2 Разделяне на нееднородни диспесни системи Нееднородни системи



страница2/2
Дата20.10.2017
Размер389.58 Kb.
#32765
1   2

Центрофугиране
Центрофугирането е процес на разделяне на нееднородни системи (суспензии и емулсии) в течна среда с помощта на центробежни сили. То се осъществява в машини, наречени ц е н т р о ф у г и. Центробежното поле се създава във въртящ се ротор – барабан. Създаваните центробежни сили оказват много по-голямо влияние на разделяната суспензия, отколкото силите на тежестта или налягането при утаяването и филтруването. Затова цетрофугирането е много по-бърз и качествен начин за разделяне, отколкото другите два процеса.

Скоростта на разделянето на двете фази една от друга нараства забележимо, ако едновременно с гравитационната сила на частиците действа и центробежна сила. За да се получи този ефект, нееднородната система трябва по някакъв начин да се върти. Колкото по-голяма е центробежната сила спрямо силата на тежестта, толкова с по-голяма скорост се извършва центрофугирането спрямо обикновеното утаяване.

Движещата сила на процеса центрофугиране е центробежната сила Fц :

m . w2 където: m е масата на въртящата се частица;kg

Fц = --------- w ъгловата скорост на въртене, m/s

r r радиуса на въртене, m .

От уравнението се вижда, че по-тежките частици получават по-голяма центробежна сила. Увеличаването на центробежната сила може да бъде постигнато по-лесно чрез повишаване броя на оборотите на въртене, отколкото чрез радиуса на въртене.

При въртене с ъглова скорост w частиците, намиращи се на разстояние r от центъра на въртене, получават центробежно ускорение w2.r . То е много по-голямо от гравитационното ускорение g . Отношението между центробежното ускорение и ускорението на силите на тежестта се нарича фактор на разделяне :


w2 . r

Ф = ---------

g

Факторът на разделяне е безразмерна величина и е важен показател, характеризиращ работата на центрофугите. Колкото е по-голям този показател, толкова по-добра е разделящата способност на дадена центрофуга. Факторът на разделяне нараства с увеличаване на ъгловата скорост и намаляване радиуса на въртене.

Главната част на центрофугата е барабанът, който се върти с голяма скорост на вертикален или хоризонтален вал. Разделянето на суспензиите в центрофуги може да стане на принципа на утаяването (центробежно утаяване) или на принципа на филтруването (центробежно филтруване). По-често срещан е втория случай.

Съществуват следните видове центрофугиране :



1. Центробежно утаяване – утаяване на суспензии под действие на центробежна сила, възникваща в плътен барабан. След подаване на суспензията твърдата фаза под влияние на центробежните сили се отделя към стените на барабана, където образува слой утайка. Течната фаза заема средното пространство в барабана, откъдето се изтласква под действие на постъпващата суспензия. Това е оптимален метод за разделяне на фини суспензии;

2. Центробежно сепариране – разделяне на емулсии в центробежно поле, възникващо в плътен барабан. По принцип то представлява центробежно утаяване тъй като под действие на центробежните сили компонентите на емулсията се разделят на концентрични пръстени, като тези с по-голяма плътност се разполагат по-далеч от центъра. В практика този процес се нарича сепарация и има приложение в много отрасли на химическата промишленост (напр. за разделяне на нефтените емулсии). Разделените течни фази се отвеждат през тръби, при което центрофугата може да работи непрекъснато.

3. Центробежно филтруване – филтруване на суспензии под действие на центробежна сила, възникваща в перфориран барабан. Той е покрит най-често с филтруващо платно, което задържа твърдата фаза. Течната среда под действие на центробежните сили преминава през утайката и платното и се отделя навън през отворите на барабана. Това е оптимален метод за разделяне на концентрирани суспензии.

В центрофуги се разделят дисперсни системи с размер на частиците на дисперсната фаза от 10-2 м до 5.10-6 м. Центрофугите могат да бъдат класифицирани по различни признаци :

Според принципа на разделяне – утаителни, сепариращи и филтруващи;

Според технологичното предназначение – филтруващи, утаителни, избистрящи, разделящи и концентриращи;

Според фактора на разделяне – нормални (Ф < 3000) и свръхцентрофуги (Ф > 3000). Нормалните центрофуги се използват предимно за обработка на суспензии с едро-, средно- и дребнозърнеста твърда фаза. Барабаните им имат относително големи размери и по-често са филтруващи. Свръхцентрофугите (бързоходни) се използват за разделяне на фини и колоидни суспензии, емулсии и др. Барабаните им са плътни, с малък диаметър и се въртят с големи скорости. Най-често утайката се изважда ръчно.

Според организацията на процеса – с периодично и непрекъснато действие.

Според начина на изваждане на утайката – с ръчно, шнеково, ножово, греблово, инерционно, гравитационно, хидравлично разтоварване и разтоварване с пулсиращи бутала.

Утаителните центрофуги разделят труднофилтруеми суспензии (с обемна концентрация на твърдата фаза до 40% и размери на твърдите частици до 10µм) и трудноразделящи се емулсии. Техните барабани са с плътни стени. В зависимост от технологичното им предназначение те се делят на обезводняващи, избистрящи, концентриращи и сепариращи (за емулсии). Различават се по начина на изваждане на утайката. Тези центрофуги работят периодично, тъй като след известно време утайката се натрупва и запълва барабана, което налага спирането на центрофугата и почистване на барабана.


1-корпус;

2-барабан;

3-ребра с отвори;

4-суспензия;

5-конусен капак;

6-задвижване;

7-бистра течност;

8-тръбичка;

9-утайка.

Фиг.2.45. Схема на утаителна центрофуга с периодично действие


На фиг.2.45 е представена схема на утаителна центрофуга с периодично действие за отделяне на твърда фаза с ниска концентрация. Барабанът е плътен, задвижва се от електродвигател с ремъчна предавка. Под влияние на центробежните сили твърдата фаза се отделя на стената на барабана, а избистрената течност се отвежда през тръбичка 8, която се премества непрекъснато поради увеличаване дебелината на утайката. След запълване на барабана с утайка центрофугата се спира, повдига се конусния капак 5, почиства се и цикълът се повтаря. Радиалните ребра 3 с отвори не позволяват на суспензията да изостава от въртенето на цетрофугата, а също така изравняват нивото в целия барабан.

За разделяне на трайни емулсии и фини суспензии с ниска концентрация е необходимо въздействието на значителни центробежни сили, които се получават в свръхцентрофугите вследствие на големия брой обороти (до 45000 min-1 ). По този начин факторът на разделяне достига 15000. Установено е, че ако се увеличи броят на оборотите два пъти, като съществременно се намали два пъти радиусът се получава два пъти по-голяма ценробежна сила при запазване на напрежението на стените на барабана. Затова за по-добро разделяне свръхцентрофугите се правят с голям брой обороти, голяма височина и малък радиус. Познати са различни конструкции свръхцентрофуги, които могат да се обособят в две групи : тръбни свръхцентрофуги, които имат тръбен барабан и работят при 10000 – 45000 об/мин.; течностни сепаратори, които имат по-малка височина, по-голям радиус и работят при по-малки обороти – 5000 – 10000 об/мин.



Тръбната свръхцетрофуга (фиг.2.46) има барабан 2 във вид на тръба с малък диаметър(до 200 мм), който е поставен в кожух 1. По тръбата 4 суспензията постъпва в бързовъртящия се барабан. В него има поставени радиални лопатки 3, които не дават възможност на течността да се утаи по стените на барабана при неговото въртене. При движението си нагоре суспензията се разделя на пластове, като най-външният пласт от твърдите частици се отлага върху стените на барабана, а вътрешният слой е от течната фаза.

Фиг.2.46.Схема на тръбна

свръх центрофуга


1-кожух;

2-барабан(ротор);

3-радиални лопатки;

4-тръба за суспензията;

5 и 7-отвори за отвеждане на

разделените фази.



Тези свръх центрофуги се конструират с избистрящ барабан (за суспензии) и разделящ барабан (за емулсии). И двата типа барабани имат в горната част отвор за отвеждане на избистрената течност 5. При избистрящите барабани утайката се отлага по стените на барабана и се отделя ръчно. На разделящите барабани се прави и втори отвор 7 за отвеждане на тежката фракция, като същевременно се поставя сменяща се пръстеновидна диафрагма, която регулира нивото на тежката фракция.

Тази центрофуга има висока разделителна способност, тъй като развиват 10-35 пъти по-голяма центробежна сила от обикновените, имат компактна и херметична конструкция, но малка производителност. Използват се главно в нефтената и фармацефтичната индустрия за разделяне на суспензии с ниска концентрация и размер на частиците от порядъка на 10-6 м и устойчиви емулсии.

Течностните сепаратори служат главно за разделяне на емулсии и в по-редки случаи се използват за избистряне на фини суспензии. Най-голямо разпространение има многокамерният тарелков сепаратор(фиг.2.47), в който процесът на центрофугиране се ускорява чрез разделяне на течната система на тънки слоеве без да се увеличава скоростта им.




Емулсията постъпва по централна тръба 1 на дъното на барабана, в който има пакет от конични тарелки 2. След това навлиза през отворите на тарелките и се разпределя на тънки пластове между тях. Под действие на центробежната сила по-тежката течност се плъзга по тарелките надолу, събира се в периферията на барабана и се отвежда през отворите 3. Леката течност, обратно, се издига по тарелките нагоре към центъра и се отвежда през пръстеновидния канал 4. За да не изостава емулсията от въртящия се барабан, той е снабден с ребра 5, които увличат течностите.




Фиг.2.47. Схема на тарелков сепаратор
Тези центрофуги имат добра разделителна способност, голяма производителност, но сложно устройство и са скъпи. Използват се за разделяне на емулсии от нефт и вода, за очистване на смазочни масла, за обезмасляване на мляко, във фармацефтичната индустрия и др.

Филтруващите центрофуги представляват барабани с перфорирани стени, върху вътрешната страна на които се поставят дренажна мрежа и филтруваща тъкан. Действието на филтруващите центрофуги може да бъде както периодично така и непрекъснато. Работата на центрофугите с периодично действие се състои от няколко етапа: пускане, пълнене, центрофугиране, спиране и разтоварване. Барабанът се запълва при ниска честота на въртене. Под действие на центробежната сила възниква налягане на суспензията върху стените, при което течната фаза минава през филтруващата тъкан, попада в кожуха на центрофугата и оттам се отвежда навън. Утайката се изважда по време на движението или след спиране периодично (ръчно) или непрекъснато (с ножове или шнекове). В много производства утайката се промива и суши с пара. Тъй като утайката е подложена на свиване под действие на центробежната сила, за да се запази нейната проницаемост, на центрофугиране се подлагат само кристални и несвиваеми утайки. Филтруващите центрофуги могат да бъдат както висящи, така и стоящи.

Широко приложение са намерили висящите центрофуги. Висящата центрофуга с долно изпразване (фиг.2.48) има перфориран барабан 2, закачен за долния край на вала 3, свързан непосредствено с двигателя 6. Горният край на вала се върти в търкалящи се лагери, закрепени в опората на вала 5. Твърдата фаза се утаява върху стената на барабана. Филтратът минава през тъканта и отворите на стената. В дъното на барабана има пръстеновиден отвор. По време на работа той се затворя с подвижния конус 4, лягащ на ребрата 1. При изпразване (извършва се само когато цетрофугата е спряла) конусът 4 се повдига и утайката се избутва надолу ръчно.



Фиг.2.48. Схема на висяща центрофуга фиг.2.49. Схема на центрофуга с

1- ребра; 2-перфориран барабан;3-вал; непрекъснато действие

4-подвижен конус; 5-опора на вала;

6-електродвигател; 7-кожух.


При само изпразващите се центрофуги в долната част на ротора има конусно дъно с наклон на конусната стена, по-голям от наклона, при който утайката може да се задържа. Затова след като спре центрофугата, утайката сама се свлича надолу.

Висящите центрофуги се зареждат при ниска честота на въртене. При тях са допустими малки вибрации на ротора. Недостатък на всички периодично действуващи центрофуги са голямото спомагателно време, тежкия труд и т.н. В последно време те все повече се изместват от непрекъснато действуващи центрофуги.

Филтруващите центрофуги с непрекъснато действие почиват на два принципа: с центробежно изваждане на утайката и на изваждане на утайката с пулсиращо бутало. На фиг.2.49 е представена схема на непрекъснато действуваща центрофуга с центробежно изваждане на утайката. Барабанът 1 е коничен. Суспензията постъпва по тръбопровода 2 в основата на барабана. Твърдата фаза под действие на центробежните сили се издига нагоре и постъпва в улея 3. Филтратът минава през отворите на барабана и попада в кожуха, откъдето се отделя през щуцери 4 и 5. В кожуха на центрофугата 7 има хоризонтална преграда 8, която позволява филтратът да се раздели на две фракции – горна през щуцер 4 и долна през щуцер 5. Количеството на излизащата утайка се определя от диска 6, чието положение във вертикално направление може да се регулира.

Този тип центрофуги има просто устройство и голяма производителност. Пригодна е за центрофугиране на еднородна кристална утайка, например захарни разтвори с кристална маса.

Съвременните центрофуги са напълно автоматизирани и са снабдени с програмно устройство.


Контролни въпроси:
1.Какво представлява процесът центрофугиране?2.Какви видове центрофугиране познавате?3.Коя е движещата сила на центрофугирането и от какво зависи тя?4.Какво представлява т.нар. фактор на разделяне?5.Сепараторите са съоръжения за :а) центробежно утаяване на емулсии;б) центробежно филтруване на суспензии;в) центробежно разделяне на емулсии.6.Сравнете утаителните и филтруващи центрофуги.Посочете общото и различното между тях.7. Най-висока степен на разделяне на трайни суспензии и емулсии осигуряват :

а) вакуумфилтри; б) филтруващи центрофуги;

в) свръхцентрофуги; г) сератори.

Очистване на газове
В предприятията на химическата промишленост широко се използва очистване на въздуха и на промишлените газове. Очистването се прави с цел улавяне на ценни продукти, отделяне от газовете и от въздуха на вредни продукти, опазване на околната следа от замърсяване.

За очистване на газовете и въздуха се използват различни методи: утаяване(гравитационно, инерционно, центробежно и др.), филтруване, мокро очистване, електроочистване и др. За да се постигне висока степен на очистване на газа, понякога могат да се използват последователно различни методи.


Гравитационно и инерционно утаяване. Гравитационното очистване на газовете се подчинява на законите за утаяване в течна среда. Движеща сила на процеса се явява също разликата в плътността на частиците и газа (ρч – ρг). Тъй като ρг е много по-малка от тази на течността, тук скоростта на утаяване е много по-голяма от тази в течна среда. Това очистване се провежда в обезпрашителни камери. Схемата на такава камера е дадена на фиг.2.50. Разстоянието между полиците 2 е около 20-30 cm. Преградата 3 принуждава газа да промени посоката си, при което се получава допълнително очистване. Освен това тя изравнява хидравличните съпротивления във всички канали и способства за равномерното разпроделение на постъпващия газ между полиците. През люковете 4 се изгребва периодично утаения прах.

1-корпус;

2-полици;

3-преграда;

4-люкове;

5-щуцер за замърсения газ;

6-щуцер за очистения газ



Фиг.2.50 Схема на обезпрашителна камера


Наличието на много полици увеличава общата утаителна повърхност. Скоростта на газовия поток трябва да бъде по-ниска от скоростта на утаяване, за да не се отнасят частиците от газа.

Очиставането на газовете по този начин е евтин процес и изисква прости съоръжения. За сметка на това очистването е бавно, прахоуловителните камери са много обемисти. Прахоулавянето е възможно само за частици с размери, по-големи от 80-100 µm. Степента на очистване е около 30-40%. Този начин обикновено се използва за предварително, грубо очистване на газа от едри частици.


Инерционно унаяване е основано на инерционните сили, които възникват при рязко изменение на посоката и скростта на движение на газовата система. Това е специфичен метод за разделяне само на газови нееднородни системи. Твърдите частици поради по-голяма си маса и иниртност запазват посоката на движение и се отделят от дисперсната среда като се утаяват, а газа лесно променя посоката си и така се разделят. С помощта на прегради посоката може да се промени няколкократно за по-добро очистване. За ефективно улавяне на праха скоростта на газа преди преградата трябва да бъде около 5-15 m/s. Утаителите от този тип могат да работят както периодично, така и непрекъснато.

В инерционните прахоуловителни камери (фиг.2.51) се променя посоката и скоростта на газовия поток чрез прегради, разположени по различни начини, при което дисперсната фаза се отделя от дисперсната среда под действие на гравитационните сили. Инерционните камери с прегради имат просто устройство и са компактни, но при тях съществуват значителни хидравлични съпротивления и ерозия. Използват се главно за предварително грубо очистване и като капкоуловители в изпарителни апарати, кондензатори и скрубери.



1-вход на запрашения газ;

2-изход на очистения газ;

3-изход на праха.


Фиг.2.51. Схеми на инерционни камери


Утаителният газоход е камера с вертикални прегради, с които се удължава пътят на газа, а с това и ударите на частиците; убива се инерцията и се улеснява утаяването.
Центробежно утаяване. За ускоряване на утаяването на частиците се използва центробежна сила. Тя се създава в апарати, наречени циклони, затова методът за разделяне е известен като циклонен метод. За разлика от центрофугите циклоните са неподвижни, а газовият поток получава въртеливо движение. Това са специални съоръжения, без движещи се части, в които отделянето на твърдата фаза (или капките на едната фаза) се извършва под действие на центробежна сила, породена от естественото въртене на дисперсната система при движението и в тези апарати. Апаратите за разделяне на течни дисперсии се наричат хидроциклони, за да се различават от апаратите за разделяне на газови дисперсни системи, наричани просто циклони(фиг.2.52).


1-цилиндрично тяло;

2-конично дъно;

3-капак;

4-вход на запрашения газ;

5-прахосборник;

6-изходна вертикална тръба.


Фиг.2.52. Схема на циклон



Циклоните са центробежни прахоуловители за разделяне на газови нееднородни системи. Циклонът представлява апарат с цилиндрично тяло 1 и конично дъно 2, който има две тръби – странична 4 и вертикална 6. Запрашеният газ постъпва с много голяма скорост (10-15m/s) тангенциално през страничната тръба, попада в тясното пръстеновидно пространство между двете тръби и се завихря. При движението на системата по спирала към дъното на апарата под действието на центробежната сила, твърдите частици като по-тежки, отхвърчат към стените на циклона, свличат се по конусното дъно към прахосборник 5. След тяхното отделяне вихрите на очистения газ се свиват в по-малка възходяща спирала, която напуска апарата през вертикалната тръба в горната част на циклона.

Степента на очистване на газа от праха в циклона зависи от размерите на апарата, свойствата на праха, скоростта на въртящия се газов поток и др. С намаляване на радиуса на циклона значително се увеличава центробежната сила и скоростта на утаяването на частиците. На основата на тези зависимости са създадени конструкции батерийни циклони наречени още мултициклони. Те се състоят от няколко отделни циклони, може да са 100 и повече, с малък диаметър (20-30 см), които са включени успоредно и са поставени в общ корпус, снабден с прахов бункер. Батерийните циклони улавят ефективно (до 88-90%) частици с диаметър 5-10 μm.

Общи недостатъци на центробежните прахоуловители са недостатъчно доброто очистване на газа от финнодиспергиран прах, шумни, значителните хидравлични съпротивления 600-1000 Ра, следователно и голям разход на енергия, бързо износване стените на циклона под действие на праха, чувствителни към промени в дебита на газа. При колебания в дебита на газа к.п.д. силно намалява.

Ц
Хидроциклоните(фиг.2.53) са апарати за разделяне на течни нееднородни системи чрез центробежно утаяване. Те имат аналогично устройство и действие на циклоните като се различават от тях по някои конструктивни особености. Цилиндричното им тяло е по-късо за сметка на конусното дъно; суспензията се подава под преграда 6, която я отделя от тръбата 5 и щуцера 7 за отвеждане на избистрената течност; различни са и относителните размери на изходните и входните щуцери и др.

Фиг.2.53. Схема на хидроциклон



иклоните се използват за очистване на газове, в които съдържанието на твърдата фаза не е повече от 400 g.m-3, а твърдите частици са с размер повече от няколко микрона. Циклоните не работят ефективно при висока влажност на праха и ако твърдите частици се слепват.


Хидроциклоните имат проста конструкция (без движещи се части) и просто устройство. Разделителната им способност зависи в голяма степен от отношението на диаметрите на входния щуцер 4 и на изходния отвор 3. Стабилността на работа на хидроциклоните малко зависи от колебанията в захранването, но е необходимо плътността на постъпващата за разделяне суспензия да бъде постоянна.
Очистване чрез филтруване. Филтруването е един от най-ефикасните методи за разделяне на газови нееднородни системи. То се основава на същите физични принципи както разделянето на суспензиите. При него запрашеният газ преминава през пореста преграда, като твърдите частици се задържат върху преградата, а газът преминава през порите. Запрашените газове се филтруват с газови филтри. В зависимост от вида на филтруващата преграда тези филтри могат да бъдат различни. Използват се тъканни прегради, слой от влакна, зърнести слоеве, керамична порьозна преграда. Изборът на преграда зависи от химическата природа на газа, температурата, големината и концентрацията на твърдите частици, степента на улавянето и производителността на апарата.

При филтрите с несвързана преграда като филтруваща повърхност се използват : пясък, стъклена, азбестова или памучна вата, пресувани влакна; омаслени стоманени стърготини или керамични пръстени.

В практиката голямо приложение намират филтрите с тъканна преграда, наречени още ръкавни филтри. Съвременните ракавни филтри се правят многосекционни с автоматично разтръскване и продухване на ръкавите. Ръкавният газов филтър (фиг.2.54) е с непрекъснато действие и осигурява висока степен на очистване на запрашени газове.


Запрашеният газ се нагнетява с вентилатор през входния газоход в камерата 1 на филтъра. След това преминава през ръкавите 2, чиито долни краища са закрепени към отворите на разпределителна решетка. Прахът се утаява върху тъканта, а очистеният газ се отделя от апарата през колектор 5. Периодично част от секциите се изключват за очистване на ръкавите от натрупания в тях прах. За целта през ръкавите в обратна посока чрез съответно превключване на клапаните 6 и 7 се подава сгъстен очистен газ за продухването им. Едновременно с това се извършва и механично тръскане на ръкавите чрез механизъм 4, който тръска рамката 3 към която са прикрепени горните краища на ръкавите. Прахът пада м бункера 8 и се отделя през специален шнеков затвор 9.

Фиг.2.54. Схема на ръкавен филтър



Тези филтри имат висока степен на очистване от фин прах (98-99%). Те са непригодни за очистване на горещи, влажни и агресивни газове, а освен това бързо се износват тъканите на ръкавите.


Мокро очистване. Мокрото очистване е специфичен метод за разделяне на газови нееднородни системи, който се състои в контактуване на запрашения газ с течност, най-често вода, която умокря, поглъща и отнася твърдите частици. Това е един сравнително прост, но високоефективен метод за очистване на технологични и отпадни газове в промишлеността.

Използва се, когато е допустимо овлажняване и охлаждането на очиствания газ, а твърдите частици имат незначителна стойност и не представляват ценен продук, затова могат да се отнесат с умокрящата течност.

Апаратите за мокро очистване твърде често намират приложение за едновременно охлаждане и овлажняване на газове (кондициониране). Като предимстно на тези апарати могат да се посочат наред с високата ефективност и пригодност за очистване на газове с висока температура и влажност, и възможността за едновременно очистване от диспергирани частици (твърди и течни) и вредни газови компоненти.

Към недостатъците на мокрото очистване трябва да се посочат необходимостта от обработка на отпадните води, което оскъпява очистването. Освен това при охлаждане на газовете до температура, близка до точката на оросяването им, а също и при механичен унос на капки се създават условия за ускорена корозия на газоходите.

Апаратите за мокро очистване се наричат хидравлични прахоуловители. В тях контактът между газовата фаза и течността се осъществява по различни начини – газът барботира през течността, течността се разпръсква на капчици, като душ, във възходящия поток на газа и др. В зависимост от това хидравличните прахоуловители могат да се класифицират в три групи :


  1. Скрубери – обезпрашители, работещи чрез впръскване на вода под налягане;

  2. Струести прахоуловители – работят чрез смесване на водата със запрашения газ;

  3. Барботажни прахоуловители – в тях газът се раздробява на дребни мехурчета в течния слой.

Най-разпространени са скруберите. Газът, който се движи в тях се оросява с течност. Най-прости апарати за мокро очистване и едновременно охлаждане на газа са колоните с дюзи. Това са вертикални кухи апарати в които запрашеният газ се движи отдолу нагоре, а течността се разпръсква с дюзи от горния край. Степента на очистване е 60-70%. За да се увеличи контактната повърхност между газа и течността, често скруберът се запълва с инертен твърд материал (пължещ или скари). Така степента на разделяне се увеличава до 75-85%.

Висока ефективност (над 95% степен на очистване) имат центробежните прахоуловители. По принцип това са циклони, по вътрешната повърхност на които се стича като тънка пелена вода, която се разпръсква от разпределителен диск, монтиран в горната част на цилиндричния им корпус. Запрашеният газ влиза тангенциално пред отвор, вследствие на което се завихря и се издига по винтова линия. Частиците прах под действие на центробежната сила се отблъскват към стените на апарата, където се отнасят от стичащата се вода към коничното дъно. Очистеният газ напуска скрубера през щуцер в горната част на корпуса.

