Газопромыватели с подвижной насадкой. Они имеют большое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости.
Для обеспечения высокой степени пылеулавливания рекомендуются следующие параметры процесса: W=5-6 м/с; удельное орошение 0,5-0,7 л/м3; свободное сечение тарелки 0,4 м2/м2 при ширине щели 4-6 мм. Размер шаров 20-40 мм.
Скрубберы конической формы с подвижной шаровой насадкой. Два типа форсуночный и эжекционный. В аппаратах применяются полиэтиленовые шары 35-40 мм с насыпной плотностью 110-120 кг/м3. Высота слоя шаров составляет 650 мм, Wг.вх. = 6-10 м/с, Wг.вых. = 1-2 м/с, HK = 1 м, = 10-б0°, Q = от 3000 до 40000 м3/ч.
Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные). Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом. Тарелки с переливом имеют отверстия 3-8 мм и свободное сечение 0,15-0,25 м2/м2.
Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчатыми, колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия 4-8 мм. Ширина щелей у других конструкций равна 4-5 мм. Свободное сечение 0,2-0,3 м2/м2. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м3.
Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счёт удара газового потока о поверхность жидкости. В результате такого взаимодействия образуются капли 300-400 мкм. Скорость газа составляет 35-55 м/с, удельный расход жидкости 0,13 л/м3.
Газопромыватели центробежного действия. По конструктивному признаку их подразделяют на 2 вида:
аппараты, в которых закрутка газового потока происходит при помощи центрального лопастного закручивающего устройства;
аппараты с боковым тангенциальным подводом газа.
Большинство отечественных центробежных скрубберов имеют тангенциальный подвод газов и плёночное орошение. Такие аппараты используют для очистки любых видов нецементирующей пыли.
Для очистки дымовых газов от золы применяют центробежный скруббер ЦС-ВТИ. Удельный расход воды составляет 0,09-0,18 л/м3.
Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Основной частью аппарата является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошающей жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40-150 м/с. Имеется каплеуловитель.
Эффективность очистки 0,96-0,98 для частиц со средним размером 1-2 мкм при начальной концентрации пыли до 100 г/м3. Удельный расход воды 0,1-6,0 л/м3. Производительность по газу до 85000 м3/ч. Скруббера Вентури широко используются в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнивается с высокоэффективными фильтрами.
Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры, принцип действия, которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим отеканием жидкости под действием сил тяжести.
Туманоуловители делят на низкоскоростные (Wф0,15 м/с) и высокоскоростные (Wф=2-2,5 м/с), где осаждение происходит под действием инерционных сил.
Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают высокую эффективность (до 0,999) очистки газа от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром от 7 до 30 мкм или полимерных волокон (лавсан, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. Толщина слоя составляет 5-15 мм. Гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов составляет 200-1000 Па.
Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9-0,98 при Р = 1500-2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот (H2SO4, HCl, HF, Н3PO4, НNО3) и сильных щелочей.
Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содержащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокнистые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом иглопробивным войлоком (ТУ 17-14-77-79), состоящим из волокон 70 мкм, толщиной слоя 4-5 мм. Гидравлическое сопротивление 0,15-0,5 кПа, Q = 3500-80000 м3/ч, эффективность очистки 0,96-0,99, t90°C.
Очистка газов в электрофильтрах. В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил.
Наиболее распространены электрофильтры с пластинчатыми и трубчатыми электродами. В пластинчатых электрофильтрах между осадительными пластинчатыми электродами натянуты проволочные коронирующие. В трубчатых электрофильтрах осадительные электроды представляют собой цилиндры (трубки), внутри которых по оси расположены коронирующие электроды.
Электрофильтры очищают большие объёмы газов от пыли с частицами размером от 0,01 до 100 мкм при t=450 °С, P = 150 Па. Удельные затраты электроэнергии составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м3 газа. Эффективность 0,999.
Очистка технологических и вентиляционных выбросов от газо- и парообразных загрязнителей.
Процессы очистки и обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов машиностроительных предприятий от газо- и парообразных примесей характеризуется тем, что, во-первых, газы, выбрасываемые в атмосферу, весьма разнообразны по химическому составу; во-вторых, они подчас имеют высокую температуру и содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов; в-третьих концентрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросах обычно переменна и низка.
Создаваемые в промышленности газоочистные установки позволяют обезвреживать технологические и вентиляционные выбросы без или с последующей утилизацией уловленных примесей. Аппараты с выделением продукта в концентрированном виде и дальнейшим его использованием в производственном цикле наиболее перспективны. Производство таких установок важнейший этап в разработке малоотходной и безотходной технологии.
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять групп:
физическая абсорбция;
хемосорбция;
поглощение газообразных примесей твёрдыми сорбентами (адсорбция);
термическая нейтрализация отходящих газов;
каталитическая очистка отходящих газов.
Метод абсорбции. В технике очистки газовых выбросов процесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путём поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидкими поглотителями (абсорбентами) с образованием растворов.
Движущей силой здесь является градиент концентрации на границе раздела фаз газ - жидкость. Растворённый в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс очистки протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии. Поэтому в процессе проектирования абсорберов особое внимание следует уделять организации контакта газового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).
Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нём извлекаемого компонента и её зависимость от температуры и давления.
В качестве абсорбента при физической абсорбции используют воду (для поглощения таких газов как NН3, НС1, НF и др.). В некоторых специальных случаях в качестве абсорбента используют высококипящие органические растворители для улавливания ароматических углеводородов, которые плохо растворяются в воде.
Организация контакта газового потока абсорбентом осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбента.
В зависимости от реализуемого способа контакта газ-жидкость различают:
а) насадочные колонны;
б) полые распыливающие колонны;
в) скрубберы Вентури;
г) барботажные тарельчатые колонны.
В качестве насадки используют геометрические тела различной формы, каждая из которых характеризуется собственной удельной поверхностью и сопротивлением движению потока газа (кольца Рашига, сёдла Берля, кольца Палля, сёдла Инталокс). Материал: керамика, фарфор, пластмассы, металл.
Метод хемосорбции. Основан на поглощении газов и паров жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредных примесей в отходящих газах. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующиеся химические соединения разлагаются с выделением исходных элементов. На этом принципе основан механизм десорбции хемосорбента.
Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода и диоксида углерода с применением мышьяково-щелочного, этаноламинового и других растворов.
Хемосорбция один из распространенных способов очистки отходящих газов от окислов азота. Для очистки газов от окислов азота, выделяющихся из ванн травления, используется скруббер Вентури с форсуночным орошением газов раствором извести. Газы травильных ванн, содержащие оксиды азота, пары серной, соляной и плавиковой кислот, направляются в скруббер, где они контактируют с раствором извести и нейтрализуются. Эффективность очистки от оксидов азота 0,17-0,86 и от паров кислот 0,95.
Для очистки отходящих газов от оксида углерода используют медно-аммиачные растворы.
Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с развитой поверхностью пор селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси.
Адсорбция подразделяется на физическую и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа адсорбируются на поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения. Преимущество физической адсорбции обратимость процесса.
В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Процесс хемосорбции как правило необратим.
В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, а также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита). Одним из основных параметров при выборе адсорбента является адсорбционная способность по извлекаемому компоненту.
Конструктивно аппараты для проведения процесса адсорбции (адсорбера) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных, либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа.
Адсорбцию широко используют при очистке газовых выбросов от паров органических растворителей для удаления ядовитых компонентов (сероводород) из газовых потоков, выбрасываемых в атмосферу, для удаления радиоактивных газов при эксплуатации ядерных реакторов, в частности, радиоактивного йода, и в других процессах очистки воз духа от вредных примесей.
Термическая нейтрализация. Метод основан на способности горючих токсичных компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси. Этот метод применяется в тех случаях, когда объемы выбросов велики, а концентрации загрязняющих веществ превышают 300 млн-1.
Методы термической нейтрализации вредных примесей во многих случаях имеют преимущества перед абсорбцией и адсорбцией:
а) отсутствие шламового хозяйства;
б) небольшие габариты очистных установок;
в) простота их обслуживания;
г) высокая эффективность обезвреживания при низкой стоимости очистки.
Этот метод находит широкое применение в машиностроительной промышленности.
Область применения метода термической нейтрализации вредных примесей ограничивается характером образующихся при окислении продуктов реакции. Так, при сжигании газов, содержащих фосфор, галогены, серу, образующиеся продукты реакции по токсичности во много раз превосходят исходный газовый выброс.