гэп практика. ГпЭ практическая. Практикум для студентов направления 210504 Горное дело ЮжноРоссийский государ ственный политехнический университет (нпи) имени М. И. Пла това. Новочеркасск юргпу(нпи), 2016. 96 с
 Скачать 1.7 Mb.
|
|
Рис.4. Радиальный пылеуловитель Для разделения газового потока на очищенный газ и обога- щенный пылью газ используется жалюзийный пылеотделитель (рис.5). 24 Рис. 5. Жалюзийный пылеотделитель На жалюзийной решетке 1 газовый поток Q разделяется на два потока Q 1 и Q 2 . Отделение частиц пыли от основного газово- го потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока в жалюзийную решетку, а также за счет эффекта отражения частиц от поверхности решетки при соударении. Обогащенный пылью газовый поток после жалюзийной ре- шетки направляется к циклону. Жалюзийные пылеотделители от- личаются простотой конструкции и хорошо компонуются в газо- ходах. Эффективность очисти 0,8 и более для частиц размером более 20 мкм. 3. Мокрые пылеуловители Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распро- странение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодиперстных пылей размером ≥(0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостат- ков: образование в процессе очистки шлама, что требует специ- альных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоотходах при охлажде- нии газов до точки росы; необходимость создания оборотных си- стем подачи воды в пылеуловитель. Аппараты мокрой очистки работают по принципу осажде- ния частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жид- кость происходит под действием сил инерции и броуновского движения. 25 Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппараты ударно-инерционного типа, барботажно-пенные аппа- раты и др. Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель наибольшее практическое применение нашли скрубберы Вентури (рис.6). Рис.6. Скруббер Вентури Основная часть скруббера - сопло Вентури 2, в конфузор- ную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузор- ной части сопла происходит разгон газа от входной скорости 15 - 20 м/с до скорости в узком сечении сопла 60 - 150 м/с и более. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15 - 20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Скрубберы Вентури обеспечивают эффективность очистки 0,96 - 0,98 аэрозолей и более со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м 3 . Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,4-0,6 л/м 3 Коагуляционно-центробежный мокрый пылеуловитель (КЦМП) представляет собой компоновку скруббера Вентури и каплеуловителя (рис. 7). 26 Рис.7. Коагуляционно-центробежный мокрый пылеуловитель Сопло Вентери 1 установлено в корпусе циклона 2, а для за- кручивания воздуха используется специальный закручиватель 3. Промышленные КЦМП работают при скоростях в узком сечении трубы Вентури 40-70 м/с, удельных расходах воды на орошение 0,1-0,5л/м 3 и имеют габариты на 30% меньше, чем обычные скрубберы Вентури. К мокрым пылеуловителям относятся барботажно-пенные пылеуловители с провальной (рис.8 а) и переливной решетками (рис.8, б) В этих аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от частиц пыли за счет осаждения частиц на внутренние поверхности газовых пузырей. 27 Рис.8. Барботажно-пенный пылеуловитель Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи возду- ха под решетку. При скорости до 1м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпу- се 1 аппарата до 2 - 2,5 м/с сопровождается возникновением пен- ного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффектив- ности очистки газа. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли около 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м 3 4. Электрофильтры Электрическая очистка - один из наиболее совершенных ви- дов очистки газов от взвешенных в них частиц, пыли и тумана. Процесс очистки газов основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам приме- сей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Конструкцию электрофильтров определяют условия рабо- ты: состав и свойства очищаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эф- фективность очистки и т.д. 28 В промышленности используется несколько типовых кон- струкций сухих и мокрых электрофильтров, применяемых для очистки технологических выбросов. Для очистки вентиляционных выбросов и рециркуляцион- ного воздуха от различных пылей, а также приточного атмосфер- ного воздуха с малой концентрацией загрязнений применяются двухзонные электрофильтры типа ФЭ, РИОН и др. Поток воздуха в таком фильтре проходит последовательно ионизационную зону, зону осаждения и противоуносный пористый фильтр. Накоплен- ная пыль периодически смывается водой. Эффективность пыле- улавливания до 0,95, производительность по воздуху 1000 м 3 /ч и более, входная концентрация загрязнений не более 10 мг/м 3 Принципиальная схема двухзонного электрофильтра показана на рис.9. Рис.9. Схема двухзонного электрофильтра Загрязненный газ проходит ионизатор, в состав которого входят положительные 1 и отрицательные 2 электроды. Газ пода- ется со скоростью 2 м/с. При этом частички пыли успевают заря- диться, но не успевают осесть. Зарядившиеся частицы пыли газо- вым потоком увлекаются в осадитель, представляющий собой си- стему пластин-электродов 3 и 4. Заряженные частицы оседают в поле осадителя на пластинах противоположной полярности. Для очистки вентиляционных выбросов от пыли, туманов, минеральных масел, пластификаторов и т. п., применяются элек- трические туманоуловители типа УПП (рис.10). В корпусе 1 установлен электрический туманоуловитель 2 типа ФЭ, который питается от источника 4 напряжением 13 кВ. 29 Подвод питания к электродам производится через высоковольт- ные электроизоляторы с клеммами 3. Загрязненный воздух через входной патрубок, распределительную решетку 8 и сетку 7 по- ступает к туманоуловителю, очищается от примесей и, пройдя каплеуловитель 5, подается на выход из УПП. Жидкость, отде- ленная от воздуха, собирается в воронках 6, а затем сливается из УПП через гидрозатворы. Рис. 10. Туманоуловитель УПП Пропускная способность УПП по воздуху 5000-30000 м 3 /ч. УПП предназначены для использования в системах с температу- рой газов до 70-80° С 5. Фильтры Фильтры широко используются в промышленности для тон- кой очистки вентиляционного воздуха от примесей, а также для промышленной и санитарной очистки газовых выбросов. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц приме- сей на пористых перегородках при движении дисперсных сред через них. Принципиальная схема процесса фильтрования в по- ристой перегородке показана на рис.11. Рис.11.Схема процесса фильтрования 30 Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохож- дении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой пе- регородки и задерживаются в порах. Частицы примесей образуют на поверхности перегородки слой 3 и таким образом становятся для вновь поступающих частиц частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад дав- ления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхность пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного дей- ствия эффекта касания, а также процессов диффузионного, инер- ционного и гравитационного осаждения частиц. Из аппаратов фильтрующего типа для сухой очистки газовых выбросов от примесей наибольшее распространение получили тканевые ру- кавные фильтры (рис.12). Рис.12. Рукавный фильтр 31 Корпус фильтра 2 представляет собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на ряд секций, в каждой из которых помещена группа рукавов 1 из фильтрующего материала. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с устройством 4, встряхивающим рукава; нижние концы открыты и в них входит загрязненный воздух, по- ступающий в корпус через штуцер 5. Обеспылеваемый воздух проходит через ткань рукавов, и пыль задерживается на внутрен- ней их поверхности. Через определенные промежутки времени подачу запылен- ного воздуха переключают на другую секцию, включают встря- хивающее устройство 4, кроме того, подают сильную струю чи- стого воздуха через штуцер 3 и рукава освобождаются от пыли, которая попадает в бункер. Фильтрирующие рукава изготовлены из шерстяных, хлопча- тобумажных или синтетических тканей в зависимости от темпе- ратуры очищаемого газа. Рукавные тканевые фильтры использу- ются при входных концентрациях примесей до 60 г/м 3 и обеспе- чивают эффективность очистки выше 0,99. Для очистки газов применяют также масляные фильтры. В них загрязненный воздух проходит через металлические сетки, постоянно смачиваемые веретенным или вазелиновым маслом, и частицы пыли прилипают к маслу. 6. Очистка выбросов от газо- и парообразных примесей Процессы очистки технологических и вентиляционных вы- бросов от газо- и парообразных примесей характеризуется рядом особенностей: во-первых газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют достаточно высокую температуру и содержат большое ко- личество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов, во- вторых, концентрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросах обычно переменна и очень низка. Методы очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по характеру протекания физико-химических процес- сов делятся на 4 группы: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворами ре- 32 агентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веще- ствами (метод адсорбции); поглощение примесей путем приме- нения каталитического превращения. Метод абсорбции Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или несколь- ких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкос- новении жидких и газообразных веществ на поверхности раздела обеих фаз образуется жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем сквозь жидкост- ную и поступает во внутренние слои абсорбента, Поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парци- ального давления газа над жидкостью. Применение абсорбционных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа проводится либо сни- жением общего давления примеси, либо повышением температу- ры, либо использованием обеих приемов одновременно. Абсорберы бывают следующих типов: пленочные, насадоч- ные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой насадку 1, размещенную в полости вертикальной колонны (рис.13). 33 Рис.13. Орошаемый скруббер-абсорбер с насадкой В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига, кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изго- товления насадки выбираются исходя из соображений антикорро- зионной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществ- ляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей. Метод хемосорбции Метод основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или мало- растворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермиче- скими и обратимыми, поэтому при повышении температуры рас- твора образующееся химическое соединение разлагается с выде- лением исходных элементов. Примером хемосорбции может служить очистка газовоз- душной смеси от сероводорода путем применения мышьяково- щелочного, этаноламинового и других растворов. Так при мышьяковощелочном методе извлекаемый из отхо- дящего газа сероводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе по реакции. Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S = Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O 34 Регенерация раствора производится окислением кислорода, содержащегося в очищаемом воздухе: Na 4 As 2 S 6 O + ½O 2 = Na 4 As 2 S 5 O 2 + S 2 В этом случае в качестве побочного продукта получается сера. Метод адсорбции Метод основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой, селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. Наиболее широко в качестве адсорбента используется акти- вированный уголь. Он применяется для очистки газов от органи- ческих паров, удаления неприятных запахов и газообразных при- месей, содержащихся в незначительных количествах в промыш- ленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также про- стые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силика- гель, активированный оксид алюминия), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако они не могут использоваться для очистки очень влажных газов. Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикаль- ных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных по- ристым адсорбентом, через который фильтруется поток очищае- мого газа. Вертикальные адсорберы, как правило, применяются при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей де- сятков и сотен тысяч м 3 /ч. На рис.14 представлена схема адсорбционной установки для удаления SO 2 из горячего топочного газа. Основным агрегатом установки служит адсорбер 1, который заполнен древесным ак- тивированным углем. Горящий топочный газ проходит теплооб- менник 2, подогревает воздух, поступающий в топку, и подается в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150 - 200°С про- исходит улавливание SO 2 . Очищенный дымовой газ выбрасыва- ется в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насы- щения переводится в десорбер 5, где с помощью подогревателя 3 35 поддерживается температура 300 - 600°С. Богатый оксидом серы газ выводится из десорбера и может быть полезно использован. Регенерированный адсорбент поступает в бункер 4 и затем с по- мощью ковшового элеватора поступает в верхнюю часть адсор- бера. Рис.14. Адсорбционная установка для удаления SO 2 из горячего топочного газа Каталитический метод Метод позволяет превращать токсичные компоненты про- мышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнитель- ных веществ называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаля- емых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очи- щаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реа- гирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор. В большинстве случаев катализаторами могут быть метал- лы или их соединения – платина и металлы платинного ряда, ок- сиды меди, марганца и др. 36 На рис.15 представлен каталитический реактор, предназна- ченный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника – ре- куператора 1, откуда по переходным каналам он поступает подо- греватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250 ÷ 350 о С, т.е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Про- цесс химического превращения происходит на поверхности ката- лизатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. Смесь воз- духа и продуктов реакции при t = 350 ÷ 450 о С направляется в ре- куператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем выходной патрубок выводится в атмосферу. Рис.15. Каталитический реактор Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м 3 на 1000 м 3 очищаемого воздуха. Термический метод (дожигание) Применяется для нейтрализации вредных примесей, содер- жащихся в вентиляционных и других выбросах. Для осуществле- ния дожигания необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода Одним из простейших устройств, используемых для огнево- го обезвреживания технологических и вентиляционных выбро- сов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (Рис16.). 37 Рис.16 Установка дожигания Обезвреживаемые выбросы подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется пер- вичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с пер- вичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллек- тора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми вы- бросами при их истечении из кольцевой щели между корпусов горелки и коллектора. Отчет по работе должен содержать: - титульный лист; - цель работы; - содержание работы; - необходимые чертежи и схемы; - задания и выводы; - список использованной литературы. |