве або прямокутне (щілинне) перетин горловини. Труби з круглим перетином застосовують для невеликих витрат, а труби з щілинним або регульованими кільцевим перетином (мал.) - Для великих. При необхідності труби компонуються в групи і батареї.

2)Скрубер Вентурі (СВ) є перспективним апаратом для здійснення процесів теплообміну та очищення від зважених часток коксового газу та газів, отриманих у виробництві формованого коксу і в процесі шарового коксування термічно підготовленої шихти.

3)Скрубери Вентурі мають розпилюють елементи у вигляді зрошуваних труб Вентурі або аналогічних пристроїв для прискорення газового потоку, з'єднані з краплевловлювачі. Діспергіруясь, рідина разом з запиленим потоком надходить у дифузор. Однак придбана краплями швидкість рідини виявляється істотно меншій швидкості потоку і частинок пилу.

4)Скрубер Вентурі, що створює тягу, або інжекційні скрубер, за принципом роботи являє собою звернений стандартний скрубер Вентурі. Переміщення газу через апарат і дроблення рідини здійснюється за рахунок енергії струменя рідини.

5)Скрубери Вентурі широко використовують в системах очищення газів від туманів.

6)Скрубер Вентурі складається з всмоктувальних патрубків I, конфузор 6, горловини 7, дифузора 9 і водоподводящих пристроїв. Основна подача води (штуцер 2) здійснюється через сопло з відбійником, встановлене по осі труби в зоні конфузора. З метою запобігання відкладення шламу на кордоні сухого та вологого поверхонь передбачена додаткова подача води у вигляді плівки, рівномірно стікає на водяній камери 5, Вода в камеру подається через штуцер 4 і напівкільцевий колектор з двома штуцерами, привареними до корпусу камери.



Висновки

Газові викиди є найбільш многотоннажными серед промислових відходів. На їх частку доводиться більше 80% від загального числа антропогенних відходів.

Газові викиди можуть мати природнє і господарськє джерела надходження. Прийнято вважати, що сумарно на частку антропогенних викидів припадає близько 10 % від загального надходження газів в атмосферу. Однак ця цифра схильна до значних коливань в залежності від хімічного складу газу.



Список використаних джерел

1. Акімова Т. А., Хаскин В. В. Екологія. М.: Юніті, 2000.

2. Безугла Е.Ю., Завадська Є.К. Вплив забруднення атмосфери на здоров'я населення. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. С. 171-199.

3. Гальперін М. В. Екологія і основи природокористування. М.: Форум-Инфра-му, 2003.

4. Данилов-Данільян В.І. Екологія, охорона природи й екологічна безпека. М.: МНЕПУ, 1997.

5. Кліматичні характеристики умов розповсюдження домішок в атмосфері. Довідковий посібник / Ред. Е. Ю. Безугла і М. Є. Берлянд. - Ленінград, Гидрометеоиздат, 1983.

6. Коробкін В. І., Передільське Л. В. Екологія. Ростов-на-Дону: Фенікс, 2003.

7. Протасов В.Ф. Екологія, здоров'я і охорона навколишнього середовища в Росії. М.: Фінанси і статистика, 1999.

8. Уорк K., Уорнер С., Забруднення повітря. Джерела і контроль, пров. з англ., М. 1980.

9. Екологічний стан території Росії: Навчальний посібник для студентів вищ. пед. Навчальних закладів / В. П. Бондарєв, Л.Д. Долгушин, Б.С. Залогін та ін; Під ред. С.А. Ушакова, Я.Г. Каца - 2-е вид. М.: Академія, 2004.

10. Перелік та коди речовин, що забруднюють атмосферне повітря. Вид. 6-е. СПб., 2005, 290 с.

11. Щорічник стану забруднення атмосфери в містах на території Росії. 2004 .- М.: метеоагентства, 2006, 216 с.



Додаток

Скрубери Вентурі

Серед найбільш ефективних пиловловлювачів вологе прибирання газів (повітря) від дрібного пилу потрібно встановити трубку Вентурі (СЗМ) Вентурі.

Вище ефективність збору пилу в порівнянні з порожнистими скруберів, скрубери Вентурі досягається у створенні розвиненою фази контактну поверхню, яка вимагає значно вищий витрата енергії. Освіта дрібнодисперсного аерозолю відбувається в той же самий час як механічний дисперсії по промивної рідини, і в результаті інтенсивного випаровування крапель з різким падінням тиску в горлі. Очевидно, що це також призводить до підвищеної вологості газу та інтенсифікації капілярної конденсації вологи на поверхні частинок пилу. Останній доказ можна пояснити той факт, що ступінь очищення пилу в скрубер Вентурі слабо залежить від його смачиваемости.

Під ПДР зрозуміти Вентурі пристрій, що складається з трубки розпилювача для подрібнення рідина під дією повітря (газу) Витрата рухається з великою швидкістю, і краплевловлювачі. Основна частина скрубера - сопло Вентурі в конвергентної частини якого подається потік запиленого газу і через форсунку рідини відцентрового для зрошення. Конфузорной частина прискорення сопла відбувається від швидкості газу на вході (W = 15 ... 20 м / с) до швидкості у вузькому перетині сопла 40 ... 200 м / с або більше. Відкладення частинок пилу на краплі рідини області поверхні рідини краплі через вагу і високої відносної швидкості частинок рідини і пилу конфузорной частини сопла. Ефективність очищення в значній мірі залежить від рівномірності розподілу рідини по перетину конвергентного сопла. Дифузор трубка тиск росту і потоку зниження швидкості до 15 ... 20 м / с, який сприяє згортанню дрібних частинок. Газовий потік з дифузора робить рідкі крапельки осідають на цих частках пилу в випрямляч, де поділ зважених часток. Для захоплення пилу після скрубери Вентурі можуть бути використані, циклони з водяної плівки циклонного омивача СИОТ та інші. У цих пристроях здійснюється частинки попередньо коагулюють збір пилу. Краплевловлювач, як правило, здійснюється в циклоні безперервного потоку. Характерною елементом цього пристрою є трубка Вентурі, де контакт повітря (газу) потік, що містить зважених часток пилу з розпиленої води. Величина опору труб розрізняти скруберів Вентурі низького тиску і високого тиску. Спрей скрубери низького тиску з опором до 5 кПа застосовується для пилу з розміром частинок більше 20 мкм.

Ефективне уловлювання дрібних частинок вимагає більш високого споживання енергії. Скрубери з високим тиском Вентурі може бути обложений розміром частинок 0,5 мкм і вище. Швидкість потоку в трубах високого тиску наближається до швидкості звуку, і їх опір досягає декількох десятків кПа.

Скрубери Вентурі може змінюватися дрейфу пристрій сепаратори, установка структури і методи труб, засіб для подачі рідини. Тумановловлювачі може бути аутригери або розміщені в одному корпусі з трубкою.

Трубки можуть бути круглими, прямокутними кільцевої або (щілина) в шийному відділі хребта. Труби з круглим поперечним перерізом, використовуваного для невеликих витратах, і труби з прорізом або круглим поперечним перерізом регульованою - для великої. При необхідності трубки розташовані групами і батареї. Вода в трубі носика може подаватися через сопла різних конструкцій, встановлений в центрі або на периферії, або потік у вигляді плівки на стінках сопла. Гірший показник подрібнення крапель і, отже, ступінь очищення в besforsunochnye трубки Вентурі. У той же час, вони дозволяють використовувати вторинну сирої рідини, які можуть мати важливе значення при спільному захоплення газоподібних і твердих домішок (наприклад, шляхом нейтралізації кислих газів з з вапняним молоком).

Основною перевагою є простота STC Вентурі і малого розміру установки.

Размещено на Allbest.ru

...