Расчет системы вентиляции окрасочного цеха

Если результатирующая сил притяжения направлена внутрь данной фазы, то особое состояние на поверхности проявляется в способности притягивать молекулы другой фазы, находящейся в контакте с этим слоем. Молекулы поглощающего вещества, сорбируясь, частично насыщают поверхность сорбента и уменьшают ее свободную энергию.

Основными промышленными  адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален  по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.

Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам  в силу собственного неоднородного  распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности  в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические  цеолиты, оксид алюминия.

Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования, при этом их часто удается легко утилизировать.

Для проведения процессов  адсорбции разработана разнообразная  аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем  гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции  и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим  слоем.

В последние годы все более  широкое применение получают волокнистые  сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь  от гранулированных адсорбентов  по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят  их по ряду других показателей.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Например, их отличает более высокая  химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий  коэффициент массопередачи (в 10-100 раз больше, чем у сорбционных материалов). Установки, в которых используются волокнистые материалы, занимают значительно меньшую площадь. Масса адсорбента при использовании волокнистых материалов меньше, чем при использовании АУ в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление слоя не превышает при этом 100 Па.

Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки  является разработка новых модификаций  адсорбентов – силикагелей и  цеолитов, обладающих повышенной термической  и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение.

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки  газов. Их применение позволяет вернуть  в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в  газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается  даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается  в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его  применение для многокомпонентных  смесей.

1.5.3. Термическое дожигание.

Дожигание представляет собой  метод обезвреживания газов путем  термического окисления различных  вредных веществ, главным образом  органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно  СО₂ и Н₂О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200^о C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

При рассмотрении возможности  и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения..

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут  превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).

Важнейшими факторами, определяющими  целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых  примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение  концентрации дожигаемых примесей ведет  к значительному снижению расхода  топлива. В отдельных случаях  процесс может протекать в  автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

Принципиальную трудность  при использовании термического дожигания создает образование  вторичных загрязнителей, таких  как оксиды азота, хлор, SO₂ и др.

Термические методы широко применяются для очистки отходящих  газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

1.5.4. Термокаталитические методы.

Каталитические методы газоочистки  отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных  органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

   Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 м²/г.

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной  обработки, и простых массивных  металлов до сложных соединений заданного  состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными  полями. Одно из основных требований, предъявляемых  к катализатору - устойчивость его  структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции  превращаться в неактивные соединения.

Наибольшее распространение  получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном  слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных  метода осуществления процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.

1. Стационарный  метод.

Приемлемые для практики скорости химических реакций достигаются  на большинстве дешевых промышленных катализаторов при температуре 200-600^о C. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/м³) и различных каталитических ядов (As,Cl₂ и др.), газы обычно имеют значительно более низкую температуру.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

   Подогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих в очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

2. Нестационарный  метод ( реверс-процесс).

Реверс-процесс предусматривает  периодическое изменение направлений  фильтрации газовой смеси в слое катализатора с помощью специальных  клапанов. Процесс протекает следующим образом. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. После этого в аппарат подают очищенный газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается, и в слое катализатора начинает с заметной скоростью идти каталитическая реакция. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакции выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т.е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удержать тепловую волну в пределах слоя как угодно долго.

Преимущество этого метода в устойчивости работы при колебаниях концентраций горючих смесей и отсутствие теплообменников.

1.5.5. Озонные методы.

Озонные методы применяют  для обезвреживания дымовых газов  от SO₂(NO_x) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий. Введение озона ускоряет реакции окисление NO до NO₂ и SO₂ до SO₃. После образования NO₂ и SO₃ в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония).

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Время контакта газа с озоном, необходимое  для очистки от SO₂ (80-90%) и NO_x (70-80%)составляет 0,4 – 0,9 сек. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4-4,5% от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.

Применение озона для  дезодорации газовых выбросов основано на окислительном разложении дурно  пахнущих веществ. В одной группе методов озон вводят непосредственно  в очищаемые газы, в другой газы промывают предварительно озонированной  водой. Применяют также последующее  пропускание озонированного газа через  слой активированного угля или подачуего на катализатор. При вводе озона и последующем пропускании газа через катализатор температура превращения таких веществ как амины, ацетальдегид, сероводород и др.понижается до 60-80 &degC. В качестве катализатора используют как Pt/Al2O3, так и оксиды меди, кобальта, железа на носителе. Основное применение озонные методы дезодорации находят при очистке газов, которые выделяются при переработке сырья животного происхождения на мясо- (жиро-)комбинатах и в быту.

1.5.6. Биохимические методы.

Биохимические методы очистки  основаны на способности микроорганизмов  разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.

Биохимическую газоочистку  проводят либо в биофильтрах, либо в  биоскрубберах.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Микроорганизмы БП в процессе своей  жизнедеятельности поглощают и  разрушают содержащиеся в газовой  среде вещества, в результате чего происходит рост их массы. Эффективность  очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в  БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры  используют, например, для дезодорации  воздуха. В этом случае очищаемый  газовый поток фильтруется в  условиях прямотока с орошаемой  жидкостью, содержащей питательные  вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее  вновь подается на орошение.

В настоящее время биофильтры используют для очистки отходящих  газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных  и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.

К недостаткам биохимических  методов следует отнести:

• низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования;
• специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей;
• трудоемкость переработки смесей переменного состава.

1.5.7. Плазмохимические  методы.

Плазмохимический метод  основан на пропускании через  высоковольтный разряд воздушной смеси  с вредными примесями. Используют, как  правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды  на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные  группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного  метода идут по удалению SO₂, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO₂ и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)₂SO₄ и NH₄NО₃, которые фильтруются.

Недостатком данного метода являются:

• недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлимых энергиях разряда
• наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически
• существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

1.5.8. Плазмокаталитический метод

Это довольно новый способ очистки, который использует два  известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят  из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя  зону высоковольтного разряда в  газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются  и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO₂ и H₂O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций  при температурах, более низких (40-100^о), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м&sup3.).

Недостатками данного  метода являются:

• большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м³,
• при больших концентрациях вредных веществ(свыше 1 г/м³) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом

15.9. Фотокаталитический метод.

Сейчас широко изучается  и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе TiO₂, которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японской фирмы «Daikin», использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата