Безопасность технологических процессов и оборудования

     Оборудование  для очистки выбросов. В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.

     Аппараты  очистки вентиляционных и технологических  выбросов в атмосферу делятся  на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростными); аппараты для улавливание паров и газов (абсорбционные,     хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое  сопротивление и потребляемая мощность.

     Эффективность очитки

h = (с_вх – с_вых)/ с_вх,

где с_вх и с_вых – массовые концентрации примесей  в газе до и после аппарата.

     В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности  очистки

h_i = (с_вхi – с_выхi)/ с_вхi,

где с_вхi и с_выхi) – массовые концентрации i-й фракции пыли до и после пылеуловителя.

            Для оценки эффективности процесса  очистки также используют коэффициент  проскока веществ К через аппарат очистки:

                                                             К = с_вых/с_вх.

     Как следует из вышеуказанных формул, коэффициент проскока и эффективность  очистки связаны соотношением К = 1 – h.

     Гидравлическое  сопротивление аппаратов очитки Δp определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата р_вх и выходе р_вых из него. Значение Δp  находят экспериментально или рассчитывают по формуле

Δp = р_вх – р = ξρW²/2,

где ξ  – коэффициент гидравлического  сопротивления аппарата; ρ и  W – плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.

       Если  в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное  Δр_нач и конечное значение Δр_кон. При достижении Δp = Δр_кон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное  значение для фильтров Δр_кон =(2…5)Δр_нач.

       Мощность  N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Q очищаемого газа:

N = kΔрQ/(h_мh_в),

где k – коэффициент запаса мощности, обычно k = 1,1…1,15; h_м – КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору; обычно h_м = 0,92…0,95; h_в – КПД вентилятора; обычно h_в = 0,65…0,8.

       Широкое применение для очистки газов  от частиц получили сухие пылеуловители – циклоны различных типов. Многие задачи по очистке газов от пыли  успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.

       Для очистки больших масс газов применяются  батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных  циклонных элементов. Конструктивно  они объединяются в один корпус и  имеют общий подвод и отвод  газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами.

       Электрическая очистка (электрофильтры) – один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа, передаче заряда ионов частицами примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.

       Определение эффективности очистки запыленного  газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча:

h = 1 – е^{-Wэ Fуд},

где W_э – скорость движения частицы в электрическом поле, м/с; F_уд – удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м² · с/м³. Отсюда следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени W_эF_уд:

WэFуд   . . . . . .   3,0      3,7      3,9      4,6

h  . . . . . . . . . . .   0,95    0,975    0,98   0,99

       Конструкцию электрофильтров определяют состав и свойства очищаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т.д.

       Для тонкой очистки газов от частиц и  капельной жидкости применяют различные  фильтры. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.

       Аппараты  мокрой очистки газов – мокрые пылеуловители – имеют широкое распространение, т.к. характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d_ч ≥ 0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

       Аппараты  мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность  либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение  частиц пыли на жидкость происходит под  действием сил инерции и броуновского движения. К аппаратам мокрой очистки  относят: Скрубберы Вентури, борботажно-пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками.

       Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей  используют волокнистые фильтры  – туманоуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под действием броуновской диффузии или инерционного механизма отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависимости от скорости фильтрации W_ф. Туманоуловители делят на низкоскоростные (W_ф ≤ 0,15 м/с), в которых преобладает механизм диффузного осаждения капель, и высокоскоростные (W_ф = 2…2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

       Волокнистые низкоскоростные туманоуловители  обеспечивают высокую эффективность  очистки газа (0,999) от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большого размера. Волокнистые  слои формируются из стекловолокна диаметром 7…40 мкм. Толщина слоя составляет 5…15 см, гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов – 200…1000 Па.

       Высокоскоростные  туманоуловители имеют меньшие  размеры и обеспечивают эффективность  очистки, равную 0,9…0,98 при Δр = 1500…2000 Па, от тумана с частицами 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот и щелочей.

       В тех случаях, когда диаметры капель тумана составляют 0,6…0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности  очистки приходится увеличивать  скорость фильтрации до 4,5…5 м/с, что  приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брызгоунос обычно возникает при скоростях 1,7…2,5 м/с). Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителем в конструкции туманоуловителя.

       Метод абсорбции – очистка газовых выбросов от газов и паров – основан на поглощении последних жидкостью. Для этого используют абсорберы. Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте. Так, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлоро- или фтороводорода целесообразно применять в качестве абсорбента воду. Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции необходимы специальные конструктивные решения. Они реализуются в виде насадочных башен, форсуночных барботажно-пенных и других скрубберов.

       Работа  хемосерберов основана на поглощении газов или паров жидкими или твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Основными аппаратами для реализации процесса являются насадочные башни, барботажно-пенные аппараты, скрубберы Вентури и т.п. Хемосорбция – один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксида азота и паров кислот. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17…0,86 и от паров кислот – 0,95.

       Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверхность активированных углей достигает 10⁵…10⁶ м²/кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также в летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты и молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли.

       Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток  очищаемого газа. Адсорберы применяют  для очистки воздуха от паров  растворителей, эфира, ацетона, различных  углеводородов и т.п.

       Адсорберы нашли широкое применение в респираторах и противогазах. Патроны с адсорбентом  следует использовать строго в соответствии с условием эксплуатации, указанным  в паспорте респиратора или противогаза.

       Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ. Для этого метода используют нейтрализаторы. Различают три схемы термической нейтрализации: прямое сжигание; термическое окисление; каталитическое дожигание.

       Прямое  сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые газы обладают значительной энергией, достаточной для поддержания  горения. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циановодород в вертикально направленных факелах на нефтехимических заводах. Разработаны схемы камерного сжигания отходов. Такие дожигатели можно использовать для нейтрализации паров токсичных горючих или окислителей при их сдувах из емкостей.

       Термическое окисление находит применение в  тех случаях, когда очищаемые  газы имеют высокую температуру, но не содержат достаточно кислорода  или когда концентрация горючих  веществ незначительна и недостаточна для поддержания пламени.

       В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с  подачей свежего воздуха (дожигание  оксида углерода и углеводородов), а во втором – при подаче дополнительного природного газа.

       Каталитическое  дожигание используют для превращения  токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта  катализаторами. Для реализации процесса необходимо кроме катализаторов поддержание таких параметров газового потока, как температура и скорость газов.

       В качестве катализаторов используют платину, палладий, медь и др. Температуры  начала каталитических реакций газов  и паров изменяются в широких  пределах – 200…400 ̊С. Объемные скорости процесса каталитического дожигания  обычно устанавливают в пределах  2000…6000 ч^-1 (объемная скорость – отношение скорости движения газов к объему катализаторной массы).