在工业通风中,有害气体净化常用的方法有吸收和吸附两种方法。
1.吸收净化设备
常用的吸收净化设备有填料塔、湍球塔、文丘里吸收器、筛板塔及浮阀塔等。
(1)填料塔。填料塔的塔体通常为一个竖直圆筒,其中填充了化学性质不活泼的固体填料。其优点在于结构简单,管理方便,阻力较小;缺点是达到一定吸收效率所要求的塔体较高,且不宜用于净化含尘量较大的有害气体。
填料塔的塔径尺寸可按下式计算
式中,DT为填料塔的塔径(m);V为通过填料塔的气体流量(m3/h);vT为选定的空塔气流速度(m2/s)。
填料层高度可按下式计算
式中,Z为填料层高度(m);F为气液两相接触面积(m2);a为填料的有效比表面积(m2/m3)。
填料塔的阻力包括填料层的阻力和塔顶出口气体除雾器的阻力。每米填料层的阻力为0.294~0.686kPa。
(2)湍球塔。湍球塔由支撑筛板、轻质小球填料、上挡网、吸收剂喷淋器和除雾器等部分组成。其空塔速度一般为2~5m/s,可按照有害气体初始浓度的数据和净化要求,将塔体设计成单段或多段,每段塔高为1.5~2.5m,此时阻力为0.382~1.176kPa。
湍球塔的优点是结构简单,处理能力强,气液分布比较均匀,不易被混杂在有害气体内的尘粒物和黏性物料堵塞,塔阻力不会因操作条件发生变化而剧增。此外,由于气液两相传质充分,可以适当降低塔高。缺点是小球群体会因无规则湍流而向下运动,为维持正常操作,常消耗一部分额外动力,另外塑料制小球只能适应80℃以下的操作温度,小球也常因频繁碰撞而磨穿、破裂而失去湍动性,需经常更换,从而增加了管理工作量和常年维持费用。
(3)文丘里吸收器。文丘里吸收器属于喷洒式吸收设备,它将液体喷成细雾,以增大气液两相接触面积。这种设备常用于吸收易溶气体,其传质系数往往比填料塔高若干倍。
文丘里吸收器体积小,能处理大流量气体,可以使用较小液气比获得较高的净化效率。其阻力比较高,可达1.96~7.84kPa。
(4)筛板塔。筛板塔为气体分散于液体之中的吸收设备,由一个内部设有水平多孔筛板的垂直空塔构成,筛板上的小孔呈均匀分布排列,筛板可装一层或数层。
多层筛板塔的筛孔直径一般为3~8mm,常用为4~6mm。塔内气流的空塔速度取为1~3m/s,气流通过筛孔的速度保持在16~22m/s之间,筛板的开孔率一般保持在10%~18%范围内。孔间距与孔径之比t/d取为3~4为宜。一层筛板的阻力为0.294~0.588kPa。
筛板塔的优点是结构简单,容易制造,造价低,阻力适中,处理气体量大。它的主要缺点是筛孔容易堵塞,操作不易稳定,要求气体负荷和供液量不能有很大波动。(www.zuozong.com)
(5)浮阀塔。浮阀塔和筛板塔均属于鼓泡式吸收设备,但两者不同的是,浮阀塔内各层塔板上设有若干能被气流吹起的阀片。浮阀是保证气液良好接触的部件,最常用的为盘形浮阀。
浮阀塔空塔速度同样受液泛和吸收剂泄漏的限制,一般可取0.6~1.0m/s;当塔径为0.5~1.5m时,塔板间隔为300~450mm;通过阀孔的气流速度v0为3~7m/s,可根据下式确定所需的浮阀数
式中,V为处理气体量(m3/h);d0为阀孔直径(m)。
盘式浮阀塔板的开孔率一般为10%~13%,其阻力较高,在上述给定条件下,每层塔板的阻力为0.196~0.392kPa。浮阀塔的优点是处理量大,吸收效率高,雾滴夹带较少,塔板上气流分布比较均匀,但其结构复杂,造价较高。
2.吸附净化设备
常用的吸附净化设备主要有吸附器。吸附器又分为固定床、流动床、沸腾床等几种。通风系统中多采用固定床吸附器。固体床吸附器有立式、卧式和环形三种。在外形大小相同的条件下,环形吸附器的接触面积比其他两种吸附器的接触面积大。
吸附器在应用中可设计成再生系统和非再生系统两种。非再生系统是不再设再生装置的系统,分为并联非再生系统和串联非再生系统两种。再生系统主要用于净化含有有机溶剂蒸汽并回收有机溶剂。
吸附法净化有害气体有一定的适合范围,一般多用于有害气体浓度较低、毒性较大的情况,且处理有害气体流量不宜过大。
吸附设备应满足以下几个基本要求:
1)在吸附器内,气体与吸附剂应有足够长的接触时间。接触时间与流速成反比,流速越小,接触时间越长,吸附效率也就越高。吸附剂层截面上气流平均流速以控制在0.1~0.3m/s范围内为宜。
2)吸附设备内应容纳一定数量的吸附剂,以保证必需的使用期。否则更换或再生吸附剂的周期太短,不便管理。吸附剂层厚度也不宜过大,以免阻力过高。
3)吸附剂的吸附能力随气体温度的升高而下降,当气体温度高于38℃时,应采用冷却措施。
4)当气流中混有较高浓度的粉尘时,应在吸附器之前装设过滤器,以防吸附剂层被堵塞。
5)应便于更换吸附剂或使其再生。对于连续操作的工艺过程,至少要设两台吸附器,一台操作、一台再生。
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