Мокрая очистка промышленных газов: скрубберы

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Новокузнецкий институт (филиал)

федерального  государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального  образования

 «Кемеровский  государственный университет»

Факультет информационных технологий

Кафедра экологии и естествознания 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «Промышленная экология»

Мокрая  очистка промышленных газов: скрубберы.  
 
 

Выполнил: студент 4 курса

Группы  ГЭ-08

Кузькин К. С.

Проверил: доцент, к.ф.н.

     Исакова Е. В. 
 
 
 
 
 
 

Новокузнецк 2012

 

Содержание

     ВВЕДЕНИЕ                                                                                                       3

1. СВОЙСТВА  ПЫЛИ СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В ГАЗАХ                               4

2. ОЧИСТКА ГАЗА В МОКРЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯХ                          9

3. СКРУББЕРЫ                                                                                              13

       3.1 Скрубберы   с насадкой                                                                          13

       3.2 Скрубберы   с подвижной насадкой                                                      15

       3.3 Центробежные циклоны  и   скрубберы                                                 16

       3.4 Динамические скрубберы                                                                       18

       3.5 Пылеуловители ударно-инерционного действия. Скруббер Дойля   19

       3.6 Скоростные пылеуловители (скрубберы Вентури)                              22

     4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКРУББЕРОВ                                                            27

     5. ОБЛАСТЬ ПРИМИНЕНИЯ МОКРЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ              28

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                30

     СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ              31          

                                          

    

 

ВВЕДЕНИЕ

     Скрубберы - устройство, используемое для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах.

      Большое число современных химико-технологических  процессов связано с дроблением, измельчением и транспортированием сыпучих материалов. При этом неизбежно  часть материалов переходит в  аэрозольное состояние, образуя  пыль, которая с технологическими или вентиляционными газами выбрасывается в атмосферу.

      В настоящее время известно несколько  сотен различных конструкций  аппаратов для очистки газов  от пыли. Несмотря на многообразие, все  они являются вариантами аппаратурного  оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы.

      В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для  отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы: пылеосадительные камеры и циклоны, аппараты мокрой очистки газов, пористые фильтры, электрические фильтры.

     Целью данной работы является изучение методов мокрой очистки промышленных газов. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

     1) изучить системы мокрой очистки промышленных газов;

     2) рассмотреть классификации газоочистного и пылеулавливающего оборудования.

 

1. Свойства пыли, содержащейся в  газах

 

     Металлургические  заводы являются промышленными предприятиями  с технологическим комплексом, в  котором применяются механические, термические и химические процессы, сопровождающиеся выделением в дымовые газы и окружающую среду твердых или жидких частиц.

     Для производства металлов используют руды, кокс, агломерат и другие сыпучие  материалы, которые приходится разгружать, перемешивать, транспортировать и обрабатывать. Во время этих механических операций в окружающую среду выделяется пыль. Технологические процессы металлургического производства в большинстве случаев происходят при высокой температуре. В результате термических реакций твердое топливо и другие сыпучие материалы растрескиваются и разрушаются, а получающиеся при этом мельчайшие частицы в виде пыли уносятся дымовыми газами. При воздействии высокой температуры одновременно может происходить испарение металлов, флюсов и других материалов. Пары этих веществ попадают в дымовые газы и после их охлаждения образуют взвешенные в газе мельчайшие твердые или жидкие частицы. Пары черных металлов могут образовываться в процессе плавки стали в мартеновских, электросталеплавильных печах и конверторах. На предприятиях цветной металлургии цинк, олово, свинец, сурьма и другие металлы, имеющие низкую температуру испарения, легко переходят в парообразное состояние и поступают в дымовые газы.

     Для выбора аппаратов с целью эффективной очистки газа необходимо знать следующие основные свойства пыли, содержащейся в технологических и вентиляционных газах: химический состав, плотность, угол естественного откоса, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление, структуру частиц, дисперсность, токсичность, воспламеняемость, смачиваемость и способность коагулировать.

     Химический  состав пыли. Он всегда характерен для данного производства или технологического процесса. Например, пыль, образующаяся во время плавки металлов, состоит из окислов этих металлов и флюсов; пыль, выделяющаяся в процессе холодной обработки металлов, содержит мелкие частицы металлов и абразивного инструмента; в производстве строительных материалов пыль состоит из минеральных составляющих; текстильная пыль образуется из мельчайших частиц перерабатываемых волокон и т.п.

     По  химическому составу пыли судят  о ее токсичности. Зная химический состав пыли, можно обоснованно выбрать мокрый или сухой способ очистки газа. Если пыль содержит компоненты, способные образовывать с водой или другой жидкостью, подаваемой на орошение аппаратов, соединения, которые при оседании на стенках аппаратов и газоходов трудно удалить, применять мокрый способ очистки газов нельзя. При наличии в руде серы во время металлургических процессов в газ переходят ее оксиды, которые при мокром способе очистки образуют кислоты. В этом случае следует принимать меры по защите аппаратов и газоходов от коррозии и обеспечивать нейтрализацию шламовых вод. При наличии в составе пыли окислов кремния и аналогичных им соединений принимают меры по защите аппаратов и газоходов от механического истирания.

     Абразивность, т.е. истирающая способность пыли, зависит не только от ее химического состава, но и от формы частиц, их размера и плотности.

     Плотность пыли играет большую роль при очистке от нее газа. Чем больше плотность частиц пыли, тем более полно они осаждаются в аппаратах, предназначенных для очистки газа. Обычно ее определяют с помощью пикнометра (небольшого стеклянного сосуда) по объему жидкости, вытесненной пылью, масса которой известна. Вследствие вакуумирования пикнометра воздух, находящийся между частицами пыли, удаляется. Частное от деления массы пыли на объем жидкости, вытесненной пылью, представляет собой плотность пыли.

     Смачиваемость пыли характеризует ее способность смачиваться водой. Чем меньше размер частиц пыли, тем меньше их способность смачиваться. Смачиванию препятствует газовая оболочка, образующаяся вокруг мелких частиц пыли. Чем крупнее частицы пыли и чем округлее их форма, тем слабее силы, удерживающие газовую оболочку вокруг поверхности частиц, и, следовательно, тем больше их способность смачиваться. Смачиваемость пыли зависит и от ее химического состава. Смоченные частицы лучше отделяются от газа в аппаратах газоочистки. Смачиваемость определяется путем измерения доли смоченного и погрузившегося на дно сосуда порошка, насыпанного тонким слоем на поверхность воды.

     Пыли  по смачиваемости разделяют на три  группы: гидрофобные (плохо смачиваемые, менее 30%), умеренно-смачиваемые (30 – 80%), гидрофильные (хорошо смачиваемые, 80 – 100%). В зависимости от химического состава некоторые пыли при смачивании водой схватываются (цементируются, затвердевают). Такие пыли при оседании на стенки аппаратов и газоходов образуют трудно удаляемые отложения, которые уменьшают расстояние для прохода газа и ухудшают условия газоочистки.

     Форма и структура частиц пыли. Пыль в аэрозолях состоит из частиц самой разнообразной формы. Возгоны большей частью имеют шарообразную или сферическую форму. Частицы, образованные в результате механического воздействия, представляют собой мелкие осколки различной неправильной формы. Пыль, образованная в процессе сжигания или плавления материала, наряду с частицами неправильной формы содержит большое количество частиц с оплавленными краями. По структуре пыль может быть аморфной, зернистой и волокнистой. К аморфной пыли относят частицы округлой формы и возгоны, к волокнистой – частицы, образованные в процессе текстильного производства.

     Дисперсность  пыли. Размер частиц пыли является одной из основных характеристик пыли, определяющих выбор типа аппарата или системы аппаратов для очистки газа. Крупная пыль лучше, чем мелкая, оседает из газового потока и может быть уловлена в аппарате простейшего типа. Для очистки газа от мелкой пыли зачастую требуется не один, а несколько аппаратов, установленных последовательно по ходу газа. Под дисперсностью пыли понимают совокупность размеров всех составляющих ее частиц. Доля частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве верхнего и нижнего пределов, называют фракцией.

     Одной из классификаций пыли по размерам служит ее разделение на крупную пыль (размером более 10 мкм) и мелкую пыль (размером менее 10 мкм). Пыль, образованная в результате механических операций (дробление, транспортировка и т.п.), обычно имеет размеры более 5 – 10 мкм. В любых технологических газах металлургического производства в зависимости от их физико-химических характеристик содержится пыль разнообразного дисперсного состава.

     Токсичность пыли. Чем мельче частицы пыли, тем больше их способность проникать вместе с воздухом в органы дыхания человека и вызывать различные заболевания. Токсичность пыли зависит от материала, из которого она образованна.

     Воспламеняемость  и взрываемость пыли. Чем меньше размеры и пористее структура частиц пыли, тем больше их удельная поверхность, выше физическая и химическая активность пыли. Высокая химическая активность некоторых видов пыли является причиной ее взаимодействия с кислородом воздуха. Окисление частиц пыли сопровождается повышением температуры. Поэтому в местах скопления пыли возможны ее самовоспламенение и взрыв. Ввиду большой удельной поверхности возгонов и наличия в ряде случаев в их составе неокисленных металлов, углерода и серы возгоны более склонны к самовозгоранию. Взрывоопасность пыли увеличивается с уменьшением ее зольности и влажности.

     Коагуляция (укрупнение) пыли – это способность ее мелких частиц слипаться между собой и образовывать более крупные частицы. На скорость коагуляции влияют запыленность газа, размер и форма частиц, вязкость, температура и скорость газового потока, а также другие факторы, в частности колебание газа под воздействием звуковых волн, электрические заряды частиц. Чем больше скорость газа, тем выше его турбулентность и вероятность столкновения и укрупнения частиц пыли, находящихся во взвешенном состоянии в газе. Частицы пыли разного размера укрупняются лучше, чем частицы одинакового размера.

     Коагуляция  частиц пыли размером более 0,1 мкм происходит вследствие их столкновения во время  движения. Более мелкие частицы коагулируют в процессе броуновского движения под действием молекулярных сил. Частицы пыли размером более 5 – 10 мкм почти не коагулируют в газовом потоке.

 

2. Очистка газов  в мокрых пылеуловителях

 

     В мокрых пылеуловителях удаление пыли из газо-воздушного потока осуществляется путем смачивания частиц пыли и уноса их водой. В процессе пылеулавливания газо-воздушный поток приводится в контакт с жидкостью, которая образует заслон на пути движения потока, а затем стекает в виде тонкой пленки по стенкам аппарата вместе с частицами пыли. Различают три принципиальные схемы работы мокрых пылеуловителей.