КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Влияние на людей и изделия. 2 страница
Циклоны. Выделение пыли в циклонах происходит под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения газового потока в корпусе аппарата. Сушествует огромное многообразие конструкций циклонов [1]. В промышленной практике принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Аппараты первого типа отличаются более высокой эффективностью очистки, но требуют больших затрат на осуществление процесса. Циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, отличаются большой производительностью, но хуже улавливают мелкие частицы. Применяют циклоны правые (вращение потока запыленного воздуха по часовой стрелке, если смотреть сверху) и левые (вращение против часовой стрелки). По форме циклоны подразделяют на цилиндрические (высота цилиндрической части больше высоты конической части) и конические (высота цилиндрической части меньше высоты конической части). Циклоны различаются по способу подвода газов в аппарат, который может быть спиральным тангенциальным обычным и винтообразным, а также осевым [1]. Преимущества циклонов перед другими аппаратами: - отсутствие движущихся частей; - надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных из- - пыль улавливается в сухом виде; - возможность работы при высоких давлениях; - стабильная величина гидравлического сопротивления; - простота изготовления и возможность ремонта; - повышение концентрации не приводит к снижению фракционной Недостатки: - относительно высокое гидравлическое сопротивление (1200-1500 Па) высокоэффективных циклонов; - низкая эффективность при улавливании пыли размером меньше 5 мкм.
Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. Существует две основные разновидности вихревых пылеуловителей: соплового типа и лопаточного типа [1]. По сравнению с противоточными циклонами вихревые пылеуловители имеют следующие преимущества: более высокую степень очистки от высокодисперсной пыли; отсутствие абразивного износа активных частей аппарата; возможность обеспыливания газов с более высокой температурой за счет использования вторичного воздуха; возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет регулирования расхода вторичного воздуха. К недостаткам вихревых пылеуловителей можно отнести: необходимость дополнительного вентилятора; увеличение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат; сложную эксплуатацию аппарата. Вихревые пылеуловители могут применяться для очистки вентиляционных и технологических выбросов от мелкодисперсной пыли в химической, нефтехимической, пищевой, горнорудной и других отраслях промышленности. За рубежом вихревые пылеуловители выпускаются производительностью от 330 до 30 000 м3/ч. В отечественных конструкциях обеспечивается более низкое гидравлическое сопротивление и более низкая доля вторичного воздуха по сравнению с зарубежными аппаратами. Для ориентировочной оценки эффективности улавливания частиц различного диаметра можно воспользоваться приведенными ниже данными: Размер частиц, мкм 2,5 5,0 10,0 Степень очистки, % 92 95 98 Данные об использовании вихревых пылеуловителей в химической промышленности представлены ниже (Таблица 3).
Таблица 3 – Использование вихревых пылеуловителей в химической промышленности
Динамические пылеуловители. Вдинамических (ротационных) пылеуловителях, кроме центробежных сил, на пылевые частицы оказывает воздействие сила Кориолиса. Основная особенность динамических пылеуловителей - совмещение функций побудителя движения воздуха и пылеуловителя. Благодаря этому аппарат более компактен и потребляет меньше энергии, чем вентилятор и пылеулавливающее устройство. Простейшие пылеуловители ротационного действия представляют собой механизм, состоящий из рабочего колеса и кожуха (пылеприемника). Пылегазовый поток приводится во вращательное движение рабочим колесом, при этом под действием развивающихся сил (центробежной и Кориолиса) из очищаемого газа выделяется пыль. Эксплуатационный опыт показывает, что динамические пылеуловители обеспечивают высокую степень очистки при улавливании частиц размером более 10 мкм. Существующие конструкции ротационных пылеуловителей подразделяют на две группы. В аппаратах первой группы (наиболее многочисленной) отделяемые частицы имеют направление движения, совпадающее с направлением газа. В аппаратах второй группы улавливаемые частицы выделяются из потока в направлении, противоположном движению газа. Фильтры. Фильтрующие аппараты относятся к наиболее эффективным пылеулавливающим устройствам. Преимущества фильтров: - более высокая степень очистки газов от взвешенных частиц, чем в газоочистных аппаратах других типов (фильтры обеспечивают практически полное улавливание частиц всех размеров, включая субмикронные); - возможность улавливания частиц при любом давлении газов; - высокая степень очистки при любых концентрациях взвешенныхчастиц в газах; - возможность очистки газов, нагретых до высокой температуры; - использование химически стойких материалов; - возможность полной автоматизации процесса очистки газов; - стабильность процесса очистки и меньшая зависимость от изменения физико-химических свойств улавливаемых частиц и расходагазов, чем при использовании других способов; - простота эксплуатации.
