Виробництво та розподіл газу.Циклон

              Методи очистки газових викидів дуже дорогі. При цьому незначне підвищення їх ефективності вимагає багаторазового збільшення витрат. Так вартість електрофільтрів для очищення газів від пилу при підвищенні ефективності від 90% до 99% і 99,9% зростає у співвідношенні 1:2:4.

              Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

              Технологічні процеси очищення газових викидів сухими пиловлов-
лювачами грунтуються на фізичних та хімічних властивостях забруднюва-
чів та використанні основних фізичних закономірностей, внаслідок яких
відбувається пиловловлювання. Удосконалення технологічних процесів та
розробка нових мало- й безвідходних технологій, що дозволяють вловлю-
вати й утилізувати газові відходи, базується на використанні одного або
декількох механізмів осадження завислих в газах частинок. Основними
механізмами осадження завислих частинок є дія сил гравітації, інерції, ди-
фузії, відцентрових сил та за рахунок сил зчеплення.

              Осадження під дією сил гравітації (седиментація) обумовлено верти-
кальним осіданням частинок внаслідок дії сили ваги при переміщенні їх
через газоочисний апарат.

              Осадження під дією відцентрової сили відбувається при криволіній-
ному русі аеродинамічного потоку, коли виникають відцентрові сили, під
дією яких частинки пилу відкидаються на поверхню апарата.

              Інерційне осадження відбувається у випадку, коли маса частинки або
швидкість руху настільки незначні, що вона вже не може рухатися разом з
газом за лінію течії, що охоплює перешкоду.

Дифузійне осадження відбувається внаслідок того, що дрібні частин-
ки пилу зазнають безперервної взаємодії з частинками газів, які знаходять-
ся в броунівському русі. В результаті цієї взаємодії відбувається осаджен-
ня частинок на поверхні обтічних тіл або стінок пиловловлювача.

Осадження частинок за рахунок зчеплення спостерігається коли від-
стань від частинки, що рухається в газовому потоці, до обтічного тіла не
перевищує її радіуса.

Крім основних механізмів осадження завислих частинок, в техноло-
гічних процесах очищення газових викидів враховують термофорез, дифу-
зіофорез, фотофорез, вплив електричного й магнітного полів. В технологі-
чному обладнанні для пиловловлювання в більшості випадків одночасно
приймають участь в очищенні газового потоку декілька фізичних процесів.
Але, часто, тільки один з них є домінуючим при осадженні частинок пев-
ного типу. При проектуванні технологічних процесів і конструюванні га-
зоочисного обладнання необхідно, в першу чергу, визначити тип речовини,
що видаляється з газового потоку, її об'єм та параметри.

Серед засобів сухого інерційного очищення газових викидів від пилу найбільш поширені циклони, які застосовуються для виділення з газового
потоку частинок порівняно великого розміру. Залежно від якостей пилу і
його дисперсного складу та вимог до очищення газу циклони застосовуються

як апарати першого ступеня очищення або в сполучені з іншими пи-
ловловлювачами. Вони ефективно вловлюють з газу частинки пилу діаме-
тром 5 мкм і більші. Допустима початкова концентрація пилу в пилогазо-
вому потоці, що очищується в циклонах, залежить від якостей забруднених
газів, конструкції й розмірів циклона.

Перевагою циклонів є:

-              відсутність рухомих частин в апараті;

-              надійне функціонування при температурах газів майже до 500°С;

    -              можливість вловлювання абразивних матеріалів при захисті спе-
ціальним покриттям внутрішньої поверхні;

-              простота виготовлення конструкції;

-              незалежність роботи апарата від тиску газу;

    -              незалежність фракційної ефективності очищення від зростання
запиленості газів;

-              висока продуктивність при порівняно низькій вартості.

Недоліком є те, що значний гідравлічний опір 1250... 1500 Па високо-
ефективних циклонів призводить до поганого вловлення частинок розмі-
ром менше 5 мкм.

Принцип роботи тканинних фільтрів грунтується на інерційному й
дифузійному осадженні частинок пилу. Тканинні фільтри використовуються для очищення неагресивних, не схильних до злипання й утворення вибухонебезпечних сумішей та конденсату газопилових сумішей від твердих частинок при температу рі до 300°С. Як фільтрувальний матеріал використовуються бавовняні, шерстяні й лавсанові тканини, що мають високу міцність та підвищену хімічну й теплову стійкість.
В волокнистих фільтрах як фільтруючу поверхню використовують
шари волокнистого матеріалу різної товщини: папір, картон, полімерні
смоли тощо. Фільтри бувають тонко-, глибоко- та грубоволокнисті.

Волокнисті фільтри тонкого очищення використовуються в промисловості мікробіології, в хімікофармацевтичній та радіоелектронній галузях, атомній енергетиці, вони дозволяють очищати значні об'єми газів від твердих частинок розміром 0,05...0,5 мкм та радіоактивних аерозолів. Ступінь очищення 99%, швидкість фільтрування 0,01...0,15 м/с.Фільтруючий матеріал у вигляді стрічки вкладається між П-подіб-
ними рамками, які при складанні чергуються відкритими та закритими
сторонами в протилежних напрямках. Між сусідніми шарами встановлю-
ють гофровані роздільники. Глибокі багатошарові фільтри застосовуються для очищення технологічного газу й вентиляційного повітря від радіоактивнихчастинок.
         В зернистих жорстких фільтрах, що використовуються в енергетичних ядерних реакторах, зерна утворюють міцну нерухому систему внаслідок спікання, пресування або склеювання.

Зернисті жорсткі фільтри затримують частинки більше 1 мкм, а залишкова концентрація не перевищує 1 мг/м3. Ефективність очищення 99,9%.

Процес мокрого пиловловлювання грунтується на контакті насиченого пилом газового потоку з рідиною (барботажі). Внаслідок контакту з рідиною частинки пилу осаджуються на поверхню рідини та виносяться з апарата у вигляді шламу. Осадження частинок пилу на поверхню рідини відбувається під дією сил інерції та броунівського руху.

Сили інерції, шо діють на частинки пилу й краплини рідини при їх зближенні, залежать від маси частинок й краплинок та швидкості їх руху.
Частинки пилу менше 1 мкм не мають достатньої кінетичної енергії і при
зближенні обгинають краплинки, тобто не вловлюються рідиною. Броунівський рух характерний для частинок менших 1 мм. Значної ефективності очищення газових викидів від пилу за рахунок броунівського руху можна досягти шляхом зменшення швидкості руху газового потоку в апараті.

Абсорбція - фізичне розчинення абсорбентного компонента в розчині, при якому не відбувається хімічна реакція.

На процес осадження також впливають турбулентна дифузія, процеси конденсації, випаровування, взаємодія електрично заряджених частинок тощо. Ефективність процесу очищення газів тим більша, чим більша

змочуваність частинок рідиною. Як зрошувальна рідина використовується вода або інша рідина.

Пилоочишення рідиною реалізується в мокрих газопромивачах та барботажних скруберах. Їх перевага полягає:

                  в невеликій вартості при високій ефективності;

                            в можливості очищення газів при високій температурі та вологості
вловлюваного пилу а також при небезпеці загорань і вибухів очищених газів;

                            в можливості разом з пилом вловлювати пароподібні та газоподібні компоненти;

                  в можливості очищення газів від частинок розміром до 0,1мкм;

                            в значній продуктивності, що знаходиться в межах 100...200 тис.м3/год.
Недоліком мокрих пиловловлювачів є:

                  необхідність переробки шламу;

                            можливість виносу краплин рідини та осадження їх разом з пилом в газоходах та димососах;

                            необхідність захищати антикорозійними матеріалами апарату ру та
комунікації в разі очищення агресивних газів.

У викидах технологічних газів крім твердих частинок знаходяться шкідливі газо- й пароподібні речовини. До цих речовин відносяться оксиди
та діоксиди сірки, азоту й вуглецю, сірководень, хлор, хлористий водень
тощо. З метою санітарного очищення газових викидів від цих шкідливих
інградієнтів та використання напівфабрикатів, що вловлюються, для одержання кислот, сірки, добрив та інших продуктів застосовують абсорбційний метод.                Фізико-хімічний метод абсорбції грунтується на властивості рідин розчиняти гази, тобто вибірково поглинати гази рідиною з утворенням розчинів.В процесі абсорбції беруть участь дві фази - рідка й газова. В абсорбційних процесах масообмін відбувається на поверхні дотику фаз. Абсорбцію поділяють на фізичну та хімічну (хемосорбцію).При фізичній абсорбції відбувається фізичне розчинення абсорбувального компонента в розчині, що не супроводжується хімічною реакцією.
          Для вирішення технологічних задач з очищення викидів газів від газо- й пароподібних речовин використовуються різні за конструктивними
особливостями абсорбери.

Перспективним методом очищення газів від газо- й пароподібних забруднень є адсорбція - тобто процес розділення, що ґрунтується на властивості деяких твердих тіл вибірково поглинати газоподібні компоненти з газової суміші. Молекули забруднювального газу або пари, що є в газовій
суміші, сорбуються на поверхні або в порах твердого тіла.

              Адсорбційний метод очищення газових викидів доцільно використовувати коли необхідного ефекту не можна досягти іншими методами.Цей метод доцільний також коли концентрація домішок, що видаляються з газуносія, дуже мала та необхідна гарантія реку перації домішок, оскільки вони мають значну вартість. Явище адсорбції обумовлене наявністю сил притягування між молекулами адсорбент та адсорбативу на межі розподілу фаз, що дотикаються. Процес переходу молекул адсорбативу з газу-носія на поверхневий шар адсорбенту відбувається в тому випадку, коли сили притягу вання адсорбенту перевищують сили притягу вання, що діють на адсорбатив зі сторони молекул газу-носія. Молекули адсорбованої речовини при переході на поверхню адсорбенту зменшують його енергію. Внаслідок цього відбувається виділення теплоти.При фізичній адсорбції взаємодія молекул з поверхнею адсорбенту визначається порівняно слабкими дисперсійними, індукційними та орієнтаційними силами. При цьому адсорбовані молекули не вступають з молекулами адсорбенту в хімічну взаємодію та зберігають свою індивідуальність. Для фізичної адсорбції характерна висока швидкість, незначна міцність зв'язку між поверхнею адсорбенту й адсорбативом та мала теплота адсорбції. При підвищенні температури кількість фізично адсорбованої речовини зменшується, а підвищення тиску призводить до збільшення величини адсорбції. Висока швидкість фізичної адсорбції та властивість адсорбентів до регенерації дозволяють проводити процес циклічно в умовах зворотності, тобто з ротацією стадій поглинання та виділення компонента, що добувається.               Перевагою фізичної адсорбції є зворотність процесу. При зниженні тиску адсорбенту в газовій суміші або при підвищенні температури адсорбовані молекули легко десорбують без зміни хімічного складу, а регенерований адсорбент може використовуватися багаторазово. В основі хімічної адсорбції лежить хімічна взаємодія між адсорбентом та речовиною, що адсорбується. Діючі при цьому сили значно більші, ніж при фізичній адсорбції. Відповідно, енергія, яка необхідна для того, щоб хемосорбована молекула прореагувала з молекулою іншого сорту, може бути суттєво меншою, ніж енергія, що необхідна для реакції цих молекул в газовій фазі. В зв'язку з цим адсорбована на поверхні твердого тіла молекула легко вступає в хімічну реакцію з іншими
молекулами. Молекули адсорбативу, що вступили в хімічну взаємодію,
добре утримуються на поверхні та в порах адсорбент. При хімічній адсорбції її швидкість за низьких температур мала, але збільшується з ростом температури.

Фізична та хімічна адсорбція часто сприяють одна одній. При очищенні газів від газо- й пароподібних забруднень найбільш поширена фізична адсорбція. Характер протікання процесу абсорбції може бути періодичним або безперервним. Періодичні процеси відбуваються при нерухомому шарі адсорбента, а безперервні при рухомому чи киплячому шарі.Всі тверді речовини з розвинутою поверхнею є потенціальними адсорбентами. Для очищення газів використовують адсорбери з добре розвинутою внутрішньою поверхнею, утворення якої досягається в процесі їх синтезу або в результаті спеціальної обробки. Адсорбенти повинні відповідати таким вимогам: мати значну динамічну ємність, велику питому поверхню, вибірковість адсорбції, термічну й механічну стійкість до регенерації, бути простим в виготовленні та дешевим.

Процес каталітичного очищення газових викидів грунтується на нейтралізації шкідливих домішок шляхом дії на них спеціальними речовинами- каталізаторами, як каталізатори використовують речовини, що беруть активну участь в хімічній реакції, але залишаються незмінними після її закінчення. Каталітичні процеси очищення газів забезпечують високий ступінь очищення та здійснюються за допомогою компактного обладнання.

Каталітичні процеси бувають гомогенні та гетерогенні, що визначається агрегатним станом речовини, яка бере участь в каталізі.

Основним фактором, що визначає швидкість каталітичної реакції, є енергія активації. Чим більша енергія активації, тим менше частинок мають в системі таку енергію і тим повільніше відбувається реакція.

Суттєво впливає на процес каталізу температура. Вона не тільки змінює швидкість каталізу, а й лімітує стадію процесу. При відносно низьких температурах, коли швидкість реакції мала порівняно зі швидкістю дифузії, концентрація реагуючих речовин та продуктів реакції зі збільшенням
глибини пор зерен каталізатора зменшується несуттєво та близька до концентрації їх в газовому потоці. В цьому випадку процес каталізу протікає в кінетичній області. Ступінь використання внутрішньої поверхні наближається до одиниці і процеси переносу не впливають на швидкість хімічних перетворень.

З підвищенням температури швидкість хімічної реакції збільшується.
Одночасно збільшується також швидкість дифузії. В цих умовах підвід реагуючих речовин шляхом дифузії, по всій глибині пор каталізатора. При
певних температу рах й настає момент, коли компонент вступає в хімічну
реакцію ще до того, як він проникає на всю глибину в пори каталізатора.
Відповідно, певна частина внутрішньої поверхні пор каталізатора із-за дефіциту вихідних речовин фактично не бере участі в каталізі і процес переходить в область внутрішньої дифузії. Ступінь використання внутрішньої поверхні каталізатора буде меншою одиниці. Швидкість каталізу в цьому випадку буде лімітуватися процесом перенесення речовини в мікропорах каталізатора.