Системы очистки воздуха

ВВЕДЕНИЕ.

Человечество как биологический вид и социальная общность неразрывно связано с процессами, происходящими в окружающей среде, и во все возрастающих масштабах черпает из нее ресурсы, загрязняет отходами, продуктами жизнедеятельности. Все происходит в тончайшем слое «жизненного пространства» - биосфере.

Охрана окружающей среды представляет собой важнейшую проблему современности. Производственная деятельность человека приводит ко все возрастающему загрязнению атмосферы, водоемов и почвы. В атмосферу выбрасывается большее количество загрязняющих веществ, которые влияют на естественные физические и химические процессы в природе.

Загрязнение атмосферного воздуха оказывает неблагоприятное воздействие не только на здоровье самого человека, но также на флору и фауну, наносит большой экономический ущерб от разрушения зданий, сооружений, конструкций, транспортных средств и т.д. Источниками загрязнений атмосферы могут быть природные, производственные и бытовые процессы.

В зависимости от происхождения все источники загрязнения можно объединить в следующие группы:

•    естественного происхождения;

•    образующиеся в результате сжигания различных видов топлива, как в промышленности, так и на автотранспорте;                                           

•    образующиеся в результате работы промышленных предприятий;

• образующиеся при утилизации и переработке бытовых отходов.
Уровень загрязнения атмосферы примесями от естественных источников является фоновым и имеет малые отклонения от среднего уровня во времени. Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Газы и пары образуют с воздухом смеси, а жидкие и твердые частицы

- аэрозоли (дисперсные системы), которые подразделяют на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной (размер частицы более 50 мкм), среднедисперсной (50... 10 мкм) и мелкодисперсной (менее10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5...3,0 мкм), грубодисперсный туман (3...10мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Следует отметить, что аэрозоли чаще полидисперсные, т. е. содержат частицы различного размера.

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяют на следующие 4 класса:

-механическая пыль - образуется в результате измельчения продукта входе технологического процесса;                                                                                                        

-              возгоны - образуются в результате объемной конденсации паров
веществ при  охлаждении  газа,  пропускаемого  через  технологический аппарат, установку или агрегат;                                              

-              летучая зола - содержащийся в дымовом газе во взвешенном
состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении;                                                                    

- промышленная сажа - входящий в состав промышленного выброса твердый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Основной параметр, характеризующий взвешенные. частицы, - это их размер, который колеблется в широких пределах - от 0,1 до 850 мкм. Из этой гаммы наиболее опасны частицы от 0,5 до 5 мкм, поскольку они не оседают в дыхательных путях, и именно их выдыхает человек.

Цель: Расчет и проектирование пылеулавливающего аппарата.

1. СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА.

1.1 Классификация систем очистки воздуха и их параметры.

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости.

Системы очистки воздуха от пыли делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры.

При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м3.

Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации.

Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция, несмотря на кажущуюся простоту, связана с преодолением ряда технических трудностей,

часто оказывающих решающее влияние на эффективность очистки или применимость того или иного метода.

Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, которое представляет систему элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют разнообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т. д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения, - седиментационным диаметром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц.

1.2 Методы улавливания.

Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей применяют различные конструкции улавливающих аппаратов, работающих по принципу:

-  инерционного осаждения путем резкого изменения  направления
вектора скорости движения выброса, при этом твердые частицы под
действием  инерционных  сил  будут  стремиться  двигаться  в  прежнем
направлении и попадать в приемный бункер;

-  осаждения под действием гравитационных сил из-за различной
кривизны траекторий движения составляющих выброса (газов и частиц),
вектор скорости, движения которого направлен горизонтально;

-              осаждения под действием центробежных сил путем придания выбросу вращательного движения внутри циклона, при этом твердые частицы отбрасываются   центробежной   силой  к   сетке,   так  как  центробежное ускорение в циклоне до тысячи раз больше ускорения силы тяжести, это позволяет удалить из выброса даже весьма мелкие частицы;                                                                                                                              

- механической фильтрации — фильтрации выброса через  пористую перегородку (с волокнистым, гранулированным или пористым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные частицы задерживаются, а газовая составляющая полностью проходит через нее.

