Проектирование систем очистки выбросов цеха литья пластмасс

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).

[pic]

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).

[pic] [pic]

|1 - каплеуловитель; 2 - | 1 - корпус; 2,4- перегородки; |

|тарелка. | |

|Рисунок 6.9 - Тарельчатый |3 - водоотбойник; 5 - каплеуловитель; |

|скруббер | |

| |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.

[pic] [pic]

|Рисунок 6.11 - Полый форсуночный |1 - каплеуловитель; 2 - диффузор; |

|скруббер |3 - горловина; 4 - конфузор; |

| |5 - устройство для подачи воды |

| | |

| |Рисунок 6.12 Скруббер Вентури |

Таблица 6.3 Технические характеристики скруббера Вентури

|Типоразмер|Объем газов |Диаметр |Расход |Давление |

| |на выходе, |горловины, |орошаемой |жидкости перед|

| |m'/m |мм |жидкости, |форсункой, кПа|

| | | |м3/ч | |

|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 |50000-500000 |

|Расход орошаемой жидкости, м3/ч |65-400 |

|Температура очищаемых газов, °С |до 120 |

|Концентрация взвешенных частиц, |до 10000 |

|мг/м3 |0,5-3,5 |

|Удельное орошение, м3/м2 |4-12 |

|Гидравлическое сопротивление, кПа | |

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.

Эффективность очистки газов от пыли зависит от дисперсности,

плотности, склонности к слипанию, сыпучести, абразивности, смачиваемости,

гигроскопичности, растворимости и др. Однако основным параметром при выборе

пылеуловителя является размер частиц. Необходимо знать дисперсный состав

пыли, задаваемый в виде таблиц или интегральных кривых. Гранулометрический

состав большинства видов пыли подчиняется нормально логарифмическому закону

распределения частиц по размерам. Степень очистки газов определяют по

формуле:

[pic]

где х - диаметр частиц пыли, мкм; dso - диаметр частиц пыли,

улавливаемых в аппарате на 50%; lg (r -стандартное отклонение в функции

распределения частиц по размерам; lg (т - 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:

[pic]

где d16, d64 - диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и

84%.

Для нахождения значений lg (( 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 (г = 1000 кг/м3. Пересчет значений dm и d50 от реальной

плотности (г к стандартной производят по формуле:

[pic]

[pic]

Рисунок 6.13 - Номограмма для определения эффективности улавливания

пыли в аппаратах мокрой очистки газов

Установлена зависимость степени пылегазоочистки от энергозатрат [

]:

[pic]

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:

[pic]

полученной для стандартной плотности пыли рг = 1000 кг/м3 и

вязкости газов (r=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 |Абсорбенты |

|компоненты | |

|1 |2 |

|Оксиды азота N2Оз, |Вода,, водные растворы и суспензии: NaOH, Na2C03, |

|NO5 |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 |Na2C03, NaOH, Са(ОН)2 |

|HF, SiF4 | |

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.

Расчет процессов абсорбции основывается на материальном балансе, из

которого определяют расходные параметры по абсорбенту и размеры аппаратов.

Объем очищаемого газа Gi известен, известна также и начальная концентрация

поглощаемого компонента в газовом потоке yi и в абсорбенте, подаваемом на

очистку, x1. Необходимо знать конечную концентрацию x2 абсорбента, то есть

степень насыщения потока абсорбента L поглощаемым компонентом. Тогда

количество поглощаемого компонента Gk определяют по формуле:

[pic]

где у2 - концентрация компонента в отходящем газовом потоке. Общее

уравнение материального баланса имеет вид:

[pic]

Конечное содержание поглощаемого компонента у2 в газовом потоке

должно быть согласовано с равновесной концентрацией его в жидкости, которую

определяют по формуле:

[pic]

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:

[pic]

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.

Коэффициент массопередачи относят также к объему аппарата, получая

объемный коэффициент массопередачи Кv, с-1 или ч-1:

[pic]

где а - удельная поверхность контакта фаз.

Так как интенсивность переноса массы в газовой фазе (частный

коэффициент массоотдачи вг) и в жидкой (частный коэффициент массоотдачи рж)

различна, то значение (г и (ж определяют по разным зависимостям, и их

соотношение для различных процессов также различно. Тогда выражение общего

коэффициента массопередачи через частные имеет вид:

[pic]

Соотношение между 1/(г и 1/m(ж позволяет определить долю

сопротивления в газовой и жидкой фазе в зависимости от т, зависящей от

абсорбента, степени его насыщения, температуры и др.

Значения (г и (ж 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

[pic]или

[pic]

Последнее выражение называют числом единиц переноса. По аналогии с

записью коэффициентов массопередачи можно записать

[pic]

где Nг и Nж - число единиц переноса в газовой и жидкой фазах

соответственно.

Число единиц переноса через объемные коэффициенты массопередачи:

[pic]

где Van - объем аппарата; S - площадь поперечного сечения; Н -

высота аппарата.

Тогда высота аппарата

[pic]

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.

Комбинированные методы и аппаратура очистки газов

Комбинированные методы и аппаратура очистки газов являются весьма

экономичными и наиболее высокоэффективными. Рассмотрим конструкции

аппаратов и технологическую схему очистки на примере очистки запыленного

воздуха и газов стекольного производства.

Для обеспыливания процессов сушки, измельчения, просеивания,

смешивания и транспортирования сырьевых материалов разработан

гидродинамический пылеуловитель ГДП-М (рисунок 6.14) производительностью по

очищаемому воздуху от 3000 до 40000 м3/ч. Принцип работы аппарата основан

на барботаже запыленного воздуха (газа) через слой пены, образующейся на

газораспределительной решетке. Решетка при этом погружена в пылесмачивающую

жидкость. Запыленный газ поступает в подрешеточное пространство и, вытеснив

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13