З

Смесването на водата със запрашения газ става в тръбата на Вентури 1. Запрашеният газ се подава в дюзата, където скоростта му достига до 60-150 m/s. Водата се подава с помпа в дюзата, където се смесва интензивно с движещия се с голяма скорост газ. Разделянето им става в центробежния сепаратор(циклон) 2. Очистеният газ се отделя от горния край на апарата, а образуваната суспензия от вода и прах постъпва в утаителя 3, където се извършва тяхното разделяне.


а фино очистване на газове от високодисперсен прах се използват прахоуловители със струест смесител (фиг.2.55).

Фиг.2.55. Прахоуловителна инсталация

с тръба на вентури
Тръбата на Вентури има просто устройство (няма движещи се части), но хидравличното и съпротивление е сравнително високо (750 – 1500 Ра).

За очистване на силно запрашени газове се използват барботажен(пенен) прахоуловител (фиг.2.56). В него течността, взаимодействайки с газа, се превръща в подвижна пяна, с което се осигурява голяма контактна повърхност и висока степен на очистване. Запрашеният газ постъпва през щуцер 1 и минавайки пред отворите на решетката 2 разпенва течността върху нея. Тъй като пяната има значителна повърхност, твърдите частици се улавят много добре от нея. Основната част от течността (около 80%) във вид на пяна заедно с уловения прах се отделя от решетката през преливния праг 4. Останалата част от течността (около 20%) изтича през отворите на решетката и улавя в пространстното под нея по-едрите частици.

Степента на очистване в барботажните прахоуловители зависи от броя на решетките и може да достигне 95-99% при относително ниски разходи.


1-щуцер за запрашения газ;

2-газоразпределителна решетка;

3-щуцер за водата;

4-преливен праг.

Фиг.2.56. Схема на барботажен пенообразуващ апарат


Хидравличните прахоуловители имат просто устройство, висока степен на очистване, сравнително икономични са, но работата им се затруднява от уноса на капки с очистения газ, което предизвиква корозия на тръбопроводите и повреда на вентилаторите. Подходящи са главно за очистване на влажни и горещи газове.
Електроочистване на газове. Това е специфичен метод за разделяне на газови нееднородни системи чрез утаяване в електрично поле. Утаяването в електрическо поле на прав ток се използва много често в промишлеността за разделяне на газови нееднородни системи с твърда или течна фаза, особено когато се цели пълно улавяне на частиците, тъй като в електрическо поле дисперсната фаза не само се отделя бързо, но и много пълно.

Този метод е по-съвършен от останалите методи за разделяне на газови нееднородни системи. Той има следните предимства : лесно получаване на газ с желаната чистота, която може да се достигне до 90- 99%; възможност за очистване при високи температури (до 600 С) и в химически агресивни среди при малък разход на енергия; ниски хидравлични съпротивления, голяма производителност и възможност за пълна автоматизация на процеса.

Приложението на метода се ограничава от относително високата стойност и сравнително сложното поддържане на електрофилтрите, опасност от експлозия на праховете, образуващи с въздуха експлозивни смеси.

Разделянето се основава на ударната йонизация на въздуха, протичаща под действие на постоянен ток с високо напрежение. Известно е, че газовете са лоши проводници на електрически ток, защото в тях има много малко йони. Когато газът бъде поставен между два електрода, към които се подава постоянен елесктрически ток, под действие на електрическото поле се образуват свободни електрони, които се движат в газа. В резултат на тяхното движение в газа започва да тече електрически ток. При достатъчно високо, характерно за различните газове, напрежение на електрическото поле, образуваните йони и електрони придобиват висока скорост и при сблъсък с неутралните газови молекули ги разкъсват на йони (ударна йонизация). При това се наблюдава синкаво светене придружено с особен звук около единия електрод, наречено корона. Това явление се нарича коронно изпразване, а електродът, около който се наблюдава светенето - корониращ електрод.

При електроочистването на газовете се получава почти винаги отрицателна корона, която дапуска по-голямо напрежение, а оттук и по-голяма производителност. При пълната йонизация на газът прескача електрическа искра, което може да доведе до разрушаване на електродите. За да се избегне това като едновременно се запази образуването на газови йони чрез удари е необходимо електродите да бъдат с подходяща форма и напрежението между тях да не е еднакво.

По тази причина в елекрофилтрите, където се провежда елекроочистването на газови системи, се използва нееднородно електрическо поле. На единия от електродите, който е с по-малка площ, напрежението трябва да бъде толкова по-голямо, че йоните и електроните да бъдат в състояние да йонизират неутралните молекули. Към другия електрод напрежението спада с толкова, че ударното йонизиране на газа се прекратява. В такъв случай се избягва електрическата искра.

Ако през такова нееднородно електрично поле преминава запращен газ, електроните йонизират съдържащите се в него твърди или течни частици и те получават отрицателен заряд, затова се насочват към положителния електрод Там отрицателно заредените частици отдават своя пълнеж и се утаяват. Затова този електрод се нарича утаителен електрод. Ако дисперсната фаза е течност, неутрализираните капчици се стичат по повърхността на електрода.

За да се създаде нееднолодно електрично поле, а оттом и да се получи необходимият корониращ ефект, предизвикващ йонизацията на газовете, конструктивно целесъобразни и практически приложими са два основни типа електроди: тръбни и мрежести, или пластинкови.

В тръбните електрофилтри като електроди за отлагане се употребяват кръгли или шестстенни метални тръби, а за корониращи електроди се използват опънати по оста на тръбите проводници. На фиг.2.57а е дадена схема на тръбен електрофилтър.

Газът постъпва през долния щуцер, разпределя се равномерно от разпределителната решетка 6 и преминава нагоре през електричното поле. Прашинките се отлагат върху тръбните утаителни електроди 2 и очистения газ напуска филтъра през горния щуцер. В практиката се използва сноп от успоредни тръби с диаметър 15-300 mm и дължина 3-6 m. По оста на снопа са разположени корониращите електроди 3. Това са метални телове или профили, окачени на общата изолираща рама 4, съединена с изолатора 5. В долния им край се поставят тежести, които опъват и предпазват електродите от допир с тръбите. Тялото 1 на електрофилтъра е заземено.



Фиг.2.57. Схеми на електрофилтри

а – тръбен; б-пластинков
По принцип тази конструкция позволява прилагането на по-високо напрежение между електродите, поради което специфичната производителност на тези апарати е по-голяма. В тръбните електрофилтри се създават по-ефикасно електрично поле и по-добро раделяне на газа в сравнение с пластинкови електрофилтри. Тези електрофилтри се използват за очистване на трудноулавящи се прахове и мъгла.

При пластинковите електрофилтри (фиг.2.57б) за утаителни електроди 2 служат мрежи или прави метални листове с височина 2,5 до 4 m, разположени на растояние 200-300 mm един до друг. Между тях се поставят корониращите електроди 3, които не се отличават от тези на тръбните електрофилтри. Газовата нееднородна система се движи също от долу на горе в пространството между пластините.

Тези електрофилтри се монтират по-лесно и работят с по-малък разход на енергия от тръбните. Използват се главно за очистване на сухи газове.

Ефективността на електрофилтрите зависи от проводимостта на частиците на дисперсната фаза, концентрацията на нееднородната система и разбира се, от температурата на газа. Когато той е добър проводник на електрическия ток се увеличава уноса, което води до намалява степента на очистване на газа. Лошата проводимост на праха значително снижава ефективността при очистването на газа.

Вредното влияние на утаения върху електродите прах се избягва чрез периодично разтърсване на електродите за отделяне на полепналия по тях прах или чрез изменение на проводимостта на праха, като се увеличава влажността на газа.

Контролни въпроси
1.Кога е допустимо използването на мокро очистване? 2.Скруберите са апарати за :

а) центробежно утаяване;б) центробежно сепариране;в) филтруване на газови смеси;

г) мокро очистване на газови смеси. 3.Влажен и химически активен газ се пречиства най-добре с :а) циклон;б) ръкавен филтър;в) скрубер. 4. Степента на очистване на замърсени газове зависи от :а) големината и плътността на частиците;б)вида на частиците и течността;в)температурата на газа;г)начина и кратността на контакта между газа и водата.

5.В електрофилтрите очистване на газови системи става чрез:а) филтруващи прегради;б)ударна йотизация;в)нееднородно електрично поле;г)променлив ток с високонапрежение. 6.Най-висока степен на пречистване на газови системи осигуряват: а)скруберите; б)електрофилтрите; в)ръкавните филтри; г)циклоните.

7.В електрофилтрите протича:а)филтруване;б)утаяване;в)центрофугира.

8.Предложете оптимален метод за очистване на слабо запрашен газ от сух и фин прах. 9.Сравнете тръбните и пластинковите елктрофилтри по отношение на конструкцията и технологичните им качества.









Сподели с приятели:
1   2




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница