РЕФЕРАТ
Курсова робота: 42 сторінки., 5 рисунків, 11 джерел.
Мета роботи: Охарактеризувати основні типи забруднювачів повітряногобасейну, оцінити наслідки їх впливу на навколишнє середовище, привести прикладипроцесів очистки промислових газоподібних викидів, розглянути суть і механізмифункціонування апаратів для знешкодження промислових газоподібних викидів.
Завдання роботи: описати класифікацію різних типів забрудниківатмосферного повітря; розглянути особливості нормування викидів шкідливихречовин в атмосферу, розглянути і про класифікувати процеси повітря газоочисніапарати.
Об’єкти дослідження: атмосферне повітря; діяльність у сфері очищенняповітря від промислових газових викидів, і методика процесів.
В роботі розглянуто проблему забруднення повітряного басейну, і якийвплив це чинить на навколишнє середовище. В процесі виконання роботи булорозглянуто методологічні підходи, з рядом методів по очищенню промисловихгазових викидів, описано декілька типів апаратного устаткування стосовноочищення повітря від промислових газових викидів .
Ключові слова:
ЗАБРУДНЕННЯ, ПРОМИСЛОВІ ГАЗОВІ ВИКИДИ, АТМОСФЕРНЕ ПОВІТРЯ, ГАЗООЧИСНІАПАРАТИ, МЕТОДИ ОЧИСТКИ.
ЗМІСТ
Вступ
1. Типи забруднювачів повітряного басейну
2. Особливості та оцінка ступеню забруднення атмосферного повітря
3. Суть методів очистки промислових газових викидів
3.1 Абсорбційнийметод
3.2 Адсорбційний метод
3.3 Термічне допалювання
3.4 Термокаталітичні методи
3.5 Озонні методи
3.6 Біохімічні методи
3.7 Плазмокаталітичнийметод
4. Апаратидля знешкодження промислових газових викидів4.1 Апарати для абсорбції газових викидів4.1.1 Поверхневі (плівкові) абсорбери.4.1.2 Насадочні абсорбери4.1.3 Барботажні абсорбери4.1.4 Розпилюючі абсорбери 4.2 Апарати для адсорбції газових викидів4.3 Установки термічного методузнешкодження газоподібних відходів
Висновки
Перелік посилань
ВСТУП
Атмосферне повітря – це газова оболонка Землі зі своїм певним відсотковимскладом газів в повітряному середовищі, з основними складовими, такими як азот– 78%, і кисень – 20%. Але добре відомо, що атмосферне повітря певним чиномзазнає впливу різних факторів, зокрема і забруднень. Нині, досить гостроюзалишається проблема забруднення повітряного басейну, яка була особливохарактерною як у ХХ столітті, так і в наш час. Під забрудненням атмосферирозуміють потрапляння речовин будь-якого походження, які або не властивіприродному складу атмосфери, або знаходяться в концентраціях, що значновідрізняються від свого природного вмісту в атмосфері, і які шкідливо впливаютьна живі організми та пригнічують їхню життєдіяльність. Основними джереламизабруднення атмосферного повітря є промислові підприємства та енергетичнісистеми; нафтопереробна і транспортна системи; металургійна промисловість,теплоенергетика та багато інших факторів антропогенного і природногопоходження.
Необхідність проведення роботи полягає у визначенні типів забруднюючихповітря речовин, класифікації забрудників, причини і джерела забруднень.Вбачаючи всі причини і види забруднень, необхідною умовою є застосуванняпроцесів і апаратів для знешкодження промислових газових викидів.
Практичне значення цієї теми полягає у впровадженні процесів очищенняповітря від промислових газових викидів, переваги тих чи інших апаратнихустаткувань на промислових підприємствах, різні типи і функціональніособливості апаратів.
Актуальність цієї теми є досить вагомою в теперішній час, оскількипромислово-індустріальний фактор досить широко чинить вплив, зокрема наатмосферне повітря, його складові і необхідним є більш широке впровадженнягазоочисних технологій, активно застосовувати їх на промислових підприємствах.
Метою цієї роботи є суть винайдення тенденції розумного підходу до
. очищення атмосферного повітря: при мінімальній затраті ресурсів,отримання ефективного результату щодо якнайоптимальнішого способу очищенняповітря, вбачаючи її важливу значущість
1. ТИПИ ЗАБРУДНЮВАЧІВПОВІТРЯНОГО БАСЕЙНУ
Атмосфера – це повітряна оболонка Землі, яка має свої особливості врізних аспектах. Насамперед, повітряна оболонка Землі є однією з найголовнішихумов життя. Атмосфера має велике екологічне значення. Вона захищає живіорганізми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів, єносієм тепла і вологи. Якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливаннятемператури досягали б 200°С. Через атмосферу відбувається фотосинтез та обміненергії та інформації — основні процеси в біосфері. Наявність атмосфери напланеті обумовлює ряд складних екзогенних процесів (вивітрювання гірськихпорід, діяльність повітряних мас і природних вод тощо). Для деяких організмів(бактерії, літаючі комахи, птахи та інші) атмосфера є основним середовищемжиття.
Забрудненість —це несприятливі зміни стану атмосферного повітря, цілком або частково викликанідіяльністю людини, які безпосередньо або опосередковано змінюють розподіленергії, що надходить, рівні радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери іумови існування живих організмів. Ступінь змін і масштаби наслідків залежать,по-перше, від інтенсивності й характеру самого забруднення, по-друге, стійкості атмосферногоповітря до антропогенного навантаження. [1].
Проте, ще з екстенсивним розвитком народного господарства швидкимитемпами зростали антропогенні викиди в атмосферу. Ще 60 років тому масштаби цихвикидів були на декілька порядків меншими від їх природних надходжень ватмосферу. Тому існуючі в природі механізми утримання рівноваги та стабільностіхарактеристик атмосфери істотно не порушувались. Однак за останні десятиріччямасштаби техногенних викидів наблизилися до їх природних надходжень або навітьперевищують їх. Крім того, відбуваються якісні зміни: в атмосферу викидаєтьсяще більша кількість речовин, яких там раніше не було або було в дуже малихкількостях. Тому в атмосфері не встигають сформуватися механізми очищення відних.
Атмосфернеповітря характеризується певним чином неоднорідністю своїх складових, і завждизазнає впливу оточуючого середовища в цілому. Добре відомо, що лише відноснопостійними складовими атмосфери є азот (N2) – 78%, кисень (О2)– 21%. Але інший відсотковий склад відповідним чином містить в більшій чи меншіймірі певні газові компоненти, різноманітні забруднюючі речовини, домішки,аерозолі та інше. Слід відзначити основні особливості забруднюючих речовин і їхкласифікацію:
1). Основні(критерійні) забруднювачі атмосфери — СО, SO2 оксиди азоту,вуглеводні, тверді частинки.
2). Поліциклічніароматичні вуглеводні (ПАВ)
3). Слідиелементів (в основному метали)
4). Постійні гази(СО2, фтоpхлоpметани і ін.)
5). Пестициди
6). Абразивнітверді частинки (кварц, азбест і ін.)
7). Різноманітнізабруднювачі, що надають багатобічну дію на організм (нітроза міни, озоносульфати,нітрати, кетон, альдегіди та інші.)
За походженнямвсі джерела забруднення атмосфери поділяють на природні та антропогенні. Доприродних джерел забруднення атмосфери відносять виверження вулканів, лісовіпожежі, поверхні вивітрювання, також в деяких аспектах сюди відносяться космічнийпил, сонячне та космічне випромінювання тощо. Серед основних джерелантропогенного забруднення особливу увагу слід приділяти викидам промисловихпідприємств та енергетичних систем та багато інших факторів.
Всі забруднювачіатмосферного повітря об*єднують в дві основні групи: — матеріальні таенергетичні.
В свою чергу,матеріальні забруднювальні атмосферу речовини поділяють на хімічно інертні(нетоксичні) та хімічно активні (токсичні). Токсичними називають такіінгредієнти, які при перевищенні певних граничнодопустимих концентрацій (ГДК)спричиняють загибель живих істот або пригнічують їхню життєдіяльність, в томучислі впливають на здоров*я людей. Нетоксичними є такі інгредієнти, якінеобхідні для розвитку живих організмів або вони не впливають на їхнюжиттєдіяльність у межах певних концентрацій, що характерна для природногоскладу атмосферного повітря. Значне відхилення від меж природних концентраційнетоксичних інгредієнтів може надавати негативного впливу на живі організми.