Недостатки: - необходимость периодической замены некоторых фильтрующих пе- - сравнительно высокий расход энергии при использовании отдель- - громоздкость установок с фильтрами (особенно при большом объем - относительная сложность эксплуатации. Применяемые в современных аппаратах фильтрующие пористые перегородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве своем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые условно могут быть разделены на следующие типы. Гибкие пористые перегородки: тканевые материалы из природных, синтетических и минеральных волокон; нетканевые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры). Полужесткие пористые перегородки: слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними. Жесткие пористые перегородки: пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов (металлокерамика), пористые стекла, углеграфитовые материалы и другие; волокнистые материалы -сформированные слои из стеклянных и металлических волокон; металлические сетки и перфорированные листы. Зернистые слои: неподвижные, свободно насыпанные материалы; периодически или непрерывно перемещающиеся материалы. В зависимости от назначения и допустимой пылевой нагрузки современные фильтры условно разделяются на три класса. Воздушные фильтры предназначены для обеспыливания атмосферного воздуха в системах приточной вентиляции; кондиционирования и воздушного отопления производственных, служебных и общественных зданий; подачи воздуха на технологические нужды; подстанций агрегатов питания электрофильтров. Разработано много конструкций и фильтрующих элементов, классификация которых приведена в таблице 4.
Таблица 4 - Классификация воздушных фильтров
Абсолютные фильтры предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (обычно выше 99 %) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее 1 мг/м3). Такие фильтры применяют для улавливания особо токсичных веществ, а также для ультратонкой очистки при проведении некоторых технологических процессов или в особо чистых помещениях, где воздух служит рабочей средой.
Промышленные фильтры применяются для очистки промышленных газов в основном с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60 г/м3), Для периодического или непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли, фильтры этого класса имеют устройство для регенерации, позволяющие поддерживать производительность на заданном уровне и возвращать ценные продукты в производство; фильтры этого класса нередко являются составной частью технологического оборудования. Мокрые пылеуловители. Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного I газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и I уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки от пыли считается достаточно простым и в то же время эффективным способом обеспыливания. При современном уровне развития техники пылеулавливания наметилась тенденция применения сухих пылеуловителей, однако в ряде случаев мокрые пылеуловители конкурируют с такими высокоэффективными аппаратами, как рукавные фильтры и электрофильтры. Преимущества мокрых пылеуловителей перед аппаратами других типов: - сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства) и более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями; - применение для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм; - охлаждение и увлажнение (кондиционирование) газов; - возможность применения для очистки высокотемпературных газовых потоков; - возможность одновременной очистки от пыли и от газообразных вредных веществ, то есть использование в качестве абсорберов. К недостаткам пылеуловителей относятся: - улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод; - потери жидкости вследствие брызгоуноса; - необходимость антикоррозионной защиты оборудования при фильтрации агрессивных газов и смесей. В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода. При решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции. Общепринятой классификации мокрых пылеуловителей в настоящее время не существует. Обычно они классифицируются на группы в зависимости от поверхности контакта или по способу действия: - полые газопромыватели; - насадочные скрубберы; - тарельчатые газопромыватели; - газопромыватели с подвижной насадкой; - мокрые аппараты ударно-инерционного действия; - мокрые аппараты центробежного действия; - механические газопромыватели; - скоростные газопромыватели. Помимо перечисленных групп к мокрым пылеуловителям в какой-то степени могут быть отнесены мокрые электрофильтры, орошаемые волокнистые фильтры и аппараты конденсационного действия. Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят полые скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и другие. К средненапорным мокрым пылеуловителям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относятся некоторые динамические скрубберы - газопромыватели ударно-инерционного действия. Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим сопротивлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури [1]. Электрофильтры. Электрофильтр представляет собой аппарат с вертикальным и горизонтальным движением газового потока, в котором размещены осадительные и коронирующие электроды. Осадительные электроды заземлены, а к коронирующим подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения от преобразовательной подстанции. Между двумя осадительными плоскостями натянут ряд проводов. В пространство между плоскостями поступает запыленный газ. В поле коронного разряда частицы заряжаются и движутся к осадительным плоскостям, с которых они периодически удаляются. Процесс очистки газов в электрофильтре можно разделить на стадии: зарядка взвешенных частиц в поле коронного разряда, движения заряженных частиц к электродам, осаждение частиц на электродах, удаление осажденных частиц с поверхности электродов. Преимущества электрических фильтров: - низкие энергозатраты (0,1-0,5 кВ-ч) на 1000 м3 газов; - высокая степень очистки газов - до 99 % и выше при улавливании - низкое газодинамическое сопротивление (100-150 Па); - возможность работы в агрессивных средах; - возможность очистки высокотемпературных газов; - возможность полной автоматизации; процессы регулирования напряжения, удаление с электродов уловленных частиц и выгрузкипыли в электрофильтрах могут быть полностью механизированы и автоматизированы; - широкий диапазон применения; - возможность очистки как от твердых, так и от жидких частиц. Однако удельные капитальные затраты для установок электрической очистки газов возрастают с уменьшением их единичной производительности. По этим соображениям сухие электрофильтры применяют, если количество очищаемых газов более 80-100 тыс. м3/ч. Мокрые электрофильтры применяют и для очистки меньших количеств газов, особенно при очистке вентиляционного воздуха от жидких частиц, когда напряжение, подаваемое на электроды, не превышает 10-15 кВ. Недостатки электрических фильтров: - высокая чувствительность процесса фильтрации к отклонениям от - высокая требовательность к уровню обслуживания; - невозможность очистки от взрывоопасной пыли. Конструкция электрофильтра в основном определяется технологическими условиями его работы: составом и свойствами очищаемых газов и частиц пыли, температурой, давлением и влажностью газов, требуемой степенью очистки и другими факторами. Электрофильтры разделяются на однозонные и двухзонные аппараты. В однозонных электрофильтрах зарядка и осаждение частиц пыли производится в одной конструктивной зоне электродов, а в двухзонных аппаратах зарядка и осаждение пыли происходит в двух последовательных зонах - ионизаторе и осадителе. Двухзонные электрофильтры применяются в основном для очистки вентиляционного воздуха, а однозонные аппараты получили широкое применение для улавливания пыли почти во всех отраслях промышленности. В зависимости от количества последовательно расположенных электрических полей электрофильтры подразделяются на однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельных аппаратов - на одно- и многосекционные. В зависимости от направления газового потока в активной зоне аппарата электрофильтры подразделяются на горизонтальные и вертикальные. По конструкции осадительных электродов электрофильтры подразделяются на пластинчатые и трубчатые. В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды выполняются в виде параллельных поверхностей, набираемых из пластин определенного сечения, а в трубчатых электрофильтрах осадительные электроды выполнены в виде труб круглого, овального или шестигранного сечения. Более полную информацию можно получить из [1]. Для удаления газовых компонентов из атмосферного воздуха используют четыре метода: - абсорбция газов жидкостью; - адсорбция на поверхности твердого вещества; - каталитическая очистка; - термическое обезвреживание. Абсорбционная очистка основана на способности жидкостей растворять газы или химически взаимодействовать с ними. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, при десорбции, наоборот, из жидкой в газовую фазу. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, называют абсорбционным компонентом, или аб-сорбтивом. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют абсорбентом. В отличие от абсорбируемых компонентов остальную часть газового потока обычно называют инертным газом. Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию). При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, которое не сопровождается химической реакцией. Абсорбция происходит в том случае, если парциальное давление абсорбируемого компонента в газовой фазе больше равновесного парциального давления над данным раствором. Для многократного использования поглотитель подвергают регенерации, при этом извлекают из него абсорбированный компонент. При химической абсорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе. Здесь возможны два варианта - протекание обратимой и необратимой реакций. Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых при протекание обратимых хемосорбционных процессов, проводят теми же методами, что и при физической абсорбции. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых в необратимых хемосорбционных процессах, осуществляют химическими методами. Количество газов, которое может раствориться в жидкости, зависит от свойств газов и жидкости, а также от условий растворения: температуры жидкости и парциального давления газа над жидкостью. При абсорбции происходит передача массы абсорбируемого компонента (массопередача) от газа к жидкости. Адсорбционная очистка газов. Поглощаемое из газовой фазы вещество в процессе адсорбции называется адсорбтивом, а твердое вещество, на поверхности которого или в порах которого происходит адсорбция поглощаемого вещества, называется адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент, называется газом-носителем, а после того как извлеченный компонент перешел в адсорбированное состояние, его называют адсорбатом. Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и адсорбтива на границе раздела соприкасающихся фаз. Процесс перехода молекул адсорбтива из газа-носителя на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента превосходят силы притяжения, действующие на адсорбтив со стороны газа-носителя. Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты. Теплота физической адсорбции сравнительно невелика и составляет до 60 кДж/моль. Силы притяжения адсорбента могут иметь различную природу - физическую или химическую. В соответствии с этим различают физическую и химическую адсорбцию. При физической адсорбции взаимодействие молекул с поверхностью адсорбента определяется сравнительно слабыми дисперсными, индукционными и ориентационными силами. При этом адсорбированные молекулы не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие и сохраняют свою индивидуальность. Для физической адсорбции характерна высокая скорость, малая прочность связи между поверхностью адсорбента и адсорбтивом и малая теплота адсорбции. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления приводит к возрастанию величины адсорбции. Преимуществом физической адсорбции является легкая обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбента в газовой смеси либо при увеличении температуры адсорбируемые молекулы легко десорбируются без изменения химического состава, а регенерированный адсорбент может использоваться многократно. Высокая скорость физической адсорбции и способность адсорбентов к регенерации позволяют вести процесс циклично в условиях обратимости, то есть с чередованием стадий поглощения и выделения извлекаемых компонентов. В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, а высвобождающееся при этом тепло совпадает с теплом химической реакции. Как правило, оно колеблется от 20 до 400 кДж/моль. Из-за такой большой теплоты адсорбции энергия связи хемосорбируемых молекул сильно отличается от энергии связи этих же молекул в потоке газа. Соответственно и энергия, необходимая для того, чтобы хемосорбированная молекула прореагировала с молекулой другого сорта, может быть существенно меньше, чем энергия, необходимая для реакции этих же молекул в газовой фазе. Этим объясняется тот факт, что адсорбированная на поверхности твердого тела молекула легче вступает в химическую реакцию с другими молекулами. Существует и другое важное отличие химической адсорбции: молекулы адсорбтива, вступив в химическое взаимодействие, прочно удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. Характерной особенностью химической адсорбции является и то, что скорость ее при низких температурах мала и возрастает с ростом температуры. Адсорбция газов происходит в несколько стадий. Первой стадией является перенос молекул газа к внешней поверхности