Курсач по тех.защ.окр.ср. - Кузн.прес. и прокат. цех («Технология защиты окружающей среды» курсовая), страница 2

Принцип действия фильтров.

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит через нее.

В процессе очистки запыленного газа частицы приближаются к волокнам или поверхности зерен материала, сталкиваются с ними и осаждаются в результате совокупного действия эффекта касания, сил диффузии, инерции, гравитации и электростатического притяжения.

Эффект касания возникает при условии соприкосновения частиц примесей с поверхностью волокон, зерен или других элементов, образующих поверхность пор. Соприкосновение происходит при условии, что траектория движения частиц примесей проходит от поверхности пор на расстоянии не более радиуса частицы. При диаметре частиц больше чем диаметр пор наблюдается отсеивание частиц входной поверхностью фильтра (ситовой эффект) с образованием слоя осадка.

Процесс осаждения частиц на поверхность пор за счет броуновской диффузии обусловлен хаотическим тепловым движением молекул газа, постоянно соударяющихся с частицами примесей. В результате таких соударений частицы смещаются с линии тока и осаждаются на поверхности пор. Чем меньше частицы и меньше скорость их движения, тем эффективнее протекает процесс захвата частиц за счет броуновской диффузии.

Процесс инерционного осаждения частиц примесей на поверхности пор фотоэлемента происходит из-за воздействия на частицы сил инерции, возникающих при отклонении линии тока от прямолинейного движения. Проходя через фильтрующую перегородку, поток разделяется на тонкие непрерывно разъединяющиеся и смыкающиеся струйки. Частицы, обладая энергией, стремятся перемещаться прямолинейно, сходят с линии тока, сталкиваются с волокнами, зернами и удерживаются ими. Такой захват характерен для захвата крупных частиц и проявляется сильнее при увеличении скорости фильтрования.

Процесс гравитационного осаждения частиц на поверхность пор может происходить в результате их осаждения со скоростью витания. В реальных фильтрах вследствие малых скоростей витания частиц по сравнению со скоростью фильтрации гравитационный механизм осаждения частиц не играет заметной роли.

Электростатический механизм захвата пылинок проявляется в том случае, когда волокна несут заряды или поляризованы внешним электрическим полем.

В фильтрах уловленные частицы накапливаются в порах или образуют пылевой слой на поверхности перегородки, и, таким образом, сами становятся для вновь поступающих частиц частью фильтрующей среды. По мере накопления пыли пористость перегородки уменьшается, а сопротивление возрастает. Поэтому возникает необходимость удаления пыли и регенерации фильтра путем промывания, отряхивания или вибрационного встряхивания, обратной, пульсирующей, импульсной или струйной продувки и центробежной регенерации.

Тканевый рукавный фильтр.

Д ля очистки от пыли диаметром более 1 мкм при максимальной температуре очищаемых газов 300 ⁰С и скорости газа на входе 2,5-3м/с. Применяем нитроновую ткань в качестве фильтрующего материала. Эффективность очистки 97-99%.

Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф (рис.2.1.), разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых устанавливается необходимое число рукавов, во внутреннюю полость которых попадает запыленный газ от входного патрубка. Частицы загрязнений за счет ситового и других эффектов оседают в ворсе и образуют пылевой слой на внутренней поверхности рукавов. Очищенный воздух выходит из фильтра через патрубок. При достижении максимально допустимого перепада давления на фильтре его отключают от системы и производят регенерацию встряхиванием рукавов с обработкой их продувкой сжатым газом. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной со специальным встряхивающим устройством, с помощью которого производят регенерацию. Встряхивание рукавов в каждой секции производиться поочередно. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. При очистки ткани удаляется значительная часть внешнего слоя пыли, но внутри ткани остается достаточное количество пыли, что обеспечивает высокую эффективность очистки газов в фильтре после его регенерации.

Входящая концентрация пыли составляет 5000 мг/м³. Нам необходимо дочистить до ПДК = 0,15 мг/м³. Выходную концентрацию считаем по формуле:

С_вых = С_вх * (1- );

где С_вых – концентрация примесей на выходе;

С_вх – концентрация примесей на входе;

 – эффективность очистки.

С_вых = 5000 мг/м³ * ( 1- 0,99 ) = 50 мг/м³ . Что больше ПДК. Следовательно, необходима дальнейшая очистки.

С_вых = 50 мг/м³ * ( 1- 0,99 ) = 0,5 мг/м³

С_вых = 0,5 мг/м³ * ( 1- 0,99 ) = 0,005 мг/м³

Необходима 3 ступени очистки.

2.1.2. Очистка отходящих газов от пыли, выделяющейся в процессе сгорания поверхностного слоя металла.

Очистку отходящих газов от пыли с размером частиц d_ч от менее 0,5 мкм до более 1мкм проводим на волокнистых рамных фильтрах тонкой очистки с фильтровальным полотном из лавсановых волокон.

Волокнистый фильтр.

Фильтрующий элемент этих фильт­ров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется только на поверхности наиболее плотных материалов. Для фильтров ис­пользуют естественные или специально получаемые волокна тол­щиной от 0,01 до 100 мкм. Толщина фильтрующих сред составляет от десятых долей миллиметра (бумага) до 2 м (многослойные глу­бокие насадочные фильтры долговременного использования)

Процесс фильтрации в волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На первой стадии (стационарная фильтрация) уловленные ча­стицы практически не изменяют структуры фильтра во времени, на второй стадии процесса (нестационарная фильтрация) в фильтре про­исходят непрерывные структурные изменения вследствие накопле­ния уловленных частиц в значительных количествах. В соответствии с этим все время изменяются эффективность очистки и сопротивле­ние фильтра.

Волокнистые фильтры тонкой очистки. Рамный фильтр.

Для улавливания пыли с диаметром частиц более 0,05 мкм, максимальной температурой очищаемых газов 150⁰С, скоростью газа на входе менее 0,15 м/с и эффективностью очистки 99%.

Улавливание частиц в филь­трах тонкой очистки происходит за счет броуновской диффузии и эф­фекта касания. Регенерация отработанных фильтров неэффективна или не­возможна. Они предназначены для работы на длительный срок (0,5-3 года). После этого фильтр заменяют на новый.

В рамном фильтре (рис.2.2.) фильтрующий матери­ал (лавсановые волокна) в виде ленты вкладывают между П-образными рамками, череду­ющимися при сборке пакета, открытыми и закрытыми сторонами в противоположных направлениях. Между соседними слоями материала устанавливают гофрированные разделители, чтобы не допустить при­мыкания их друг к другу. Материал для рамок: фанера, винипласт, алюминий, нержавеющая сталь. Загрязненные газы поступают в одну из открытых сторон фильтра, проходят через материал и выходят с противоположной стороны.

Входящая концентрация пыли составляет 15 мг/м³. Нам необходимо дочистить до ПДК = 0,15 мг/м³. Выходную концентрацию считаем по формуле:

С_вых = 15 мг/м³ * ( 1- 0,99 ) = 0,15 мг/м³ . Что равняется ПДК. Следовательно, необходима только одна ступень очистки.

2.1.3. Очистка отходящих газов от пламенных печей от пыли и NO

Очистку горячих отходящих газов от пыли с размером частиц d_ч = 1-10 мкм проводим на тканевых рукавных фильтрах с лавсановым фильтрующим материалом.

Тканевый рукавный фильтр.

Для очистки от пыли диаметром более 1 мкм при максимальной температуре очищаемых газов 300 ⁰С и скорости газа на входе 2,5-3м/с. Применяем лавсановую ткань для очистки горячих сухих газов. Эффективность очистки 97-99%.

Отходящие газы от печи охлаждаем до нужной температуры в теплообменнике и направляем на очистку в фильтр.

Входящая концентрация пыли составляет 14,4 мг/м³. Нам необходимо дочистить до ПДК = 0,15 мг/м³. Выходную концентрацию считаем по формуле:

С_вых = С_вх * (1- );

где С_вых – концентрация примесей на выходе;

С_вх – концентрация примесей на входе;

 – эффективность очистки.

С_вых = 14,4 мг/м³ * ( 1- 0,99 ) = 0,144 мг/м³ . Что меньше ПДК. Следовательно, необходима только одна ступень очистки.

После очистки отходящих газов от пыли их необходимо очистить от оксидов азота NO.

Очистку горячих отходящих газов от NO проводим методом селективного каталитического восстановления.

Альтернативными методами очистки являются абсорбционные и адсорбционные методы.

Основы каталитических методов очистки отходящих газов.

Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реа­лизации химических взаимодействий, приводящих к конверсии под­лежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присут­ствии специальных катализаторов. Последние не вызывают измене­ния энергетического уровня молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увели­чению скорости химических взаимодействий. Каталитические взаи­модействия в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз конвертируемой газовой смеси и катализатора. Последний обес­печивает взаимодействие на его поверхности конвертируемых ве­ществ с образованием активированных комплексов в виде промежу­точных поверхностных соединений катализатора и реагирующих ве­ществ, формирующих затем продукты катализа, освобождающие (восстанавливающие) поверхность катализатора. Схема этого явле­ния для газовой реакции A+B=C в присутствии катализатора К мо­жет быть представлена следующим образом:

A+B+K=K[AB], K[AB]=C+K,

где К[АВ] - активированное промежуточное соединение на поверхности катализатора.

Активность катализатора обычно определяется совокупностью физико-химических свойств как самого катализатора, так и конвер­тируемого газового потока. В наибольшей степени она зависит от температуры каталитического превращения, структуры катализато­ра, содержания в нем промоторов, давления, объемного расхода, кон­центрации и молекулярных масс исходных реагентов и продуктов конверсии в газовой смеси. Для каждой реак­ции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая ми­нимальная температура начала реакции, ниже которой катализа­тор не проявляет активности. Температура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредностей.

Активность различных катализаторов при заданных условиях конвертирования определенной газовой смеси наиболее просто мож­но сопоставить по степени превращения исходных реагентов. Оцен­ка активности одного катализатора в различных условиях проведе­ния определенного каталитического превращения может быть выра­жена, например, отношением количеств образующихся в единицу вре­мени продуктов G_п к объему V, массе G_к , работающей S или удель­ной S_уд поверхности катализатора:

А = G_п / V ; А = G_п / о G_к ; А = G_п / S; А = G_п / S_уд V.

Для осуществления каталитического процесса необходимы не­значительные количества катализатора, расположенного таким об­разом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Каталитический слой должен создавать уме­ренно низкий перепад давления, обеспечивать структурную целе­сообразность и долговечность катализатора.

В процессах санитарной каталитической очистки отходящих га­зов промышленности высокой активностью характеризуются контакт­ные массы на основе благородных металлов (платина, палладий, се­ребро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контакты, активированные благородными металлами (1,0-1,5%).

Катализаторная масса обычно выполняется из шаров, колец, пластин или проволоки, свитой в спираль из нихро­ма, никеля, оксида алюминия с нанесенными на их поверхность (сотые доли % к массе катализатора) благородных металлов.

В про­цессе эксплуатации катализаторов они в той или иной степени под­вергаются постепенной дезактивации или деструкции. Последние вызываются химическими (отравление каталитическими ядами, присутствующими в конвертируемых газах, недостаточная селективность катализатора, возможность образования нелетучих продуктов и т. п.) и физическими (механическое истирание, спекание, агрегатирова­ние под действием избыточной свободной энергии поверхности и т. п.) факторами и ведут к необходимости периодической регенерации (ак­тивации) или замены катализаторов. В этой связи к промышленным катализаторам предъявляют требования в отношении высокой ак­тивности и теплопроводности, а также стойкости к механическим и термическим нагрузкам. Наряду с этим они должны быть дешевыми, обладая необходимыми структурными параметрами, иметь воз­можно более низкие температуры зажигания и геометрию частиц, обеспечивающую низкое гидравлическое сопротивление слоя.