Анализ и исследование способов очистки от вредных выделений при плавке сплавов на основе цинка

Минимальный размер частиц, улавливаемых ВПУ, подсчитывается по приближенной зависимости: dчmin=1,2vQvзв/(Hсчщ2) где зв - коэффициент динамической вязкости газа, кг/ (м*с); Н высота сепарационного объема, м; сч - плотность частиц пыли, кг/м3; щ - окружная скорость вращения газа, м/с.

Удельный расход энергии существующих ВПУ находится в пределах 0,4-1,3 кВт*ч на 1000 м3 воздуха, С увеличением габаритов удельный расход энергии и эффективность очистки пыли ВПУ заметно снижаются. Эффективность очистки пыли с медианным диаметром d50=40 мкм (из них 86% с dч<5 мкм) одного из ВПУ составила 0,96, а удельный расход энергии - 0,45 кВт*ч/ 1000 м3. При производительности по запыленному газу порядка 12000 м3/ч гидравлическое сопротивление не превышает 1000 Па.

Рисунок 13 - Радиальный пылеуловитель



Суммарная эффективность очистки пыли в ВПУ практически не зависит от входной концентрации загрязнений в широком диапазоне ее изменения от 0 до 300 г/м3.

В радиальных пылеуловителях Рисунок 13 отделение твердых частиц от газового потока происходит за счет совместного действия гравитационных и инерционных сил. Последние возникают при повороте газового потока

на 180° за срезом входной трубы 2. Средняя скорость щг подъема газа в корпусе обычно не более 1 м/с, при этом для оседающих частиц должно выполняться условие щв>щг, где шв скорость витания частиц. Эффективность очистки газа от частиц размером 25-30 мкм обычно составляет 0,65-0,85. Радиальные пылеуловители применяются редко из-за низкой эффективности очистки от мелкодисперсной пыли.

Рисунок 14 - Жалюзийный пылеотделитель

Для разделения газового потока на очищенный газ и обогащенный пылью газ используется жалюзийный пыле- отделитель Рисунок 14. На жалюзийной решетке 1 газовый поток расходом Q разделяется на два потока расходом Q1 и Q2. Обычно Q1=(0,8-0,9) Q, a Q2=(0,1-0,2)Q. Отделение частиц пыли от основного газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в жалюзийную решетку, а также за счет эффекта отражения частиц от поверхности решетки при соударении. Обогащенный пылью» газовый поток после жалюзийной решетки направляется к циклону, где очищается от частиц, и вновь вводится в трубопровод за жалюзийной решеткой. Жалюзийные пыле- отделители отличаются простотой конструкции и хорошо компонуются в газоходах, обеспечивая, эффективность очистки 0,8 и более для частиц размером более 20 мкм. Они применяются для очистки дымовых газов от крупнозернистой пыли при температуре до 450-600° С.

Мокрые пылеуловители

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с dч ? (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки oт пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, что ограничивает область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоотходах при охлаждении газов до точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Силы инерции действуют на частицы пыли и капель жидкости при их сближении. Эти силы зависят от массы капель и частиц, а также от скорости их движения. Частицы пыли малого размера (менее 1 мкм) не обладают достаточной кинетической энергией и при сближении обычно огибают капли и не улавливаются жидкостью. Броуновское движение характерно для частиц, малого размера (менее 1 мкм). Для достижения высокой эффективности очистки газа от частиц примесей за счет броуновского движения необходимо уменьшить скорость движения газового потока в аппарате.

Кроме этих основных сил на процесс осаждения влияют турбулентная диффузия, взаимодействие электрически заряженных частиц, процессы конденсации, испарения и др. Во всех случаях очистки газа в мокрых пылеуловителях важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью (чем лучше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки).

Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппараты ударно-инерционного типа, барботажнопенные аппараты и др.

Рисунок 15 - Скруббер Вентури

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель наибольшее практическое применение нашли скрубберы Вентури рисунок 15. Основная часть скруббера - сопло Вентури 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (щ=15-20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 60-150 м/с и более. Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15-20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Капли уловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона или скруббера ВТИ. Скрубберы Вентури обеспечивают эффективность очистки 0,96-0,98 аэрозолей и более со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации- примесей до 100 г/м3.

Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,4-0,6 л/м3. Характерные размеры труб Вентури круглого сечения обычно составляют: б1=15-28°; б2=6-8°; l1=(d1-d2)/2tg б1/2; l2=0,15d2; l3= (d3-d2)/2tg б2/2. Диаметры d1, d2 и d3 рассчитываются для конкретных условий очистки воздуха от пыли.

Рисунок 16 - Коагуляционно-центробежный мокрый пылеуловитель

Круглые скрубберы Вентури применяют до расходов газа 10000 м3/ч. При больших расходах газа и больших размерах трубы возможности равномерного распределения орошающей жидкости по сечению трубы ухудшаются, поэтому применяют либо несколько параллельно работающих круглых труб, либо переходят на трубы прямоугольного сечения.

Одним из удачных конструктивных решений совместной компоновки скруббера Вентури и каплеуловителя может служить конструкция Рисунок 16 коагуляционно-центробежного мокрого пылеуловителя (КЦМП). Сопло Вентури 1 установлено в корпусе циклона 2, а для закручивания воздуха используется специальный закручеватель 3. Промышленные КЦМП работают при скоростях в узком течении трубы Вентури 40-70 м/с, удельных расходах воды на орошение 0,1-0,5 л/м3 и имеют габариты на 30% меньше, чем обычные скрубберы Вентури. Скрубберы Вентури широко используются в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц около 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами. Суммарное гидравлическое сопротивление трубы Вентури составляет 10-20 кПа.

Рисунок 17 - Форсуночный (а) и центробежный (б) скрубберы

Эффективность очистки скруббера Вентури рассчитывают энергетическим методом по формуле з=1 - е -BEn, где В и n - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли, определяются экспериментально:

E - суммарная энергия соприкосновения,

Е=Дp +pжQж/Qг,

где pж - давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель; Qж и Qг - объемные расходы жидкости и газе соответственно.

Разновидностью аппаратов для улавливания пыли осаждением частиц на каплях жидкости являются форсуночные скрубберы рисунок 17, а. Запыленный газовый поток поступает в скруббер по патрубку 3 и направляется на зеркало воды; где осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Газовый поток и мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1, поднимаются вверх навстречу потоку капель, подаваемых в скруббер через форсуночные пояса 2. Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3,0-6,0 л/м3, гидравлическое сопротивление аппарата до 250 Па при скоростях движения потока газа в корпусе скруббера 0,7-1,5 м/с. Общая эффективность очистки, получаемая на форсуночных скрубберах, невысока и составляет, например, 0,6-0,7 при очистке доменного газа. В форсуночных скрубберах эффективно улавливаются частицы размером >10 мкм. Одновременно с очисткой газ, проходящий через форсуночный скруббер, охлаждается и увлажняется до состояния насыщения. В тех случаях, когда требуется очистка небольших масс горячих газов от загрязнений с размером частиц более 15-20 мкм, можно применять простейшие оросительные устройства, которые выполняются в виде ряда форсунок, встроенных в газоход. Удельный расход воды в таких системах выбирается равным от 0,1 до 0,3 л/м3. Скорость газового потока в газоходе в целях исключения интенсивного капле- уноса не должна превышать 3 м/с.

В аппаратах центробежного типа рисунок 17,б частицы пыли отбрасываются на пленку жидкости 2 центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счет тангенциального расположения входного патрубка 5 в корпусе аппарата. Пленка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создается подачей воды через сопла и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер 4 частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата 3, скорости газа во входном патрубке и дисперсности пыли. В таблице 8[7] приведены фракционные коэффициенты очистки центробежных скрубберов ЦС-ВТИ диаметром 1 м. С ростом диаметра скруббера эффективность очистки падает (Скорость витания зависит от размера и плотности частиц).

Таблица 7 - Фракционные коэффициенты скрубберов
Скорость газов во входном патрубке, м/c	Фракционные коэффициенты очистки при скорости витания частиц, см/с
	0-0,5	0,5-2	2-5	5-10	10-15	15-20	>20
15,0	0,655	0,800	0,880	0,910	0,927	0,940	0,980
21,0	0,850	0,903	0,928	0,943	0,955	0,967	0,995

Эффективность очистки возрастает при увеличении высоты корпуса до H=(3-4)D, после чего практически остается постоянной, поэтому обычно принимают H=4D. Гидравлическое сопротивление определяют по формуле (4), принимая ж=33-46. Удельный расход воды в центробежных скрубберах составляет 0,09-0,18 л/м3.

Входная Аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность жидкости при повороте на 180° пылегазового потока, движущегося со скоростью 25-50 м/с. Взвешенные в газе частицы за счет сил инерции после выхода из сопла не успевают за линиями тока и попадают на поверхность жидкости. Хорошо улавливаются частицы размером более 20 мкм.

Рисунок 18 - Барботажно-пенный пылеуловитель с провальной (а) и переливной (б) решетками

Основное преимущество аппаратов ударно-инерционного типа - малый удельный расход воды, который составляет не более 0,03 л/м3 и определяется только испарением и потерями жидкости со шламом. Эффективность очистки газа в таких аппаратах весьма чувствительна к изменению расстояния между срезом сопла и зеркалом жидкости. К мокрым пылеуловителям относятся барботажно- пенные пылеуловители с провальной рисунок 18, а и переливной решетками рисунок 18,б. В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от частиц пыли за счет осаждения частиц на внутренние поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе аппарата до 2-2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли около 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м3.

Практика эксплуатации барботажно-пенных аппаратов показывает, что они весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки. Неравномерная подача газа приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Кроме того, решетки аппаратов склонны к засорению.

Электрофильтры

Электрическая очистка - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.

Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, всегда оказываются частично ионизованными за счет различных внешних воздействий (рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей, нагрева газа и др.), поэтому они способны проводить ток, попадая в пространство между двумя электродами. Величина силы тока зависит от числа ионов и напряжения между электродами. При увеличении напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов и величина тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом величина силы тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.

Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора рисунок 19.

Рисунок 19 - Схема расположения электродов в электрофильтре

В зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4. Изменение силы тока между электродами по мере роста напряжения показано на рисунке 20.

Рисунок 20 - Зависимость силы тока от напряжения между электродами

Критическое напряжение UKP на электродах, при котором возникает коронирующий разряд, определяется соотношением UKР = EKРR1lnR2/R1, где R1 и R2 - радиусы коронирующего и осадительного электродов соответственно, м; EКР - критическая напряженность электрического поля, при которой возникает корона, В/м.

Величина ЕКР определяется по эмпирическим формулам . Для коронирующего электрода положительной - полярности

EKP=3,37 (в+0,0242 vв/R1) 106; (7)

для коронирующего электрода отрицательной полярности

EKP=3,04(в+0,0311vв/R1)106 (8)

В формулах (7) и (8) в - поправка на плоскость газов в рабочих условиях,

в=(pОКР ± pг)293/1,013*105(273+t),

где РОКР - давление окружающей среды, Па; рг - разрежение или избыточное давление в газоходе, Па; t - температура газов, ° С.

Формулы Пика получены для воздуха и электрода круглого сечения. Коронирующий разряд возникает обычно при высоких напряжениях, достигающих 50 кВ и более.

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Необходимо отметить, что частицы, поступающие в электрофильтр, обычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Этот заряд (трибозаряд) не превышает 5% заряда, получаемого частицей при коронном разряде.

Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.

Под действием аэродинамических сил частица движется по направлению основного потока газа со скоростью щг, близкой к скорости газа, которая составляет 0,5-2 м/с.

Основной силой, вызывающей движение частицы к осадительному электроду, является сила взаимодействия между электрическим полем и зарядом частицы. Расчеты скорости этого движения шэ показывают, что ее значение зависит главным образом от размеров частиц и напряженности электрического поля Е.

Силы тяжести не оказывают заметного влияния на траекторию движения частиц пыли. За время пребывания в электрофильтре частицы размером 10 мкм падают всего на 3-5 см, поэтому в расчетах силы тяжести обычно не учитывают.

Электрический ветер обусловлен механическим воздействием движущихся ионов на молекулы газа и частицы пыли. Электрический ветер возникает в местах генерации ионов, т. е. у коронирующих электродов, и вызывает циркуляцию газа в межэлектродном промежутке со скоростью до 0,5-1,0 м/с. Электрический ветер оказывает влияние на движение частиц к осадительным электродам и на перемешивание ионов и взвешенных частиц в межэлектродном пространстве. Однако из-за отсутствия методики расчета электрического ветра его влиянием на движение частиц пренебрегают.

Таким образом, отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду под действием аэродинамических сил и электрических сил, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде. Ввиду того что объем внешней зоны коронного разряда во много раз.больше объема внутренней, большинство частиц пыли получает заряд отрицательного знака. Поэтому основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая на отрицательном коронирующем электроде.

Важное значение на процесс осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления пыль делят на:

1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (<104 Ом*см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток. Противодействует этой силе только сила адгезии и, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 104 до 1010 Ом*см хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с него при встряхивании;

3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 1010 Ом*см труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.

Теоретическое определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводится по формуле Дейча



з=1-е -щэFуд(1)

где Fуд - удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов в м2*с/м3.

Из формулы (1) следует, что эффективность очистки газа в электрофильтрах возрастает с ростом значения показателя степени щэFуд:

Таблица 8 -Зависимости эффективности от поверхности электродов
Удельная поверхность осадительных электродов	3,0	3,7	3,9	4,6
Эффективность	0,95	0,975	0,98	0,99

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

Сухие электрофильтры типа УГ (унифицированные горизонтальные) рекомендуется применять для тонкой очистки газов от пыли различных видов. В корпусе электрофильтра установлены три группы коронирующих и осадительных электродов. Равномерный подвод газа к электродам достигается установкой на входе в фильтр распределительной решетки. Периодическая очистка коронирующих и осадительных электродов производится встряхивающим механизмом. Технические характеристики электрофильтра типа УГ приведены в таблица 9 [6].

Таблица 9 - Технические характеристики электрофильтра типа УГ
Техническая характеристика	Тип электрофильтра
	УГ	С
Допустимая входная концентрация пыли (УГ) или смолы (С) в газе, г/м3	50	0,1
Эффективность очистки	До 0,999	До 0,99
Гидравлическое сопротивление, Па	150	200
Наибольшая температура газов, °С	250	50
Удельный расход электроэнергии на очистку 1000 м3/ч газа, кВт*ч	0,3	0,45
Производительность по газу, тыс. м3/ч	36-950	18-36

Электрофильтры используют и для тонкой очистки газа от масляных туманов, смолы и пыли в различных отраслях промышленности. На рисунке 21 показана конструктивная схема мокрого электрофильтра типа С, применяемого для очистки генераторных и коксовых газов. В корпусе 3 установлены коронирующие и осадительные электроды 2, к которым подводится газ через распределительные решетки. В верхней части фильтра установлены смолоулавливающие зонты 4. Уловленная на электродах смола стекает в бункер и через гидрозатвор выводится из аппарата. При загустении смолы аппарат разогревают паром.

Рисунок 21 - Электрофильтр типа С

Для очистки вентиляционных выбросов и рециркуляционного воздуха от различных пылей, а также приточного атмосферного с малой концентрацией загрязнений применяются двухзонные электрофильтры типа ФЭ, и др. Поток воздуха в таком фильтре проходит последовательно ионизационную зону, зону осаждения и противоуносный пористый фильтр. Накопленная пыль периодически смывается водой.

Рисунок 22 - Схема двухзонного электрофильтра

Эффективность пылеулавливания до 0,95, гидравлическое сопротивление чистого фильтра 30-50 Па, производительность по воздуху 1000 м3/ч и более, входная концентрация загрязнений не более 10 мг/м3.

Принципиальная схема двухзонного электрофильтра показана на рисунке 22. Загрязненный газ проходит ионизатор, в состав которого входят положительные и отрицательные 2 электроды. Ионизатор выполнен так, чтобы при скорости около 2 м/с частицы пыли успели зарядиться, но еще не осели на электроды. Зарядившиеся частицы пыли газовым потоком увлекаются в осадитель, представляющийсобой систему пластин-электродов 3 и 4. Заряженные частицы оседают в поле осадителя на пластинах противоположной полярности. Выбором расстояния между пластинами (6-7 небольшом напряжении между пластинами (7 кВ) получить напряженность 80-100 В/м, что достаточно для осаждения частиц субмикронных размеров.

Для очистки вентиляционных выбросов от пыли, туманов минеральных масел, пластификаторов и т. п. в ЦНИИ промзданий разработаны электрические туманоуловители типа УПП рисунок 23.

Рисунок 23 - Туманоуловитель УПП

В корпусе 1 установлен электрический туманоуловитель 2 типа ФЭ, который питается от источника 4 напряжением 13 кВ. Подвод питания к электродам производится через высоковольтные электроизоляторы с клеммами 3. Загрязненный воздух через входной патрубок, распределительную решетку 8 и сетку 7 поступает к туманоуловителю, очищается от примесей и, пройдя каплеуловитель 5, подается на выход из УПП. Жидкость, отделенная от воздуха, собирается в воронках 6, а затем сливается из УПП через гидрозатворы. Пропускная способность УПП по воздуху 5000-30000 м3/ч. УПП сочетают высокую эффективность улавливания примесей с низким гидравлическим сопротивлением и предназначены для использования в системах с температурой газов до 70-80°С.

Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувствительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр. Для получения высокой эффективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод газа к электрофильтру как за счет правильной организации подводящего газового тракта, так и за счет применения распределительных решеток во входной части электрофильтра.

При использовании электрофильтров для очистки воздуха от аэрозолей горючих веществ необходимо, чтобы максимальная температура аэрозольной смеси была на 20-25° С ниже температуры вспышки улавливаемой жидкости, а возможная максимальная концентрация горючей жидкости в аэрозольной смеси - не менее чем на 1 порядок меньше нижнего концентрационного предела воспламенения данной смеси. Это позволяет устранять возможность воспламенения фильтрата в электроуловителе.

Фильтры

Фильтры широко используются в промышленности для тонкой очистки вентиляционного воздуха от примесей, а также для промышленной и санитарной очистки газовых выбросов.

Рисунок 24 - Схема процесса фильтрования

Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении дисперсных сред через них. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рисунке 24. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах. Частицы примесей образуют на поверхности перегородки слой 3 и таким образом становятся для вновь поступающих частиц частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхность пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также процессов диффузионного, инерционного и гравитационного осаждения частиц.

Эффект касания возникает при условии соприкосновения частиц примесей с поверхностью волокон, зерен или других элементов, образующих поверхность пор. Соприкосновение происходит при условии, что траектория частиц примесей проходит от поверхности пор на расстоянии, равном или менее радиуса частицы. Этот процесс протекает по всему объему порового пространства. Эффективность очистки касанием г)к определяется соотношением характерных размеров пор dn и частиц dч. При dч>dп наблюдается отсеивание частиц входной поверхностью фильтра (ситовый эффект) с образованием слоя осадка.

Процесс осаждения частиц на поверхность пор за счет броуновской диффузии обусловлен хаотическим тепловым движением молекул газа, постоянно соударяющихся с частицами примесей. В результате таких соударений частицы смещаются с линий тока и осаждаются на поверхности пор. Чем меньше частицы и меньше скорость их движения, тем эффективнее протекает процесс захвата частиц за счет броуновской диффузии. Эффективность захвата частиц за счет диффузионного эффекта при вязком обтекании элементов поверхности пор в упрощенном виде можно представить в виде зд=k(dпdчщф)-2/3, где k - коэффициент; dп - характерный размер порового пространства; щф - скорость фильтрации. Экспериментально доказано, что процесс захвата частиц за счет броуновской диффузии становится заметным при dч<0,1 мкм и скорости их движения менее 1 м/с.

Процесс инерционного осаждения частиц примесей на поверхности пор фильтроэлемента происходит из-за воздействия на частицы сил инерции, возникающих при отклонении линии тока от прямолинейного движения. При огибании потоком криволинейной поверхности пор частицы, стремясь сохранить свое прямолинейное движение, переходят с одной линии тока на другую и касаются поверхности пор. Многочисленные исследования показали, что инерционный эффект осаждения частиц зависит от величины критерия Стокса и критерия Рейнольдса: з=f(St, Re), где St = d2чщчkк/(9dчм) - критерий Стокса; рч - плотность частиц; kк - поправка Кенингема-Милликена на увеличение подвижности частиц, размер которых сравним со средней длиной, свободного пробега газовых молекул lм, kк=1+(1,257 + 0,4 е-55dч/lм)2lм/dч при lм = м(рM/2RгT)05/pг, где М - масса 1 моля газа; Rг - газовая постоянная; Т - температура газа, К. Значения поправки kк на скольжение приведены в таблице 12[4]

Таблица 10 - Значения поправки kк на скольжение приведены
dч, мкм	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10,0
kк	90	24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03	1,00

Зависимость эффективности очистки газов за счет инерционного эффекта зи от числа Стокса, полученная в опытах с захватом частиц отдельными волокнами, показана на рисунке 25.

Рисунок 25 - Зависимость зи от числа St: 1-Re=150; 2-Re=30; 3-Re ? 2

Эти графики можно использовать для расчета эффективности волокнистых фильтроэлементов. Инерционный эффект осаждения частиц практически отсутствует при движении частиц размером менее 1 мкм со скоростью менее 1 м/с. Возникновение режима инерционного осаждения частиц на поверхности пор фильтроэлемента характеризуется критическим числом StКР; при St<StKРзи=0. Для условий вязкого обтекания цилиндра при Re=0,1 критическое число Стокса равно 4,3 ± 0,1. Рост числа Рейнольдса газового потока приводит к снижению значений StKР до 0,1-0,2.
Процесс гравитационного осаждения частиц на поверхность пор может происходить в результате их оседания со скоростью витания. Эффективность очистки за счет этого эффекта зг для цилиндра, расположенного горизонтально поперек потока, определяется соотношением зг=щв/щф=St/2Fr, где Fr=щ2ф/dц - критерий Фруда; щв - скорость витания частиц; dц - диаметр цилиндра.

Рисунок 26 - Зависимость коэффициента проскока К от размеров частиц и скорости фильтрации щф, см/с: 1 - 0,94; 2 - 0,42; 3 - 0,21; 4 - 0,094

В реальных фильтрах вследствие малых скоростей витания частиц по сравнению со скоростью фильтрации гравитационный механизм осаждения частиц не играет заметной роли. Этот эффект становится заметным лишь при фильтрации аэрозоля с частицами диаметром 1 мкм со скоростью менее 0,05 см/с. Общая эффективность очистки газового потока з с учетом всех рассмотренных процессов осаждения частиц на поверхность пор может быть найдена по формуле



з=1-(1-зк)(1-зд)(1-зи)(1-зг)

При определении общей эффективности очистки газа (или коэффициента проскока) на фильтроэлементе необходимо учитывать, что процессы осаждения частиц на поверхности пор в значительной степени зависят от размера частиц примесей, скорости фильтрации, размеров пор фильтроэлемента, состояния поверхности пор, параметров газового потока и др. Опыты, приведенные на фильтроэлементах из стеклянных волокон размером 1,5 мкм рисунок 26, указывают на экстремальный характер зависимости коэффициента проскока частиц от их размера и скорости фильтраций. Восходящие ветви левой части кривых относятся к области доминирующего значения диффузного процесса осаждения, нисходящие ветви относятся к частицам, в осаждении которых все большую роль начинает играть эффект инерционного осаждения.

В фильтроэлементах из диэлектрических материалов на процессы фильтрования существенное значение может оказывать наличие зарядов на поверхности пор. Так, получившие широкое применение фильтры ФП (фильтры Петрянова) из ультратонких перхлорвиниловых волокон (ФПП), как правило, несут на поверхности волокон заряды, и поэтому в начальной стадии процесса фильтрования на них достигается высокая эффективность очистки аэрозолей от примесей. Так, например, при фильтровании запыленного газа (dч=0,34 мкм) через свежий материал ФПП при скорости фильтрации 0,01 м/с достигается коэффициент проскока 0,0001%, а после снятия заряда в тех же условиях коэффициент проскока становится равным 10%.

Все это существенно затрудняет теоретическое определение эффективности очистки фильтроэлементов. На практике величина з обычно находится экспериментально.

Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.

По типу перегородки все фильтры делятся на фильтры: 1) с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдоожиженные слои); 2) с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); 3) с полужесткими пористыми перегородками (вязаные сетки, прессованные спирали и стружка и др.); 4) с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и Др.).

Фильтрующие зернистые слои, состоящие из зерен различной формы, используются для очистки газов от крупных примесей. Наибольшее применение для очистки газов от пылей механического происхождения (от дробилок, грохотов, сушилок, мельниц и др.) нашли фильтры из гравия. Такие фильтры дешевы, просты в эксплуатации и обеспечивают высокую эффективность очистки (до 0,99) газов от крупнодисперсной пыли.

Широко используются для изготовления фильтроэлементов различные ткани и войлоки. Хорошими фильтрующими свойствами обладают хлопчатобумажные и шерстяные ткани, однако сейчас они заменяются синтетическими тканями, которые обладают высокой прочностью, повышенной тепловой и химической стойкостью. Стоимость синтетических тканей, как правило, ниже стоимости натуральных тканей. Основные свойства некоторых тканей для фильтрования приведены в таблице 11[4]. Дальнейшее совершенствование тканей для фильтрования направлено на повышение их термохимических и теплопрочностных свойств с целью использования в системах очистки горячих газов.

Таблица 11 - Основные свойства некоторых тканей для фильтрования
Ткань	Толщина, мм	Воздухопроницаемость, при Др=49Па, м3/м2*мин	Термостойкость, °С	Химическая стойкость в среде
			при длительном воздействии	при кратковременном воздействии	кислот	щелочей	растворителей
Сукно №2	1,5	3	65-85	90-95	ОП	ОП	Х
Нитрон	1,6	7,5	120	150	Х-У	У	Х
Лавсан	1,4	4,0	130	160	Х	У-П	Х
Хлорин №5231	1,32	7,6	65-70	80-90	ОХ	О-Х	У-Х
Стеклоткань	0,22	2,7	240	315	Х	У-П	ОХ
ТССНФ	-	-	-	-	-	-	-

(ОХ - очень хорошая; X - хорошая; У - удовлетворительная:П - плохая; ОП - очень плохая)

Для тонкой очистки газов от примесей часто применяется нетканый материал, который представляет собой волокнистый слой с хаотическим расположением волокон. К таким материалам относятся и войлоки, полученные на специальных иглопробивных машинах. Тонкость и эффективность очистки войлоков выше, чем у фильтрующих элементов из тканей, изготовленных из нитей того же диаметра.

Для ультратонкой очистки газов используются материалы типа ФП. Они представляют собой нанесенные на марлевую подложку (или основу из скрепленных между собой Тэолее толстых волокон) слои синтетических волокон диаметром 1-2 мкм. В качестве полимеров для ФП используются перхлорвинил (ФПП), фторполимеры (ФПФ) и др. Материалы ФП характеризуются высокими фильтрующими свойствами и малой толщиной (от 0,2 до 1 мм). Этот материал рекомендуется применять для очистки агрессивных газов, заменяя при этом марлевую подложку на стойкую в данной среде. Наибольшее распространение получили перхлорвиниловые волокна, характеризующиеся влагостойкостью и высокой химической стойкостью в кислотах, щелочах, растворах солей, органических растворителях. Однако термостойкость этих волокон невелика (60 ч ч 70° С). Ацетатные волокна недостаточно стойки к влаге, кислотам, щелочам, но термостойкость их достигает 150° С. Пылеемкость материалов типа ФП составляет 50-100 г/м2. К числу недостатков этих материалов следует отнести их низкую прочность.

Одним из распространенных фильтрующих материалов являются проволочные сетки, изготовленные из низкоуглеродистых или высоколегированных сталей, меди, латуни, брозы, никеля и др. Сетки производят в соответствии с ГОСТ 3187-76, ГОСТ 6613-73 и ГОСТ 3584-73. Фильтрующие элементы, выполненные из сеток, могут работать в широком диапазоне температур от 0 до 1000 К в агрессивных и неагрессивных средах.

Сетчатые фильтрующие элементы часто изготовляют многослойными, что несколько увеличивает тонкость и эффективность очистки, но приводит к росту гидравлического сопротивления фильтрующего элемента пропорционально количеству слоев сеток. Фильтрующие элементы из сеток, обладая рядом преимуществ по сравнению с фильтрующими элементами из тканей и войлока, уступают им по тонкости очистки.

Расчет гидравлического сопротивления фильтрующих элементов из сеток необходимо проводить по формуле (4) с учетом данных, приведенных в таблице 12[4].

Таблица 12 - Данные для расчет гидравлического сопротивления
Номер сетки по ГОСТ 3584-73	Число слоев	Критериальная зависимость	Диапазон измерения чисел Re
004	1	ж=4,5+107/Re	4-600
0056	1	ж=3,5+100/Re	10-600
0071	1	ж=3,6+105/Re	10-600
0800	1	ж=3,0+100/Re	10-600
025	1	ж=3,0+105/Re	10-500
004	2	ж=12,9+55/Re	50-500
0056	2	ж=7,5+178/Re	50-500
0071	2	ж=7,6+215/Re	30-500
0080	2	ж=5,5+240/Re



Пористым металлическим фильтрующим элементам свойственны достаточно высокая прочность и пластичность. В зависимости от марки применяемого материала можно обеспечить необходимую коррозионную стойкость, жаростойкость, окалиностойкость и теплопрочность. Металлические пористые фильтроэлементы хорошо сопротивляются резким колебаниям температур, они технологичны: свариваются, допускают пайку и механическую обработку на металлорежущих станках. Фильтрующие элементы из пористых металлов находят все большее применение для очистки газов и жидкостей от примесей в технологических процессах и с успехом используются для очистки от примесей горячих дымовых выбросов, туманов кислот и масел.

По конструктивному признаку воздушные фильтры, выпускаемые в СССР, делятся на ячейковые (рамочные и каркасные) и рулонные.

Для очистки воздуха в системах вентиляции обычно используются ячейковые фильтры, представляющие собой рамку или каркас с фильтрующими элементами, выполненными из набора металлических сеток (фильтры Рекка - ФяР), винипластовых сеток (ФяВ), пенополиуретана (ФяП), упругого стекловолокна (ФяУ), войлока и др. Выбор типа фильтрующих материалов зависит от требуемой тонкости очистки, химического состава загрязнителей и условий эксплуатации фильтра. В таблице. 15[4] приведены основные параметры ячейковых фильтров.

Таблица 13 - Основные параметры ячейковых фильтров
Тип фильтра	Площадь фильтрации, м2	Пылеемкость, г/м2, при Др=2Дрнач	Эффективность очистки	Перепад давления в начале работы, Па, при производительности 1540 м3/ч
ФяР	0,22	1500	? 0,8	40
ФяВ	0,22	1500	? 0,8	40
ФяП	0,22	200	? 0,8	60
ФяУ	0,22	400	? 0,8	40



У фильтров ФяУ пылеемкость соответствует условию Др=5Дрнач, а перепад давления в начале работы отнесен к производительности 2200 м/ч)

Для повышения эффективности очистки воздуха можно использовать каркасные фильтры с набивкой каркаса волокнистыми материалами. Одним из фильтров такого типа (ПФ-6) обеспечивается очистка шахтного воздуха с эффективностью 0,80-0,85 при начальной запыленности до 3 мг/м3. Гидравлическое сопротивление фильтра ПФ-6 составляет 200 Па при производительности 12000 м3/ч.

Рисунок 27 - Рулонные фильтры обычного типа (а) и компактные (б)

Недостатком ячейковых фильтров является их ограниченный срок службы из-за быстрого засорения ячеек фильтрующего элемента и образования слоя осадка на его входной части, что требует частой смены фильтрующих элементов или их периодической очистки от слоя осадка (регенерации). Этот недостаток частично устраняется при использовании рулонных фильтров рисунок 27,а, которые нашли применение для очистки воздуха с концентрацией примесей не более 10 мг/м3. В каркасе 1 такого фильтра устанавливаются подающий 2 и приемный 3 барабаны, на которых укреплена фильтрующая ткань 4 и направляющие ролики 5. Периодическая подача нового участка фильтрующей ткани выполняется автоматически или вручную при достижении максимально допустимого перепада давлений на фильтрующей перегородке (обычно Др=(2-3)Дрнач). Для уменьшения габаритов рулонных фильтров или увеличения их производительности по газу применяют компактные фильтры Рисунок. 27, б, в которых фильтрующая ткань зигзагообразно поступает через направляющие ролики 5 от подающего к приемному барабану.

Для рулонных фильтров применяют различные ткани, которые обычно не регенерируют. Характеристики некоторых рулонных фильтров приведены в Таблице. 16[4].

В некоторых ячейковых и рулонных фильтрах используется масляное покрытие фильтрующей перегородки, что уменьшает проскок частиц через фильтр.

Однако при этом возникают определенные трудности, связанные с уносом масла из фильтра и его последующем осаждении на элементах конструкций за фильтром, на крышах зданий и тротуарах. Для тонкой очистки газов от радиоактивных, токсических, биологических и других субмикронных аэрозолей с концентрацией не более 0,5 мг/м3 применяются фильтры с фильтрующими элементами из материала ФП. Фильтры такого типа (ЛАИК, Д, В, ФБ и др.) используют при температуре газа до 60° С. Их гидравлическое сопротивление не превышает 400-600 Па, а эффективность очистки достигает 0,999 и более.

Таблица 14 - Характеристики рулонных фильтров
Тип фильтра	Материал фильтроэлемента	Дрнач, Па	Дркон, Па	Пылеемкость, г/м2	Длина фильтроэлемента, м	Эффективность очистки	Допустимая концентрация загрязнений, мг/м3
ФРП	Нетканный материал ФВН	100-120	200-240	130	100	? 0,8	? 10
ФРУ	Упругое стекловолокно	40-50	140	300	25	0,8-0,9	? 1



Во всех системах тонкой очистки с фильтрами на основе материала ФП целесообразно применять пред-фильтры, которые должны полностью улавливать частицы крупнее 1 мкм и снижать концентрацию примесей до 0,5 мг/м3.

Рисунок 28 - Рукавный фильтр

В предфильтрах в качестве материала обычно используются фильтрующие ткани.

Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов от примесей имеют тканевые рукавные фильтры рисунок 28. В корпусе фильтра 2 устанавливается необходимое число рукавов, во внутреннюю полость которых подается запыленный газ от входного патрубка 5. Частицы загрязнений за счет ситового и других эффектов оседают в ворсе и образуют пылевой слой на внутренней поверхности рукавов. Очищенный воздух выходит из фильтра через патрубок 3. При достижении определенного перепада давления на фильтре его отключают от системы и производят регенерацию встряхиванием рукавов с обратной их продувкой сжатым газом. Регенерация осуществляется специальным устройством 4. При очистке ткани удаляется значительная часть пылевого слоя, но внутри ткани между волокнами остается достаточное количество пыли, что обеспечивает высокую эффективность очистки газов в фильтре после его регенерации.

Рукавные тканевые фильтры используются при входных концентрациях примесей до 60 г/м3 и обеспечивают эффективность очистки выше 0,99. Гидравлическое сопротивление фильтров обычно не превышает 500-2000 Па. Производительность по газу зависит от числа рукавов, объединенных в общий корпус. В крупногабаритных фильтрах большой производительности число рукавов может достигать нескольких сотен штук.

Туманоуловители

Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести. Осаждение капель жидкости на поверхности пор происходит под действием всех ранее рассмотренных механизмов отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэле-ментах.

Рисунок 29 - Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя



Туманоуловители делят на низкоскоростные (щф ? 0,15 м/с), в которых преобладает механизм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные (щф=2-2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рисунке 29. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток, помещается волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится через фланец 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость, осевшая на фильтроэлементе, стекает на нижний фланец 5 и затем через трубку гидрозатвора 6 и стакан 7 сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные Туманоуловители обеспечивают очень высокую эффективность очистки (до 0,999) газа от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром от 7 до 30 мкм или полимерных волокон (лавсан, ПВХ, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. Толщина слоя составляет 5-15 см. Гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов равно 200-1000 Па, а в режиме очистки без образования твердого осадка 1200-2500 Па.

Высокоскоростные Туманоуловители имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают эффективность очистки газа от тумана с частицами менее 3 мкм, равную 0,90-0,98 при Др=1500-2000 Па. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используются войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот (H2SO4, HCl, HF, Н3РО4, HNO3) и крепких щелочей.

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

Рисунок 30 - Высокоскоростной туманоуловитель

На рисунке 30 показана конструкция высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 3, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой. В барабане установлен грубоволокнистый войлок 2 толщиной 3-5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель 1, представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэлемент нижней частью установлены в слой жидкости.

2.3 Методы абсорбции, адсорбции и хемосорбции

Метод абсорбции. Этот метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкосновении жидких и газообразных веществ на поверхности раздела обеих фаз образуется жидкостная и газовая пленки.

Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем сквозь жидкостную и поступает во внутренние слои абсорбента. Для осуществления диффузии необходимо, чтобы концентрация растворяемого компонента в газовоздушной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью. Чем менее насыщен раствор, тем больше он поглощает газа.

Поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парциального давления газа над жидкостью. Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления. Если растворимость газов при 0° С и парциальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называются хорошо растворимыми.

Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, так как растворимость их в воде составляет сотни граммов на 1 кг Н2О.

Рисунок 31 - Орошаемый скруббер-абсорбер с насадкой



При поглощении же из газов сернистого ангидрида или хлора расход воды будет значительным, так как растворимость их составляет сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как серная кислота (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа).

Применение абсорбционных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа (или регенерация растворителя) проводится либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием обоих приемов, одновременно.

В зависимости от конкретных задач применяются абсорберы различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой насадку 1 размещенную в полости вертикальной колонны рисунок 31.

Рисунок 32 - Схема тарельчатого абсорбера

В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига, кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изготовления насадки (керамика, фарфор, уголь, пластмассы, металлы) выбираются исходя из соображений антикоррозионной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2. Большое распространение получили башни с колпачковыми тарелками. На рисунке. 32 изображена схема устройства тарельчатого абсорбера, в котором вместо насадки установлено несколько тарелок 1. Каждая тарелка снабжена колпачками 2 с зубчатыми краями, патрубками 3 и переливными трубками 4. Абсорбент в этих аппаратах стекает от тарелки к тарелке по переливным вертикальным трубкам. Очищаемый газ движется снизу вверх в направлении, указанном стрелками, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубцами колпачков газ разбивается на множество струек и пузырьков, в результате чего образуется большая поверхность соприкосновения взаимодействующих веществ. Иногда вместо колпачковых тарелок применяются перфорированные пластины с большим количеством мелких отверстий (диаметр около 6 мм), которые создают пузырьки газа одинаковой формы и размера. Более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости, особенно при значительных расходах газа. Расчет абсорбера состоит в определении объемного расхода поглотительной жидкости Qa, необходимой поверхности F соприкосновения газа с жидкостью и параметров вспомогательной аппаратуры (мощность насосов, размер баков и т. п.). Объемный расход поглотительной жидкости рассчитывают из уравнения материального баланса процесса абсорбции - масса поглощаемого компонента т, которая удалена из очищаемого газа, должна быть равна массе этого компонента, которая перешла в жидкость: m=Qг(Y1-Y2)=Qa(X2-Х1), где Qг - объемный расход очищаемого газа, м3/с; Х1 и X2 - начальная и конечная концентрации газообразного компонента в поглотительной жидкости, г/м3; Y1 и Y2 - начальная и конечная концентрации поглощаемого газообразного компонента в очищаемом газе, г/м3.

Метод хемосорбции.

Основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов. Поглотительная способность раствора в значительной мере зависит от константы равновесия химической реакции. Если при абсорбции газа А раствором хемо-сорбента В протекает реакция nА+mВ=аС+bD, где n, m, a, b - стехиометрические коэффициенты, то константа равновесия