Забруднювальніатмосферу речовини класифікують на основі характеру впливу на живі організми.Виділяють п*ять основних груп забруднювальних речовин :
— загальносоматичні, які при певній кількісній дії можуть викликати отруєннявсього організму, наприклад, оксид Карбону, пари Меркурію, неорганічні сполукиПлюмбуму, тощо;
— подразнювальні,які викликають подразнення дихальних шляхів та слизових оболонок, наприклад,оксиди Сульфуру та Нітрогену, озон, хлор, тощо;
— алергени абосенсибілізуючі, тобто хімічно інертні речовини, які здатні викликати алергії ташкіряні захворювання типу екзем, наприклад, нетоксичний пил, квітковий пилок,тощо;
— канцерогенні, яківикликають появу злоякісних пухлин, наприклад, бенз(а)пірен, азбест, сполукиХрому, радон, тощо;
— мутагенні, яківикликають небажані мутації в живих організмах.
Відповідним чиномці всі фактори класифікуються на категорії по небезпечності.
В основізабруднення повітря, певним чином, наявні різні хімічні речовини.
Оксиди азотуутворюються переважно при високотемпературній фіксації азоту і кисню в силовихустановках і двигунах внутрішнього згорання. Оксид азоту утворюється приелектричних розрядах в атмосфері і присутній у відпрацьованих газахавтомобілів. Діоксид сірки утворюється при згоранні палива з високим вмістомсірки ( нафта, кам'яне вугілля).
Джерелами емісіїцього токсичного газу є стаціонарні джерела горіння, наприклад СДЗ (85%-95%),промислові об’єкти (5-10%), двигуни внутрішнього згорання (2-7%).
Діоксид сіpки відносять до головних інайбільш важливим забруднювачам повітря, небезпечним для тварин і рослин, щобере участь в утворенні фотохімічного смогу. Загальна емісія діоксиду сірки ватмосферу складає 8-10 т в рік тобто значно перевершує надходження в атмосферубільшості інших токсичних хімічних речовин, і постійно зростає пpопоpційнозростанню споживання енергії.[2]
Чадний газ — найбільш небезпечний і надзвичайно розповсюджений з газоподібних забруднювачівповітря, токсичність якого обумовлена реакцією з гемоглобіном крові. УтворенняСО відбувається при неповному згоранні різного палива. Природним джерелом СО єлісові пожежі і фотохімічне перетворення органічних сполук в атмосфері. Близько25% СО антропогенного походження. Значна кількість чадного газу надходить ватмосферу міст і промислових регіонів з відпрацьованими газами автотранспорту.
Тверді частинки,що містяться в атмосфері, є пилом, піском, золою, сажею, вулканічний пил іаерозолі органічної (високомолекулярні сполуки) і неорганічної природи. Частотоксичність твердих частинок обумовлена адсорбцією на їх поверхні такихнебезпечних сполук, як ПАВ або нітpозаміни.
Фотоксидантиутворюються в атмосфері при взаємодії реакцієздатних вуглеводнів і оксидівазоту під дією УФ — радіації. Зрештою утворюються високотоксичні речовини:пеpоксіацетилнітpат і ін.
Оксиданти забруднюютьповітряний басейн більшості крупних міст світу, оскільки їх утворення пов'язанез розвитком промисловості і автотранспорту.
Наступна групазабруднювачів — поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) — можуть бути якпервинними, так і вторинними забруднювачами атмосфери і зазвичай адсорбуютьсяна твердих частинках. Багато які з ПАВ відрізняється вираженою канцерогенною,мутагенною і тератогенною дією і представляє серйозну загрозу для людини.Основним джерелом емісії ПАВ є ТЕЦ, що працюють на нафті або кам'яному вугіллі,а також підприємства нафтохімічної промисловості.
З декількохмільйонів відомих сполук лише близько 6000 перевірені на канцерогеннуактивність. В даний час встановлено, що 1500 хімічних сполук, що є потенційнимизабруднювачами атмосфери, володіють вираженими канцерогенними властивостями.
Вміст ПАВ і іншихканцерогенних речовин, що потрапляють в атмосферу з викидами промисловихпідприємств, складає в великих індустріальних містах близько 80% від загальногозабруднення навколишнього середовища.
Кількості слідівхімічних елементів представлені в атмосфері такими високотоксичнимизабруднювачами, як миш'як, берилій, кадмій, свинець, магній і хром. Вонизазвичай присутні в повітрі у вигляді неорганічних солей, адсорбованих натвердих частинках.
Близько 60металів ідентифіковано в продуктах згорання вугілля. У димових газах ТЕЦвиявлені ртуть, миш'як, барій, берилій, вісмут, бром, кадмій, хлор, кобальт,мідь, залізо, фтор, свинець, марганець, сурма молібден, нікель, селен, телур, хром,вольфрам, талій, олово, титан, уран, ванадій, цинк і цирконій.
Для більшостіперерахованих елементів їх викид в атмосферу з димовими газами ТЕЦ складає відабсолютного рівня забруднення повітря всіма джерелами емісії цих елементів. Прицьому максимальна кількість забруднювачів потрапляє в атмосферу при спалюваннівугілля. Hа частку цього джерела доводиться більше 95% твердих частинок, 85%оксидів сірки, 70% оксидів азоту і більше 90% слідів елементів від загальноїкількості викидів для всіх ТЕЦ, що працюють на вугіллі, нафті і газі.
Скупчуючись ватмосфері, забруднювачі взаємодіють один з одним, гідролізуються і окислюютьсяпід дією вологи і кисню повітря, а також змінюють свій склад під впливомрадіації. Внаслідок цього тривалість перебування забруднюючих домішок ватмосфері тісно пов'язана з їх хімічними властивостями. Велика тривалістьперебування в повітрі малоактивних сполук наступної групи токсичності — постійнихгазів (фреони і діоксид вуглецю). З пестицидів, які зазвичай розпилюють злітаків, особливо токсичні фосфорорганічні пестициди, при яких в атмосферіутворюються продукти ще токсичніші, ніж початкові сполуки. [3]
2. ОСОБЛИВОСТІ ТА ОЦІНКА СТУПЕНЮ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ
Оцінка стану повітряного басейну, перш за все, включає визначення потенційної небезпеки його забруднення залежно від природно-кліматичних чинників конкретної території міста або району, що визначають здатність атмосфери розсіювати і адсорбувати шкідливі домішки. Це залежить від характеру турбулентного обміну і швидкості вітру, наявності туманів, рельєфу місцевості й інших чинників. Несприятливий характер розсіювання шкідливих речовин спостерігається, зокрема, при настанні температурних інверсій. Інверсії є таким станом атмосфери, при якому температура в приземному шарі повітря росте, а не падає, як це буває в звичайних умовах. При цьому нижня менш нагріта поверхня інверсійного шару унаслідок більшої щільності, грає роль екрану, від якого факел забруднюючих речовин відбивається до землі і розповсюджується на великі відстані.
Значне підвищення рівня забруднення повітряного басейну, як правило, спостерігається при застоюваннях повітря (поєднання слабких вітрів з приземними інверсіями температури) і штилях (низькі швидкості вітру в градації від 0 до 1 м/с). Такі метеорологічні умови характерні, наприклад, для районів гірських долин, де має місце скупчення щільнішого і холоднішого повітря в приземному шарі, часто спостерігається висока стійкість стану повітряних мас. У разі розташування в долинах промислових підприємств з шкідливими викидами, створюються небезпечні умови забруднення атмосфери. Позитивну роль в очищенні атмосфери грають інтенсивне перемішування повітряних мас, яке може складатися на тлі підвищених швидкостей вітру і інших чинників, а також осідання, що забезпечують вимивання домішок з атмосфери. [4]
Поєднання метеорологічних параметрів, що зумовлюють той або інший рівень забруднення повітряного басейну (концентрації домішок в приземному шарі повітря) для джерел з фіксованими параметрами викидів прийнято характеризувати величиною так званого «потенціалу забруднення повітря» (ПЗП).
В процесі оцінки забруднення повітряного басейну міста визначаються: основні джерела шкідливих викидів в повітряний басейн (промислові і енергетичні об'єкти, автотранспорт) і їх характеристики; райони міста з рівнем забруднення атмосферного повітря понад нормативний; соціально-економічна оцінка рівня забруднення атмосфери.
Для характеристики основних джерел шкідливих викидів в повітряний басейн за даними інвентаризації (форми статистичної звітності «2ТП-воздух») визначається кількісний і якісний склад шкідливих викидів, розраховується річний валовий викид всіх шкідливих речовин промисловими, енергетичними і транспортними джерелами в цілому по місту, дається ретроспективний аналіз викидів за 5-10 років. Оцінка забруднення атмосферного повітря міста і його окремих районів базується на розрахункових методах визначення концентрації шкідливих речовин і їх з'єднань в приземному шарі атмосферного повітря і встановленні ареалів їх розповсюдження на території, прилеглій до джерел викидів.
При оцінці забруднення атмосфери на розрахунковий термін враховуються не тільки кількість шкідливих речовин, що викидаються, при існуючих об'ємах промислового виробництва, але і передбачуване зростання його потужностей і об'ємів, можливі варіанти очищення, дані про зміну соціально-економічних показників і інфраструктури міста або району. Останніми роками широко використовуються уніфіковані програми розрахунку забруднення атмосфери (УПРЗА), наприклад програми типу «ефір», які дозволяють описати внесок в забруднення до 1000 і більш за джерела забруднення.
Результати забруднення повітряного басейну, отриманим на ЕОМ, є ізолінії рівних концентрацій окремих речовин або груп. Шляхом графічного поєднання схем розподілу концентрацій окремих речовин або груп на території міста складається підсумкова карта районування міських територій по забрудненню повітряного басейну. Такі карти виконуються на опорній схемі міста в масштабі 1:25000. На карті виділяють території з наднормативним рівнем забруднення, а також показують місця розташування основних джерел шкідливих викидів.[5]
Рівні забруднення повітряного басейну в ході проведення розрахунків можуть бути описані або в натуральних показниках — концентраціях шкідливих речовин (мг/м3), або в нормованих показниках, що характеризують кратність перевищення ГДК. Оскільки на окремих ділянках території міста концентрації шкідливих речовин можуть у декілька разів перевищувати нормативи ГДК, вводять додаткову оцінку забруднення по ступенях небезпеки для здоров'я населення. Використовується умовний індекс «Р», що характеризує ступінь небезпеки забруднення для одного компоненту або для суми шкідливих речовин з урахуванням кратності перевищення ГДК і класу небезпеки речовини.
ГДК — такі концентрації, які на людину і її потомство, не чинять прямої або непрямої дії, не погіршують працездатність, самопочуття, а також санітарно-побутових умов життя людей. Узагальнення всієї інформації по ГДК, що отримується всіма відомствами, здійснюється в ГГО — Головній Геофізичній Обсерваторії. Щоб за наслідками спостережень визначити значення повітря, зміряні значення концентрацій порівнюють з максимальною разовою гранично допустимою концентрацією і визначають число випадків, коли були перевищені ГДК, а також в скільки разів найбільше значення було вище за ГДК. Середнє значення концентрації за місяць або за рік порівнюється з ГДК тривалої дії — середньостійкої ГДК. Стан забруднення повітря декількома речовинами, спостережувані в атмосфері міста, оцінюється за допомогою комплексного показника — індексу забруднення атмосфери (ІЗА). Для цього нормовані на відповідні значення ГДК і середні концентрації різних речовин за допомогою нескладних розрахунків приводять до величини концентрацій сірчистого ангідриду, а потім підсумовують.
Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами знаходиться в прямій залежності від промислового розвитку міста. Найбільші максимальні концентрації характерні для міст з чисельністю населення більше 500 тис. жителів. Забруднення повітря специфічними речовинами залежить від виду промисловості, розвиненої в місті. Якщо в крупному місті розміщені підприємства декількох галузей промисловості, то створюється дуже високий рівень забруднення повітря, проте проблема зниження викидів багатьох специфічних речовин до цих пір залишається невирішеною.
Результатом оцінки може з'явитися виділення на території міста зон з «допустимим», «слабким», «помірним» і «сильним» рівнем забрудненням.
При визначенні чинників, обумовлюючих той або інший стан атмосферного повітря, приймаються до уваги особливості планування і забудови міста в цілому і його окремих елементів (орієнтація і профілі вулиць, що формують аераційний режим на міській території, вплив відкритих, забудованих і таких, що озеленюють просторів на характер руху і турбулентний режим повітряних потоків і ін.).[6]
Випробування атмосферного повітря повинне здійснюватися ускладі досліджень на стаціонарних, маршрутних і пересувних постахспостереження. Методики вимірювання ступенязабрудненості повітря, перелік забруднюючих компонентів і значення їх ГДК дляповітря селітерної і виробничої зон приведені до відповідних нормативних иметодичних документів.
Забруднення атмосферного повітря може оцінюватися як заданими інструментальних вимірів (або відбору проб для подальших лабораторниханалізів) в житловій забудові населених місць, на промислових майданчиках, намежі СЗЗ і в повітрі робочої зони виробничих ділянок підприємств, так і зарозрахунковими даними для найсприятливіших і найбільш вірогідних умов зурахуванням показників фонового забруднення атмосфери на сучасних комп'ютернихмоделях.
3. СУТЬ МЕТОДІВ ОЧИСТКИ ПРОМИСЛОВИХГАЗОВИХ ВИКИДІВ
В даний часрозроблено і випробувано в промисловості велика кількість різних методівочищення газів від технічних забруднень: NOx, SO2, H2S,NH3, оксиду вуглецю, різних органічних і неорганічних речовин. [8]
Опишемо ціосновні методи і вкажемо їх переваги і недоліки.
3.1 Абсорбційний метод
Абсорбція єпроцесом розчинення газоподібного компоненту в рідкому розчиннику. Системиабсорбції розділяють на водні і неводні. У другому випадку застосовуютьзазвичай малолетючі органічні рідини. Рідину використовують для абсорбціїтільки один раз або ж проводять її регенерацію, виділяючи забруднювач в чистомувигляді. Схеми з одноразовим використанням поглинача застосовують в тихвипадках, коли абсорбція приводить безпосередньо до отримання готового продуктуабо напівпродукту. Як приклади можна назвати:
· отриманнямінеральних кислот (абсорбція SO3 у виробництві сірчаної кислоти,абсорбція оксидів азоту у виробництві азотної кислоти);
· отриманнясолей (абсорбція оксидів азоту лужними розчинами з отриманням нітрит-нітратнихлугів, абсорбція водними розчинами винищити або вапняку з отриманням сульфатукальцію);
· іншихречовин (абсорбція NH4 водою для отримання аміачної води і ін.).
Схеми збагатократним використанням поглинача (циклічні процеси) поширені ширше. Їхзастосовують для уловлювання вуглеводнів, очищення від SO2 димовихгазів ТЕС, очищення вентгазів від сірководню залізно-содовим методом зотриманням елементарної сірки, моноетаноламінового очищення газів від CO2в азотній промисловості.
Залежно відспособу створення поверхні зіткнення фаз розрізняють поверхневі, барботажні ірозпилюючі апарати абсорбції.
У першій групіапаратів поверхнею контакту між фазами є дзеркало рідини або поверхня текучоїплівки рідини. Сюди ж відносять абсорбенти насадок, в яких рідина стікає поповерхні завантаженої в них насадки з тіл різної форми.
У другій групіабсорбентів поверхня контакту збільшується завдяки розподілу потоків газу врідину у вигляді бульбашок і струменів. Барботаж здійснюють шляхом пропусканнягазу через заповнений рідиною апарат або в апаратах колонного типу з тарілкамирізної форми.
У третій групіповерхня контакту створюється шляхом розпилювання рідини в масі газу. Поверхняконтакту і ефективність процесу в цілому визначається дисперсністю розпиленої рідини.
Найбільшогопоширення набули насадки (поверхневі) і барботажні тарілчасті абсорбери. Дляефективного застосування водних середовищ абсорбції компонент, що видаляється,повинен добре розчинятися в середовищі абсорбції і часто хімічно взаємодіяти зводою, як, наприклад, при очищенні газів від HCl, HF, NH3, NO2.Для абсорбції газів з меншою розчинністю (SO2, H2S)використовують лужні розчини на основі NAOH або Ca(OH)2. Добавкихімічних реагентів у багатьох випадках збільшують ефективність абсорбціїзавдяки протіканню хімічних реакцій в плівці. Для очищення газів відвуглеводнів цей метод на практиці використовують значно рідше, що обумовлене,перш за все, високою вартістю абсорбентів. Загальними недоліками методівабсорбції є утворення рідинних стоків і громіздкість апаратурного оформлення.[8].
3.2 Адсорбційнийметод
Адсорбційнийметод є одним з найпоширеніших засобів захисту повітряного басейну відзабруднень. Основними промисловими адсорбентами є активоване вугілля, складніоксиди і імпрегновані сорбенти. Активованевугілля (АВ) нейтральне по відношенню до полярних і неполярних молекуладсорбованих з'єднань. Воно менш селективне, чим багато інших сорбентів, і єодним з небагатьох, придатних для роботи у вологих газових потоках. Активованевугілля використовують, зокрема, для очищення газів від речовин з неприємнимзапахом, рекуперації розчинників і т.д.
Оксидніадсорбенти (ОА) володіють вищоюселективністю по відношенню до полярних молекул через власний неодноріднийрозподіл електричного потенціалу. Їх недоліком є зниження ефективності уприсутності вологи. До класу ОА відносять силікагелі, синтетичні цеоліти, оксидалюмінію.
Можна виділитинаступні основні способи здійснення процесів адсорбційного очищення:
· Післяадсорбції проводять десорбцію і витягують уловлені компоненти для повторноговикористання. У такий спосіб уловлюють різні розчинники, сірковуглець увиробництві штучних волокон і ряд інших домішок.
· Післяадсорбції приміси не утилізовують, а піддають термічному або каталітичному допалюванню.Цей спосіб застосовують для очищення газів хіміко-фармацевтичних і лакофарбовихпідприємств, харчової промисловості і ряду інших виробництв. Даний різновидадсорбційного очищення економічно виправданий при низьких концентраціяхзабруднюючих речовин і (або) багатокомпонентних забруднювачів.
· Післяочищення адсорбент не регенерують, а піддають, наприклад, похованню абоспалюванню разом з міцно хемосорбційним забруднювачем. Цей спосіб придатний привикористанні дешевих адсорбентів.
Для десорбціїдомішок використовують нагрівання адсорбенту, вакуумування, продування інертнимгазом, витіснення домішок більш речовиною, що легко адсорбується, наприклад,водяною парою. Останнім часом особливу увагу приділяють десорбції домішокшляхом вакуумування, при цьому їх часто вдається легко утилізувати.
Для проведенняпроцесів адсорбції розроблена різноманітна апаратура. Найбільш поширеніадсорбери з нерухомим шаром гранульованого або стільникового адсорбенту.Безперервність процесів адсорбції і регенерації адсорбенту забезпечуєтьсязастосуванням апаратів з киплячим шаром.
Останніми рокамивсе більш широке застосування отримують волокнисті сорбційно-активні матеріали.Мало відрізняючись від гранульованих адсорбентів по своїх характеристикахмісткостей, вони значно перевершують їх по ряду інших показників. Наприклад, їхвідрізняє вища хімічна і термічна стійкість, однорідність пористої структури,значний об'єм мікропор і вищий коефіцієнт вагопередачі (у 10-100 разів більше,ніж у сорбційних матеріалів). Установки, в яких використовуються волокнистіматеріали, займають значно меншу площу. Маса адсорбенту при використанніволокнистих матеріалів менша, ніж при використанні АУ в 15-100 разів, а масаапарату в 10 разів. Опір шару не перевищує при цьому 100 Па.
Підвищити техніко-економічніпоказники існуючих процесів вдається також шляхом оптимальної організаціїстадії десорбції, наприклад, за рахунок програмованого підйому температури.
Слід зазначити,що ефективність очищення на активованому вугіллі стільникової (комірчастою) структури,володіє покращеними гідравлічними характеристиками. Такі сорбенти можуть бутиотримані нанесенням певних композицій з порошком АУ на спінену синтетичну смолуабо спінюванням суміші заданого складу, що містить АУ, а також випалюваннямнаповнювача з суміші, що включає АУ разом з тим, що пов'язує.
Ще одним напрямомудосконалення адсорбційних методів очищення є розробка нових модифікаційадсорбентів – силікагелей і цеолітів, що володіють підвищеною термічною імеханічною міцністю. Проте гідрофільність цих адсорбентів утрудняє їхзастосування.[11].
Найбільшогопоширення набули адсорбційні методи витягання з газів, що відходили,розчинників, зокрема хлорорганічних. Це пов'язано з високою ефективністюпроцесу очищення газів (95-99%), відсутністю хімічних реакцій утвореннявторинних забруднювачів, швидкою окуповуваністю установок (зазвичай 2-3 року)рекуперацій, завдяки повторному використанню розчинників і тривалим (до 10років) терміном служби. Ведуться активні роботи по адсорбційному витяганню згазів оксидів сірки і азоту.
Адсорбційніметоди є одним з найпоширеніших в промисловості способів очищення газів. Їхзастосування дозволяє повернути у виробництво ряд цінних з'єднань. Приконцентраціях домішок в газах більше 2-5 мг/м2, очищення виявляєтьсянавіть рентабельним. Основний недолік адсорбційного методу полягає у великійенергоємності стадій десорбції і подальшого розділення, що значно ускладнюєйого застосування для багатокомпонентних сумішей.
3.3 Термічнедопалювання
Допалювання єметод знешкодження газів шляхом термічного окислення різних шкідливих речовин,головним чином органічних, в практично нешкідливих або менш шкідливих,переважно СО2 і Н2О. Звичайні температури допалювання длябільшості з'єднань лежать в інтервалі 750-1200 °C. Застосування термічнихметодів допалювання дозволяє досягти 99%-ого очищення газів.
При розглядіможливості і доцільності термічного знешкодження необхідно враховувати характерпродуктів горіння, що утворюються. Продукти спалювання газів, що містятьз'єднання сірки, галогенів, фосфору можуть перевершувати по токсичностіпочатковий газовий викид. В цьому випадку необхідне додаткове очищення.Термічне допалювання є вельми ефективним при знешкодженні газів, що містятьтоксичні сполуки у вигляді твердих включень органічного походження (сажа,частинки вуглецю, деревного пилу і т.д.).
Найважливішимичинниками, що визначають доцільність термічного знешкодження, є витрати енергії(палива) для забезпечення високих температур в зоні реакції, калорійністьзнешкоджуваних домішок, можливість попереднього підігріву газів, що очищаються.Підвищення концентрації допалюваних домішок веде до значного зниження витратипалива. В окремих випадках процес може протікати в автотермічному режимі, тобторобочий режим підтримується тільки за рахунок тепла реакції глибокого окисленняшкідливих домішок і попереднього підігріву початкової суміші знешкоджуванимигазами, що відходять.
Принциповутрудність при використанні термічного допалювання створює утворення вториннихзабруднювачів, таких як оксиди азоту, хлор, SO2 і ін. [8].
Термічні методишироко застосовуються для очищення відхідних газів, від токсичних горючихз'єднань. Розроблені останніми роками установки допалювання відрізняютьсякомпактністю і низькими енерговитратами. Застосування термічних методівефективне для допалювання пилу багатокомпонентних і запилених газів, щовідходять.
3.4Термокаталітичні методи
Каталітичніметоди газоочистки відрізняються універсальністю. З їх допомогою можназвільняти гази від оксидів сірки і азоту, різних органічних сполук, монооксидувуглецю і інших токсичних домішок. Каталітичні методи дозволяють перетворюватишкідливі домішки в нешкідливі, менш шкідливі і навіть корисні. Вони даютьможливість переробляти багатокомпонентні гази з малими початковими концентраціямишкідливих домішок, добиватися високих ступенів очищення, вести процесбезперервно, уникати утворення вторинних забруднювачів. Застосуваннякаталітичних методів найчастіше обмежується трудністю пошуку і виготовленняпридатних для тривалої експлуатації і достатньо дешевих каталізаторів.Гетерогенно-каталітичне перетворення газоподібних домішок здійснюють вреакторі, завантаженому твердим каталізатором у вигляді пористих гранул,кілець, кульок або блоків із структурою, близькою до стільникової. Хімічне перетвореннявідбувається на розвиненій внутрішній поверхні каталізаторів, що досягає 1000 м2/г.
В якостіефективних каталізаторів, що знаходять застосування на практиці, служать самірізні речовини – від мінералів, які використовуються майже без всякої попередньоїобробки, і простих масивних металів до складних з'єднань заданого складу ібудови. Зазвичай каталітичну активність проявляють тверді речовини з іоннимиабо металевими зв'язками, що володіють сильними міжатомними полями. Одна зосновних вимог, що пред'являються до каталізатора, — стійкість його структури вумовах реакції. Наприклад, метали не повинні в процесі реакції перетворюватисяна неактивні з'єднання. [8]
Сучаснікаталізатори знешкодження характеризуються високою активністю і селективністю,механічною міцністю і стійкістю до дії отрут і температур. Промисловікаталізатори, що виготовляються у вигляді кілець і блоків стільниковоїструктури, володіють малим гідродинамічним опором і високою зовнішньою питомоюповерхнею.
Найбільшогопоширення набули каталітичні методи знешкодження газів, що відходили, внерухомому шарі каталізатора. Можна виділити два принципово різних методуздійснення процесу газоочистки — в стаціонарному і в штучно створюваномунестаціонарному режимах.
1. Стаціонарнийметод.
Прийнятні дляпрактики швидкості хімічних реакцій досягаються на більшості дешевихпромислових каталізаторів при температурі 200-600 °C. Після попередньогоочищення від пилу (до 20 мг/м3) і різних каталітичних отрут (As,Cl2і ін.), гази зазвичай мають значно нижчу температуру.
Підігрів газів донеобхідних температур можна здійснювати за рахунок введення гарячих димовихгазів або за допомогою електропідігрівача. Після проходження шару каталізатораочищені гази викидаються в атмосферу, що вимагає значних енерговитрат. Добитисязниження енерговитрат можна, якщо тепло відхідних газів, використовувати длянагрівання газів, що поступають в очищення. Для нагріву слугують зазвичайрекуперативні трубчасті теплообмінники.
За певних умов,коли концентрація горючих домішок в газах, що відходять, перевищує 4-5 г/м3,здійснення процесу по схемі з теплообмінником дозволяє обійтися без додатковихвитрат.
Такі апаратиможуть ефективно працювати тільки при постійних концентраціях (витратах) абопри використанні довершених систем автоматичного управління процесом.
Ці труднощівдається подолати, проводячи газоочистку в нестаціонарному режимі.
2. Нестаціонарнийметод ( реверс-процес).
Реверс-процеспередбачає періодична зміна напрямів фільтрації газової суміші в шарікаталізатора за допомогою спеціальних клапанів. Процес проходить наступнимчином. Шар каталізатора заздалегідь нагрівають до температури, при якійкаталітичний процес протікає з високою швидкістю. Після цього в апарат подаютьочищений газ з низькою температурою, при якій швидкість хімічного перетвореннянадто мала. Від прямого контакту з твердим матеріалом газ нагрівається, і вшарі каталізатора починає з помітною швидкістю йти каталітична реакція. Шартвердого матеріалу (каталізатора), віддаючи тепло газу, поступово охолоджуєтьсядо температури, рівній температурі газу на вході. Оскільки в ході реакціївиділяється тепло, температура в шарі може перевищувати температуру початковогорозігрівання. У реакторі формується теплова хвиля, яка переміщається у напряміфільтрації реакційної суміші, тобто у напрямі виходу з шару. Періодичнеперемикання напряму подачі газу на протилежне дозволяє утримати теплову хвилю вмежах шару як завгодно довго.
Перевага цьогометоду в стійкості роботи при коливаннях концентрацій горючих сумішей і відсутністьтеплообмінників.
Основним напрямомрозвитку термокаталітичних методів є створення дешевих каталізаторів, що ефективно працюють принизьких температурах і стійких до різних отрут, а також розробкаенергозберігаючих технологічних процесів з малими капітальними витратами наустаткування. Найбільш масове застосування термокаталітичні методи знаходятьпри очищенні газів від оксидів азоту, знешкодженні і утилізації різноманітнихсірчистих сполук, знешкодження органічних сполук і СО.
Для концентраційнижче 1 г/м2 і великих об'ємів газів, що очищаються, використання термокаталітичного методу вимагає високих енерговитрат, а також великоїкількості каталізатора.
3.5 Озонні методи
Озонні методизастосовують для знешкодження димових газів від SO2(NOx) і дезодоруваньгазових викидів промислових підприємств. Введення озону прискорює реакціїокислення NO до NO2 і SO2 до SO3. Післяутворення NO2 і SO3 в димові гази вводять аміак івиділяють суміш комплексних добрив, що утворилися (сульфату і нітрату амонію).Час контакту газу з озоном, необхідне для очищення від SO2 (80-90%)і NOx (70-80%) складає 0,4 – 0,9 сек. Енерговитрати на очищення газів озонним методом оцінюють в 4-4,5% відеквівалентної потужності енергоблоку, що є, мабуть, основною причиною,стримуючою промислове застосування даного методу.
Застосуванняозону для дезодорування газових викидів засноване на окислювальному розкладанніречовин з неприємним запахом. У одній групі методів озон вводять безпосередньов гази, що очищаються, в іншій гази промивають заздалегідь озонованою водою.Застосовують також подальше пропускання озонованого газу через шар активованоговугілля або падаючого на каталізатор. При введенніозону і подальшому пропусканні газу через каталізатор температура перетвореннятаких речовин як аміни, ацетальдегід, сірководень і ін. знижується до 60-80 °C.Як каталізатор використовують як Pt/Al2O3, так і оксидиміді, кобальту, заліза на носієві. Основне застосування озонні методи дезодорування знаходять приочищенні газів, які виділяються при переробці сировини тваринного походження нам’ясо- (жиро-) комбінатах і в побуті.
3.6 Біохімічніметоди
Біохімічні методиочищення засновані на здатності мікроорганізмів руйнувати і перетворювати різніз'єднання. Розкладання речовин відбувається під дією ферментів, що виробляютьсямікроорганізмами в середовищі газів, що очищаються. При частій зміні складугазу мікроорганізми не встигають адаптуватися для вироблення нових ферментів, іступінь руйнування шкідливих домішок стає неповним. Тому біохімічні системи понадусе придатні для очищення газів постійного складу. [8]
Біохімічнугазоочистку проводять або в біофільтрах, або в біоскруберах. У біофільтрах газ,що очищається, пропускають через шар насадки, зрошуваний водою, яка створюєвологість, достатню для підтримки життєдіяльності мікроорганізмів. Поверхнянасадки покрита біологічно активною біоплівкою (БП) з мікроорганізмів.
Мікроорганізми БПв процесі своєї життєдіяльності поглинають і руйнують речовини, що містяться вгазовому середовищі, внаслідок чого відбувається зростання їх маси.Ефективність очищення значною мірою визначається масопереносом з газової фази вБП і рівномірним розподілом газу в шарі насадки. Такого роду фільтривикористовують, наприклад, для дезодорування повітря. Газовий потік, що в цьомувипадку очищається, фільтрується в умовах прямотоку із зрошуваною рідиною, щомістить живильні речовини. Після фільтру рідина поступає у відстійники і далізнов подається на зрошування.
В даний часбіофільтри використовують для очищення газів, що відходять, від аміаку, фенолу,крезолу, формальдегіду, органічних розчинників фарбувальних і сушильних ліній,сірководню, метилмеркаптану й інших сіркоорганічних сполук.
До недоліківбіохімічних методів слід віднести:
· низькушвидкість біохімічних реакцій, що збільшує габарити устаткування;
· специфічність(високу вибірковість) штамів мікроорганізмів, що утрудняє переробкубагатокомпонентних сумішей;
· трудомісткістьпереробки сумішей змінного складу.
Плазмохімічніметоди.
Плазмохімічнийметод заснований на пропусканні через високовольтний розряд повітряної сумішізі шкідливими домішками. Використовують, як правило, озонатори на основібар'єрних, коронних або ковзаючих розрядів, або імпульсні високочастотнірозряди на електрофільтрах, що проходять низькотемпературну плазму повітря здомішками та бомбардується електронами і іонами. В результаті, в газовомусередовищі утворюється атомарний кисень, озон, гідроксильні групи, збудженімолекули і атоми, які і беруть участь в плазмохімічних реакціях з шкідливимидомішками. Основні напрями по застосуванню даного методу йдуть по видаленню SO2,NOx і органічних сполук. Використання аміаку, при нейтралізації SO2і NOx, дає на виході після реактора порошкоподібні добрива (NH) 2SO4 і NH4NH3,які фільтруються.
Недоліком даногометоду є:
· недостатньоповне розкладання шкідливих речовин до води і вуглекислого газу, у разіокислення органічних компонентів, при прийнятних енергіях розряду
· наявністьзалишкового озону, який необхідно розкладати термічно або каталітично
· істотназалежність від концентрації порошку при використанні озонаторів іззастосуванням бар'єрного розряду.
3.7 Плазмокаталітичний метод
Це досить новийспосіб очищення, який використовує два відомі методи, – плазмохімічний ікаталітичний. Установки, що працюють на основі цього методу, складаються з двохступенів. Перша – це плазмохімічний реактор (озонатор), друга — каталітичнийреактор. Газоподібні забруднювачі, проходячи зону високовольтного розряду вгазорозрядних осередках і взаємодіючи з продуктами електросинтезу, руйнуються іпереходять в нешкідливі з'єднання, аж до CO2 і H2O.Глибина конверсії (очищення) залежить від величини питомої енергії, щовиділяється в зоні реакції. Після плазмохімічного реактора повітря піддаєтьсяфінішному тонкому очищенню в каталітичному реакторі. Синтезований в газовомурозряді плазмохімічного реактора озон потрапляє на каталізатор, де відразурозпадається на активний атомарний і молекулярний кисень. Залишки забруднюючихречовин (активні радикали, збуджені атоми і молекули), не знищені вплазмохімічному реакторі, руйнуються на каталізаторі завдяки глибокомуокисненню киснем.
Перевагою цьогометоду є використання каталітичних реакцій при температурах, нижчих (40-100°C), ніж при термокаталітичному методі, що призводить до збільшення термінуслужби каталізаторів, а також до менших енерговитрат (при концентраціяхшкідливих речовин до 0,5 г/м3).
Недоліками даногометоду є:
· великазалежність від концентрації порошку, необхідність попереднього очищення доконцентрації 3-5 мг/м,
· привеликих концентраціях шкідливих речовин(понад 1 г/м3) вартістьустаткування і експлуатаційні витрати перевищують відповідні витрати порівняноз термокаталітичним методом.
Зараз широковивчається і розвивається фотокаталітичний метод окислення органічних сполук. Восновному при цьому використовуються каталізатори на основі TiO2,які опромінюються ультрафіолетом. Відомі побутові очищувачі повітря японськоїфірми «Daikin», що використовують цей метод. Недоліком методу єзасмічення каталізатора продуктами реакції. Для вирішення цього завданнявикористовують введення в суміш, що очищається, озону, проте дана технологіязастосовується для обмеженого складу органічних сполук і при невеликихконцентраціях.
4. АПАРАТИ ДЛЯ ЗНЕШКОДЖЕННЯ ПРОМИСЛОВИХГАЗОВИХ ВИКИДІВ
Для очищення промислових газових викидів від шкідливихгазоподібних компонентів можна використовувати різні процеси: абсорбцію,адсорбцію, хімічне перетворення шкідливих газоподібних компонентів нанешкідливі сполуки.
Абсорбція є процесом поглинання пари або газів рідкимпоглиначем. Абсорбція відноситься до масообмінних процесів. В даному випадкумаса передається від газу до рідкого поглинача. При очищенні промисловихвикидів підбирають поглинач, що абсорбує небажані в газах один або декількакомпонентів.
Адсорбція — процес поглинання газу поверхнею твердої пористоїречовини. Цей процес також відноситься до масообмінних. Підбором адсорбенту, щопоглинає шкідливі газоподібні компоненти, можна досягти високого ступеняочищення газів.
Хімічне перетворення шкідливих газоподібних компонентів нанешкідливе з'єднання проводиться або відновленням, або (частіше) окисленням,причому як окислювач зрештою переважно застосовується кисень повітря, інодіхлор й інші речовини. [9]4.1Апарати для абсорбції газових викидів
Для поглинання газоподібних домішок слугують, як правило,водні розчини хімікатів, використовуваних в циклі виробництва, в деякихвипадках — чиста вода, а іноді інші поглиначі.
Вибір поглинача у кожному конкретному випадку визначаєтьсявластивостями по відношенню до компоненту, що абсорбується, і в основному — умовами рівноваги компоненту над поглиначем. Остаточно поглинач вибирають післярішення питання рекуперації уловленого компоненту і регенерації поглинача.
1. Поверхнева (плівкова) абсорбція. Поверхнею розділу фаз є або дзеркалорідини, або поверхня поточної плівки рідини. Ця плівка утворюється на різногороду насадках (трубках, пластинах, кільцях, сідлоподібних тілах, на механічнорухомих лопатях та ін.).
2. Барботажна абсорбція. Поверхня розділу фаз утворюється підчас руху газу крізь рідину. Газ вдувається в шар рідини за допомогою різнихпристроїв, з яких найбільш простий, — трубка з відкритим кінцем, занурена врідину. Промислові барботажні абсорбери забезпеченіперфорованими трубами для подачі газу, перфорованими днищами (тарілками), підякі подається газ.
3. Краплинна абсорбція. Поверхня розділу фаз утворюєтьсярозпилюванням рідини в рухомому газі на дрібні краплі (різного родурозпилювачами, або розбризкуванням з шару рідини механічними пристосуваннями).
Кожному виду абсорбції відповідають певні апарати, які у своючергу діляться по конструкції або типу дії. Проте існує маса прикладів, колиодин і той же апарат залежно від режиму може бути віднесений до різних видівсистем абсорбції. Найбільш наочним прикладом може служити абсорбер насадки,який залежно від режиму може працювати і як плівковий і як барботажний. [10]
4.1.1 Поверхневі (плівкові) абсорбери
До цього класу відносяться абсорбери поверхневі, плівкові інасадки.
Прикладом колосального поверхневого абсорбера можуть служитиводні басейни, що поглинають газові компоненти повітря. Поверхнею масообміну вповерхневих абсорберах слугує дзеркало рідини. Інтенсивність масопередачі при поверхневій абсорбції мала,тому в даний час апарати, засновані на поверхневій абсорбції, застосовуютьсярідко.
Плівкова абсорбція протікає в тонкій плівці рідини, рухомоїпо твердій інертній поверхні. Найчастіше перебіг рідини відбувається під дієюсили тяжіння і плівка утворюється на вертикальних поверхнях.
Відомо три типи плівкових абсорберів: трубчасті (рідина увигляді плівки стікає по внутрішній поверхні труб); з листовоюплоскопаралельною насадкою і з висхідним рухом плівки.
Трубчасті плівкові абсорбери є вертикальними кожухотрубчастимитеплообмінниками (Рис. 4.1, а).
/>
а — трубчастий; б — з листовою насадкою;
в — одноступінчаті з висхідним рухом плівки
Рисунок 4.1 — Плівкові абсорбери
По внутрішній поверхні труб зверху стікає поглинач, газрухається від низу до верху. У міжтрубний простір подається охолоджуючий абонагрітий агент для підтримки необхідної температури при абсорбції.
Необхідна умова нормальної роботи трубчастих абсорберів — рівномірний розподіл рідини по трубах, для чого необхідна ретельна установкаапарату по вертикалі. Для подачі рідини на внутрішню поверхню трубвикористовують спеціальні пристосування.
Абсорбери з листовою насадкою (Рис. 4.1, б) представляють колону, в якійвертикально закріплена листова насадка із сталі, асбоцементних плит, дерева, пластмас,тканини. Листи можуть бути суцільними гладкими, перфорованими, гофрованимивпоперек і вздовж. Необхідна умова нормальної роботи абсорберів цього типу — ретельна установка пластин і рівномірний розподіл рідини.
Абсорбери трубчасті і з листовою насадкою можуть працювати якпри прямотоку, так і при протитечії.Швидкість газів у вільному перетині підтримується в межах 2-3 м/с. Рідинастікає по насадці під дією сили тяжіння.
Абсорбери з висхідним рухом плівки так само, як і трубчасті, виконуєтьсяу вигляді кожухотрубчастих теплообмінників і складаються з пучка труб,закріплених в трубних дисках (Рис. 4.1, в).
Принцип дії цих апаратів полягає в тому, що газ, рухаючисьвід низу до верху з великою швидкістю (від 10 до 40 м/с), захоплює рідку плівкувгору. Рідина поступає через щілини в трубах. При виході з трубок рідинавідділяється у верхній частині апарату, використовуваній як сепаратор.
4.1.2 Насадочні абсорбери
Вони являють собою колони, заповнені насадкою з тіл різноїформи. Рідина в основному у вигляді плівки стікає під дією сили тяжіння поповерхні насадки і стикається з газом, рухомим від низу до верху (протитечія)або, рідше, зверху вниз (прямоток). Основна відмінністьабсорберів насадок від розглянутих раніше плівкових полягає в тому, що приперетіканні рідини з одного елементу насадки на інший, плівка рідинипорушується і на нижче лежачому елементі утворюється нова плівка. У плівковихже абсорберах, як правило, плівка постійна по всій висоті апарату. [10]
Насадка підтримується решіткою з великим живим перетином.Зрошуюча рідина подається на насадку спеціальним зрошувальним пристроєм. Надшаром насадки часто передбачається пристрій сепаратора для запобігання бризковіднесення.
Як насадка, найчастіше використовуються хордова (з дерев'янихдошок, поставлених на ребро, із зазорами для проходу газу) і кільця Рашига.Такі кільця невеликих розмірів (діаметром до 50 мм) укріплюють в навалювання, авеликі (діаметром від 50 мм і вище) укладають рядами в так звану«регуляторну насадку».
Окрім цих насадок, часто зустрічаються ще насадки з металевихсіток, спіралей, стружки. За кордоном застосовується сідлоподібна керамічнанасадка (з сідел «Берля» і пристроїв "Інталокс").
Зрошувальні пристрої повинні забезпечувати рівномірнийрозподіл рідини по поперечному перетину колони. Рідина може подаватисяструменями і краплями.
Із зрошувачів, що подають рідину у вигляді струменів,найчастіше застосовують: дірчасті труби, дірчасті (розподільні) плити,розподільні жолоби, «павуки», бризкалки, сегнерові колеса.
До розбризкуючих зрошувачів, що подають рідину у виглядікрапель, відносяться тарілчасті і багатоконусні зрошувачі, а такожрозбризкувачі, що обертаються.
Рідина стікає по насадці у вигляді плівки, а також частковопровалюється у вигляді крапель і струменів. Газ рухається по звивистих каналах,утворених порожнечами між тілами насадок. Гідродинаміка руху рідини і газу вабсорберах насадок так само як і в плівкових, визначає значення коефіцієнтівмасовіддачі.
4.1.3 Барботажні абсорбери
Барботажні абсорбери підрозділяються на три основні групи: зсуцільним барботажним шаром; із ступінчастим контактом тарілчастого типу; змеханічним перемішуванням рідини.
Абсорбери з суцільним барботажним шаром. Конструкція простого абсорбера цьоготипу показана на рис.( 4.2.)
/>
Рисунок 4.2 — Абсорбер з суцільним барботажним шаром
У апаратах цього типу спостерігається перемішування рідини повисоті і рушійна сила по висоті апарату практично однакова. Тому при високихкоефіцієнтах масопередачі і розвиненій поверхніконтакту фаз ефективність апарату низька і мало залежить від висоти шару піни.Підвищення ефективності спостерігається при зростанні висоти барботажного шару тільки до 50 мм.
Абсорбери із ступінчастим контактом. Такі абсорбери мають в одному корпусідекілька тарілок, розташованих один над одним. На кожній тарілці утворюється барботажний шар і таким чином здійснюється ступінчастий контакт.
Тарілки можна підрозділити на три основні типи:
1. Перехресного типу; у них напрями руху газу і рідиниперехрещуються. Ці тарілки мають спеціальні переливні пристрої для проходурідини з однієї тарілки на іншу.
2. Провального типу, в яких переливні пристрої відсутні, агаз і рідина одночасно проходять через одні і ті ж отвори. На кожній тарілціконтакт газу і рідини відбувається по схемі повного перемішування рідини.
3. З однонапрямленимрухом газу і рідини (прямоточні). Такі тарілки маютьспеціальні отвори, що додають газу направлений рух. Газ виходить з отворів унапрямі руху рідини по тарілці; це сприяє руху рідини і зменшує подовжнєперемішування рідини. Тарілки описаного типу зазвичай мають переливні пристрої,але існують і конструкції без переливів.
Підвищена швидкість газу сприяє інтенсифікації процесу ізменшенню габариту апарату, проте дуже висока швидкість призводить добризковідносу. Відстані між тарілками, а отже, габарит апарату при підвищенихшвидкостях доводиться збільшувати.
Число тарілок визначають після розрахунку коефіцієнта масопередачі і числа одиниць перенесення натарілку. Визначити число тарілок можна графічно або аналітично.
4.1.4 Розпилюючі абсорбери
Масопередача в них відбувається при русі крапель в потоцігазу. Поверхня контакту фаз утворюється внаслідок розпилювання рідини накраплі. Розпилюючі абсорбери можна підрозділити на порожнисті, швидкісні,прямоточні і механічні. [10]
Підвищення швидкості газів призводить до віднесення крапельпоглинача. Швидкісні прямоточні розпилюючі абсорбери працюють при швидкостігазу від 20 м/с і вище, причому вся рідина несеться з газом і відділяється вспеціальному сепараторі. Основний апарат цієї групи — абсорбер Вентурі і йогомодифікації.
Абсорбер розпилюючого типу (APT) представляє одну абодекілька горловини Вентурі без дифузорів. Рідина розпилюється потоком газу накраплі, які, пройшовши реакційний об'єм, відділяються в сепараторові. Швидкістьгазу в горловині APT підтримується приблизно 30 м/с, гідравлічний опір черезвідсутність дифузора зазвичай вище, ніж у TAB при тих же режимах.
Безфорсунковий абсорбер Вентурі дозволяє обходитися безнасоса для подачі рідини на зрошування. Газ всмоктується в зазор між краєм конфузора і поверхнею рідини, захоплюючирідину в апарат.
Ударно-розпилюючий абсорбер є колоною з трубами Вентурі,оснащеними внутрішніми перегородками. Такий абсорбер є апаратом із ступінчастимконтактом з протитечією газу і рідини по ступенях.
Струменевий газопромивач ефективно застосовується як абсорбер. Він займає проміжне положення міжпорожнистими і швидкісними прямоточними розпилюючими абсорберами. Поінтенсивності процесу він ближче до швидкісних прямоточних абсорберів, а за принципом організації зрошування(форсунка) — до порожнистих.4.2Апарати для адсорбції газових викидів
Поглинаюча здатність компоненту поверхневим шаром твердогопоглинача – адсорбенту, обумовлена неоднаковим перебуванням молекул речовини наповерхні і всередині адсорбенту. Неврівноваженість молекул на поверхніадсорбенту створює надлишок вільної енергії, що зменшується при адсорбціїрізних речовин.
Розрізняється адсорбція фізична і активована. При фізичнійадсорбції речовина на поверхні утримується молекулярними силами або силамиВандер-Ваальса. Фізична адсорбція відрізняється великою швидкістю,екзотермічністю, оборотністю, неспецифічністю.[10]
При активованій адсорбції на поверхні адсорбенту утворюєтьсятак зване поверхневе з'єднання з компонентом, що поглинається. Молекуликомпоненту впроваджуються в кристалічну решітку адсорбенту, утворюючи завждитільки один шар. Активована адсорбція відрізняється: невеликою швидкістю,великою екзотермічністю (на рівні хімічної реакції), в більшості випадківбезповоротністю, специфічністю. Для початку активованої адсорбції необхіднаактивація (підвищення температури, опромінювання і т. д.), а для підвищенняшвидкості — висока температура.
Швидку адсорбцію з одночасним протіканням хімічної реакції наповерхні і утворенням нової хімічної сполуки називають хемосорбцією.
При адсорбції пари, в порах крупніших розмірівспостерігається конденсація, що називається капілярною.
Характеристика адсорбентів.
Активність адсорбентів характеризується кількістю речовини,що поглинається одиницею маси, або об'ємом адсорбенту, і виражається увідсотках.
Розрізняють активність:
а) рівноважну статичну;
б) максимальну, таку, що досягається в умовах рівноваги припостійній температурі і концентрації компоненту в газі;
в) динамічну, визначувану як час, протягом якого при данихконцентраціях, температурі і швидкості газу після шару адсорбенту з'являєтьсянепоглинений компонент, тобто спостерігається явище «проскакування».
Найбільш поширені адсорбенти: активне вугілля, силікагель,алюмогель, цеоліти, мінеральні адсорбенти.
Активація є обробкою, що збільшує адсорбуючу поверхню і щозвільняє пори від сторонніх речовин. Адсорбційна питома поверхня активноговугілля складає від 600 до 1700 м2 на 1 г адсорбенту.
Вугілля володіє здатністю поглинати пари органічних рідин, водий інші речовини. Застосовується активне вугілля у вигляді зерен розміром від 1до 7 мм.
Існують декілька марок вугілля, переважних для тієї або іншоїмети. Вугілля мазкі АР застосовують для поглинання органічних газів і пари.Вугілля мазкі АГ, АР і СКТ застосовують для адсорбціїнизькомолекулярних газоподібних компонентів.
Силікагель — продукт зневодненого гелюкремнієвої кислоти. Обезводнення проводять сушкою при температурі 100-150° С довологості 5-7%. При цій вологості силікагель найбільш активний. Залежно відметоду обробки виходять дрібнопористі, середньопористі і великопористі сортисилікагелю (відповідно діаметром пір 20-30; 40-70 і 90-200А).
Розмір зерен силікагелю коливається від 0,2 до 7 мм, формазерен близька до кульової. Силікагель поглинає вологу, активність, що зменшуєйого. Він застосовується для поглинання органічних речовин і газів, вологи приосушенні газів і т.д.
Алюмогель виходить при термічній обробці гідрату оксидуалюмінію. Середній діаметр пір 10-20А. Застосовується для осушення газу, атакож у ряді спеціальних випадків (хроматографії, каталізі).
Цеоліти — мінерали, що є водними алюмосилікатами натрію або кальцію. Вода цеолітів дуже рухома, легко віддаляється принагріванні і легко поглинається.
Цеоліти характерні малими розмірами пор (діаметром 3-5 А). Утакі пори можуть проникати тільки дрібні молекули, для великих вони непрохідні,тому цеоліти називають «молекулярнимиситами».
Цеоліти володіють великою статичною і динамічною активністюпри поглинанні води. На цеолітах можна проводити селективнуадсорбцію, виходячи з розмірів молекул різних речовин.
Адсорбери. Розрізняються адсорбери періодичної і безперервної дії.
Адсорбери періодичної дії працюють по циклу: адсорбція — десорбція (регенерація), як це видно на (рис. 4.3).
/>
1 — адсорбер; 2 — центральна труба для подачі парогазуватої суміші в адсорбер; 3 — колосники; 4- колосникові грати; 5 — завантажувальний люк; 6 — люки для вивантаженнявугілля і гравію; 7 — опорне кільце; 8 — патрубок кришки, сполучений зцентральною трубою; 9 — барботер для подачі пари;
10, 11 — патрубки для манометра і запобіжного клапана; 12, 13- штуцера для відведення пари з адсорбера при десорбції і виходу повітря,звільненого від пари, що поглинається; 14 — гільза термометра; 15 — відбійник;
16 — штуцер, заглушений свинцевою мембраною;
17 — збірка для конденсату пари; 18, 19 — штуцера длявідведення конденсату і подачі води
Рисунок 4.3 — Схемаадсорбера періодичної дії
Адсорбер має зверху трубу для введення пароповітряної суміші. Між циліндровою частиноюадсорбера і днищем приварені колосники, на які покладена розбірна чавуннаколосникова решітка; на неї кладуть або дві металеві сітки, або поміщають шаргравію з розмірами шматків від 5 до 50 мм. При укладанні гравію безпосередньона решітку поміщають шар кусків найбільших розмірів, в подальших шарах кускипоступово зменшуються. Загальна висота шару гравію біля 100 мм. На гравійзанурюють адсорбент і зверху покривають металевою сіткою. В апаратах великогодіаметру металева сітка, що лежить на шарі вугілля, притримується зверхувантажем (зазвичай чавунними відливами). Іноді між шарами гравію і вугіллямтакож кладуть металеву сітку. Гравій і вугілля завантажують вручну череззавантажувальні люки на кришці адсорбера. На рівні колосникової решіткирозташовані люки для вивантаження гравію і вугілля. Пару подають в адсорберзнизу через патрубок в барботер, розташований кільцем в сферичному днищі. [10]
Адсорбційні установки безперервної дії бувають з рухомимпоглиначем і з нерухомим його шаром.
Адсорбційна установка з рухомим поглиначем складається задсорбера і виносного або вбудованого десорбера, через які здійснюєтьсяциркуляція адсорбенту за допомогою газу або механічних пристроїв (підйомників).
Адсорбер безперервної дії є колоною, в якій зверху вниз піддією сили тяжіння рухається адсорбент. Він проходить зони охолоджування(холодильник), поглинання, нагріву і десорбції (Рис. 4.4).
/>
I — зона абсорбції; II — зона підігріву; III — зонадесорбції; 1, 2, 11 — штуцери; 3 — холодильник; 4, 5 — труби; 6 — сепаратор; 7- газодувка; у — труба; 9 — приймач; 10 — теплообмінник; 12 — регуляторвитрати; 13 — гідрозатвір; 14 — труба для подачі адсорбенту вгору
Рисунок 4.4 — Адсорбційна установка безперервної дії
Початкова суміш потрапляє в адсорбційну колону через штуцер 1і проходить через першу зону в протитечію адсорбенту, що рухається вниз.Основну частину не поглиненого в першій зоні газу видаляють з колони черезштуцер 2, інша частина йде по трубах холодильника 3 в протитечію, що охолоджуєтьсятут вугіллям. У холодильнику 3 газ також адсорбується вугіллям. Одну частинунепоглиненого в холодильнику газу видаляють з колони по трубі 4 (верхнійпродукт), інша йде в трубу 5 і прямує потім в сепаратор для відділення від захоплених потоком частинокадсорбенту. Після сепаратора газ газодувкою по трубі 8 подають в нижню частину приймача 9. Після другоїзони (нагріву) в третій, десорбції, адсорбент обробляється гострою парою ідодатково підігрівається, проходячи по трубах теплообмінника. Основна частинапродуктів десорбції видаляється з колони через штуцер 11. З підігрівача черезрегулятор 12 витрати і гідро затвору 13, адсорбент потрапляє в приймач 9,звідки струмом газу, що поступає по трубі 8, підіймається по трубі 14 у верхнючастину адсорбційної колони.
Адсорбери з шаром адсорбенту (рис.4.5) бувають періодичної ібезперервної дії.
/>
1 — обичайка; 2 — люк для завантаження адсорбенту; 3 — сітка;
4 — труба для входу газу
Рисунок 4.5 — Адсорбер з псевдозрідженим шаром
Конструкція адсорбера має просту будову. Обичайка має люк 2,через який поглинач завантажують на гофровану сітку 3. Газ, що очищається, подаютьв адсорбер по трубі 4. Проходячи через отвори сітки 3, газ підтримує поглинач впсевдозрідженому стані. Габарит адсорбера з псевдозрідженим шаром поглиначавтричі менше габариту адсорбера з нерухомим шаром. Опір адсорбера зпсевдозрідженим шаром поглинача в 5 разів менше, ніж у разі нерухомого шару.Витрата металу менше в 2,5 рази, а витрата електроенергії — в 5 разів.
4.3 Установкитермічного методу знешкодження газоподібних відходів
Для знешкодженнягазових промислових викидів використовують термічні методи прямого ікаталітичного спалювання. Метод прямого спалювання застосовують длязнешкодження промислових газів, що містять органічні домішки, що легкоокислюються, наприклад пари вуглеводнів. Продуктами згорання вуглеводнів єдіоксид вуглецю і вода, а органічних сульфідів — діоксид сірки і вода. [11]
Гази спалюють наустановках з відкритим факелом або в печах різних конструкцій. Пряме спалюванняздійснюють при температурі 700—800 °С з використанням газоподібного або рідкогопалива. Для спалювання необхідний надлишок кисню на 10—15% більшестехіометричної кількості. Якщо теплота згорання вуглеводнів перевищує теплотуреакції на 1,9 МДж/м, то гази спалюють у факелі. Щоб полум'я факела було таким,що не коптить, додають воду у вигляді пари. В цьому випадку відбуваєтьсяреакція водяної пари з вуглеводнями, що супроводжується утворенням водню іоксиду вуглецю. Кількість пари залежно від концентрації вуглеводнів коливаєтьсявід 0,05 до 0,33 мг/кг.
Якщо концентраціягорючих газів мала і тепла, що виділяється, недостатньо для реакції згорання,то гази заздалегідь підігрівають. [11]
Такі допалювачізастосовують в тих випадках, коли концентрація кисню в спалюваних газах мала(
Простішим єдопалювач, що має камеру згорання і насадку з вогнетривких матеріалів. Часперебування газу в камері 0,05 з, температура 800—1000 °С, що дозволяє досягтивисоких ступенів окислення вуглеводнів. Гази, що виходять з камери згорання,або викидаються в атмосферу, або пропускаються через теплообмінник длярекуперації тепла.
Для знешкодженнярідких відходів використовують:
1) концентраціюстічних вод з подальшим виділенням розчинених речовин;
2) окисленняорганічних речовин у присутності каталізатора при атмосферному або підвищеномутиску;
3) рідиннофазнеокислення органічних речовин;
4) вогнянийметод;
5) виділеннярозчинених речовин.
ВИСНОВКИ
Отже, слідвідзначити, що атмосферне повітря певним чином завжди може мати непостійнийвідсотковий склад, зазнаючи впливу на нього факторів навколишнього середовища,зокрема різного типу забрудників, а в даному конкретному випадку – промисловихгазових викидів. В роботі, певним чином, було розглянуто методи процесуочищення повітря, на основі представлених різного типу процесів, а такождекілька представлених апаратів стосовно функціонування їх по знешкодженнюпромислових газових викидів, пріоритети і шляхи застосування цих апаратів.Певним чином, типи забруднювачів окласифіковано: за походженням, за основнимигрупами, за агрегатним станом, за станом аерозольних частинок, за характеромвпливу на живі організми.В роботі були представлені основні методи стосовноочистки промислових газових викидів, і було розглянуто ряд мегодів:абсорбційний, адсорбційний, каталітичний, термічне допалювання, озонні методи,біохімічні, плазмокаталітичні., термокаталітичні. Стосовно методів, булипредставлені апарати, такі як: абсорбційні, адсорбційні апарати, їх переваги йнедоліки, їх різновиди. Тут методами вирішення проблеми постають технології іапаратне забезпечення підприємств промисловості, методика найоптимальнішого інайефективнішого виявлення і локалізації різних типів забруднюючих повітряречовин, промислових газових викидів і безпосереднього практичного застосуванняцих процесів.
В майбутньому,пріоритетно якісним буде відзначатись подальше вдосконалення очисних систем іапаратів, винайдення і застосування більш нових і сучасних методів, з якомогаменшою собівартістю і максимальною ефективністю в сфері газоочистки.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. БерляндЛ.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1992– 272 с., ил., 22 см.
2. ЖицькаЛ.І., Босецька М.П. Аналіз формування складу атмосферного повітря// Раціональневикористання природних ресурсів: Тези доп. 2-ї Між. наук. конф. – Черкаси, 2003– с. 13-14.
3. СухаревС.М., Чундак С.Ю., Сухарева О.Ю. — Основи екології та охорони довкілля.Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів.—К.: Центрнавчальної літератури, 2006. – 394 с.
4. ШейкінаО.Ю. Екологічні аспекти забруднення атмосферного повітря// Забруднення:екологічні аспекти. – К, 2007. – груд. (№12). С. 32-33.
5. КурикН.В. Экология воздушнойсреды – основа здоровья человека// Женское здоровье. – 2002 — №3-4 с. 28-30.
6. Морачова В.И.Проблемы организации государственного санитарного надзора в крупномпромышленном центре в современных условиях// Довкілля та здоров’я. – 2003. — №3 – с. 46-48.
7. Токсичнівідходи та поводження з ними// Довкілля Черкащини: — Черкаси, 2003. – с.83-100.
8. http: // www.air-cleaning.ru/d_method_rev.php
9. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологическихпроцессов защиты биосферы от промышленных выбросов/Родионов А. И., Кузнецов Ю.П., Зенков В. В., Соловьев Г. С. Учебное пособие для вузов. — М., Химия, 1985.– 352 с., ил.
10. http: // www.air-protection.ru/uog/5_hi.htm
11. http: // www.uberemmusor.ru/index.php?page=content&subpage.