Способы и методы очистки атмосферного воздуха. Эффективные методы очистки атмосферного воздуха

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ВПО

СГТУ ИМ. Гагарина Ю.А.

Энгельсский технологический институт (филиал)

Кафедра «Экологии и охраны окружающей среды»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Техника защиты окружающей среды

Оборудование для очистки атмосферного воздуха

Выполнила: Долбня И.В.

ст. группы ООС-51

Проверила: профессор

Ольшанская Л.Н.

Энгельс - 2013

ВВЕДЕНИЕ

Защита атмосферы

1 Основные загрязнители атмосферного воздуха и последствия его загрязнения

1.2 Средства защиты атмосферы

2. Методы и оборудование для очистки атмосферы

2.1 Сухие пылеуловители (циклоны)

2 Мокрые пылеуловители (скрубберы)

3 Фильтры

2.4 Абсорбционные методы

5 Адсорбционные методы

6 Каталитический метод

2.7 Термический метод

3. Расчет оборудования для очистки атмосферного воздуха

1 Исходные данные

2 Расчет циклона ЦН-24

3 Расчет бункера

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время остро стоит проблема загрязнения атмосферы различными вредными и токсичными примесями. Это связано, в первую очередь, с высокими темпами развития промышленности, а также с огромными масштабами распространения автомобильного транспорта. В разных отраслях производства происходит загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Атмосферный воздух ежедневно подвергается выбросам вредных газов и примесей, которые смешиваются и вступают в химические реакции с газами, входящими в постоянный состав атмосферы (N2, O2, смесь благородных газов). В результате этого постоянный состав воздуха может стать переменным (CO2 и водяной пар) или случайным, состав которого зависит от местных условий. Такие изменения атмосферы могут привести к образованию кислотных осадков, которые получаются в результате взаимодействия SO2, NOx, CO, CO2 и других оксидов с ее компонентами. Кислотные осадки, в свою очередь, пагубно влияют на почву, водоемы, растительность и живые организмы. Они приводят к подкислению водоемов и почвы, в результате этого изменяется pH среды, которая способствует ухудшению условий жизни растений, животных и микроорганизмов, что может привести к их гибели. Кроме этого кислотные осадки разрушают конструкцию зданий и сооружений, а также памятники природы и архитектуры. В чистом виде диоксид серы, оксиды азота и углерода очень вредны и токсичны. Кроме этих загрязнений в результате активной деятельности промышленных предприятий в атмосферу выделяется множество других вредных веществ, среди которых токсичные органические вещества, аэрозоли и пыли различного химического состава.

Поэтому наряду с развитием промышленности необходимо разрабатывать и совершенствовать методы защиты и очистки атмосферы от чужеродных веществ. Надо минимизировать количество выбросов вредных газов. Кроме этого в процессах очистки воздуха можно рекуперировать многие примеси и вторично их использовать в производстве.

Целью данной работы является анализ и изучение научной литературы по вопросам методов и средств очистки атмосферного воздуха, а также расчет параметров циклона ЦН-24.

1. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

.1 Основные загрязнители атмосферного воздуха и последствия его загрязнения

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются диоксид серы SO2, диоксид углерода CO2, оксиды азота NOx, твердые частицы - аэрозоли. Их доля составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

·возможное потепление климата (парниковый эффект);

·нарушение озонового слоя;

·выпадение кислотных дождей;

·ухудшение здоровья людей.

Парниковый эффект - это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой, т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса .

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы парниковых газов. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 г.г. выбросы СО2 на 5% от уровня 1990 г.:

·Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%,

·США - на 7%,

·Япония - на 6%.

В марте 2001 г. США, на долю которых приходится 36,1% мировых выбросов, объявили о своем решении не участвовать в Киотском протоколе. Канада тоже вышла из списка стран-участниц. Афганистан <#"justify">Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом, предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% будет выполнена.

В качестве других причин, вызывающих потепление климата, ученые называют непостоянство солнечной активности, изменение магнитного поля Земли и атмосферного электрического поля.

.2 Средства защиты атмосферы

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используются следующие основные меры.

Экологизация технологических процессов:

1 создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ;

2 уменьшение загрязнения от тепловых установок: централизованное теплоснабжение, предварительная очистка топлива от соединений серы, использование альтернативных источников энергии, переход на топливо повышенного качества (с угля на природный газ);

3 уменьшение загрязнения от автотранспорта: использование электротранспорта, очистка выхлопных газов, использование каталитических нейтрализаторов для дожигания топлива, разработка водородного транспорта, перевод транспортных потоков за город.

Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей.

Рассеивание газовых выбросов в атмосфере. Рассеивание осуществляется с помощью высоких дымовых труб (высотой более 300 м). Это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные сооружения не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50-1000 м) .

Архитектурно-планировочные решения - правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов:

·устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);

·устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

2. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ

.1 Сухие пылеуловители (циклоны)

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы - оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

На схеме (рис. 1) изображена упрощенная конструкция одиночного циклона. Пылегазовый поток вводится в циклон через входной патрубок 2, закручивается и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1. Частицы пыли отбрасываются под действием центробежных сил к стенке корпуса, а затем под действие силы тяжести собираются в пылевой бункер 4, откуда периодически удаляются. Газ, освободившись от пыли, разворачивается на 180º и выходит из циклона через трубу 3 .

Рис. 1. Циклон

.2 Мокрые пылеуловители (скрубберы)

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

На схеме (рис. 2.) изображен скруббер. Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли .

Рис. 2. Скруббер

.3 Фильтры

Предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых фильтрующих перегородок. По типу фильтрующей загрузки различают тканевые фильтры (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые. Выбор фильтрующего материала определяется требованиями к очистке и условиями работы: степень очистки, температура, агрессивность газов, влажность, количество и размер пыли и т.д. На схеме (рис. 3.) представлено устройство фильтра.

Рис. 3. Фильтр

Электрофильтры - эффективный способ очистки от взвешенных частиц пыли (0,01 мкм), от масляного тумана. Принцип действия основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле. У поверхности коронирующего электрода происходит ионизация пылегазового потока. Приобретая отрицательный заряд, частицы пыли движутся к осадительному электроду, имеющему знак, противоположный заряду коронирующего электрода. По мере накопления на электродах частицы пыли падают под действием силы тяжести в сборник пыли или удаляются встряхиванием .

В процессах очистки атмосферного воздуха также используются двухзонные электрофильтры (рис. 4.). Отличительная особенность таких фильтров состоит в наличии двух раздельных электрических полей, в одном из которых происходит зарядка взвешенных частиц, а в другом их осаждение. В России наибольшее распространение получил двухзонный электрофильтр типа «Рион», применяемый в основном для очистки вентиляционного воздуха с температурой до 40°С при начальной запыленности не более 10 мг/м³. Очищаемый воздух прежде всего проходит через ионизатор, предназначенный для зарядки частиц пыли в поле коронного разряда, возникающего между электродами положительной и отрицательной полярности. Ионизатор выполнен с таким расчетом, чтобы при скорости около 2 м/с улавливаемая пыль успела зарядиться, но не успела осесть. Ввиду малого диаметра коронирующих электродов и незначительного межэлектродного промежутка ионизатор работает при напряжении 14 кВ, достаточном для получения напряженности поля, обеспечивающего возникновение коронного разряда. Зарядившиеся частицы пыли потоком воздуха выносятся в осадитель, представляющий собой систему пластин. Чередование заземленных (отрицательно заряженных) пластин и пластин, присоединенных к положительному полюсу выпрямителя, создает равномерное электрическое поле осаждения. Заряженные частицы пыли оседают в поле осадителя на пластинах противоположной полярности. Небольшое расстояние между пластинами (6-7 мм) позволяет при небольшом напряжении между пластинами (7 кВ) получать напряженность поля 8-10 кВ/см, т. е. примерно вдвое выше, чем в однозонных электрофильтрах, что достаточно для осаждения самых мелких частиц (субмикронного размера). Высокая напряженность поля и малое расстояние между пластинами обусловливают высокую скорость осаждения пыли. Для улавливания 85-95% пыли достаточно пребывание в осадителе в течение 0,2-0,4с. Электрофильтры типа «Рион» предназначены для следующих расходов очищаемого воздуха- 20000 м³/ч (Рион-2,7); 10000 м³/ч (Рион-1,4); 4000 м³/ч (Рион-0,55) и 1000 м³/ч (Рион-0,17). Степень очистки во всех типах электрофильтров 85-95%.

Рис. 4. Принципиальная схема двухзонного электрофильтра:а - ионизатор; б - осадитель. 1,2 - положительные и отрицательныеэлектроды ионизатора; 3,4 - положительные и отрицательные электродыосадителя

Питание электрофильтров осуществляется выпрямленным током высокого напряжения (60-80 кВ), Для преобразования переменного тока обычной частоты (50 Гц) и низкого напряжения (380 В) используют электрические агрегаты сравнительно небольшой мощности (20-150 кВт). Каждый электроагрегат состоит из повысительного трансформатора, выпрямителя, регулятора напряжения и пульта управления .

2.4 Абсорбционные методы

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителя и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы подразделяются на методы физической абсорбции и химической (хемосорбция), сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе. Для физической абсорбции применяют поглотители - воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом. При хемосорбционной очистке выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. Абсорбционные методы используют для очистки газов от СО, NxOy, SO2, H2S, HCl, CO2 .

В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.

В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности, загруженной в них насадки из тел различной формы.

Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы.

В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью распыленной жидкости.

Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления .

Среди поверхностных абсорберов привлекают внимание и получают широкое применение пленочные абсорберы. Конструктивной особенностью пленочных контактных устройств с фиксированной поверхностью контакта фаз являются каналы круглого, прямоугольного, треугольного и других сечений, по внутренней поверхности которых движется тонкая жидкостная пленка, взаимодействуя с газовым потоком. Взаимодействие фаз на контактной ступени может быть как прямоточным, так и противоточным. Обычно используют принцип прямоточного взаимодействия фаз на каждой ступени с обеспечением противотока в аппарате в целом.

С целью интенсификации процесса абсорбции и улучшения сепарации фаз в каналах круглого сечения устанавливают завихрители (закручиватели). Дополнительное вращательное движение, сообщаемое двухфазному потоку, увеличивает эффективность массопереноса в 1,5-2 раза и позволяет использовать возникающую центробежную силу для разделения фаз после выхода из контактной зоны. В контактной зоне жидкость под действием этой силы образует на внутренней поверхности канала винтообразную движущуюся вверх пленку. Это явилось стимулом для использования закрученного движения в зоне контакта при разработке высокоскоростных абсорбционных аппаратов (рис. 5.) .

Рис. 5. Высокоскоростной абсорбер с прямоточным взаимодействием газа и жидкости в восходящем закрученном потоке

атмосферный загрязнение пылеуловитель фильтр

Каждая ступень состоит из параллельно работающих трубчатых элементов АЕ с многолопастными винтовыми осевыми завихрителями CD. Поднимающийся по аппарату газовый поток входит в контактную зону BE и захватывает жидкость, вытекающую из распылителя В. Газовый поток, несущий капельки жидкости, проходит зону распыления ВС и поступает в осевой завихритель CD. Наличие перед завихрителем зоны распыления с развитой межфазной поверхностью повышает эффективность массообмена. После завихрителя закрученный поток проходит пленочную зону DE, из которой жидкость через сепарационный зазор ЕА выбрасывается на стенку сепарационного патрубка и стекает вниз, а газовый поток поднимается на следующую ступень. Жидкость по межэлементному пространству, радиальным переточным трубам и центральной переточной трубе поступает в распылитель нижерасположенной ступени. Массообмен между газом и жидкостью происходит в трех зонах: распыления, закручивания и пленочной .

Наиболее представительна по конструктивному оформлению группа барботажных абсорберов (рис. 6.). В результате взаимодействия фаз (жидкость является сплошной фазой, а газ - дисперсной) на тарелках образуется газожидкостный слой, состоящий из относительно чистой жидкости и вспененной жидкости. Полная высота слоя на тарелке и ее составляющие зависят от конструктивного оформления тарелки, от соотношения материальных потоков и физико-химических свойств системы.

Среди барботажных контактных устройств особое место занимают ситчатые и колпачковые тарелки, нашедшие широкое применение в промышленности. Одной из новых конструкций барботажных абсорберов является колонна с ситчатыми тарелками и пакетом извилистых пластин, расположенных между тарелками. Пакет извилистых пластин способствует созданию дополнительной зоны массообмена, улавливанию брызг жидкости, получающихся в процессе барботажа на ситчатой тарелке, и возвращению их в слой жидкости на ту же тарелку. Переливное устройство обеспечивает переток жидкости с тарелки на тарелку по высоте колонны. Переток может осуществляться при отсутствии или наличии приемного кармана в переливном устройстве. Переливные устройства без приемного кармана позволяют увеличить рабочую площадь тарелки и, следовательно, повысить производительность колонны. В тех случаях, когда диапазон работы переливного устройства лимитирует работу тарелки в целом, целесообразно устанавливать регулирующие переливные устройства, например с кольцевыми щелями, поочередно вступающими в работу, или с поворотными заслонками, регулирующими проходное сечение переливного устройства. Провальные тарелки не имеют переливных устройств, что позволяет более полно использовать площадь тарелок и значительно упрощает их в конструктивном отношении. Газ и жидкость движутся противотоком. Один из недостатков таких тарелок - сравнительно узкий диапазон работы в отношении нагрузок по газу.

Интенсификация процесса абсорбции в аппаратах с провальными тарелками в последнее время проводится по пути создания тарелок с упорядоченным перетоком жидкости и постоянным свободным сечением, с укрупненной перфорацией и с саморегулируемым свободным сечением тарелок .

Рис. 6. Абсорбер с ситчатыми тарелками: 1-тарелка; 2 - переливное устройство; 3 - сепарационная зона

2.5 Адсорбционные методы

Адсорбционные методы очистки газов основаны на поглощении газообразных и парообразных примесей твердыми телами с развитой поверхностью - адсорбентами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердого тела силами Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция) либо химическими силами (хемосорбция).

Процесс адсорбции осуществляется в несколько стадий: перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела; проникновение молекул газа в поры твердого тела; собственно адсорбция. Самая медленная стадия лимитирует процесс в целом.

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию. Процесс осуществляется в адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента, в установках периодического и непрерывного действия.

В качестве адсорбентов используют материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Адсорбенты могут быть как природного, так и синтетического происхождения. К основным типам промышленных адсорбентов относятся активированные угли, силикагели (SiO2?nН2О), алюмогели (активный оксид алюминия А12О3?nН2О), цеолиты и иониты .

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

) После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования.

) После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.

) После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента (рис. 7.). Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем .

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей .

Рис. 7. Адсорбер полочного многосекционного типа с неподвижными слоями адсорбента: 1 - корпус аппарата; 2 - слой адсорбента

.6 Каталитический метод

Этим методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном (поверхностном) химическом взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор.

Методы подбора катализаторов отличаются большим разнообразием, но все они базируются в основном на эмпирических или полуэмпирических способах. Об активности катализаторов судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по скорости каталитических процессов, при которых обеспечивается требуемая степень превращения.

В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди и марганца и т.д.). Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль .

Объем катализаторной массы определяется исходя из максимальной скорости обезвреживания газа, которая в свою очередь зависит от природы и концентрации вредных веществ в отходящем газе, температуры и давления каталитического процесса и активности катализатора. Допустимая скорость обезвреживания находится в пределах 2000-60000 объемов газа на объем каталитической массы в час. На катализаторах, разработанных в Дзержинском филиале НИИОГАЗа, при скорости обезвреживания 30000-60000 объемов обезвреживаемого газа на объем катализаторной массы в час и температуре 350-420°С практически полностью окисляются примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальдегида, спиртов (метилового, этилового, пропилового, аллилового и др.), ацетона, этилацетона, бензола, толуола, ксилола, оксида углерода и др. .

Существенное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активности. Температура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредностей, скорости потока и типа катализатора. С повышением температуры эффективность каталитического процесса увеличивается. Например, метан начинает окисляться на поверхности катализатора, состоящего из 60% диоксида марганца и 40% оксида меди, только при температуре 320°С, а 97%-ное реагирование наблюдается при t=450°С. Следует, однако, иметь в виду, что для каждого катализатора существует предельный температурный уровень. Повышение этого уровня приводит к снижению активности, а затем к разрушению катализатора.

Для поддержания необходимой температуры газа иногда к нему подмешивают (особенно в пусковой период) продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе. На рис. 8 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника - рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250-350°С, т. е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применена природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, промотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары. Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450°С направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем через выходной патрубок выводится в атмосферу. Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Гидравлическое сопротивление реактора при номинальной нагрузке (800-900 м3/ч) не превышает 150-180 Па. Скорость процесса находится в пределах от 8000 до 10000 объемов на объем катализаторной массы в 1 ч .

Рис. 8. Каталитический реактор

.7 Термический метод

Достаточно большое развитие в практике нейтрализации вредных примесей, содержащихся в вентиляционных и других выбросах, имеет высокотемпературное дожигание (термическая нейтрализация). Для осуществления дожигания (реакций окисления) необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Выбор схемы дожигания зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, кислорода и других компонентов. Если выбросные газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СxНy) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха .

Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 9). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора .

Рис. 9. Установка для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов

3. РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

.1 Исходные данные

Тип циклона: ЦН-24г=65000 м3/ч - количество очищаемого газа при рабочих условиях;

µг=25?10-6 Па?с - динамическая вязкость газа при рабочей температуре;m=30 мкм - медиальный диаметр, при котором масса всех частиц пыли меньше или крупнее dm составляет 50%;

Ч=0,35 - стандартное отклонение величины;

Ч=2400кг/м3 - плотность частиц;

Г=0,68 кг/м3 - плотность газа при рабочих условиях;вх=70?103 кг/м3 - запыленность газа;

Требуемая эффективность очистки газа.

.2 Расчет циклона ЦН-24

Конструкцию циклона рассчитываем методом последовательных приближений в последующем порядке.

Выбрав тип циклона по таблице 4.3. определяем оптимальную скорость газа в аппарате?опт, м/с

Опт(ЦН-24) = 4,5 м/с

Определяем необходимую площадь сечения циклона (в м2):

F = (65000/3600)/4,5 = 4,01 (м2)

Определяем диаметр циклона, задаваясь числом циклонов N=1 (в м):

(м)

Диаметр циклона округляем до 2400 мм = 2,4 м.

Вычисляем действительную скорость газа в циклоне:

? = Vг/0,785 ND2,

? = 18,06/0,785?1?(2,4)2 = 3,99 (м/с)

Скорость газа в циклоне не отклоняется более чем на 15% от оптимальной скорости.

665 > 3,99 > 3,315

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления циклона или группы циклонов:

?ц = К1К2? ? спц500 + К3,

где ? спц500 - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 4.4.), ?спц500=80; К1 - поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона (табл. 4.5.), К1=1; К2 - поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа (табл. 4.6.), К2=0,905; К3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (для одиночных циклонов К3=0).

Ц = 1?0,905?80 = 72,4

Определяем потери давления в циклоне (в Па):

P = ?ц?? ?2/2,

P = 72,4?(0,68?(3,99)2/2) = 391,9 (Па)

Определяем диаметр частиц, улавливаемых на 50%:

где индекс «т» означает стандартные условия работы циклона.

8,5 мкм;

0,6 м;

1930 кг/м3;

22,2 ? 10-6 Па?с;

3,5 м/с

(мкм)

Определяем параметр х по формуле:

х = lg(dm/d50)/lg2??+lg2?ч,

lg?? = 0,308;

lg?ч = 0,35

х = lg(30/15,2)/lg0,308+lg0,35 = 1,43

Определяем функцию распределения Ф(х) (табл. 4.7.) и полный коэффициент очистки газа по формуле (в %):

Р=50?,

Ф(х) = 0,9234,

?р = 50? = 96,17%

ПоказательЦН-24ЦН-24расч., ммДиаметр циклона Внутренний диаметр выхлопной трубы d пылевыпускного отверстия d1 Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер) b на входе (внутренний размер) b1 Длина входного патрубка l Диаметр средней длины циклона Dср Высота установки фланца hфл Угол наклона крышки и входного патрубка циклона ?,град Высота входного патрубка а выхлопной трубы hт цилиндрической части Нц конической части Нк внешней части выхлопной трубы hв Общая высота циклона Н 0,59 0,3-0,4 0,2 0,26 0,6 0,8 0,1 24 1,11 2,11 2,11 1,75 0,4 4,26 2400 1420 720-960 480 620 1400 1900 240 24 2660 5060 5060 4200 960 10220

3.3 Расчет бункера

Диаметр бункера:

Dб = 1,5D,

Dб = 1,5?2400 = 3600 мм

Высота цилиндрической части бункера:

8D = 0,8?2400 = 1920 мм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С огромным ростом промышленности происходит существенное воздействие на окружающую среду. Негативным факторам со стороны предприятий и автомобильного транспорта подвергается атмосферный воздух, вода в больших объемах, а также огромные территории почв. Атмосфера испытывает на себе нагрузку от поступающих в нее вредных, токсичных веществ как неорганического, так и органического происхождения. Многие из газообразных выбросов способны образовывать кислотные осадки, вступая во взаимодействие с компонентами воздуха. Это приводит к закислению почв и водоемов, в результате чего может произойти гибель живых организмов. Кроме этого кислотные осадки пагубно влияют на конструкции строений, природных и культурных памятников. Находясь в воздухе, некоторые газы вызывают образование парникового эффекта, что, в свою очередь, ведет к изменению климата на планете. К тому же эти вредные компоненты приводят к ухудшению здоровья людей. Не менее опасными загрязнителями атмосферы являются аэрозоли и пыли. Они также изменяют состав воздуха и пагубно влияют на жизнедеятельность и здоровье людей.

В связи с этим было разработано множество методов и средств защиты атмосферы от вредных воздействий. Оборудование различается по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, а также по эффективности очистки. При выборе соответствующей техники необходимо изначально установить тип и состав вредных компонентов, после чего надо уделить большое внимание эффективности очистки выбираемого аппарата.

Для механической очистки от пылевых выбросов предназначены циклоны. Принцип их действия основан на центробежной силе и силе тяжести. При прохождении через аппарат поток очищаемого газа закручивается, а пылевые частицы под действием соответствующих сил выпадают в виде осадка в бункер. Эффективность очистки у такого оборудования составляет 50-90% и даже выше, причем ее величина зависит от конструкции циклона и диаметра осаждающихся частиц. Расчет параметров циклона ЦН-24 показал, что он очищает атмосферный воздух от пылевых загрязнений на 96,17%. Это дает основание использовать его в качестве очистного оборудования для защиты атмосферы от пыли.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Edu.severodvinsk, ru. (2013). Edu.severodvinsk. Web

Банников, А.Г. Основы экологии и охрана окружающей среды / А.Г. Банников. - 3-е изд. - М.: Колос, 1996. - 486 с.

Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов / А.Г. Ветошкин. - Пенза: Издательство Пензенского технологического института, 2003. - 154 с.

4. Rudocs.exdat, com. (2000-2012). Rudocs.exdat. Web

5. Air-cleaning, ru. (2013). Air-cleaning. Web

Аверкин, А.Г. Аппараты для физико-химической очистки воздуха. Абсорберы: Учеб. пособие в 2-хчастях Ч.1. / А.Г. Аверкин. - Пенза: ПГАСА, 2000. - 240 с.

7. Ogazah, ru. (2013). Ogazah. Web

8. Аверкин, А.Г. Аппараты для физико-химической очистки воздуха. Адсорберы: Учеб. пособие в 2-хчастях Ч.2. / А.Г. Аверкин. - Пенза: ПГАСА, 1999. - 240 с.

Зиганшин, М.Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки / М.Г. Зиганшин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин. - М.: Экопресс - 3М, 1998. - 505с.

Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1993. - 753 с.

Охрана окружающей среды / под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 2007. - 616 с.

12. Ecologylib, ru. (2001-2013). Ecologylib. Web

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

План

Введение

1. Методы очистки атмосферы

2. Биоремедиация атмосферы

Заключение

Список литературы

Введение

Проблема очистки воздуха в зоне жизни человека от разнообразных загрязнений, вносимых промышленностью, от аэрозолей и бактерий является одной из наиболее актуальных проблем. Трактаты по вопросу все чаще и чаще поя

вляются как вопль о надвигающейся катастрофе. Этот вопрос приобрел особое значение после изобретения атомных и водородных бомб, ибо атмосферный воздух стал все более и более насыщаться осколками ядерного распада. Эти осколки в форме высокодисперсных взвешенных веществ при взрыве поднимаются в атмосферу на большую высоту, затем в течение короткого времени растекаются по всему атмосферному океану и постепенно падают на поверхность земли в виде тонкой радиоактивной пыли, или уносятся осадками - дождем и снегом. И являются угрозой человеку в любой точке поверхности нашей планеты.

1. Методы очистки атмосферы

Все методы очистки делятся на регенеративные и деструктивные. Первые позволяют возвращать в производство компоненты выбросов, вторые трансформируют эти компоненты в менее вредные.

Методы очистки газовых выбросов можно разделить по типу обрабатываемого компонента (очистка от аэрозолей – от пыли и тумана, очистка от кислых и нейтральных газов и так далее).

· Электрические методы очистки.

При этом способе очистки газовый поток направляется в электрофильтр, где проходит в пространстве между двумя электродами – коронирующим и осадительным. Частицы пыли заряжаются, движутся к осадительному электроду, разряжаются на нем. Таким методом можно очищать пыли с удельным сопротивлением от 100 до 100 млн. Ом*м. Пыли с меньшим удельным сопротивлением сразу же разряжаются и улетают, а с большим – образуют плотный изолирующий слой на осадительным электроде, резко уменьшая степень очистки. Методом электрической очистки можно удалять не только пыли, но и туманы. Очистка электрофильтров производится путем смыва пыли водой, вибрацией или с помощью ударно-молоткового механизма.

· Различные мокрые методы.

Использование пенных аппаратов, скрубберов.

Для очистки от газов применяют следующие методы:

· Адсорбция.

То есть поглощение твёрдым веществом газового (в нашем случае) компонента. В качестве адсорбентов (поглотителей) применяют активные угли различных марок, цеолиты, силикагель и другие вещества. Адсорбция – надёжный способ, позволяющий достигать высоких степеней очистки; кроме того, это регенеративный метод, то есть уловленный ценный компонент можно вернуть обратно в производство. Применяется периодическая и непрерывная адсорбция. В первом случае по достижении полной адсорбционной емкости адсорбента газовый поток направляют в другой адсорбер, а адсорбент регенерируют – для этого используется отдувка острым паром или горячим газом. Затем ценный компонент можно получить из конденсата (если для регенерации использовался острый пар); для этой цели используется ректификация, экстракция или отстаивание (последнее возможно в случае взаимной нерастворимости воды и ценного компонента). При непрерывной адсорбции слой адсорбента постоянно перемещается: часть его работает на поглощение, часть – регенерируется. Это, конечно, способствует истиранию адсорбента. В случае достаточной стоимости регенерируемого компонента использование адсорбции может быть выгодным. Например, недавно (весной 2001 года) проведенный для одного из кабельных заводов расчёт участка рекуперации ксилола показал, что срок окупаемости составит менее года. При этом 600 т ксилола, которые ежегодно попадали в атмосферу, будут возвращены в производство.

· Абсорбция.

То есть поглощение газов жидкостью. Этот метод основан либо на процессе растворения газовых компонентов в жидкости (физическая адсорбция), либо на растворении вместе с химической реакцией – химическая адсорбция (например, поглощение кислого газа раствором с щелочной реакцией). Этот метод также является регенеративным, из полученного раствора можно выделить ценный компонент (при использовании химической адсорбции это не всегда возможно). В любом случае вода очищается и хотя бы частично возвращается в систему оборотного водоснабжения.

· Термические методы.

Являются деструктивными. При достаточной теплотворной способности выбросного газа его можно сжечь напрямую (все видели факелы, на которых горит попутный газ), можно применить каталитическое окисление, или (при малой теплотворной способности газа) использовать его в качестве дутьевого газа в печах. Получающиеся в результате термического разложения компоненты должны быть менее опасными для окружающей среды, чем исходный компонент (например, органические соединения можно окислить до углекислого газа и воды – если нет других элементов, кроме кислорода, углерода и водорода). Этот метод позволяет добиться высокой степени очистки, но может стоить дорого, особенно если используется дополнительное топливо.

· Различные химические методы очистки.

Как правило связанные с использованием катализаторов. Таковым, например, является каталитическое восстановление оксидов азота из выхлопных газов автотранспорта (в общем виде механизм этой реакции описывается схемой:

CnHm + NOx + CO----->CO2 + H2O +N2,

где в качестве катализатора kt используется платина, палладий, рутений или другие вещества). Методы могут требовать применения реагентов и дорогих катализаторов.

· Биологическая очистка.

Для разложения загрязняющих веществ используются специально подобранные культуры микроорганизмов. Метод отличается низкими затратами (реагентов используется мало и они дешевые, главное - микроорганизмы живые и размножаются сами, используя загрязнения как пищу), достаточно высокой степенью очистки, но в нашей стране, в отличие от Запада, широко распространения, к сожалению, пока не получил.

· Аэроионы - мельчайшие жидкие или твердые частицы, заряженные положительно или отрицательно. Особенно благоприятно действие отрицательных (легких аэроионов). Их справедливо называют витаминами воздуха.

Механизм действия отрицательных аэроионов на взвешенные в воздухе частицы состоит в следующем. Отрицательные аэроионы воздуха заряжают (или перезаряжают) пыль и микрофлору, находящиеся в воздухе, до определенного потенциала, пропорционально их радиусу. Заряженные пылевые частицы или микроорганизмы начинают двигаться вдоль силовых линий электрического поля по направлению к противоположно (положительно) заряженному полюсу, т.е. к земле, к стенам и потолку. Если выразить в длинах силы гравитации и силы электрические, действующие на тонкодисперсную пыль, то легко можно увидеть, что электрические силы превосходят силы гравитации в тысячи раз. Это дает возможность по желанию строго направлять движение облака тонкодисперсной пыли и очищать, таким образом воздух в данном месте. При отсутствии электрического поля и диффузном движении отрицательных аэроионов между каждым движущимся аэроионом и положительно заряженной землей (полом) возникают силовые линии, вдоль которых движется данный аэроион вместе с частичкой пыли или бактерией. Осевшие на поверхности пола, потолка и стен микроорганизмы могут периодически удаляться.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных пожаров и др.

Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

1) газообразные (лиоксид серы, оксид азота, оксид углерода, углеводороды и др.);

2) жидкие кислоты, щелочи, растворы солей и др.;

3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха , образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека – диоксид серы (SO 2), оксид азота (NO х), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более70 наименований вредных веществ, среди которых – формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно концентрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах России.

Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех главных загрязнителей (поллютантов) атмосферы составил в 1990 г. – 401 млн. т, а в России в 1991 г. – 26,2 млн.т. Кроме указанных главных загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных токсических веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы (источники выброса: автомобили, плавильные заводы и др); углеводороды (С х Н х), среди них наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов и др.), альдегиды, и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.

Защита атмосферы.

1. Пылеуловитель (сухой).

Нужно, чтобы бункер герметичный, иначе пыль выдувается. Эффективность 80-95% , частиц размером d ч > 10 мкм. А также циклоны, пылеосадительные камеры.

Схема работы циклона:

1. корпус
2. патрубок
3. труба
4. бункер

Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры) предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Пылегазовый поток вводится в циклон через патрубок, далее он совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса; частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и затем падают вниз в сборник пыли (бункер), откуда периодически удаляются. Для повышения эффективности работы применяют групповые (батарейные) циклоны.

Скруббер Вентури.

η = 99% d > 2 мкм.

Работает по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и броуновского движения. Незаменим при очистке от пыли взрывоопасных и горючих газов.

Рис. Скруббер Вентури

1. Орошающая форсунка

2. Труба Вентури

3. Каплеуловитель

Фильтры.

Фильтроэлемент может быть зернистым слоем (неподвижный), с гибкими перегородками (ткани, войлок, губчатая резина, пенополиуритан), с полужесткими перегородками (вязаные сетки, стружка), с жесткими перегородками (пористая керамика, пористые металлы). Руковичные фильтры очищают воздух от пыли размером d ч > 10 мкм, степень очистки 97-99%. d до < 0,05 мкм.

Схема фильтра

2. фильтроэлемент

3. слой частиц примесей

4. Мокрые пылеуловители (барботажно-пенные).

Высокая эффективность очистки частиц d ч ≥ 0,3 мкм. Газ движется через решетку, проходит слой воды и пены – они чувствительны к неравномерности подачи газа, решетка склонна к засорению. Эффективность очистки 0,95-0,96%, а также скубберы, турбулентные, газопромыватели.

Рис. Барботажно-пенный пылеуловитель

2. Слой пены

3. Переливная решетка

Туманоуловители.

Осаждение капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Эффективность очистки 0,999 частиц 3 мкм.

Рис. Схема фильтрующего элемента низкоскоростного туманоуловителя

2. Крепежный фланец

3. Цилиндры из сетки

4. Волокнистый фильтроэлемент

5. Нижний фланец

6. Трубка гидрозатвора

Метод абсорбации.

Очистка газов от газов и паров основан на поглощении последних жидкостью. Решающим условием для применения метода – растворимость паров и газов в абсорбенте (жидкости). Так для удаления аммиака, хлора и фтороводорода применяют воду, используют щелочи, воду, аммиак, железный купорос. h = 85%.

Хемосорберы – поглощают газы и пары жидкими и твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих соединений. Очистка эффективна от оксида азота и паров кислот. Эффективность от оксида азота от0,17-0,86, от кислот – 0,95.

Метод адсорбации.

Адсорбенты – поглотители, твердые тела, поглощающие компоненты из газовой смеси. Активированный уголь, активированный глинозем, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты. Эффективен против растворителей (паров), ацетона, углеводлородов. Применяется в респираторах и противогазах. (97-99%).

Термическая нейтрализация.

Сгорание газов с образованием менее токсичных веществ. Для этого используют нейтрализаторы: прямое сжигание, термическое окисление, каталитическое дожигание. Окисление или сжигание доходит до двуокиси углерода и воды (при температуре окисления 950-1300 °С, каталитическое сжигание 250-450 °С). Эффективность 99,9%.

Рис. Схема установки для термического окисления

2. Входной патрубок

3. Теплообменник

4. Горелка

6. Выходной патрубок

Электрофильтры.

Наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных частиц пыли размером до 0,01 мкм (d < 0,01), η = 99-99,5%. Принцип действия: ионизация пыле-газового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобрела отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющим положительный заряд. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в сборник пыли. Электроды требуют большого расхода электроэнергии – это их основной недостаток.

Один из самых совершенных методов очистки от частиц пыли и тумана. Он основан на ударной ионизации газа, передача заряда ионов частицам примесей и осаждение последних на электродах.

Эффективность очистки колеблется от 0,95 до 0,99. Зависит от Wэ – скорости движения частиц в электрическом поле и F уд – удельная поверхность осадительных электродов.

Лучшая очистка - комбинированные методы. Например, очистка газов в циклонах – струбберы Вентури – электрофильтры.

На предприятиях повсеместно используют различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO 2 , SO 2 , SO 3 и др.), однако, сточки зрения будущего, аппараты пылегазоочистки по вышеуказанным причинам не имеют перспектив.

Для очистки выбросов от аэрозолей в настоящее время применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки.

Загрязнение гидросферы.

Установлено, 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. Различают химические, биологические и физические загрязнители (Бертокс, 1980)

Химические загрязнители – нефть, СПАВ, пестициды, тяжелые металлы, диоксины.

Биологические – вирусы, микробы.

Физические – радиоактивные вещества, тепло.

К основным источникам загрязнений относят:

1. сброс в водоемы неочищенных сточных вод;

2. смыв ядохимикатов ливневыми осадками;

3. газодымовые выбросы;

4. утечки нефти и нефтепродуктов.

Нефтяная, НПЗ - сбрасывают нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийные соли, сульфиды.

ЦБК, лесная промышленность – сульфаты, лигнины, азот, органические вещества.

Машиностроение, металлургия – тяжелые металлы, фториды, аммонийный азот, фенолы, смолы, цианиды.

Легкая, текстильная, пищевая промышленности – СПАВ, органические красители, нефтепродукты.

Экологическими последствиями загрязнения пресноводных экосистем приводят к эвтрофикации водоемов . «Цветение» воды – размножение сине-зеленых водорослей, утрата генофонда, ухудшение саморегуляции. Загрязнение водоемов – это снижение биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Защита гидросферы.

1. Механическая очистка – процеживание, отстаивание, фильтрирование (до 90%) – песок, глина, окалина. Применяются решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники, жироуловители. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры, полимеры и др.), задерживают нефте- маслоловушками и другого вида уловителями либо выжигают.

Отстойники могут быть горизонтальными, радиальными, комбинированными.

Гидроциклон (комбинированный).

Рис. Схема комбинированного гидроциклона

1. Входной трубопровод

2. Камера для очищенной сточной воды

3. Приемная камера

4. Трубопровод с регулируемым проходным сечением

5. Трубопровод отвода маслопродуктов

6. Трубопровод отвода воды для дальнейшей очистки

7. Шламосборник

Сточная вода с маслопродуктами движется вверх. Плотность примесей менее и они концентрируются в ядре закрученного потока и поступают в камеру (3), через трубопровод (5) маслопродукты выводятся из гидроциклона. Сточная вода очищенная от твердых частиц и масла, скапливается в камере (2) откуда через трубопровод (6) выводится для дальнейшей очистки. Воздух из ядра закрученного потока уходит в трубу (4).

Применяют от мелкодисперсных твердых примесей – зернистые фильтры, сепараторы. Эффективность очистки 0,97-0,99 (пенополиуритан).

Зернистый фильтр.

Сточная вода по трубе (4) поступает в корпус (1) через фильтров слой (3) из мраморной крошки. Очищенная сточная вода выводится из фильтра через трубу (8). Твердые частицы в фильтрованном материале. Перепад давления в фильтре увеличивается и достижение предельного значения перекрывается входной трубопровод (4). По трубе (9) подается статистический воздух. Он вытесняет из фильтрованного слоя воду и частицы в желоб (6) и выводятся через трубу (7). Лучше если фильтр – пенополиуритан. η = 97-99%.

Рис. Схема зернистого фильтра

1. Корпус фильтра

2. Пористая перегородка 3. Фильтровальная загрузка

3. Входной трубопровод сточной воды

4. Пористая перегородка 6. Желоб

5. Трубопровод вывода твердых частиц

6. Трубопровод отвода очищенной воды

7. Трубопровод подачи сжатого воздуха.

Сепараторный фильтр

.

Рис. Схема фильтра-сепаратора

2. Ротор с фильтровальной загрузкой

3. Карманы для отвода маслопродуктов

4. Нижняя и верхняя опорные решетки

5. Трубопровод подачи сточной воды

6. Приемный кольцевой карман для вывода очищенной воды

7. Электродвигатель

Сточную воду в трубе (5) подают на опорную решетку (4). Вода проходит через фильтров загрузку в роторе (2), верхнюю решетку (4) и очищенная от примесей вода переливается в приемный кольцевой карман (6) и выводится из корпуса (1). η = 92-90%

t фильтр -16-24 ч.

При включении электродвигателя (7) вращается ротор (2) с фильтр. загрузкой. В результате частицы пенополиуритана под действием центробежной силы отбрасываются к внутренним стенкам ротора, выжимая из него маслопродукты, которые поступают в карманы (3) и идут на регенерацию.

Физико-химические методы.

Коагуляция – введение коагулянтов (солей аммония, Fе, меди, шлама) для образования хлопьевидных осадков.

Флотация – для вымывания маслопродуктов при обволакивания их пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. Слипание частиц масла и пузырьков флотация: папорная, пневматическая, пенная, химическая, вибрационная, биологическая, электрофлотация. В качестве подаваемого газа используют водород, коагулянт. Слипание частиц и пузырьков газа.

Экстракция – перераспределение примесей в стоке в смеси взаимонерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Для очистки от фенола, экстрагентом используют бензол и бутилацетат.

Нейтрализация – для выделения из стоков кислот, щелочей, солей металлов. Это объединение ионов водорода и гидроксильной группы в малекулы воды. В результате сточная вода имеет значение рН – 6,7 (нейтральная среда). Нейтрализаторы щелочи: едким натром, едким кали, известью, доломитом. Мрамором, мелом, содой, магнезитом. Для щелочей: соль, азот.

Сорбция – очистка от растворимых примесей (зола, торор, опилки, шлаки, глина, активированный уголь).

Ионообменная очистка – с помощью смол (гранулы 0,2-2 мм) иониты делают из нерастворимых в воде веществ и на их поверхности помещают катионы и анионы. Они реагируют с ионами того же знака. Катионы Н + , Nа + , анионы ОН -

Гиперфильтрация – обработка осмос, через мембраны. Мало энергии.

Биологическая очистка.

Очистка на полях орошения, биологических прудах, полях фильтрации. И в искусственных методах (аэротенки, биофильтры). После осветления сточных вод образуется осадок, который сбрасывают в железобетонных резервуарах (метатенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания и потом используют как удобрение. Сейчас в осадке обнаруживают тяжелые металлы, поэтому нельзя на поля.

Осветлена часть сточных вод очищается в аэротенках – закрытых, там вода обогащается кислородом и смешивается с активным илом (плесень, дрожжи, водные грибы, коловратки) (углеродоокисляющие бактерии, углеродоокисляющие нитгатые бактерии, бактерии – нитрификаторы). Кислород 5 мг/м 2 . БПК. После вторичного отстаивания сточные воды дезинфицируют (хлор_ против бактерий и вирусов.

Схема биологической очистки воды.

Добавить свою цену в базу

Комментарий

Источники загрязнения

Основным фактором загрязнения воздуха в помещении является пыль. В ее состав входят микроскопические волокна текстиля, споры грибков и плесени, частички кожи, бактерии, пыльца растений, уличная сажа, мелкие клещи и продукты их жизнедеятельности. Она наполовину состоит из сильнейших аллергенов, которые могут стать причиной аллергического ринита, воспаления глаз, кашля, раздражения кожи и даже астмы.

Кроме пыли, загрязнение воздуха происходит посредством кухонных паров, состоящих из мельчайших капель жира и создающих неприятный специфических запах в квартире.

• Курение, а, точнее, табачный дым, который может не выветриваться несколько недель – еще один немаловажный фактор токсичности воздуха.
• От района, в котором вы живете также зависит чистота воздуха в доме. Источниками его загрязнения часто становятся отделочные материалы, с помощью которых происходило благоустройство квартиры, а также вещества, выделяющиеся из стен домов и недоброкачественной мебели, стройматериалы из ДСП.
• Пары ртути – также нередкое явление, которое можно наблюдать в квартирах. Обычно причиной становится разбитый термометр.
• Действие токсинов на организм происходит постепенно. Отравление возникает в результате постоянного их воздействия. Токсины поступают к нам в организм через рот, но в основном вместе с вдыхаемым воздухом.

Список токсинов и вредных веществ, содержащихся в воздухе можно продолжать долго. Но основная суть должна быть понятна каждому: воздух в квартире нуждается в постоянной очистке. Как это делается? Об этом расскажем дальше.

Очистку газообразных выбросов от пыли или тумана на практике осуществляют в различных по конструкции аппаратах, которые можно разделить на четыре основные группы:

1. механические пылеуловители (пылеотстойные или пылеосадочные камеры, инерционные пыле- и брызгоуловители, циклоны и мультициклоны). Аппараты этой группы применяют обычно для предварительной очистки газов;
2. мокрые пылеуловители (полые, насадочные или барботажцые скрубберы, пенные аппараты, трубы Вентури и др.). Эти устройства более эффективны, чем сухие пылеуловители;
3. фильтры (волокнистые, ячейковые, с насыпными слоями зернистого материала, масляные и др.). Наиболее распространены рукавные фильтры;
4. электрофильтры – аппараты тонкой очистки газов–улавливают частицы размером от 0,01 мкм. Эффективность электрофильтра может достигать 99,9%.

Обычно необходимая степень очистки может быть обеспечена лишь комбинированной установкой, включающей несколько аппаратов одного или разных типов.

Методы очистки

Одной из актуальных проблем на сегодняшний день является очистка воздуха от различного рода загрязнителей. Как раз от их физико-химических свойств необходимо исходить при выборе того или иного метода очистки. Рассмотрим основные современные способы удаления загрязняющих веществ из воздушной среды.

Механическая очистка

Сущность данного метода заключается в механической фильтрации частиц при прохождении воздуха через специальные материалы, поры которых способны пропускать воздушный поток, но при этом удерживать загрязнителя. От размера пор, ячеек фильтрующего материала зависит скорость и эффективность фильтрации. Чем больше размер, тем быстрее протекает процесс очистки, но эффективность его ниже при этом. Следовательно, перед выбором данного метода очистки необходимо изучить дисперсность загрязняющих веществ среды, в которой он будет применяться. Это позволит производить очистку в пределах требуемой степени эффективности и за минимальный период времени.

Абсорбционный метод

Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта.

В качестве примеров можно назвать:

• получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
• получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция);
• других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).

Схемы с многократным использованием поглотителя (циклические процессы) распространены шире. Их применяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2 дымовых газов ТЭС, очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом с получением элементарной серы, моноэтаноламиновой очистки газов от CO2 в азотной промышленности.

В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.

• В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности загруженной в них насадки из тел различной формы.
• Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы.
• В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью распыленной жидкости.

Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, Cl2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaOH или Ca(OH)2. Добавки химических реагентов во многих случаях увеличивают эффективность абсорбции благодаря протеканию химических реакций в пленке. Для очистки газов от углеводородов этот метод на практике используют значительно реже, что обусловлено, прежде всего, высокой стоимостью абсорбентов. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления.

Электрический метод очистки

Данный метод применим для мелкодисперсных частиц. В электрических фильтрах создается электрическое поле, при прохождении через которое частица заряжается и осаждается на электроде. Основными преимуществами данного метода является его высокая эффективность, простота конструкции, легкость в эксплуатации – нет необходимости в периодической замене элементов очистки.

Адсорбционный метод

Основан на химической очистке от газообразных загрязнителей. Воздух контактирует с поверхностью активированного угля, в процессе чего загрязняющие вещества осаждаются на ней. Данный метод в основном применим при удалении неприятных запахов и вредных веществ. Минусом является необходимость систематической замены фильтрующего элемента.

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

• После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей.
• После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.
• После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Фотокаталитическая очистка

Является одним из самых перспективных и эффективных методов очистки на сегодняшний день. Главное его преимущество – разложение опасных и вредных веществ на безвредные воду, углекислый газ и кислород. Взаимодействие катализатора и ультрафиолетовой лампы приводит к взаимодействию на молекулярном уровне загрязнителей и поверхности катализатора. Фотокаталитические фильтры абсолютно безвредны и не требуют замены очищающих элементов, что делает их использование безопасным и весьма выгодным.

Термическое дожигание

Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 °C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).

Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO2 и др.

Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

Промывочный способ

Осуществляется промывкой жидкостью (водой) потока газа (воздуха). Принцип действия: жидкость (вода) вводимая в поток газа (воздуха) движется с высокой скоростью, дробиться на мелкие капли мелкодисперсную взвесь) обвалакивает частицы взвеси (происходит слияние жидкостной фракции и взвеси) в результате укрупненные взвеси гарантированно улавливаются промывочным пылеуловителем. Конструкция: конструктивно промывочные пылеуловители представлены скрубберами, мокрыми пылеуловителями, скоростными пылеуловителями, в которых жидкость движется с большой скоростью и пенными пылеуловителями, в которых газ в виде мелких пузырьков проходит через слой жидкости (воды).

Плазмохимические методы

Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.

Недостатком данного метода являются:

• недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлемых энергиях разряда
• наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически
• существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

Гравитационный способ

Основан на гравитационном осаждении влаги и (или) взвешенных частиц. Принцип действия: газовый (воздушный) поток попадает в расширяющуюся осаждающую камеру (емкость) гравитационного пылеуловителя, в которой замедляется скорость потока и под действием гравитации происходит осаждение капельной влаги и (или) взвешенных частиц.

Конструкция: Конструктивно осаждающие камеры гравитационных пылеуловителей могут быть прямоточного типа, лабиринтного и полочного. Эффективность: гравитационный способ очистки газа позволяет улавливать крупные взвеси.

Плазмокаталитический метод

Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая — каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO2 и H2O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 °C), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м³.).

Недостатками данного метода являются:

• большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м³,
• при больших концентрациях вредных веществ(свыше 1 г/м³) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом

Центробежный способ

Основан на инерционном осаждении влаги и (или) взвешенных частиц за счет создания в поле движения газового потока и взвеси центробежной силы. Центробежный способ очистки газа относится к инерционным способам очистки газа (воздуха). Принцип действия: газовый (воздушный) поток направляется в центробежный пылеуловитель в котором, за счет изменении направления движения газа (воздуха) с влагой и взвешенными частицами, как правило по спирали, происходит очистка газа. Плотность взвеси в несколько раз больше плотности газа (воздуха) и она продолжает двигаться по инерции в прежнем направлении и отделяется от газа (воздуха). За счет движения газа по спирали создается центробежная сила, которая во много раз превосходит силу тяжести. Конструкция: Конструктивно центробежные пылеуловители представлены циклонами. Эффективность: осаждается сравнительно мелкая пыль, с размером частиц 10 – 20 мкм.

Не стоит забывать об элементарных методах очистки воздуха от пыли, как влажная уборка, регулярное проветривание, поддержание оптимального уровня влажности и температурного режима. При этом периодически избавляться от скоплений в помещении большого количества хлама и ненужных предметов, которые являются «пылесборниками» и не несут в себе никаких полезных функций.

В настоящее время существует большое количество различных методов очистки воздуха от различных вредных загрязнений. К основным способам относятся:

• Абсорбционный метод.
• Адсорбционный метод.
• Термическое дожигание.
• Термокаталитические методы.
• Озонные методы.
• Плазмохимические методы.
• Плазмокаталитический метод.
• Фотокаталитический метод.

Абсорбционный метод

А бсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать:

• получение минеральных кислот (абсорбция SO 3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
• получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция);
• других веществ (абсорбция NH 3 водой для получения аммиачной воды и др.).

А дсорбционный метод

А дсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.

О ксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

М ожно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

• После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей.
• После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.
• После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Термическое дожигание

Д ожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО 2 и Н 2 О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 °C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

П ри рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные веществав виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).

В ажнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

П ринципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO 2 и др.

Т ермические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

Термокаталитические методы

К аталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 м²/г.

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору — устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

С овременные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.

Н аибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки — в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.

1. Стационарный метод.

П риемлемые для практики скорости химических реакций достигаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при температуре 200-600 °C. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/м³) и различных каталитических ядов (As,Cl 2 и др.), газы обычно имеют значительно более низкую температуру.

П одогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих в очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

П ри определенных условиях, когда концентрация горючих примесей в отходящих газах превышает 4-5 г/м³, осуществление процесса по схеме с теплообменником позволяет обойтись без дополнительных затрат.

Т акие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании совершенных систем автоматического управления процессом.

Э ти трудности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном режиме.

2. Нестационарный метод (реверс-процесс).

Р еверс-процесс предусматривает периодическое изменение направлений фильтрации газовой смеси в слое катализатора с помощью специальных клапанов. Процесс протекаетследующим образом. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. После этого в аппарат подают очищенный газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается, и в слое катализатора начинает с заметной скоростью идти каталитическая реакция. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакции выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т.е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удержать тепловую волну в пределах слоя как угодно долго.

П реимущество этого метода в устойчивости работы при колебаниях концентраций горючих смесей и отсутствие теплообменников.

О сновным направлением развития термокаталитических методов является создание дешевых катализаторов, эффективно работающих при низких температурах и устойчивых к различным ядам, а также разработка энергосберегающих технологических процессов с малыми капитальными затратами на оборудование. Наиболее массовое применение термокаталитические методы находят при очистке газов от оксидов азота, обезвреживании и утилизации разнообразных сернистых соединений, обезвреживания органических соединений и СО.

Д ля концентраций ниже 1 г/м³ и больших объемов очищаемых газов использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат, а также большого количества катализатора.

Озонные методы

О зонные методы применяют для обезвреживания дымовых газов от SO 2 (NOx) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий. Введение озона ускоряет реакции окисление NO до NO 2 и SO 2 до SO 3 . После образования NO 2 и SO 3 в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония). Время контакта газа с озоном, необходимое для очистки от SO 2 (80-90%) и NOx (70-80%)составляет 0,4 – 0,9 сек. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4-4,5% от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.

П рименение озона для дезодорации газовых выбросов основано на окислительном разложении дурно пахнущих веществ. В одной группе методов озон вводят непосредственно в очищаемые газы, в другой газы промывают предварительно озонированной водой. Применяют также последующее пропускание озонированного газа через слой активированного угля или подачуего на катализатор. При вводе озона и последующем пропускании газа через катализатор температура превращения таких веществ как амины, ацетальдегид, сероводород и др.понижается до 60-80 °C. В качестве катализатора используют как Pt/Al 2 O 3 , так и оксиды меди, кобальта, железа на носителе. Основное применение озонные методы дезодорации находят при очистке газов, которые выделяются при переработке сырья животного происхождения на мясо- (жиро-)комбинатах и в быту.

П лазмохимический метод

П лазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных,коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO 2 , NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO 2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH 4) 2 SO 4 и NH 4 NH 3 , которые фильтруются.

Н едостатком данного метода являются:

• недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлимых энергиях разряда
• наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически
• существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

П лазмокаталитический метод

Э то довольно новый способ очистки, который использует два известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая — каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO 2 и H 2 O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

П реимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 °C), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м³.).

Н едостатками данного метода являются:

• большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м³,
• при больших концентрациях вредных веществ(свыше 1 г/м³) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом

Ф отокаталитический метод

С ейчас широко изучается и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе TiO 2 , которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японской фирмы «Daikin», использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.