Характеристика и принцип работы систем с применением метода адсорбции, абсорбции при очистке воздушного бассейна

Реферат по дисциплине «Техника защиты окружающей среды» на тему: «Характеристика и принцип работы систем с применением метода адсорбции, абсорбции при очистке воздушного бассейна».

 

 

 

 

Введение

Вследствие прогрессирующего антропогенного загрязнения атмосферы, обусловленного большим числом вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу производственными и сельскохозяйственными предприятиями, железнодорожным транспортом и автомашинами, проблема очистки воздушного бассейна чрезвычайно актуальна. Максимально допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе городов нередко значительно превышают допустимые нормы, и единственным способом борьбы с быстро ухудшающим состоянием атмосферы является повсеместное использование установок очистки воздуха.

Для обезвреживания газовых выбросов применяется большое число установок очистки отличающихся друг от друга как по принципу действия (плазмокаталитический, адсорбционный, каталитический, биологический и др.), так и по конструкции. В тех случаях, когда концентрации загрязнителей относительно невелики, а обработке подвергаются большие объемы воздуха, применение метода адсорбции может оказаться наиболее эффективным. Этот способ позволяет практически полностью извлечь примеси из газовых потоков и удалить неприятные запахи.

Эффективность адсорбции зависит от свойств поглощаемых компонентов, их химической природы, размера молекул и определяется свойствами адсорбента, который должен иметь достаточную адсорбционную способность, обладать высокой селективностью, иметь высокую механическую прочность, быть химически инертным по отношению к компонентам газовой смеси и иметь достаточно низкую стоимость. Слой сорбента должен создавать низкое сопротивление движению газового потока.

1. Характеристика  адсорбционного метода

Адсорбция (лат. ad — на, при; sorbeo — поглощаю) — поглощение вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твердого тела или процесс концентрирования вещества из объёма фаз на границе их раздела.

Адсорбционный 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.

Оксидные 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.

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.

Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования, при этом их часто удается легко утилизировать.

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

В последние годы все более широкое применение получают волокнистые сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь от гранулированных адсорбентов по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят их по ряду других показателей. Например, их отличает более высокая химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий коэффициент массопередачи (в 10-100 раз больше, чем у сорбционных материалов). Установки, в которых используются волокнистые материалы, занимают значительно меньшую площадь. Масса адсорбента при использовании волокнистых материалов меньше, чем при использовании АУ в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление слоя не превышает при этом 100 Па.

Повысить технико-экономические показатели существующих процессов удается также путем оптимальной организации стадии десорбции, например, за счет программированного подъема температуры.

Следует отметить эффективность очистки на активированных углях сотовой (ячеистой) структуры, обладающих улучшенными гидравлическими характеристиками. Такие сорбенты могут быль получены нанесением определенных композиций с порошком АУ на вспененную синтетическую смолу или вспениванием смеси заданного состава, содержащей АУ, а также выжиганием наполнителя из смеси, включающей АУ вместе со связующим.

Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов – силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение.

Наибольшее распространение получили адсорбционные методы извлечения из отходящих газов растворителей, в том числе хлорорганических. Это связано с высокой эффективностью процесса очистки газов (95-99%), отсутствием химических реакций образования вторичных загрязнителей, быстрой окупаемостью рекуперационных установок (обычно 2-3 года) благодаря повторному использованию растворителей и длительным (до 10 лет) сроком службы АУ. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов оксидов серы и азота.

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.

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.

Традиционно для регенерации адсорбента используют термические и реагентные методы.

Низкотемпературная термическая регенерация — обработка сорбента парами или газами при 100-400°С. Термическая регенерация — обработка сорбента при высоких температурах (800-900°С) в атмосфере инертного газа или перегретого водяного пара. Адсорбированные загрязняющие вещества при этом удаляются из сорбента и окисляются до газообразных. Под химической регенерацией понимают какую-либо обработку сорбента жидкими или газообразными реагентами при сравнительно низкой температуре.

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.

2. Адсорбционные  угольные фильтры

Адсорбционные угольные фильтры - улавливают практически все токсичные примеси воздуха с молекулярной массой более 40 атомных единиц. Однако, исследования и практика использования адсорбционных угольных фильтров, показали, что уголь практически не адсорбирует легкие соединения, к числу которых относятся такие типичные загрязнители городского воздуха как окись углерода, окислы азота, формальдегид. Таким образом, воздухоочистители, использующие угольные фильтры, оказались не эффективны для очистки воздуха городских помещений от его основных экозагрязнителей.

Существенным недостатком любых адсорбционных фильтров является их ограниченная емкость и при несвоевременной замене адсорбента, они сами становятся источником токсичных органических веществ и болезнетворных бактерий, загрязняющих окружающую атмосферу. Адсорбционные фильтры используются в приборах фирм Philips (Голландия) и Honeywell (США), а также в ряде отечественных системах воздухоочистки.

Улавливает практически все токсичные примеси с молекулярной массой более 40 атомных единиц, хорошо улавливает пыль.

Не эффективен для основных экозагрязнителей городского воздуха.

Высокие эксплутационные расходы.

При несвоевременной смене фильтров - воздухоочистель становится источником вредных веществ.

3. Адсорбционная регенерационная система очистки воздуха «АРС – аэро »

Краткое описание технологии очистки воздуха

Стадия очистки воздуха. Загрязненный воздух поступает в заборное устройство 1 (вытяжной зонт или аналогичное оборудование), далее через открытое запорное устройство 2 в адсорбер 3, при этом запорное устройство 9 закрыто. Загрязняющие вещества поглощаются адсорбентом, размещенном в кассетах специальной конструкции 4. Кассеты позволяют легко заменять адсорбент при необходимости. Кассеты расположены перпендикулярно направлению движения воздушного потока.

Очищенный от загрязнений воздух выбрасывается в атмосферу вентилятором 6. Процесс адсорбции может происходит непрерывно или дискретно в течение рабочей смены в соответствии с регламентом работы оборудования, выделяющего загрязняющие вещества.

Стадия десорбции. После окончания процесса очистки воздуха необходимо привести запорное устройство 2 в положение "закрыто", а запорное устройство 9 в положение "открыто" (данный процесс может выполняться в автоматическом или ручном режиме). Система автоматического управления установки включает процесс десорбции. Атмосферный воздух забирается через систему подготовки воздуха 7, где происходит его сушка и фильтрация пыли. Далее воздух подается в озонатор 8, где происходит электросинтез озона малой концентрации. Подготовленная таким образом озоно-воздушная смесь подается непосредственно в адсорбер 3. Происходит процесс окисления вредных веществ озоном на поверхности адсорбента, в результате чего адсорбент очищается и становится пригодным для повторного использования.

0

1 - Забор загрязненного  воздуха                    2 - Запорное устройство загрязненного воздуха

3 – Адсорбер                                                    4 - Кассеты с адсорбентом

5 - Блок управления установкой  очистки     6 - Вытяжной вентилятор

7 - Система воздухоподготовки                      8 - Озонатор

9 - Запорное устройство  озоно-воздушной смеси  10 - Блок термодеструкции озона              

11 - Выход чистого воздуха                            12 - Забор воздуха для синтеза озона

Адсорбционная очистка воздуха известный и широко распространенный метод очистки, на основе которого производится разнообразное газоочистное оборудование, успешно используемое для защиты атмосферного воздуха от вредных выбросов.

Применение метода адсорбции оказывается наиболее эффективным в тех случаях, когда концентрации загрязнителей воздуха или газов относительно невелики и необходимо очищать большие объемы воздуха. Способ адсорбции позволяет практически полностью извлечь примеси из газовых потоков и удалить неприятные запахи, что не всегда возможно достичь другими способами газоочистки. Преимущества адсорбционных установок очистки воздуха - компактность, простота и экономичность, высокая степень очистки, небольшое количество сточных вод.

Под адсорбцией понимают поглощение веществ из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела (адсорбента). В случае воздухоочистки вредные вещества, содержащиеся в газовой смеси, поглощаются адсорбентом и на выходе установки очистки отсутствуют.

Эффективность адсорбции зависит от свойств поглощаемых компонентов, их химической природы, размера молекул и определяется свойствами адсорбента, который должен иметь достаточную адсорбционную способность, обладать высокой селективностью, иметь высокую механическую прочность, быть химически инертным по отношению к компонентам газовой смеси и иметь достаточно низкую стоимость. Слой сорбента должен создавать низкое сопротивление движению газового потока в адсорбционной установке очистки. Качество адсорбционной очистки воздуха зависит также от его температуры и влажности.

Одной из основных проблем адсорбционной очистки воздуха является необходимость восстановления адсорбента и придания ему исходных свойств десорбция. Существуют различные, в существенной степени дорогостоящие методы десорбции. Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования.