7. Техника для удаления взвешенных веществ и

газообразных вредных примесей из атмосферного воздуха

Пылеулавливающее оборудование может быть классифицировано по следующим признакам: назначению, способу очистки, методу очистки, эффективности, размеру эффективно улавливаемой пыли.

По назначению различают:

- воздушные фильтры - оборудование, используемое для очистки от взвешенных веществ в воздухе, подаваемом в помещение;

- пылеуловители - оборудование, используемое для очистки выбро­- сов от взвешенных веществ.

По способу действия существует несколько классификаций.

Пыле­уловители разделяют на две группы: оборудование, где улавливание происходит мок­рым способом, и оборудование, где улавливание происходит сухим спосо­бом.

В зависимости от размера эффективно улавливаемых частиц пыли пы­леуловители разбиты на 5 классов (Таблица 2).

По методам очистки - все пылеуловители можно разбить на четыре группы.

1. Сухая механическая газоочистка - разделение газовых взвесей воз­ действием внешней механической силы на частицу, взвешенную в газе.

2. Мокрая газоочистка - промывка загрязненного газа жидкостью (чаще водой), поглощающей взвешенные в газе частицы.

3. Фильтрация газа через пористые перегородки, задерживающие взве­- шенные в газе частицы.

4. Электрическая очистка газа - осаждение взвешенных в газе частиц в электрическом поле.

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, исполь­зующие различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (инерционные пылеуловители) и цент­робежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители).

Таблица 2 – Классификация пылеуловителей по дисперсности очищаемой пыли

Класс пылеуловителя	Размер эффективно удаляемых частиц пыли, мкм	Группа пыли по дисперсности	Эффективность пылеуловителей, %
I II III IV V	Более 0,3-0,5 Более 2 Более 4 Более 8 Более 20	V IV IV III III II II I I	Менее 80 99,9-80 92-45 99,9-92 29-80 99,9-99 99,9-95 Более 99,9 Более 99

Пылеосадительные камеры являются про­стейшими пылеулавливающими устройствами, применяемыми для пред­варительной очистки газов. Принцип работы пылеосадительной камеры основан на использовании действующей на частицы пыли силы тяжести. Приемлемая эффективность достигается при длительном нахождении ча­стиц в пылеосадительной камере. Поэтому пылеосадительные камеры, рас­считанные на осаждение даже относительно крупных частиц, весьма громоздки. Материалом для их постройки являются кирпич или сборный же­лезобетон, реже сталь или дерево.

Осадительные камеры используются для осаждения пыли из горизон­тальных и вертикальных газовых потоков.

В горизонтальных пылеосадительных камерах для повышения их эф­фективности устраивают цепные или проволочные завесы и отклоняющие перегородки. Это позволяет дополнительно к гравитационному использо­вать эффект инерционного осаждения частиц при обтекании потоком газов различных препятствий. Эффективность работы в значительной мере зави­сит от того, насколько равномерно распределен поток. Для этой цели каме­ры оборудуют газораспределительными решетками.

В вертикальных осадительных камерах осаждаются частицы, скорость осаждения которых выше скорости газового потока. Диаметр осадительной камеры обычно в 2,5 раза больше диаметра дымовой трубы, и соответствен­но скорости газов в камере в 6,25 раз меньше, чем в трубе. Такое соотноше­ние размеров трубы и осадительного устройства позволяет при скорости га­зов в дымовой трубе 1,5-2,0 м/с осаждать частицы размером 200-400 мкм.

Инерционные пылеуловители. Действие инерционных пылеуловителей основано на резком изменении направления движе­ния газопылевого потока. Частицы по инерции движутся в первоначальном на­правлении и попадают в сборный бункер, а очищенный от крупных частиц пылегазовый поток выходит из пылеуловителя.

В подобных пылеуловителях скорость газов в свободном сечении составляет при­мерно 1 м/с. При этом частицы крупнее 20-30 мкм улавливаются на 60-95 %. Точное значение зависит от многих факторов: дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. Гидравлическое сопротивление подобного пылеуловителя составляет 150-400 Па. Инер­ционные пылеуловители применяют обычно на первой степени очистки с последующим обеспыливанием воздуха в более совершенных аппаратах.

Циклоны. Выделение пыли в циклонах происходит под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения газового потока в корпусе аппарата. Сушествует огромное многообразие конструкций циклонов [1].

В промышленной практике принято разделять циклоны на высокоэф­фективные и высокопроизводительные. Аппараты первого типа отлича­ются более высокой эффективностью очистки, но требуют больших зат­рат на осуществление процесса. Циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, отличаются большой производительнос­тью, но хуже улавливают мелкие частицы.

Применяют циклоны правые (вращение потока запыленного воздуха по часовой стрелке, если смотреть сверху) и левые (вращение против часо­вой стрелки).

По форме циклоны подразделяют на цилиндрические (высота цилинд­рической части больше высоты конической части) и конические (высота цилиндрической части меньше высоты конической части).

Циклоны различаются по способу подвода газов в аппарат, кото­рый может быть спиральным тангенциальным обычным и винтообразным, а также осевым [1].

Преимущества циклонов перед другими аппаратами:

• отсутствие движущихся частей;

• надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных из­- менений;

• пыль улавливается в сухом виде;

• возможность работы при высоких давлениях;

• стабильная величина гидравлического сопротивления;

• простота изготовления и возможность ремонта;

• повышение концентрации не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата.

Недостатки:

- относительно высокое гидравлическое сопротивление (1200-1500 Па) высокоэффективных циклонов;

- низкая эффективность при улавливании пыли размером меньше 5 мкм.

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пылеулови­телей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. Существует две основные разновидности вихревых пылеуловителей: соплового типа и лопаточного типа [1].

По сравнению с противоточными циклонами вихревые пылеуловите­ли имеют следующие преимущества: более высокую степень очистки от высокодисперсной пыли; отсутствие абразивного износа активных частей аппарата; возможность обеспыливания газов с более высокой температу­рой за счет использования вторичного воздуха; возможность регулирова­ния процесса сепарации пыли за счет регулирования расхода вторичного воздуха.

К недостаткам вихревых пылеуловителей можно отнести: необходимость дополнительного вентилятора; увеличение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат; сложную эксплуатацию аппарата.

Вихревые пылеуловители могут применяться для очистки вентиля­ционных и технологических выбросов от мелкодисперсной пыли в хи­мической, нефтехимической, пищевой, горнорудной и других отраслях промышленности. За рубежом вихревые пылеуловители выпускаются производительностью от 330 до 30 000 м³/ч. В отечественных конструк­циях обеспечивается более низкое гидравлическое сопротивление и бо­лее низкая доля вторичного воздуха по сравнению с зарубежными аппа­ратами.

Для ориентировочной оценки эффективности улавливания частиц раз­личного диаметра можно воспользоваться приведенными ниже данными:

Размер частиц, мкм 2,5 5,0 10,0

Степень очистки, % 92 95 98

Данные об использовании вихревых пылеуловителей в химической промышленности представлены ниже (Таблица 3).

Таблица 3 – Использование вихревых пылеуловителей в химической промышленности

Пыль или пылевидный материал	Медианный диаметр частиц, мкм	Эффективность пылеулавливания
Целлюлоза Синтетический порошок Стиральный порошок Эпоксидная смола Карбонат кальция Полиакрилнитрин	6 4 10 22 11 32	96,5 98,0 98,0 98,0 98,0 98,0

Динамические пылеуловители. В динамических (ротационных) пыле­уловителях, кроме центробежных сил, на пылевые частицы оказывает воз­действие сила Кориолиса. Основная особенность динамических пылеуло­вителей - совмещение функций побудителя движения воздуха и пылеуловителя. Благодаря этому аппарат более компактен и потребляет меньше энергии, чем вентилятор и пылеулавливающее устройство.

Простейшие пылеуловители ротационного действия представляют со­бой механизм, состоящий из рабочего колеса и кожуха (пылеприемника). Пылегазовый поток приводится во вращательное движение рабочим ко­лесом, при этом под действием развивающихся сил (центробежной и Ко­риолиса) из очищаемого газа выделяется пыль.

Эксплуатационный опыт показывает, что динамические пылеулови­тели обеспечивают высокую степень очистки при улавливании частиц раз­мером более 10 мкм.

Существующие конструкции ротационных пылеуловителей подразде­ляют на две группы. В аппаратах первой группы (наиболее многочисленной) отделяемые час­тицы имеют направление движения, совпадающее с направлением газа. В аппаратах второй группы улавливаемые частицы выделяются из потока в направлении, противоположном движению газа.

Фильтры. Фильтрующие аппараты относятся к наиболее эффективным пыле­улавливающим устройствам.

Преимущества фильтров:

- более высокая степень очистки газов от взвешенных частиц, чем в газоочистных аппаратах других типов (фильтры обеспечивают прак­тически полное улавливание частиц всех размеров, включая субмик­ронные);

- возможность улавливания частиц при любом давлении газов;

- высокая степень очистки при любых концентрациях взвешенныхчастиц в газах;

- возможность очистки газов, нагретых до высокой температуры;

- использование химически стойких материалов;

- возможность полной автоматизации процесса очистки газов;

- стабильность процесса очистки и меньшая зависимость от измене­ния физико-химических свойств улавливаемых частиц и расходагазов, чем при использовании других способов;

- простота эксплуатации.

Недостатки:

- необходимость периодической замены некоторых фильтрующих пе­- регородок;

- сравнительно высокий расход энергии при использовании отдель­- ных видов пористых фильтров;

- громоздкость установок с фильтрами (особенно при большом объем­ ном расходе очищаемых газов);

- относительная сложность эксплуатации.

Применяемые в современных аппаратах фильтрующие пористые пе­регородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве сво­ем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые услов­но могут быть разделены на следующие типы.

Гибкие пористые перегородки: тканевые материалы из природных, син­тетических и минеральных волокон; нетканевые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волок­нистые маты); ячеистые (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Полужесткие пористые перегородки: слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними.

Жесткие пористые перегородки: пористая керамика и пластмасса, спе­ченные или спрессованные порошки металлов (металлокерамика), пори­стые стекла, углеграфитовые материалы и другие; волокнистые материалы -сформированные слои из стеклянных и металлических волокон; металли­ческие сетки и перфорированные листы.

Зернистые слои: неподвижные, свободно насыпанные материалы; пе­риодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

В зависимости от назначения и допустимой пылевой нагрузки совре­менные фильтры условно разделяются на три класса.

Воздушные фильтры предназначены для обеспыливания атмосферно­го воздуха в системах приточной вентиляции; кондиционирования и воз­душного отопления производственных, служебных и общественных зда­ний; подачи воздуха на технологические нужды; подстанций агрегатов питания электрофильтров. Разработано много конструкций и фильтрую­щих элементов, классификация которых приведена в таблице 4.

Таблица 4 - Классификация воздушных фильтров

Класс фильтра	Размер улавливаемых частиц, мкм	Эффективность очистки, %, не менее
III	10	60
II	1	85
I	1	99

Абсолютные фильтры предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (обычно выше 99 %) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее 1 мг/м³). Такие фильтры применяют для улавливания особо токсичных ве­ществ, а также для ультратонкой очистки при проведении некоторых тех­нологических процессов или в особо чистых помещениях, где воздух слу­жит рабочей средой.

Промышленные фильтры применяются для очистки промышленных га­зов в основном с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60 г/м³), Для периодического или непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли, фильтры этого класса имеют устройство для регенерации, позволяющие поддерживать производительность на за­данном уровне и возвращать ценные продукты в производство; фильтры этого класса нередко являются составной частью технологического обо­рудования.

Мокрые пылеуловители. Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного I газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и I уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки от пыли считается достаточно простым и в то же время эффективным способом обеспыливания.

При современном уровне развития техники пылеулавливания наметилась тенденция применения сухих пылеуловителей, однако в ряде случаев мокрые пылеуловители конкурируют с такими высокоэффективными аппаратами, как рукавные фильтры и электрофильтры.

Преимущества мокрых пылеуловителей перед аппаратами других типов:

- сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства) и более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

- применение для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

- охлаждение и увлажнение (кондиционирование) газов;

- возможность применения для очистки высокотемпературных газовых потоков;

- возможность одновременной очистки от пыли и от газообразных вред­ных веществ, то есть использование в качестве абсорберов.

К недостаткам пылеуловителей относятся:

- улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод;

- потери жидкости вследствие брызгоуноса;

- необходимость антикоррозионной защиты оборудования при фильтрации агрессивных газов и смесей.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода. При решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции.

Общепринятой классификации мокрых пылеуловителей в настоящее время не существует. Обычно они классифицируются на группы в зависимости от поверхности контакта или по способу действия:

• полые газопромыватели;

• насадочные скрубберы;

• тарельчатые газопромыватели;

• газопромыватели с подвижной насадкой;

• мокрые аппараты ударно-инерционного действия;

• мокрые аппараты центробежного действия;

• механические газопромыватели;

• скоростные газопромыватели.

Помимо перечисленных групп к мокрым пылеуловителям в какой-то степени могут быть отнесены мокрые электрофильтры, орошаемые волок­нистые фильтры и аппараты конденсационного действия.

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным ап­паратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят полые скрубберы, барботеры, мок­рые центробежные аппараты и другие. К средненапорным мокрым пылеуловите­лям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относятся некото­рые динамические скрубберы - газопромыватели ударно-инерционного действия. Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим со­противлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури [1].

Электрофильтры. Электрофильтр представляет собой аппарат с вертикальным и гори­зонтальным движением газового потока, в котором размещены осадительные и коронирующие электроды. Осадительные электроды заземлены, а к коронирующим подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения от преобразовательной подстанции.

Меж­ду двумя осадительными плоскостями натянут ряд проводов. В простран­ство между плоскостями поступает запыленный газ. В поле коронного раз­ряда частицы заряжаются и движутся к осадительным плоскостям, с которых они периодически удаляются.

Процесс очистки газов в электрофильтре можно разделить на стадии: зарядка взвешенных частиц в поле коронного разряда, движения заряженных частиц к электродам, осаждение частиц на электродах, удаление осажденных частиц с поверхности электродов.

Преимущества электрических фильтров:

• низкие энергозатраты (0,1-0,5 кВ-ч) на 1000 м³ газов;

• высокая степень очистки газов - до 99 % и выше при улавливании частиц любых размеров;

• низкое газодинамическое сопротивление (100-150 Па);

• возможность работы в агрессивных средах;

• возможность очистки высокотемпературных газов;

• возможность полной автоматизации; процессы регулирования напряжения, удаление с электродов уловленных частиц и выгрузкипыли в электрофильтрах могут быть полностью механизированы и автоматизированы;

• широкий диапазон применения;

- возможность очистки как от твердых, так и от жидких частиц.

Однако удельные капитальные затраты для установок электрической очистки газов возрастают с уменьшением их единичной производитель­ности. По этим соображениям сухие электрофильтры применяют, если ко­личество очищаемых газов более 80-100 тыс. м³/ч.

Мокрые электрофильтры применяют и для очистки меньших количеств газов, особенно при очистке вентиляционного воздуха от жидких частиц, когда напряжение, подаваемое на электроды, не превышает 10-15 кВ.

Недостатки электрических фильтров:

- высокая чувствительность процесса фильтрации к отклонениям от заданных параметров технологического режима и к механическим дефектам в активной зоне аппаратов;

- высокая требовательность к уровню обслуживания;

- невозможность очистки от взрывоопасной пыли.

Конструкция электрофильтра в основном определяется технологичес­кими условиями его работы: составом и свойствами очищаемых газов и ча­стиц пыли, температурой, давлением и влажностью газов, требуемой степе­нью очистки и другими факторами.

Электрофильтры разделяют­ся на однозонные и двухзонные аппараты. В однозонных электрофильтрах зарядка и осаждение частиц пыли производится в одной конструктивной зоне электродов, а в двухзонных аппаратах зарядка и осаждение пыли про­исходит в двух последовательных зонах - ионизаторе и осадителе. Двух­зонные электрофильтры применяются в основном для очистки вентиля­ционного воздуха, а однозонные аппараты получили широкое применение для улавливания пыли почти во всех отраслях промышленности.

В зависимости от количества последовательно расположенных элект­рических полей электрофильтры подразделяются на однопольные и много­польные, а в зависимости от числа параллельных аппаратов - на одно- и многосекционные. В зависимости от направления газового потока в актив­ной зоне аппарата электрофильтры подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

По конструкции осадительных электродов электрофильтры подразде­ляются на пластинчатые и трубчатые. В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды выполняются в виде параллельных поверхнос­тей, набираемых из пластин определенного сечения, а в трубчатых элект­рофильтрах осадительные электроды выполнены в виде труб круглого, овального или шестигранного сечения. Более полную информацию можно получить из [1].

Для удаления газовых компонентов из атмосферного воздуха используют четыре метода:

- абсорбция газов жидкостью;

- адсорбция на поверхности твердого вещества;

- каталитическая очистка;

- термическое обезвреживание.

Абсорбционная очистка основана на способности жидкостей растворять газы или химически взаи­модействовать с ними. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, при десорбции, наоборот, из жидкой в газовую фазу. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции пе­реходит в жидкую фазу, называют абсорбционным компонентом, или аб-сорбтивом. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорб­ции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называ­ют абсорбентом. В отличие от абсорбируемых компонентов остальную часть газового потока обычно называют инертным газом.

Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию).

При физической абсорбции происходит физическое растворение аб­сорбируемого компонента в растворителе, которое не сопровождается хи­мической реакцией. Абсорбция происходит в том случае, если парциаль­ное давление абсорбируемого компонента в газовой фазе больше равновесного парциального давления над данным раствором. Для много­кратного использования поглотитель подвергают регенерации, при этом извлекают из него абсорбированный компонент.

При химической абсорбции абсор­бируемый компонент вступает в хими­ческую реакцию с поглотителем, обра­зуя новые химические соединения в жидкой фазе. Здесь возможны два ва­рианта - протекание обратимой и нео­братимой реакций. Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых при протекание обратимых хемосорбционных процес­сов, проводят теми же методами, что и при физической абсорбции. Регенера­цию поглотительных растворов, получаемых в необратимых хемосорбцион­ных процессах, осуществляют химическими методами.

Количество газов, которое может раствориться в жидкости, зависит от свойств газов и жидкости, а также от условий растворения: температуры жидкости и парциального давления газа над жидкостью. При абсорбции происходит передача массы абсорбируемого компо­нента (массопередача) от газа к жидкости.

Адсорбционная очистка газов. Поглощаемое из газовой фазы вещество в процессе адсорбции называется адсорбтивом, а твердое вещество, на поверхности которого или в порах которого происходит ад­сорбция поглощаемого вещества, называется адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент, называется газом-носите­лем, а после того как извлеченный компонент перешел в адсорбированное состояние, его называют адсорбатом.

Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между мо­лекулами адсорбента и адсорбтива на границе раздела соприкасающихся фаз. Процесс перехода молекул адсорбтива из газа-носителя на поверхнос­тный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения ад­сорбента превосходят силы притяжения, действующие на адсорбтив со сто­роны газа-носителя.

Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энер­гию, в результате чего происходит выделение теплоты. Теплота физи­ческой адсорбции сравнительно невелика и составляет до 60 кДж/моль.

Силы притяжения адсорбента могут иметь различную природу - фи­зическую или химическую. В соответствии с этим различают физическую и химическую адсорбцию.

При физической адсорбции взаимодействие молекул с поверхностью адсорбента определяется сравнительно слабыми дисперсными, индукци­онными и ориентационными силами. При этом адсорбированные моле­кулы не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие и сохраняют свою индивидуальность. Для физической адсорбции харак­терна высокая скорость, малая прочность связи между поверхностью ад­сорбента и адсорбтивом и малая теплота адсорбции. С повышением тем­пературы количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления приводит к возрастанию величины адсорбции.

Преимуществом физической адсорбции является легкая обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбента в газовой смеси либо при увеличении температуры адсорбируемые молекулы легко десорбируются без изменения химического состава, а регенерированный адсорбент может ис­пользоваться многократно.

Высокая скорость физической адсорбции и способность адсорбентов к регенерации позволяют вести процесс циклично в условиях обратимос­ти, то есть с чередованием стадий поглощения и выделения извлекаемых ком­понентов.

В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, а высвобож­дающееся при этом тепло совпадает с теплом химической реакции. Как правило, оно колеблется от 20 до 400 кДж/моль. Из-за такой большой теплоты адсорбции энергия связи хемосорбируемых молекул сильно от­личается от энергии связи этих же молекул в потоке газа. Соответственно и энергия, необходимая для того, чтобы хемосорбированная молекула прореагировала с молекулой другого сорта, может быть существенно мень­ше, чем энергия, необходимая для реакции этих же молекул в газовой фазе. Этим объясняется тот факт, что адсорбированная на поверхности твердого тела молекула легче вступает в химическую реакцию с другими молекулами. Существует и другое важное отличие химической адсорб­ции: молекулы адсорбтива, вступив в химическое взаимодействие, проч­но удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. Характерной осо­бенностью химической адсорбции является и то, что скорость ее при низких температурах мала и возрастает с ростом температуры.

Адсорбция газов происходит в несколько стадий. Первой стадией явля­ется перенос молекул газа к внешней поверхности твердого вещества, и эта стадия аналогична диффузии молекул газа через стационарный слой к гра­нице раздела фаз газ - жидкость при адсорбции. Вторая стадия адсорбции заключается в том, что молекулы газа проникают в поры твердого вещества, третьей стадией является собственно адсорбция молекулы в определенной области поры. Собственно адсорбция в порах протекает очень быстро по сравнению с двумя первыми стадиями.

Каталитическая очист­ка газов основана на гетерогенном катализе и служит для превращения при­месей в безвредные соединения. Процесс протекает на поверхности твер­дых тел - катализаторов. В настоящее время вопрос о том, какие реакции и в присутствии каких веществ могут возбуждаться, остается решенным не­полностью и поэтому подбор катализаторов и проведение катализа в основ­ном решается эмпирическим путем.

Для того чтобы произошла химическая реакция между атомами, моле­кулами и ионами, необходимо их непосредственное взаимодействие. При температуре 500 °С в 1 см³ реакционной смеси происходит 1028 столкнове­ний частиц в секунду. Но не каждое столкновение приводит к химической реакции. Химическая реакция происходит лишь в том случае, когда сис­тема обладает необходимым запасом внутренней энергии (активации), если частицы сближаются на расстояние, при котором происходит перекрытие их электронных облаков, а следовательно, и перераспределение электрон­ных плотностей. Только в этом случае может произойти разрушение ста­рых и образование новых химических связей.

Энергия активации является основным фактором, определяющим ско­рость реакции. Чем больше энергия активации, тем меньше частиц обла­дают в системе такой энергией и тем медленнее протекает реакция. В то же время величина энергии активации значительно меньше энергии, тре­буемой для разрыва старых связей; она часто компенсируется энергией, освобождаемой при образовании новых. Задача преодоления энергетичес­ких барьеров решается путем использования катализаторов, которые сни­жают энергию активации и тем самым увеличивают скорость химической реакции. Таким образом, роль катализаторов с энергетической точки зре­ния сводится к понижению энергетического барьера, который должна пре­одолеть система при переходе из начального состояния в конечное.

Катализ на твердых телах складывается из следующих стадий:

• внешняя диффузия реагирующих веществ к поверхности катализа­ тора;

• внутренняя диффузия в порах зерна катализатора;

• химическая адсорбция одного или нескольких реагирующих ком­понентов на поверхности катализатора;

- перегруппировка атомов (химическая реакция);

- обратная диффузия продукта в порах зерна катализатора;

- диффузия продуктов от поверхности зерна.

Термическим называется окисление компонентов выбросов при высо­кой (800-1000 °С) температуре. Оно применяется как в отношении газов (паров), так и горючих компонентов дисперсной фазы аэрозолей (смол, масел, летучих растворителей). Основными факторами термического окисления являются температура, интенсивность перемешивания (турбу­лентность газовых потоков) и время пребывания газов в реакционной зоне. Решающее значение в организации процесса имеет подготовка газов к ре­акции, то есть нагрев смеси до необходимой температуры и обеспечение сме­шения горючих газов с окислителями. Если обезвреживаемый газ содер­жит в своем составе достаточное для окисления токсичных примесей количество кислорода, либо этот кислород добавляется к обезвреживаемо­му газу заблаговременно, то процесс смешивания газов упрощается.

Процесс термического окисления некоторых газов описывается урав­нением:

где φ - степень обезвреживания газа; τ - время протекания процесса; А - эмпирический коэффициент, отражающий аэродинамические условия про­текания процесса; Т_к - температура в реакционной камере; T_в - темпера­тура воспламенения обезвреживаемого компонента.

С увеличением времени протекания процесса и интенсивности турбу­лентной диффузии степень окисления при неизменной температуре су­щественно увеличивается. Если же параметры А и τ постоянны, то увели­чения степени обезвреживания можно достигнуть только за счет повышения температуры в камере.

Индивидуальные свойства окисляемого компонента учитываются вве­дением температуры воспламенения обезвреживаемого компонента. При использовании уравнения следует учитывать, что реакции окисле­ния многих веществ (например, углеводородных соединений) проходят с образованием промежуточных, менее активных соединений. В этих слу­чаях в уравнение вводят температуру воспламенения именно этого соеди­нения.