твердого вещества, и эта стадия аналогична диффузии молекул газа через стационарный слой к границе раздела фаз газ - жидкость при адсорбции. Вторая стадия адсорбции заключается в том, что молекулы газа проникают в поры твердого вещества, третьей стадией является собственно адсорбция молекулы в определенной области поры. Собственно адсорбция в порах протекает очень быстро по сравнению с двумя первыми стадиями. Каталитическая очистка газов основана на гетерогенном катализе и служит для превращения примесей в безвредные соединения. Процесс протекает на поверхности твердых тел - катализаторов. В настоящее время вопрос о том, какие реакции и в присутствии каких веществ могут возбуждаться, остается решенным неполностью и поэтому подбор катализаторов и проведение катализа в основном решается эмпирическим путем. Для того чтобы произошла химическая реакция между атомами, молекулами и ионами, необходимо их непосредственное взаимодействие. При температуре 500 °С в 1 см3 реакционной смеси происходит 1028 столкновений частиц в секунду. Но не каждое столкновение приводит к химической реакции. Химическая реакция происходит лишь в том случае, когда система обладает необходимым запасом внутренней энергии (активации), если частицы сближаются на расстояние, при котором происходит перекрытие их электронных облаков, а следовательно, и перераспределение электронных плотностей. Только в этом случае может произойти разрушение старых и образование новых химических связей. Энергия активации является основным фактором, определяющим скорость реакции. Чем больше энергия активации, тем меньше частиц обладают в системе такой энергией и тем медленнее протекает реакция. В то же время величина энергии активации значительно меньше энергии, требуемой для разрыва старых связей; она часто компенсируется энергией, освобождаемой при образовании новых. Задача преодоления энергетических барьеров решается путем использования катализаторов, которые снижают энергию активации и тем самым увеличивают скорость химической реакции. Таким образом, роль катализаторов с энергетической точки зрения сводится к понижению энергетического барьера, который должна преодолеть система при переходе из начального состояния в конечное. Катализ на твердых телах складывается из следующих стадий: - внешняя диффузия реагирующих веществ к поверхности катализа - внутренняя диффузия в порах зерна катализатора; - химическая адсорбция одного или нескольких реагирующих компонентов на поверхности катализатора; - перегруппировка атомов (химическая реакция); - обратная диффузия продукта в порах зерна катализатора; - диффузия продуктов от поверхности зерна. Термическим называется окисление компонентов выбросов при высокой (800-1000 °С) температуре. Оно применяется как в отношении газов (паров), так и горючих компонентов дисперсной фазы аэрозолей (смол, масел, летучих растворителей). Основными факторами термического окисления являются температура, интенсивность перемешивания (турбулентность газовых потоков) и время пребывания газов в реакционной зоне. Решающее значение в организации процесса имеет подготовка газов к реакции, то есть нагрев смеси до необходимой температуры и обеспечение смешения горючих газов с окислителями. Если обезвреживаемый газ содержит в своем составе достаточное для окисления токсичных примесей количество кислорода, либо этот кислород добавляется к обезвреживаемому газу заблаговременно, то процесс смешивания газов упрощается. Процесс термического окисления некоторых газов описывается уравнением: где φ - степень обезвреживания газа; τ - время протекания процесса; А - эмпирический коэффициент, отражающий аэродинамические условия протекания процесса; Тк - температура в реакционной камере; Tв - температура воспламенения обезвреживаемого компонента. С увеличением времени протекания процесса и интенсивности турбулентной диффузии степень окисления при неизменной температуре существенно увеличивается. Если же параметры А и τ постоянны, то увеличения степени обезвреживания можно достигнуть только за счет повышения температуры в камере. Индивидуальные свойства окисляемого компонента учитываются введением температуры воспламенения обезвреживаемого компонента. При использовании уравнения следует учитывать, что реакции окисления многих веществ (например, углеводородных соединений) проходят с образованием промежуточных, менее активных соединений. В этих случаях в уравнение вводят температуру воспламенения именно этого соединения.
Дата добавления: 2015-06-28; Просмотров: 568; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |