Газовых неоднородных систем

Тонкую очистку ГНС можно провести путем промывки ГНС водой или другой жидкостью. Тесное взаимодействие между жидкостью
и запыленным газом осуществляется либо в мокрых пылеуловителях, либо на поверхности стекающей жидкой пленки, либо на поверхности капли или пузырьков газа. При этом частицы пыли «приклеиваются»
к поверхности жидкости. Хорошо улавливаются смачиваемые твердые частицы. Если частицы гидрофобны, то для их эффективного улавливания необходимо затратить энергию, необходимую для преодоления сил поверхностного натяжения. Для улучшения смачиваемости частицы можно использовать ПАВ, однако тогда возникает проблема утилизации ПАВ.

Мокрая очистка ГНС наиболее эффективна в случаях, когда допустимы увлажнение и охлаждение очищаемого газа, а отделяемые частицы имеют незначительную ценность, или они могут быть использованы в мокром виде.

Особенность процесса мокрой очистки – требуется большой расход орошаемой жидкости (воды).

Конструкции аппаратов разнообразны. Если в насадочных
и центробежных скрубберах рабочей поверхностью является поверхность стекающей пленки, то в полых скрубберах и скрубберах Вентури – поверхность пузырей. На рис. 4.11–4.12 представлены наиболее распространенные типы мокрых аппаратов.

а) б) в)

Рис. 4.11. Схемы мокрых пылеуловителей: а – полый скруббер;
б – пенный пылеуловитель; в – барботажный пылеуловитель

а) б)

Рис. 4.12. Схемы центробежных скрубберов:
а – аппарат ВТИ, б – аппарат КХТИ

Полый скруббер представляет собой цилиндрический или прямоугольный вертикальный аппарат, в котором по высоте установлены форсунки, создающие равномерные по сечению аппарата жидкостные завесы. Уловленная каплями жидкости пыль отводится из аппарата в виде шлама.

Пенный пылеуловитель представляет собой камеру, внутри которой находится перфорированная тарелка. Запыленный газ подается
под тарелку, при этом над тарелкой образуется подвижная пена, в которой происходит очистка газа. Более крупные частицы пыли улавливаются жидкостью, протекающей через отверстие тарелки, и удаляются
через нижний штуцер.

Применяются также пенные аппараты с провальными тарелками.

В барботажном пылеуловителе запыленный газ подается под уровень. При этом газ, барботируя через слой жидкости, очищается
от пыли и удаляется через нижний штуцер.

В аппарате ВТИ запыленный газ подается тангенциально в нижнюю часть цилиндрического корпуса. Запыленный газ по винтовой линии поднимается вверх. При этом твердые частицы за счет центробежной силы оседают на внутреннюю поверхность аппарата и уносятся из аппарата
со стекающей пленкой жидкости.

Аппарат КХТИ (автор А.Д. Глинкин) тоже центробежного типа. Его отличие от аппарата ВТИ в том, что весь его объем заполняется водяной завесой, состоящей из капель и струй. Диспергирование жидкости осуществляется распылителями ударного типа «сопло-диск». Аппарат КХТИ эффективнее аппарата ВТИ.

Для очистки крупнотоннажных газовых выбросов используются вихревые аппараты с объемными факелами орошения.

Инерционные осадители(рис. 4.13).Действие таких осадителей основано на использовании инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока с одновременным изменением
его скорости. При повороте потока взвешенные в газе твердые или жидкие частицы, стремясь сохранить направление своего движения, удаляются
из потока.

а) б) в)

Рис. 4.13. Схемы инерционных пылеуловителей: а – сухой пылеуловитель; б – мокрый пылеуловитель; в – жалюзийный пылеуловитель

Инерционные пылеуловители предназначены для предварительно улова ГНС. При размере удаляемой пыли более 25 мкм степень очистки достигает ~60 %.

Для эффективного улова пыли скорость потока газа перед перегородками должна составлять не менее 5–15 м/с. В пылеуловителе скорость газового потока уменьшается. Это означает, что для инерционных пылеуловителей характерны более большие гидравлические сопротивления.

Иногда возникает необходимость улова капель в верхней части технологического аппарата. В этом случае можно использовать инерционные каплеуловители, выполненные с использованием различных насадок (кольца Рашига, седла Берля, сферы), вязкой сетки, волно-
и зигзагообразных пластин, жалюзи и т.д (рис. 4.14).

а) б) в)

Рис. 4.14. Схема элементов инерционных каплеуловителей:
а – зигзаго- и волнообразные, б – уголковые, в – швеллерные

Эффективность работы инерционных каплеуловителей увеличивается с ростом скорости потока газа . Однако с определенного значения эффективность сепарации начинает уменьшаться из-за возникновения вторичного уноса капель. Критическая скорость потока газа устанавливается экспериментально.

Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения НС при помощи пористых перегородок, задерживающих дисперсную фазу, но пропускающих дисперсионную среду (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Схема фильтра для разделения суспензий

Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения ЖНС и ГНС. С его помощью можно получить значительно более полную, чем в процессах осаждения, очистку жидкости или газа
от вредных примесей.

В процессе фильтрования твердые частицы либо задерживаются
на поверхности фильтровальной перегородки, образуя осадок, либо проникают в её глубину, задерживаясь в порах. В соответствии с этим различают фильтрование с образованием осадка и фильтрование
с закупориванием пор.

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений до и после фильтра. Перепад давления может быть создан полем гравитационных, центробежных сил и полем поверхностных сил давления.

Фильтровальные перегородки. Фильтровальные перегородки оказывают определяющее влияние на качество фильтрования.

Различают гибкие фильтровальные перегородки: хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические и стеклянные ткани; сетки; нетканые материалы; негибкие: жесткие – керамика, металлокерамика, пористая пластмасса и т.п., и нежесткие – песчаные, гравийные фильтры и т.п.

В промышленности для фильтрования суспензий применяют,
в основном, гибкие перегородки. При этом реализуется процесс фильтрования с образованием осадка. Фильтрование с закупориванием
пор встречается при осветлении жидкостей.

Осадки. Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке
при разделении суспензий, подразделяются на несжимаемые и сжимаемые. Если порозность осадка e при увеличении разности давлений Dp
не меняется, то осадок называется несжимаемым, и, наоборот, если
с увеличением Dp уменьшается e, то осадок сжимаемый.

Несжимаемые осадки: частицы песка, кристаллы карбоната кальция и бикарбоната кальция. Сжимаемые осадки: гидраты окисей металлов, например, алюминия, железа, меди и т.п.

Уменьшение порозности осадка e приводит к уменьшению эквивалентного диаметра канала и к резкому увеличению гидравлического сопротивления слоя осадка. Поэтому фильтрование в случае образования сжимаемых осадков проводят обычно под вакуумом.