Мокрая очистка воздуха от неорганических газов и пыли с применением щеточного распылителя

Для повышения эффективности улавливания пыли и некоторых неорганических газов применен распылитель жидкости щеточного типа. В качестве абсорбента использован раствор мелассы различной концентрации. Проведена оценка эффективности улавливания компонентов модельной газовой смеси. Предложены принципиальная схема установки для очистки газовых выбросов и эмпирические формулы для его расчета.

Из-за отличий процессов, проводимых для улавливания пыли и удаления из воздуха загрязняющих веществ, применяется разное оборудование. Для удаления пыли используются фильтры и циклоны [1], электрофильтры [1, 2], для удаления газов — скрубберы различных типов [3, 4]. Скрубберы могут решать обе задачи. Поэтому при необходимости одновременной очистки от пыли и газа применяют мокрый способ очистки. Эффективность очистки во многом зависит от величины поверхности контакта на границе фаз газ-жидкость: чем больше поверхность контакта, тем эффективнее очистка. Для увеличения площади контакта между очищаемым газом и жидкостью целесообразно в ряде случаев использовать щеточные распылители жидкости, которые представляют собой вращающиеся щетки, с ворса которых под действием центробежной силы срывается жидкость. Подвод жидкости к щетке может осуществляться различными способами: погружением части щетки в ванну с жидкостью, орошением щетки, подачей жидкости внутрь полого корпуса щетки и др. Наиболее экономичный и эффективный первый вариант, так как он конструктивно наиболее прост и позволяет без дополнительных устройств осуществлять, при необходимости, рециркуляцию рабочей жидкости. Важную роль играет выбор жидкости-абсорбента, который должен обеспечивать высокую степень извлечения загрязняющего вещества и дальнейшую его утилизацию, а также иметь невысокую стоимость.

Для поглощения диоксида азота разработано большое число сорбционных веществ. Часто используют абсорбцию щелочью или аммиаком, реже применяются пероксиды натрия или водорода, перманганат калия, гипохлориты натрия и калия, дихромат калия и др. [5, 6]. Иногда абсорбцию используют совместно с каталитическими методами.

В качестве абсорбента для улавливания загрязняющих веществ из воздуха мы предлагаем 5-10% масс, раствор мелассы. Меласса содержит соединения как основного, так и кислотного характера, которые способны взаимодействовать с загрязняющими воздух газами и парами.

Изучение абсорбции загрязняющих веществ раствором мелассы проведено для двух вариантов контакта фаз: барботирование очищаемого газа чрез жидкость и распыление жидкости-абсорбента. В качестве модельного газа использовались смеси воздуха с загрязняющими веществами — продуктами горения. Компрессором газ подавали в камеру с распыляемым абсорбентом или барботировали слой абсорбента. Анализ содержания газов и отбор проб до и после очистки проводился по известным методикам определения концентрации загрязненных веществ в воздухе рабочей зоны и селитебной застройки [7, 8]. Результаты экспериментов представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Эффективность улавливания газов растворами мелассы барботированием газа через раствор абсорбента

Улавли-ваемый -газ

Эффективность улавливания (%) при использовании в качестве абсорбента

вода

3%-й раствор мелассы

5%-й раствор мелассы

10%-й раствор мелассы

SO2

28,2

58,7

70,5

57,8

no2

22,1

38,5

56,1

52,9

со

0,9

1,7

2,2

1,2

Таблица 2

Эффективность улавливания газов растворами мелассы в камере с распылением абсорбента

Улавли-ваемый газ

Эффективность улавливания (%) при использовании в качестве абсорбента

вода

3%-й раствор мелассы

5%-й раствор мелассы

10%-й раствор мелассы

SO2

38,2

81,6

92,5

87,5

no2

32,3

58,9

77,1

82,9

со

3,7

7,7

8,2

5,3

Эффективность улавливания загрязняющих веществ выше при распылении жидкости-абсорбента, чем при его барботировании. Максимальная эффективность улавливания достигается при применении 5%-го масс, раствора мелассы. При большей концентрации мелассы в растворе эффективность абсорбции снижается, что, вероятно, связано с увеличением вязкости раствора. Наименьшую степень улавливания среди изучаемых газов имеет монооксид углерода, который в отличие от диоксидов серы и азота имеет меньшую растворимость в воде.

На основе проведенного анализа конструкций аппаратов и распылительных устройств и результатов экспериментальных исследований мы предлагаем устройство для очистки воздуха [9], принципиальная схема которого дана на рис. 1.

Устройство работает следующим образом. Загрязненный воздух вентилятором 1 направляется для очистки в камеру распыления 4, где происходит его мокрая очистка с помощью распыленного абсорбента. В камере распыления установлена вращающаяся щетка 6, погруженная нижней частью в ванну 8

загрязненный воздух

Схема устройства для очистки воздуха

Рис. 1. Схема устройства для очистки воздуха:

1 - вентилятор; 2 - насос; 3 - сорбирующий фильтр; 4 - камера распыления; 5 - поддон; 6 - щетка; 7 - каплеуловитель; 8 - ванна; 9 - регулировочный трехходовой вентиль с раствором абсорбента. Капли, поглотившие частицы пыли и сорбировавшие загрязняющие газы, собираются на поддоне 5. Длина поддона определяются с учетом изменения плотности орошения по длине факела капель (рис. 2). Очищенный воздух удаляется по каналу вывода очищенного воздуха, снабженного каплеуловителем 7, и выводится в атмосферу.

Очистка отработанной жидкости осуществляется путем фильтрации и сорбции. Для этого используют сорбирующий фильтр 3, где жидкость равномерно орошает слой твердого фильтрующего абсорбирующего вещества, например, керамзита. Очищенная жидкость через трехходовой кран 9 насосом 2 перекачивается в ванну 8 для повторного использования. После исчерпания сорбционной емкости сорбирующего фильтра его необходимо регенерировать, например путем отжига. При использовании этого устройства можно снизить энергетические затраты на процесс очистки воздуха. Жидкий абсорбент периодически заменяется.

Для проектирования установок очистки воздуха с применением щеточного распылителя необходимо знать основные параметры процесса распыления, к которым относятся: геометрические размеры факела капель и расход распыляемой жидкости, диаметр полученных капель, а также плотность орошения

U, кг/м2-с-1О'2

V = 6,26 м/с

V = 10,46 м/с 7= 12,56 м/с V= 14,63 м/с

  • 10 -
  • 8 -
  • 6 -
  • 4 -
  • 2 -

И—I* 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 L, м

Рис. 2. Кривые плотности U орошения поверхности по длине L факела капель при различной скорости V вращения щетки и глубине погружения щетки в жидкость 2 мм

45

поверхности по длине факела капель. В ходе экспериментального исследования процесса диспергирования жидкости (использовалась вода) с помощью щеточного распылителя выявлены общие закономерности процесса и получены эмпирические зависимости для расчета его основных характеристик.

Опыты проводились при следующих параметрах работы устройства:

  • • распыляемая жидкость — вода;
  • • диапазон изменения скорости V поверхности вращающейся щетки 6,26-14,63 м/с;
  • • глубина А/ погружения щетки в жидкость менялась в диапазоне 0,0005-0,002 м;
  • • длина щетки распылителя — 0,18 м;
  • • диаметр — 0,04 м;
  • • диаметр единичной щетины — 0,0005 м.

Были получены следующие эмпирические формулы для расчета основных показателей процесса:

Литература

  • 1. Бернер Г.Я. Технология очистки газа за рубежом. М.: Новости теплоснабжения, 2006.
  • 2. Гордон ГМ., Пейсахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1987.
  • 3. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. М.: Машиностроение, 1974.
  • 4. Страус В. Промышленная очистка газов. М.: Химия, 1981.
  • 5. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976.
  • 6. Мухутдинов А. А., Солъяшинова О.А. Технология очистки газов. Казань: КГТУ, 2007.

References

  • 1. Berner G.Ya. Tekhnologiya ochistki gaza za rubezhom [The purification technology of gas abroad], Moscow, Novosti teplosnabzheniya Publ., 2006. 262 p.
  • 2. Gordon G.M., Peysakhov I.L. Pyleulavlivanie i ochistka gazov v tsvetnoy metallurgii [Dust removal and purification of gases in the non-ferrous metallurgy]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1987. 456 p.
  • 3. Golovachevskiy Yu.A. Orositeli i forsunki skrubberov khimicheskoy promyshlennosti [Sprinklers and nozzles scrubbers chemical industry], Moscow, «Mashinostroenie» Publ., 1974 . 271 p.
  • 4. Straus V. Promyshlennaya ochistka gazov [Industrial cleaning gases], Moscow, Khimiya Publ., 1981. 352 p.
  • 5. Ramm V.M. Absorbtsiya gazov [The absorption of gases]. Moscow, Khimiya Publ., 1976. 656 p.
  • 6. Mukhutdinov A.A., Sol'yashinova O.A. Tekhnologiya ochistki gazov [Gas cleaning technology]. Kazan', KGTU Publ., 2007. 237 p.
  • • длина факела распыленной жидкости:

L = (0,087 • V + 6- А/-10’3 -0,12 ? 10’6 -V2 -

  • - 0,0045 • V ? А/ ? 10’3 + 0,864 • A/2 • 10’3 - 43,4) • 10’2, м
  • • расход распыляемой жидкости:

Q = 5,6 • (24256,9 + 678,2 ? V + 822,9 • А/ +

+ 81,56-V-А/;-10’9, м3/с;

• диаметр капель распыленной жидкости:

d = —(0,279 • V + 2,217 • V-М - 0,018 • V2/, м. к 6

Установка может быть применена не только для очистки воздуха рабочей зоны, но и в качестве мобильной локальной системы очистки воздуха на открытой промышленной площадке предприятия.

  • 7. Методическое пособие по выполнению сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий и автотранспорта города (региона) и их применению при нормировании выбросов. М., 1999.
  • 8. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М.: Госкомгидромет, 1991.
  • 9. Способ очистки отработанных газов коптильных камер с последующей утилизацией коптильных веществ. Патент RU №2389530 / В. Е. Добромиров, А. М. Гавриленков, П. С. Бредихин; Воронежская государственная технологическая академия № 2008141921/13; Заявл. 22.10.2008; Опубл. 20.05.2010. Бюл. № 14.
  • 7. Metodicheskoe posobie ро vypolneniyu svodnykh raschetov zagryazneniya atmosfernogo vozdukha vybrosami promyshlennykh predpriyatiy i avtotransporta goroda (regiona) i ikh primeneniyu pri normirovanii vybrosov [Toolkit to implement summary calculations of air pollution emissions from industrial enterprises and transport of the city (region) and their use in the regulation of emissions], Moscow, 1999.
  • 8. RD 52.04.186-89. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery [RD 52.04.186-89. Guidelines for the Control of air pollution], Moscow, Goskomgidromet Publ., 1991.
  • 9. Dobromirov V.E., Gavrilenkov A.M., Bredikhin P.S. Sposob ochistki otrabotannykh gazov koptil'nykh kamer s posleduyushchey utilizatsiey koptil'nykh veshchestv [A method for purifying exhaust gases smoking chambers followed by disposal of smoking materials]. Patent RU №2389530 [Patent RU №2389530].
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >