Методы разрушения аэрозолей

Несмотря на то, что аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми, проблема их разрушения стоит очень остро. Основные проблемы, при разрешении которых возникает необходимость разрушения аэрозолей:

• очистка атмосферного воздуха от промышленных аэрозолей;

• улавливание из промышленного дыма ценных продуктов;

• искусственное дождевание или рассеивание облаков и тумана.

Разрушение аэрозолей происходит путем

• рассеивания под действием воздушных течений или вследствие одноименных зарядов частиц;

• седиментации;

• диффузии к стенкам сосуда;

• коагуляции;

• испарения частиц дисперсной фазы (в случае аэрозолей летучих веществ).

Из очистных сооружений наиболее древним является дымовая труба. Вредные аэрозоли стараются выпускать в атмосферу как можно выше, так как некоторые химические соединения, попадая в приземный слой атмосферы под действием солнечных лучей и в результате разных реакций, превращаются в менее опасные вещества (на Норильском горно-металлургическом комбинате, например, трехканальная труба имеет высоту 420 м).

Однако современная концентрация промышленного производства требует, чтобы дымовые выбросы проходили предварительную очистку. Разработано много способов разрушения аэрозолей, но любой из них состоит из двух стадий: первая - улавливание дисперсных частиц, отделение их от газа, вторая - предотвращение повторного попадания частиц в газовую среду, это связано с проблемой адгезии уловленных частиц, формированием из них прочного осадка.

Пылеулавливание, главным образом, основано на инерционных или на электрических силах. Способы пылеулавливания можно представить в виде схемы.

Рассмотрим эти способы более подробно.

Инерционное осаждение проводится с помощью центробежных отделителей, называемых циклонами. Они представляют собой металлические цилиндры, в которых аэрозоль по спирали движется сверху вниз, при этом частицы оседают на стенках цилиндра, а очищенный газ по специальной трубе выводится из циклона. Высокопроизводительный циклон может обеспечить практически полное улавливание частиц крупнее 30 мкм, частицы размерами 5 мкм улавливаются на 80%, а размерами 2 мкм - менее чем на 40%. К инерционному осаждению можно отнести и мокрое пылеулавливание. В этих случаях главная задача состоит в том, чтобы частицы привести в соприкосновение с каплями жидкости, вместе с которыми они удаляются из аппарата. Мокрое пылеулавливание осуществляется двумя способами:

1) для частиц с d > 2-5 мкм используют скрубберы (полые или с насадкой), мокрые циклоны, барботажные или пенные пылеулавливатели;

2) для частиц с d < 2 мкм используются скоростные пылеулавливатели.

Ультразвуковые установки используются для разрушения туманов. Достаточно нескольких секунд, чтобы туман, движущийся в ультразвуковом поле, скоагулировал на 90%. В настоящее время разработаны промышленные установки с производительностью до 1000. К недостаткам этого метода следует отнести следующее: он не разрушает сильно разбавленные аэрозоли, оставляя нескоагулированной самую вредную - высокодисперсную часть аэрозоля.

Электростатическое осаждение с успехом применяют для улавливания пылей и туманов в цементной, сернокислотной, металлургической промышленности и особенно для улавливания летучей золы из дымовых газов электростанций. Принцип метода состоит в следующем. Аэрозоль пропускают между электродами, создающими поле высокого напряжения (70-100 кВ), возникает коронный разряд, при котором катод испускает огромное количество электронов. Электроны ионизируют молекулы газа. Образующиеся анионы адсорбируются частицами аэрозоля, затем отрицательно заряженные частицы осаждаются на положительно заряженной стенке трубы, после чего собираются в специальном бункере.

Простые по конструкции и недорогие пылеуловители высокой производительности малоэффективны для частиц размером до 5 мкм, а именно такие частицы представляют наибольшую опасность. В связи с этим чрезвычайно заманчивой является идея так называемого конденсационного метода пылеулавливания. В этом методе используется свойство аэрозольных частиц выступать в роли центров конденсации водяных паров. Механизм конденсационного метода состоит в том, что за счет конденсации водяных паров трудноуловимый тонкодисперсный аэрозоль превращается в туман, капли которого размерами 2-5 мкм легко осаждаются простыми методами. Достоинством этого метода является то, что превратить в капли тумана можно частицы любой природы и любого размера.

Пылеулавливающий фильтр конденсационного типа производительностью 30 000 был испытан в рудничных условиях. Он показал эффективность, близкую к 99% при среднем размере частиц 0,2 мкм. При этом габариты фильтра были на порядок меньше, чем у рукавных фильтров и электрофильтров такой же мощности.

Вывод

Важнейшие свойства аэрозолей - способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии, перемещаться преимущественно, как единое целое и при столкновении прилипать друг к другу или к какой-либо поверхности с вероятностью, равной единице. В покоящейся среде частицы аэрозолей поддерживаются во взвешенном состоянии в поле гравитации благодаря их собственному тепловому движению, энергия которого для частиц любой массы равна 3/2kT, где k - постоянная Больцмана, T - абс. температура, и вследствие обмена энергией с молекулами среды. Распределение концентрации частиц по высоте обычно характеризуют параметром:

(перреновской высотой), где g -ускорение силы тяжести, -масса частицы. Для достаточно малых частиц, когда Нр намного превосходит их линейный размер, энергии теплового движения достаточно для поддержания частиц во взвешенном состоянии даже в отсутствие дисперсионной среды.

Дата добавления: 2015-07-11