Реферат: Методы очистки промышленных газовых выбросов

ПЛАНКУРСОВОЙ РАБОТЫ:

1.

Введение стр3

2.

Классификация газообразных промышленных выбросов стр 3

3.

Очистка газов от аэрозолей стр4

4.

Заключение стр12

5.

Список литературы стр13

До определенного этапа развития человеческогообщества, в частности индустрии, в природе существовало экологическоеравновесие, т.е. деятельность человека не нарушала основных природных процессовили очень незначительно влияла на них. Экологическое равновесие в природе ссохранением естественных экологических систем существовало миллионы лет и послепоявления человека на Земле. Так продолжалось до конца XIX в.Двадцатый век вошел в историю как век небывалого технического прогресса,бурного развития науки, промышленности, энергетики, сельского хозяйства.Одновременно как сопровождающий фактор росло и продолжает расти вредное воздействие индустриальнойдеятельности человека на окружающую среду. В результате происходит взначительной мере непредсказуемое изменение экосистем и всего облика планетыЗемля.

В настоящее время с ростом и бурным развитиемпромышленности большое внимание уделяется ее экологической обоснованности, аименно проблеме очистке и утилизации отходов. В данной работе рассматриваетсяодин из видов отходов промышленности – газовые выбросы предприятий. Впервые какпроблему газовые выбросы можно рассматривать на примере лондонского «смога» (отангл. smoke – дым), под которым первоначально понимали смесьсильного тумана и дыма. Такого типа смог наблюдался уже в Лондоне уже более 100лет назад. В настоящее время это уже более широкий термин – над всеми большими и индустриально развитымимегаполисами помимо дымотуманного смога выделяют и фотохимический смог. Еслипричиной смога первого типа является в основном сжигание угля и мазута, топричиной второго – выбросы автотранспорта. Конечно же, все это усугубляетсянекоторым кумулятивным действием большого количества примесей. Zb, при дымотуманном смоге сернистый газ дает аэрозоль серной кислоты (из рядакислотных дождей) который, естественно, намного реактивней по своему действию.

Неудивительно, что в настоящее время пристальноевнимание уделяется проблеме удаления первопричин возникновения такихнежелательных явлений, как выбросы в атмосферу. В данной работе тематикапроблемы сознательно ограничена рамками промышленных газовых выбросов, так какименно промышленность является источником опасных и крайне опасных примесей исоставляющих явлений типа «смога».

В газообразных промышленных выбросах вредныепримеси можно разделить на две группы:

а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ—пыль, дым; жидкостей—туман

б) газообразные и парообразные вещества.

К аэрозолям относятся взвешенные твердые частицынеорганического и органического происхождения, а также взвешенные частицыжидкости (тумана). Пыль – это дисперсная малоустойчивая система, содержащаябольше крупных частиц, чем дымы и туманы. Счетная концентрация (число частиц в1см3) мала посравнению с дымами и туманами. Неорганическая пыль в промышленных газовыхвыбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральныхсолей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганическихвеществ. Промышленная пыль органического происхождения – это, например,угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и др. К дымам относятсяаэродисперсные системы с малой скоростью осаждения под действием силы тяжести.Дымы образуются при сжигании топлива и его деструктивной переработке, а такжев результате химических реакций, например при взаимодействии аммиака ихлороводорода, при окислении паров металлов в электрической дуге и т.д. Размерычастиц в дымах много меньше, чем в пыли и туманах, и составляют от5мкм до субмикронныхразмеров, т.е. менее0,1мкм. Туманы состоят из капелек жидкости, образующихся при конденсациипаров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуютсяглавным образом из кислоты: серной, фосфорной и др. Вторая группа–газообразные ипарообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовых выхлопах, гораздоболее многочисленна. К ней относятся кислоты, галогены и галогенопроизводные,газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины,нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компонентыгазообразных промышленных отходов.

В настоящее время, когда безотходная технологиянаходится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет,основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей вгазовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленныхсанитарными нормами. В данной таблице выборочно приведены ПДК некоторыхатмосферных загрязнителей.

ВЕЩЕСТВА

ПДК, мг/м3

макс. разовая среднесуточная

Аммиак

0,2

Ацетальдегид

0,1

Ацетон

0,35

Бензол

1,5

Гексахлоран

0,03

Ксилолы

0,2

Марганец и его соединения

—

0,01

Мышьяк и его соединения

—

0,003

Метанол

1,0

0,5

Нитробензол

0,008

Оксид углерода (СО)

3,0

1,0

Оксиды азота (в пересчете на N2O5)

0,085

Оксиды фосфора (в пересчете на P2O5)

0,15

0,05

Ртуть

0,0003

Свинец

—

0,0007

Сероводород

0,008

Сероуглерод

0,03

0,005

Серы диоксид SO2

0,5

0,05

Фенол

0,01

Формальдегид

0,035

0,012

Фтороводород

0,05

0,005

Хлор

0,1

0,03

Хлороводород

0,2

Тетрахлорид углерода

4,0

2,0

При содержании в воздухе нескольких токсичныхсоединений их суммарная концентрация не должна превышать1,т.е.

с1/ПДК1+с2/ПДК2 + ...+сn/ПДКn= 1

гдеc1,с2,...,сn–фактическая концентрация загрязнителей в воздухе, мг/м3;

ПДК1, ПДК2, ...,ПДКn– предельно допустимая концентрация, мг/м3.

При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногдаприменяют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов черезвысокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы.Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы взависимости от высоты трубы и других факторов связано с законами турбулентнойдиффузии в атмосфере и пока разработано не полностью. Высоту трубы,необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижних слоях атмосферы,на уровне дыхания, определяют по приближенным формулам, например:

где ПДВ – предельно допустимый выброс вредныхпримесей в атмосферу, обеспечивающий концентрацию этих веществ в приземномслое воздуха не выше ПДК, г/с; Н—высота трубы, м; V– объемгазового выброса, м3/с; D

t –разность между температурамигазового выброса и окружающего воздуха, °С; A–коэффициент, определяющий условия вертикальногои горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе, с2/3 — (ОС)1/3(например, для района Урала А=160);F—безразмерный коэффициент, учитывающий скоростьседиментации вредных веществ в атмосфере (дляCl2, HCl, HF F = 1);т—коэффициент, учитывающий условия выхода газа изустья трубы, его определяют графически или приближенно по формуле

где wг–средняя скорость на выходе из трубы, м/с; DT—Диаметр трубы, м.

Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб»служит лишь паллиативом, так как не предохраняет атмосферу, а лишь переноситзагрязнения из одного района в другие.

В соответствии с характером вредных примесейразличают методы очистки газов от аэрозолей и от газообразных и парообразныхпримесей. Все способы очистки газов определяются в первую очередьфизико-химическими свойствами примесей, их агрегатным состоянием,дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредных примесей впромышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразию методовочистки, применяемых реакторов и химических реагентов.

Очисткагазов от аэрозолей.Методыочистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электростатическуюочистку и очистку с помощью звуковойи ультразвуковой коагуляции.

Механическаяочистка газоввключает сухие и мокрые методы. К сухим методамотносятся:

1)

гравитационноеосаждение;

2)

инерционное ицентробежное пылеулавливание;

3)

фильтрация.

В большинстве промышленных газоочистительных установоккомбинируется несколько приемов очистки от аэрозолей, причем конструкцииочистных аппаратов весьма многочисленны.

Гравитационноеосаждениеосновано на осаждениивзвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа смалой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойныхгазоходах и пылеосадительных камерах. Для уменьшения высоты осаждения частиц восадительных камерах установлено на расстоянии40–100мм множество горизонтальных полок, разбивающихгазовый поток на плоские струи. Производительность осадительных камерП= SwО, где S—площадь горизонтальногосечения камеры, или общая площадь полок, м2;wO —скорость осаждениячастиц, м/с. Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметромболее50-100мкм, причем степень очистки составляет не.выше40-50%.Метод пригоден лишь для предварительной, грубойочистки газов.

Инерционноеосаждениеосновано на стремлениивзвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменениинаправления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее частоприменяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газыобеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения,скорость газа на входе в аппарат составляет10-15м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата100 — 400Па(10 — 40мм вод. ст.).Частицы пыли сd < 20мкм вжалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости отдисперсности частиц составляет 20-70%.Инерционный метод можно применять лишь для грубойочистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода–быстрое истирание илизабивание щелей.

Центробежныеметоды очистки газовоснованы надействии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газовогопотока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качествецентробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов:батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклонынаиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей.Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описываетспираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх черезтурбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуютсявысокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью вработе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклоноввысокой производительности, в частности батарейных циклонов(производительностью более 20000м3/ч), степень очистки составляетоколо90%придиаметре частицd>30мкм. Для частиц с d =5¸

30 мкм степень очистки снижается до80%,а приd=2¸5мкм она составляет менее40%. Диаметр частиц, улавливаемых циклоном на50%,можно определить поэмпирической формуле

где m

– вязкость газа, Па*с; DЦ– диаметр выходного патрубка циклонов, м;NОБ– эффективное число оборотов газа в циклоне; wг – средняя входнаяскорость газа, м/с; rч,rг – плотность частиц игаза, кг/м3.

Гидравлическое сопротивление высокопроизводительныхциклонов составляет около1080Па. Циклоны широко применяют при грубой и среднейочистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя служитротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух.Лопасти вентилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет вприемник пыли.

Фильтрация основана на прохождении очищаемого газачерез различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна,стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика,металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто дляфильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы—стекловолокно, шерстьили хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материаларазличают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистыхматериалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые фильтры, чаще всего рукавные,применяются при температуре очищаемого газа не выше60-65°С. В зависимости от гранулометрическогосостава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет85-99%.Гидравлическоесопротивление фильтра D

Р около1000Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на1000м3 очищаемого газа. Для непрерывнойочистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различнымиустройствами – соплами,расположенными против каждого рукава, движущимися наружными продувочнымикольцами и др. Сейчас применяют автоматическое управление рукавными фильтрамис продувкой их импульсами сжатого воздуха.

Волокнистыефильтры, имеющие поры, равномерно распределенныемежду тонкими волокнами, работают с высокой эффективностью; степень очистки h

=99,5¸99,9 %при скорости фильтруемогогаза0,15-1,0м/с и DР=500¸1000 Па.

На фильтрах из стекловолокнистых материаловвозможна очистка агрессивных газов при температуре до275°С. Для тонкой очистки газов приповышенных температурах применяют фильтры из керамики, тонковолокнистой ватыиз нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью кпеременным нагрузкам; однако их гидравлическое сопротивление велико –1000Па.

Фильтрация – весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества– сравнительная низкая стоимость оборудования(за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкойочистки. Недостатки фильтрации высокоегидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

Мокраяочистка газовот аэрозолейоснована на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитойповерхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивномперемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очисткигазов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространеннымприемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов,подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемыразвития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

Башни снасадкой(насадочные скрубберы)отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью в работе, малымгидравлическим сопротивлением (D

Р=300¸800 Па) и сравнительно малым расходом энергии. Внасадочном скруббере возможна очистка газов с начальной запыленностью до5-6г/м3.Эффективность одной ступени очистки для пылей сd>5мкмне превышает70-80%.Насадка быстро забивается пылью, особенно при высокой начальной запыленности.

Орошаемыециклоны(центробежные скрубберы)применяют для очистки больших объемов газа. Они имеют сравнительно небольшоегидравлическое сопротивление–400-850Па. Для частиц размером2-5мкм степень очистки составляет~50%. Центробежные скрубберы высокопроизводительны благодаря большой скоростигаза; во входном патрубке w

г=18¸20 м/с, а в сечении скруббера wг= 4¸5 м/с.

Пенныеаппаратыприменяют для очисткигаза от аэрозолей полидисперсного состава. Интенсивный пенный режим создаетсяна полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении1-4м/с. Пенныегазоочистители обладают высокой производительностью по газу и сравнительнонебольшим гидравлическим сопротивлением (D

Родной полки около600Па). Для частиц с диаметромd >5мкмэффективность их улавливания на одной полке аппарата90-99%;приd<5мкм h= 75¸90%. Для повышения hустанавливают двух- и трехполочные аппараты.

СкрубберыВентури (см. рис 1) — высокоинтенсивные газоочистительные аппараты, но работающие с большимрасходом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера)составляет100—200м/с, а в некоторых установках —до 1200м/с. При такой скорости очищаемый газ разбиваетна мельчайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Этоприводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливаниючастиц под действием сил инерции. Скруббер Вентури—универсальный малогабаритный аппарат,обеспечивающий улавливание тумана на99—100%,частиц пыли сd=0,01¸

0,35мкм —на50–85%и частиц пыли сd =0,5-2мкм —на97%.Для аэрозолей сd = 0,3-10мкм эффективностьулавливания определяется в основном силами инерции и может быть оценена поформуле

где К– константа;L – объем жидкости, подаваемой вгаз, дм3/м3;

Рис 1. Реактор полного смешения – скруббер Вентури:

1 – сопло;

2 – горловина;

3 – камера смешения;

4 – разделительная камера

<img src="/cache/referats/2396/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1026">
j– инерционный параметр,отнесенный к скорости газа в горловине; при h³90%jявляется однозначной функцией перепада давления вскруббере.

Главный дефект скруббера Вентури—большой расход энергиипо преодолению высокого гидравлического сопротивления, которое в зависимостиот скорости газа в горловине может составлять 0,002-0,013МПа. Помимо того, аппарат не отличается надежностьюв эксплуатации, управление им сложное.

Основной недостаток всех методов мокрой очистки газов от аэрозолей—это образование большихобъемов жидких отходов (шлама). Таким образом, если не предусмотрены замкнутаясистема водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способыгазоочистки по существу только переносят загрязнители из газовых выбросов всточные воды, т. е. из атмосферы в водоемы.

Электростатическаяочистка газовслужит универсальнымсредством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любыхразмерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля припрохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемоекоронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленныхосадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из рядазаземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Междуосадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, ккоторым подводится напряжение25–100кВ. Теоретическое выражение для степениулавливания аэрозолей в трубчатых электрофильтрах имеет вид

где и–скорость дрейфа частиц к электроду;l —длинаэлектрода; r — радиус осадительного электрода; w

г— скорость очищаемого газа.

<img src="/cache/referats/2396/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1028">
На рис. 2 приведены идеальные кривые зависимости степениулавливания аэрозолей в электрофильтре от размеров частиц. Кривые на этомрисунке отвечают разным значениям произведения рЕЕО , где р —коэффициент, длянепроводящих частиц р = 1,5¸

2, для проводящих частиц р=3;Е —напряженность электрическогополя;eО–критическое значение напряженности поля. Фактическаязависимость степени улавливания аэрозолей hот диаметра частицdдля промышленных электрофильтров определяется экспериментально.Очистка осложнена прилипанием частиц к электроду, аномальным (пониженным)сопротивлением слоя пыли на электродах и др.

Рис 2. Кривые зависимости степени улавливания пыли в электрофильтре от размеров частиц:

1 – pEEo = 160;

2 – pEEo = 80;

3 – pEEo = 40;

При очистке от пыли сухих газов электрофильтрымогут работать в широком диапазоне температур (от20до500°С) и давлений. Их гидравлическое сопротивлениеневелико – 100-150Па.Степень очистки от аэрозолей –выше90,достигая99,9%на многопольных электрофильтрах при d>1мкм. Недостаток этого метода–большие затраты средствна сооружение и содержание очистных установок и значительный расход энергии насоздание электрического поля. Расход электроэнергии на электростатическуюочистку–0,1-0,5кВт на1000м3очищаемого газа.

Звуковаяи ультразвуковая коагуляция, атакже предварительная электризация покамало применяются в промышленности и находятся в основном в стадии разработки.Они основаны на укрупнении аэрозольных частиц, облегчающем их улавливаниетрадиционными методами. Аппаратура звуковой коагуляции состоит из генераторазвука, коагуляционной камеры и осадителя. Звуковые и ультразвуковые методыприменимы для агрегирования мелкодисперсных аэрозольных частиц (тумана сернойкислоты, сажи) перед их улавливанием другими методами. Начальная концентрациячастиц аэрозоля для звуковой коагуляции должна быть не менее2г/м3 (длячастицd = l¸

10мкм).

Рис 3. Схема мокрого пылеулавливания
с предварительной электризацией:

1 – камера электризации;

2 – коронирующий электрод;

3 – пенный аппарат;

4 – газожидкостный (пенный) слой;

5 – заземленная решетка;

I

II

–

вода;

III

– очищенный газ;

IV

– слив шлама <img src="/cache/referats/2396/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1030">
Коагуляцию аэрозолей методом предварительнойэлектризации производят, например, пропусканием газа через электризационнуюкамеру с коронирующими электродами, где происходит зарядка и коагуляция частиц,а затем через мокрый газоочиститель, в котором газожидкостный слой служитосадительным электродом (рис. 3).Осадительным электродомможет служить пенный слой в пенных аппаратах, слой газожидкостной эмульсии внасадочных скрубберах и других мокрых газопромывателях, в которых решетки илидругие соответствующие детали должны быть заземлены.

Очисткагазов от парообразных и газообразных примесей. Газы в промышленности обычно загрязнены вреднымипримесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях длятехнологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способыочистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можноразделить на три основные группы:

1)

абсорбция жидкостями;

2)

адсорбция твердыми поглотителями;

3)

каталитическая очистка.

В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (илидожигания) горючих загрязнений, способ химическоговзаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

Абсорбцияжидкостямиприменяется впромышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и другихсернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl,HF, H2SO4),диоксида и оксида углерода, разнообразныхорганических соединений (

еще рефераты

Еще работы по охране природы, экологии, природопользованию

Реферат по охране природы, экологии, природопользованию

Рациональное использование водных ресурсов

29 Августа 2013

Реферат по охране природы, экологии, природопользованию

Влияние экологических и медико-биологических требований на структуру исследований и разработок

29 Августа 2013

Реферат по охране природы, экологии, природопользованию

Мировой океан

29 Августа 2013

Реферат по охране природы, экологии, природопользованию

Серебряноборское опытное лесничество

29 Августа 2013