Процесс очистки от вредных примесей характеризуется тремя основными параметрами: общей эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением, производительностью. Общая эффективность очистки показывает степень снижения вредных примесей в применяемом средстве.

Производительность систем очистки показывает, какое количество воздуха проходит через нее в единицу времени (м3/ч).

2. СИСТЕМЫ И АППАРАТЫ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ.

2.1 Сухие пылеуловители.

К сухим пылеуловителям относятся такие, в которых очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под действием сил гравитации и инерции. Эти системы называются инерционными, так как в них при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли, по инерции сохраняя направление своего движения, ударяются о поверхность, теряют свою энергию и под действием сил гравитации осаждаются в специальном бункере. Широкое распространение получили обеспыливающие устройства, в которых для осаждения частиц используется центробежная сила. Наиболее типичными такими устройствами являются циклоны, которые начали применяться с 80-х годов прошлого столетия. Благодаря простоте конструкции, малым габаритам и надежности в эксплуатации циклоны получили наибольшее представление в практике воздухоочистки.

Общая схема циклона представлена на рис. 1. Газовый поток, попадая во внутренний корпус циклона 1 через патрубок 2, совершает вращательно -поступательное движение вдоль корпуса по направлению к бункеру 4. Под действием сил инерции частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Очищенный газовый поток выходит из бункера через патрубок 3. Особенностью таких систем очистки является обязательная герметичность бункера, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли падают в выходную трубу.

На практике используют разные системы подачи и удаления воздуха и пылеосаждения. В зависимости от конструктивного исполнения различают циклоны:

- осевые, в корпусе которых входящие и выходящие потоки газа движутся вдоль его оси, при этом они могут двигаться в одном направлении (прямоточные) или в противоположных (противоточные);

Очищенный

пыль

Рис.1.Циклон.

- с тангенциальным входом, при этом входящий газ движется по касательной  к  окружности  поперечного  сечения  корпуса аппарата и перпендикулярно к оси корпуса;                                      

- с винтовым входом, при этом движение входящего потока газа приобретает винтовой характер с помощью тангенциального входного патрубка и верхней крышки с винтовой поверхностью;                        

- со спиральным входом, когда соединение выпускного патрубка с корпусом аппарата выполненного спиральным.                                  

В общем случае частицы пыли выделяются в циклоне под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата. В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с. Эффективность их зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показателей. Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах

составляет 0,98 при размере частиц пыли 30...40 мкм, 0,8 - при 10 мкм, 0,6 -при 4...5 мкм. Производительность циклонов лежит в диапазоне от нескольких сот до десятков тысяч кубических метров в час. Преимущество циклонов - простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие небольших частей; недостатки - затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

Кроме циклонов, применяются и другие типы сухих пылеуловителей, например ротационные, вихревые, радиальные. При общих принципах действия они различаются системами пылеулавливания и способами подачи воздуха. К наиболее эффективным следует отнести ротационный пылеуловитель (рис. 2).

Рис. 2. Пылеуловитель ротационного типа.

Основной частью здесь является вентиляционное колесо 1, при работе которого частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенке кожуха 2 и, оседая на стенках, попадают в пылеприемник 3, а чистый воздух выходит через патрубок 4. Благодаря активному действию такие системы имеют эффективность 0,95...0,97.

2.2 Мокрые пылеуловители.

Особенностью этих систем очистки является высокая эффективность очистки от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы обеспечивают возможность очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Эти системы работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского движения. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы (аппарат для промывки жидкостью газов в целях извлечения из них отдельных компонентов) и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно - инерционного и барботажного и других типов.

2.3 Фильтры.

Фильтры широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В общем случае в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой осаждаются улавливаемые частицы 3 (рис. 3).

Рис. 3. Схема процесса фильтрования.

В фильтрах применяются перегородки различных типов: