При очистке газов от частиц пыли и для переработки газообразных отходов с целью извлечения из них полезных компонентов или их обезвреживания успешно применяются методы и оборудование, основанные на принципах мокрого пылеулавливания.
Целесообразно сочетание сухой и последующей мокрой очистки, которая в свою очередь может сочетаться с адсорбционной доочисткой. Развитая поверхность контакта фаз способствует увеличению эффективности пылеулавливания. В промышленности используют мокрые пылеуловители (промыватели) капельного, пленочного и барботажного типов. Конструктивно аппараты могут быть полыми, тарельчатыми, механического и ударно-инерционного действия (ротоклоны), а также скоростного типа (трубы Вентури и другие инжекторы).
Необходимо стремиться к созданию мокрых промывателей с минимальным гидравлическим сопротивлением, работоспособных при низких расходах воды. Эффективность очистки пыли зависит от размеров улавливаемых частиц и от других свойств пыли. Необходимость концентрирования системы жидкость - твердое тело с возвратом очищенной воды на пылеулавливание, накопление в орошаемой жидкости растворимых компонентов пыли усложняет систему мокрого пылеулавливания. В общем виде процесс улавливания пыли мокрым методом представляется как перенос твердой фазы из газовой среды в жидкую и удаление последней из аппарата вместе с твердой фазой [ ]. В зависимости от формы контактирования фаз способы мокрой пылеочистки можно разделить на: 1 - улавливание в объеме (слое) жидкости; 2 - улавливание пленками жидкости; 3 - улавливание распыленной жидкостью в объеме газа (рисунок 6.8).
Рисунок 6.8 - Схемы основных способов мокрого пылеулавливания:
Скрубберы (газопромыватели)
При объемно-жидкостном способе поток запыленного газа пропускают через определенный объем жидкости. Для этой цели используют пенные пылеуловители с провальными тарелками или тарельчатые скрубберы, эффективность которых может достигать 90-95%. На рисунке 6.9 представлен тарельчатый скруббер.
Улавливание пыли пленками жидкости характеризуется тем, что контакт газа и жидкости происходит на границе двух сред без перемешивания. Захват (собственно улавливание) твердых частиц тонкими пленками жидкости происходит на поверхностях конструктивных элементов. К этой группе устройств относятся скрубберы с насадкой, мокрые циклоны, ротоклоны и т.п. На рисунке 6.10 показана схема пылеуловителя вентиляционного мокрого (ПВМ).
Улавливание пыли распыленной жидкостью заключается в том, что орошающая жидкость вводится в запыленный объем (поток) газа в распыленном или дисперсном виде.
Распыление орошающей жидкости производится с помощью форсунок под давлением или за счет энергии самого потока газа. Первый способ распыления используется в полых скрубберах (рисунок 6.11), второй - в турбулентных промывателях и скрубберах Вентури (рисунок 6.12).
| 1 - каплеуловитель; 2 - тарелка. Рисунок 6.9 - Тарельчатый скруббер | 1 - корпус; 2,4- перегородки; 3 - водоотбойник; 5 - каплеуловитель; б - вентиляционный агрегат; 7 - устройство для регулирования уровня воды Рисунок 6.10 - Пылеуловитель ПВМ |
Скрубберы Вентури (сочетание трубы с каплеуловителем центробежного типа) обеспечивают очистку газов от частиц пыли практически любого дисперсного состава. В зависимости от физико-химических свойств улавливаемой пыли, состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Скорость газа в горловине может быть 30-200 м/с, а удельное орошение 0,1-6 м3/м3. Эффективность очистки от пыли зависит от гидравлического сопротивления. Скрубберы Вентури эффективно работают при допустимой запыленности очищаемых газов 30 г/м3, предельной температуре очищаемого газа 400 °С, удельном орошении 0,5-2,5 м3/м3 и гидравлическом сопротивлении 6-12 кПа.
Характеристика труб типа ГВПВ (газопромыватель Вентури прямоточный высоконапорный) приведена в таблице 6.3. Конструкция часто дополняется каплеуловителем циклонного типа (КЦ7), который обеспечивает улавливание капель при содержании жидкости не более 1 м3/м3, температуре не выше 80°С, концентрации капельной влаги после сепарации 70 мг/м3. Гидравлическое сопротивление 350 Па и производительность КЦТ 1700-82500 м3/ч.
| Рисунок 6.11 - Полый форсуночный скруббер | 1 - каплеуловитель; 2 - диффузор; 3 - горловина; 4 - конфузор; 5 - устройство для подачи воды Рисунок 6.12 Скруббер Вентури |
Таблица 6.3 Технические характеристики скруббера Вентури
| Типоразмер | Объем газов на выходе, m'/m | Диаметр горловины, мм | Расход орошаемой жидкости, м3/ч | Давление жидкости перед форсункой, кПа |
| ГВПВ-0,006 | 1700-3500 | 85 | 1,18-3,2 | 180-370 |
| ГВПВ-0,03 | 9320-18900 | 100 | 6,5-13 | 60-250 |
| ГВПВ-0,08 | 23460-47600 | 320 | 16,8-45 | 80-570 |
| ГВПВ-0,140 | 41400-84000 | 420 | 28,8-46 | 130-320 |
Скрубберы Вентури типа СВ-Кк (комплект скруббер-сепаратор, один или два) имеют следующие характеристики:
| Объем очищаемых газов, м3/ч Расход орошаемой жидкости, м3/ч Температура очищаемых газов, °С Концентрация взвешенных частиц, мг/м3 Удельное орошение, м3/м2 Гидравлическое сопротивление, кПа | 50000-500000 65-400 до 120 до 10000 0,5-3,5 4-12 |
Созданы скрубберы центробежные, вертикальные, батарейные СЦВБ-20, обеспечивающие производительность по газу 9000-20000 м3/ч при температуре не выше 60 °С, запыленности не более 10 г/м3 и гидравлическом сопротивлении скрубберов 1,7 кПа.
Мокрую очистку газов с частицами 2-3 мкм можно проводить в скрубберах центробежного типа СЦВП, в которых жидкость дробится непосредственно запыленным газом. Шлам, оседающий в нижней части скруббера, выводится эрлифтом в контейнер, а осветленная жидкость вновь возвращается в скруббер. Производительность таких аппаратов 5000-20000 м /ч, допустимая запыленность 2 г/м3, температура газов 80 "С, гидравлическое сопротивление 2,4 кПа, расход воды на очистку 0,05 м3/м3.
Разработаны скрубберы ударно-инерционного типа с пылеуловителями вентиляционными мокрыми. Производительность таких скрубберов 3000-40000 м3/ч. Запыленность газов 10 г/м , гидравлическое сопротивление аппарата 0,8-2 кПа, расход воды 10-40 г на 1 м3 очищаемого воздуха.
Для химической очистки газов от соединений фтора с содержанием до 1 г/м3 можно рекомендовать скрубберы с шаровой подвижной насадкой и полые. Очистку производят растворами гидроксида или карбоната натрия.
|
где х - диаметр частиц пыли, мкм; dso - диаметр частиц пыли, улавливаемых в аппарате на 50%; lg sr -стандартное отклонение в функции распределения частиц по размерам; lg sт - стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки.
Интеграл Ф(х) табулирован. В.Н. Ужовым и др. составлена таблица для определения значений Ф(х), соответствующих разным значениям х [ ].
С достаточной точностью дисперсию (геометрическое стандартное отклонение) можно рассчитать по формуле:
|
где d16, d64 - диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и 84%.
Для нахождения значений lg sh необходимо иметь опытные данные по очистке в пылеуловителях определенной конструкции двух видов различной пыли.
По номограмме (рисунок 6.13) определяют эффективность улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки.
Номограмма построена для значений dm и d50 пыли стандартной плотности rг = 1000 кг/м3. Пересчет значений dm и d50 от реальной плотности rг к стандартной производят по формуле:
|
Рисунок 6.13 - Номограмма для определения эффективности улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки газов
Установлена зависимость степени пылегазоочистки от энергозатрат [ ]:
|
где Кг- удельная энергия соприкосновения, кДж/1000 м3 газов; b и к -константы, определяемые из дисперсного состава пыли, позволяет рассчитать эффективность улавливания пыли. Вероятностно-энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей основан на обобщенной зависимости:
|
полученной для стандартной плотности пыли рг = 1000 кг/м3 и вязкости газов mr=18*10-6Пас.
Эта зависимость может быть использована для выбора способов очистки и принципиальной конструкции скрубберов.
Для очистки или обезвреживания газообразных отходов или технологических газов с целью извлечения из них сопутствующих (полезных) газообразных компонентов широко используют метод абсорбции. Абсорбция основана на непосредственном взаимодействии газов с жидкостями. Различают физическую абсорбцию, основанную на растворении газа в жидкости, и хемосорбцию, в основе которой лежит химическая реакция между газом и жидким поглотителем.
Абсорбционной очистке подвергают газообразные отходы, содержащие один или несколько извлекаемых компонентов. В зависимости от используемого абсорбента (таблица 6.4) и его селективности можно выделить либо один компонент, либо последовательно несколько. В результате абсорбции получают очищенный газ и насыщенный раствор, который должен быть легко регенерируемым с целью извлечения из него полезных газов и возвращения его на стадию абсорбции [ ].
Таблица 6.4 Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов
| Поглощаемые компоненты | Абсорбенты |
| 1 | 2 |
| Оксиды азота N2Оз, NO5 | Вода,, водные растворы и суспензии: NaOH, Na2C03, NaHCO3, КОН, К2СОз, КНСОз, Са(ОН)2, СаСОз, Мg(ОН)2, МgСОз, Ва(ОН)2, ВаСОз, NН4HСОз |
| Оксид азота NO | Растворы FeCl2, FeSO4, Na2S203, NaHCO3,Na2S0з, NaHS03 |
| Диоксид серы SO2 | Вода, водные растворы: Na2SO3 (18-25%-ные), NH40H (5-15%-ные), Са(ОН)2 Na2C03 (15-20%-ные), NaOH (15-25%-ные), КОН, (NH4)2SO3 (20-25%-ные), ZnS03, К2СОз: суспензии СаО, МgО, СаСО3, ZnO, золы; ксилидин - вода в соотношении 1:1, диметиланилинС6Нз(СНз)2NН2 |
| Сероводород H2S | Водный растворNa2СОз+Nа3АsО4 (Nа2НАsОз); водный раствор Аs2О3 (8-10 г/л)+NНз (1,2-1,5 г/л)+(NН4)3АsОз (3,5-6 г/л); моноэтаноламин (10-15%-ный раствор); растворы К3РО4 (40-50%-ный раствор); растворы К3Р04 (40-50%-ные), NH4OH, К2СОз, CaCN2, натриевая соль антрахинондисульфокислоты |
| Оксид углерода СО | Жидкий азот; медно-аммиачные растворы [Сu(NНз)]nх хСОСН |
Продолжение таблицы 6.4
| 1 | 2 |
| Диоксид углерода С02 | Водные растворы Na2C03, К2СОз, NaOH, КОН, Ca(OH)2, NH4OH, этаноламины RNH2, R2NH4 |
| Хлор Cl2 | Растворы NaOH, КОН, Са(ОН)2, Na2C03, К2СОз, МgСОз, СаСОз, Na2S203; тетрахлоридметан CCI4 |
| Хлористый водород НСl | Вода, растворы NaOH, КОН, Ca(OH)2, Na2C03, К2СОз |
| Соединения фтора HF, SiF4 | Na2C03, NaOH, Са(ОН)2 |
Требования, которым должна удовлетворять абсорбционная аппаратура, вытекают из физического представления явлений массопереноса в системах газ - жидкость. Так как процесс массопереноса протекает на поверхности раздела фаз, то в конструкциях аппаратов необходимо ее максимально развивать.
Для поверхностных абсорберов характерным является конструктивно образованная поверхность, по которой в пленочном режиме стекает абсорбент (жидкость). Наиболее распространенной конструкцией таких противоточных абсорберов являются хорошо известные насадочные. В качестве насадки применяют кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и другую насадку. Насадочные аппараты сложны, так как необходимо создать опорную решетку, оросители, обеспечить эффективное улавливание капель абсорбента.
В распиливающих абсорберах межфазная поверхность образуется мелкими каплями путем дробления, распыления жидкости. В объеме аппарата с помощью форсунок создаются капли, контактирующие с газовым потоком.
В механических абсорберах жидкость распыляется в результате подвода извне механической энергии, например, вращения валков или специальных распылителей. Эти конструкции достаточно сложны.
В поверхностных и распыливающих абсорберах сплошной фазой является газ, а распределенной - жидкость. В барботажных абсорберах в сплошном потоке жидкости распределяется газ, что достигается на так называемых тарелках. Режим, в котором работают такие абсорберы, называют барботажным.
При создании промышленных систем очистки газов абсорбционными методами необходимо различать схемы с одно- и многократным использованием абсорбента. В последней схеме абсорбция сочетается с десорбционными процессами. Однократное использование абсорбента характерно для процессов с низкой стоимостью поглотителя или когда после поглощения образуется готовый (целевой) продукт. Так как в очищаемом газе содержится незначительное количество улавливаемого компонента, то осуществляется циркуляция абсорбента, но без его регенерации.
|
|
Конечное содержание поглощаемого компонента у2 в газовом потоке должно быть согласовано с равновесной концентрацией его в жидкости, которую определяют по формуле:
|
где Хг* - равновесная концентрация компонента в жидкости, отвечающая его содержанию в газовой фазе у2; т - константа фазового равновесия (константа Генри).
Определение эффективности реальных аппаратов должно быть основано на кинетических закономерностях процессов массопередачи, что можно записать через скорость растворения газа в жидкости за время через поверхность контакта фаз F, м2:
|
Каждая из независимых переменных (К - коэффициент массопередачи и А - движущая сила процесса) зависит от многих параметров (технологических режимов, конструкций аппаратов) и может измеряться в различных единицах. Широко применяют выражение для коэффициента массопередачи Ks как отношение его к площади поверхности контакта фаз или к площади насадки, тарелки. Если при этом движущая сила выражена через дельта, кг/м3, то единица измерения Ks - м/с.
|
где а - удельная поверхность контакта фаз.
|
Соотношение между 1/bг и 1/mbж позволяет определить долю сопротивления в газовой и жидкой фазе в зависимости от т, зависящей от абсорбента, степени его насыщения, температуры и др.
Значения bг и bж находят по экспериментальным зависимостям, рекомендуемым для определенных конструкций массообменных аппаратов.
В случае прямолинейной равновесной зависимости и постоянства рг и pж по высоте абсорбера количество переданной массы
|
или
|
где Nг и Nж - число единиц переноса в газовой и жидкой фазах соответственно.
Число единиц переноса через объемные коэффициенты массопередачи:
|
где Van - объем аппарата; S - площадь поперечного сечения; Н - высота аппарата.
Тогда высота аппарата
(6.21)
причем G/(Kv) отвечает высоте аппарата, для которого число единиц переноса равно единице и называется высотой единицы переноса.
Число единиц переноса N можно определить графически. Площадь, ограниченная кривой на таком графике, соответствует общему числу единиц переноса, а угол ее наклона позволяет определить константы b и к.
Существенным недостатком сорбционных методов очистки (абсорбционных и адсорбционных) выбросных газов является необходимость многократной регенерации поглощающих растворов или частичной замены твердого сорбента, что значительно усложняет технологическую схему, увеличивает капитальные вложения и затраты на эксплуатацию.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 243.
