Разделение неоднородных газовых систем

В этой главе речь пойдет об очистке газов главным образом от взвешенных твердых частиц — пыли. Реже возникает необходимость в очистке газа от капель жидкости. Источниками запыления газо­вых потоков могут быть установки пневмотранспорта сыпучих ма­териалов (гл. 3) и измельчения твердых материалов (гл. 4), технологи­ческие установки, в состав которых входят аппараты с псевдоожиженным слоем мелкодисперсного сыпучего вещества (гл. 11), и др.

Целью очистки газа может быть улавливание конечного про­дукта, получаемого на технологической установке, или промежу­точного продукта, отбираемого для дальнейшей переработки. Воз­душные выбросы установок, загрязненные пылевыми отходами производства, очищают в соответствии с требованиями охраны воздушного бассейна от вредных производственных выбросов.

Эффективность процесса разделения характеризуют степенью очистки

где — начальная и конечная концентрации пыли.

Пылеосадительные камеры. Осаждение в поле сил тяжести яв­ляется наиболее простым и естественным, но малоэффективным

способом очистки газа. Такое осаждение проводят в пылеосади­тельных камерах, которые включают в себя набор горизонталь­ных полок, установленных в корпусе. При медленном движении запыленного газа между полками пыль оседает на них. Эти камеры предназначены для отделения только крупных частиц.

Жалюзийные пылеуловители. Несколько больший эффект дос­тигается в жалюзийных пылеуловителях, в которых осаждение происходит под действием инерционных сил. В корпусе такого ап­парата установлен ряд наклонных жалюзийных решеток, изменя­ющих траекторию газового потока, после чего значительная часть его отводится из аппарата — это очищенный газ. Пылевые части­цы вместе с остатком газа по инерции продолжают движение по прямой, образуя концентрированный поток пыли, из которого затем дополнительно отделяют твердые частицы. Жалюзийные пы­леуловители позволяют отделять лишь довольно крупные частицы и обеспечивают относительно невысокую степень очистки.

Циклоны. Среди разнообразных конструкций аппаратов, дей­ствие которых основано на методе инерционного пылеулавлива­ния, наиболее распространенными в промышленности являются центробежные пылеуловители — циклоны. Они имеют простую конструкцию, компактны и обладают большой пропускной спо­собностью. С их помощью можно достигать высокой степени очи­стки газа. По конструкции и принципу действия они аналогичны гидроциклонам (см. рис. 5.6), но обрабатывают не жидкость, а газ.

Значения центробежной силы и степени очистки газа в цикло­не зависят, в частности, от радиуса закрутки потока — радиуса циклона. Более эффективную очистку от пыли, особенно от мел­кой, обеспечивают так называемые батарейные циклоны, кото­рые скомпонованы из группы циклонов малого радиуса, работа­ющих параллельно. В этом случае общий поток запыленного газа разделяется на малые потоки соответственно числу циклонных элементов.

Рукавные фильтры. Фильтрование основано на различии разме­ров улавливаемых частиц и каналов пористых перегородок. В каче­стве фильтрующих перегородок чаще всего используют ткани из материалов природного (шерсть, хлопок) или синтетического происхождения. Чем мельче размер улавливаемых частиц, тем бо­лее плотная ткань требуется для их задержания, что приводит к возрастанию сопротивления потоку и увеличению затрат энергии на фильтрование.

В химической промышленности для проведения процесса филь­трования газов наибольшее распространение получили рукавные фильтры (рис. 9.1). Запыленный газ поступает через входной па­трубок 1 в вертикальные тканевые рукава 2, подвешенные в кор­пусе 3 и закрепленные снизу в трубной решетке 4. При проходе газа через рукава частицы оседают на внутренней поверхности и в

Скрубберы. При осуществлении так называемого мокрого спо­соба очистки газов твердые частицы прилипают к капелькам или поверхности жидкости. В аппаратах для такой очистки используют свойство смачиваемости твердых частиц.

В полом скруббере разбрызгивают воду форсунками во всем объеме аппарата. Газ очищается от пыли, проходя такую водяную завесу. Загрязненная жидкость собирается на дне аппарата и отво­дится через штуцер.

Более высокой степени очистки до­стигают в насадочных скрубберах (рис. 9.2).

ван распределитель 4жидкости, равномерно орошающий насаду В объеме насадки образуются каналы сложной формы. По поверхности насадочных тел стекает пленка жидкости.

Запыленный газ поступает через входной патрубок 7 под слой насадки. При прохождении насадочных тел пылинки прилипают к жидкой пленке. Загрязненная жидкость стекает в донную часть аппарата и в виде суспензии удаляется из него через сливной шту­цер 6. Очищенный газ выводится из пространства над насадкой через выходной патрубок 3.

Пенные пылеуловители. В промышленности хорошо зарекомен­довали себя пенные пылеуловители, в которых вместо насадки применяют горизонтальные перегородки — тарелки с отверстия­ми для пропускания газа. По тарелке протекает слой жидкости. Газовый поток, проходящий через тарелку, при взаимодействии с жидкостью образует пену, которая захватывает пыль. Загрязнен­ная жидкость перетекает с тарелки на тарелку через переливной порог.

«Мокрые» циклоны. Сочетание действия инерционных сил и эффекта прилипания пылинок к пленке жидкости реализуют в «мокрых» циклонах. Конструкция такого циклона аналогична кон­струкции, представленной на рис. 5.6, но он очищает газовый поток. При этом к нему дополнительно подводится жидкость, которая стекает по стенкам в виде пленки. Пылинки надежно поглощают­ся жидкостью, что увеличивает степень очистки газа. Причина по­вышенной эффективности «мокрого» циклона состоит в том, что практически отсутствует вторичный унос частиц пыли в отличие от «сухого» циклона.

Электрофильтры. Осаждение пылевых частиц в электрофильт­рах основано на явлении ионизации газа в созданном электриче­ском поле и образовании заряженных пылевых частиц. Электри­ческое поле в рабочем элементе аппарата-электрофильтра образу­ют два электрода. Отрицательный электрод — катод — выполняют в виде проволоки, положительный — анод — в виде трубы или пластины. К электродам подводят постоянный ток высокого на­пряжения (десятки киловольт).

Между катодом и анодом возникает коронный разряд. Отрица­тельно заряженные ионы и электроны устремляются к аноду. По пути, сталкиваясь с пылинками и оседая на них, ионы и электро­ны заряжают пылинки, и те также направляются к аноду — оса­дительному электроду. Осевшие частицы при встряхивании сбра­сываются в нижнюю часть аппарата.

В электрофильтрах размещают несколько пар электродов, со­единенных электрически параллельно. Такие аппараты, использу­емые для тонкой очистки, т. е. очистки газового потока от мелкой пыли, могут работать при высокой температуре газового потока, достигающей 500 °С.

Контрольные вопросы

1.С какими целями проводят очистку газов от пыли?

2.Назовите известные вам способы очистки газов. Какие физические явления лежат в их основе?

3.Опишите устройство и действие пылеосадительных камер, жалю- зийных пылеосадителей и циклонов.

4.Каковы устройство и принцип действия рукавного фильтра?

5.Как устроен и действует насадочный скруббер? Что представляет собой «мокрый» циклон?

6.Какие электрические процессы происходят в электрофильтре?

Глава 10