2.2. Разделение газовых гетерогенных систем

Газовые гетерогенные системы делятся на две большие группы: механические и конденсированные, отличающиеся друг от друга главным образом размером частиц. Механические газовые системы, получаемые в процессах, где твёрдые или жидкие частицы механически распределяются в газовой фазе, имеют размеры частиц 5-50 мкм. Конденсированные газовые системы получаются при конденсации частиц из газа или при химическом взаимодействии двух газов. Размеры частиц в конденсированных газовых системах составляют 0,001-0,3 мкм. Указанные выше размеры частиц гетерогенных газовых систем являются в значительной мере условными. Следует указать, что частицы конденсированных систем могут объединяться в более крупные агрегаты. С другой стороны при распыливающей сушке или обжиге сыпучих материалов часто образуются частицы, приближающиеся по размерам к конденсирвоанным.

Взвешенные частицы размером ниже 2 мкм находятся в так называемом броуновском движении, возникающем вследствие теплового движения молекул газовой среды, что значительно затрудняет их разделение. Частицы меньше 0,1 мкм практически уже не оседают под влиянием силы тяжести и могут находиться во взвешенном состоянии неограниченно долгое время.

В химической промышленности имеется много источников образования неоднородных газовых систем. Пыли образуются при дроблении твёрдых материалов, просеивании, смешивании и транспортировке сыпучих материалов и в других механических процессах. Дымы и туманы образуются в различных процессах, сопровождающихся конденсацией паров: при выпаривании жидкостей, сушке распылением и многих других. В процессах горения, при неполном сгорании, часто образуются дымы. Примером образования дымов может также служить выпадение хлористого аммония в виде мельчайших твёрдых взвешенных частичек при смешении газообразного аммиака с хлороводородом. При конденсации паров иногда образуются туманы. Примером образования туманов является конденсация серной кислоты в виде мельчайших капелек, образующихся при взаимодействии серного ангидрида с влажным воздухом.

В производственных процессах часто приходится проводить разделение газовых неоднородных систем для очистки газов от взвешенных в них твёрдых и жидких частиц. Применяемые методы очистки могут быть разделены на следующие основные группы:

1) Механическая или сухая очистка, при которой осаждение частиц происходит под действием силы тяжести, инерции или центробежной силы.

2) Мокрая очистка путём пропускания газа через слой жидкости или орошения его жидкостью.

3) Фильтрование газов через пористые материалы, не пропускающие частицы.

4) Электрическая очистка газов путём осаждения на электродах взвешенных в газе частиц в электрическом поле высокого напряжения.

Циклон

Аппараты для очистки газов от взвешенных частиц под действием силы тяжести, такие как пылеосадительные газоходы и пылеосадительные камеры, отличаются низкой степенью очистки (которая обычно не превышает 30-40 %). Причём частицы размером менее 5 мкм вообще не отделяются от газа в таких аппаратах. Помимо низкой эффективности эти пылеосадительные аппараты отличаются громоздкостью и поэтому в настоящее время практически не используются. Для увеличения скорости осаждения частиц и для более полной очистки используют действие центробежной силы, развиваемой газовым потоком в центробежных аппаратах – циклонах.

Внешний вид циклона показан на рис. 66, схема – на рис. 67. Циклон состоит из цилиндрического корпуса с коническим днищем. Запылённый газ вводится в корпус тангенциально через штуцер со скоростью 20-30 м/с. Благодаря тангенциальному вводу он приобретает вращательное движение вокруг трубы, расположенной по оси аппарата. Частицы пыли под действием центробежной

Рис. 67. Циклон

Циклоны характеризуются простотой конструкции, отсутствием движущихся частей, возможностью обработки химически агрессивных сред. Они более компактны, чем аппараты для гравитационного осаждения, и обеспечивают при этом более высокую степень разделения.

К недостаткам циклонов относятся сравнительно высокое гидравлическое сопротивление, невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм, механическое истирание корпуса аппарата твёрдыми частицами, чувствительность к колебанию нагрузки по газу.