SU1662603A1 - Устройство дл очистки воздуха - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к химии и позвол ет повысить скорость очистки воздуха за счет того, что электроды в количестве не менее четырех, помещенные в ионопроницаемые чехлы, размещены в сорбционной секции абсорбера, причем соотношение суммарных объемов чехлов и сорбционной секции составл ет от 1:1 до 1:10.

Description

Изобретение относитс  к химии. Устройство дл  очистки воздуха (газа) от ионо- генных примесей может быть использовано в приборостроении, радиоэлектронике и химической промышленности дл  экологической защиты окружающей среды от промышленных выбросов в атмосферу токсичных ионоген- ных химических соединений, например аммиака и кислых примесей.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство , общий вид; на фиг.2 - зависимость скорости очистки от отношени  суммарного объема чехлов к объему сорбционной секции. Предлагаемое устройство (абсорбер вертикального типа) содержит корпус 1 из стали, футерованный коррозионно-стойким полимером или целиком из стойкого полимера , сорбционную секцию 2 с насадкой 3 в виде колец. Рашига, насыпанных навалом распылител ми 4 воды, питаемыми водой через трубу 5, нижней опорной решеткой 6 и верхней решеткой 7, нижним штуцером 8 ввода и верхним штуцером 9 вывода газа, пр моугольные ионопроницаемые чехлы 10 .(из пористой керамики или ионитовых мембран и т.д.) с пластинчатыми графитовыми электродами: катодами 11 и анодами 12 (в промышленных абсорберах при значительной высоте абсорбера могут примен тьс  составные разборные электроды, соеди

ненные друг с другом соединительными то- копровод щими муфтами из коррозионно- стойкого материала), токоподводами 13,14, штуцерами 15, 16 вывода электродных газов , систем 17, 18 проточной воды и т.д. в электродных чехлах .(на фиг.1 показаны лишь системы проточной воды в двух крайних чехлах, в остальных чехлах аналогичные системы проточной воды), верхний уровень 19 жидкой воды с ионогенными примес ми в нижней части абсорбера, сливную трубу 20, емкости-приемники извлеченных газообразных и растворенных в виде ионоген- ных примесей и емкости дл  католита и анолита (не показаны), краны 21, 22,23, сор- бционные секторы 24, образованные из сорбционной секции 2 разделением ее на части i чехлами 10, источник посто нного тока, питающий электроды 11, 12 и боковые люки i загрузки и выгрузки, при необходимости, насадки и электроды (не показаны ).

Предлагаемое устройство дл  очистки воздуха (газа) от ионогенных примесей работает следующим образом.

В сорбционной секции 2 во всех ее секторах 24 включают распылители 4 воды при закрытом донном кране 23 и открытом кране 21 сливной трубы 20. При этом насадка 3 во всех сорбционных секторах 24 увлажн етс  водой и вода заполн ет нижнюю часть

со

с

Os О Ю ON О СО

абсорбера до уровн  сливной трубы 20, после чего ее избыток, не достига  нижней опорной решетки насадки, стекает в емкость-приемник , размещенный вне абсорбера (не показан). При этом в результате работы распылителей воды в сорбционных секторах происходит непрерывное орошение насадки (колец Рашига) пленкой воды. Затем при полуоткрытых кранах 22 вовнутрь ионопроницаемых чехлов непрерыв- но подают воду из систем 17, 18 проточной воды w т.д. и на электроды 11, 12 подают напр жение посто нного тока от выпр мител  тока или соединенных вместе выпр 1 мителей тока. Открывают нижний штуцер 8 ввода очищаемого газа с ионогенными примес ми при открытом верхнем штуцере 9 вывода газа, При этом газ с примес ми, проход  через сорбционные секторы 24 с орошаемой водой насадкой 3, очищаетс  от этих примесей. Ионогенные примеси раствор ютс  в пленке воды, образу  в ней электрически зар женные ионы, которые в электрическорд поле электродов 11, 12 движутс  через стенки ионопроницаемых чех- лов к электродам, а очищенный от моногамных примесей газ (воздух и др.) поднимаетс  вверх вдоль орошаемой насадки к верхнему штуцеру 9 вывода очищенного газа и выходит наружу.

Таким образом, ионы ионогенных примесей , растворенные в пленке воды сорбционных секторов сорбционной секции, в электрическом поле свободно переход т из сорбционных секторов в чехлы и, разр жа-  сь на электродах в виде газов, поднимаютс  вверх в чехлах и удал ютс  из них, уход  наружу через штуцеры 15, 16 выхода электродных газов по трубам.

Благодар  применению пластинчатых анодов и катодов в ионолроницаемых чехлах , образующиес  на анодах и катодах кислород и водород не вступают друг с другом в контакт и раздельно вывод тс  из чехлов вместе с примес ми в газообразной форме через трубопроводы в емкости-приемники (газгольдеры), размещенные вне абсорбера , причем близость рассто ни  между электродами с высокоразвитой поверхностью и многочисленность таких электродов, размещенных непосредственно в сорбционной секции по всей ее высоте, позвол ют быстро(со скоростью по меньше мере в 11-12 раз больше скорости очистки в прототипе) и одновременно удал ть ионы примесей из всех сорбционных секторов 24 сорбционной секции 2. В прототипе же, вследствие размещени  электродов вне сорбционной секции и применени  только двух электродов с относительно небольшой поверхностью и сильно

удаленных друг от друга, ионам примесей приходитс  преодолевать значительно большие рассто ни , чем в предлагаемом устройстве , вследствие чего дл  их удалени  требуетс  больше времени и меньшие скоро- . сти пропускани  через абсорбер очищаемого воздуха, что обуславливает скорость очистки в прототипе значительно меньшую, чем в предлагаемом устройстве. При этом электроды прорабатывают всю сорбционную зону сорбционной секции по всей ее высоте, а в прототипе два электрода прорабатывают только небольшую часть сорбционной зоны, чем также вызвана больша  скорость очистки в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом.

Таким образом в предлагаемом устройстве очистку газов от ионогенных примесей возможно осуществл ть при значительно большей скорости очистки и при более высоких концентраци х ионогенных примесей в газе, что в прототипе, как  вствует из приводимых ниже примеров 1-3, что имеет важное значение дл  экологической защиты атмосферы при аварийных, залповых выбросах токсичных ионогенных примесей и дл  повышени  эффективности работы абсорберов .

Техническое обоснование за вленного в формуле изобретени  соотношени  суммарных объемов чехлов и сорбционной секции от 1:1 до 1:10 на основе опытов, проведенных в услови х примера 2 (см. ниже ) при разных соотношени х этих объемов от 1:1 ло 1:14 представлено графически на фиг.2,

На фиг.2 на оси ординат приведено отношение суммарного обьема чехлов к объему сорбционной секции, а на оси абсцисс указано во сколько раз скорость очистки в предлагаемом устройстве больше скорости очистки в прототипе (объем сорбционной секции образуетс  суммой объемов всех сорбционных секторов).

Как видно из данных фиг.2, при соотношении объемов менее 1:10 происходит рез: кий спад скорости очистки в предлагаемом устройстве относительно прототипа - вследствие значительного увеличени  рассто ни  между электродами. При соотношени х больше 1:1, то есть 2:1, 3:1, резко уменьшаетс  количество насадки, то есть резко уменьшаетс  сорбционный объем с пленкой воды, что вызывает в свою очередь резкое уменьшение скорости очистки.

Минимальное число примен емых в устройстве электродов - четыре: два анода и два катода, причем аноды и катоды чередуютс , образу  три электрических пол . Это минимальное число электродов обусловлено тем, что при применении только двух электродов (катода и анода рассто ние между электродами получаетс  слишком большим, что вызывает снижение скорости очистки и ухудшает экономичность процесса.

В ходе очистки газа (воздуха) напр жение на электродах понижают в пределах от 1100 В (в начале процесса) до 370 В (при выходе на стационарный режим). При этом характер изменени  напр жени  определ - етс , в основном, типом примен емых электродных чехлов: дл  чехлов из пористой керамики (оптимальный материал). Этот предел напр жений находитс  в интервале от 1100 до 370 В. В устройстве применены чехлы из пористой ионопроницаемой керамики , так как они химически и механически более стойкие, чем чехлы из ионитовых мембран . При применени  чехлов и ионообменных ионоселективных ионитовых мембран необходимо аноды помещать в энионито- вые чехлы из анионитовых мембран типа МА-100 (или аналогичных марок), а катоды - в катионитовые чехлы из катионитовых мембран типа МК-100 (или аналогичных марок). Напр жение при применении ионитовых чехлов целесообразно поддерживать в за вленных пределах 1100-370 В, так как при повышенных напр жени х процесс очистки протекает значительно быстрее, чем при бо- лее низких напр жени х.

Устройство дл  очистки работает непрерывно практически с неограниченным временем его эксплуатации.

При необходимости, например при за- мене электродов на свежие или насадки на новую, выключение абсорбера производ т в следующей последовательности: перекрывают нижний штуцер 8 ввода газа, затем выключают электроды 11,12 и распылители 4 воды, опускают из абсорбера воду через донный кран 23, открывают,боковые люки, демонтируют и вынимают через люки электроды с чехлами, замен   их на свежие, замен ют насадку на новую при необходи- мости.

Оптимальные параметры устройства дл  очистки.газов от ионогенных примесей следующие:

размеры абсорбера 3,6 х 10 х 81 см;

размеры каждого из керамических чехлов с толщиной стенки 3 мм, 3 хЮ х 81;

размеры сорбционных секторов (пространства с насадкой между электродными чехлами) по 3, см каждый;

обща  высота столба насадки из колец Рашига (размер насадки каждого кольца 1х х1 х 0,5 см) 71-75 см;

высота сло  жидкой воды на дне сорб- ционной секции 3-5 см;

скорость потока очищаемого газа (воздуха ) 14,5-15,5 л/с; скорость подачи сверху на насадку распыл емой воды в сорбцион- ные секторы сорбционной секции по 0,5 л/ч, скорость подачи воды в электродные чехлы по 10 л/ч;

соотношение суммарных объемов чехлов и объема сорбционной секции абсорбера 1:1;

величина налагаемого на электроды напр жени : начальное 1100 В, на стационарном режиме напр жение понижаетс  до 370 В - в зависимости от типа материала чехла и концентрации ионогенных примесей в пленке воды, стекающей по насадке;

плотность тока от 0,05 А/дм2 в начале процесса очистки до 0,2 А/дм на стационарном режиме очистки;

рассто ние между соседними электродами по 6,7 см;

примененное в оптимальных услови х число электродов - 6;

активна  рабоча  площадь каждого из пластинчатых графитовых электродов с толщиной 0,5 см при их высоте по 76 см и ширине 10 см по 15,6 дм2; у электродов, прилегающих к стенкам, по 8 дм , охлаждение электродов - за счет проточной воды -в керамических чехлах

Источник электропитани  электродов посто нным током - соединенные вместе выпр мители тока типа ВСА-5 или другие типы выпр мителей

Промышленные абсорберы могут иметь значительно большие габариты, расход воды , величины тока, высоту и площади электродов и более мощные выпр мители тока.

Устройство и весь технологический процесс очистки поддаютс  полной автоматизации .

П р и м е р 1. Параметры абсорбера аналогичны вышеприведенным оптимальным значени м, начальное напр жение 1100 В, напр жение на стационарном режиме 370 В, начальна  плотность тока 0,05 А/дм , плотность тока на стационарном режиме до 0,2 А/дм2. Число электродов - четыре (два анода и два катода). Число сорбционных секторов - три. Удал ема  из очищаемого газа (воздуха) ионогенна  примесь - аммиак с концентрацией 100 мг/л, скорость подачи очищаемого воздуха 14,5 л/с.

В устройстве полна  очистка газа осуществл лась практически без ограничени  продолжительности процесса очистки и при этом проскока примеси через насадку не наблюдалось.

В прототипе в абсорбере с сорбционной зоной, равной объему сорбционной секции

предлагаемого устройства, который равен суммарному объему сорбционных секторов, при оптимальных услови х проведени  опытов в прототипе (напр жени  1200 В и величине тока 0,2 А) проскок примеси аммиака наблюдалс  сразу же после начала работы (концентраци  аммиака в очищаемом воздухе и скорость его пропускани  были идентичны опыту в предлагаемом устройстве).

Очистка от ионогенной примеси в про- тотипе достигалась только при концентрации примеси не выше 20 мг/л и то лишь при скорости подачи очищаемого воздуха не выше 2,2 л/с, то есть скорость очистки в устройстве в 11,6 раз выше скорости очистки в прототипе: за счет увеличени  концентрации в 5 раз по сравнению с прототипом и ещё в 6,6 раз за счет увеличени  скорости подачи очищаемого воздуха в абсорбер в предлагаемом устройстве, то есть в сумме скорость очистки в 11,6 раз выше скорости очистки в прототипе.

При оптимальном числе электродов 6 (три анода и три катода) в услови х примера 1 скорость очистки возросла в 13,5 раз по сравнению с прототипом.

При применении только двух электродов (анода и катода) скорость очистки резко снизилась: повышение скорости очистки составила до 7 раз по сравнению с прототи- пом (рассто ние между электродами в опыте при этом составл ло 32 см).

П р и м е р 2. Услови  проведени  опытов те же, что в примере 1.

Скорость подачи очищаемого газа (возду- ха) составила 15,5 л/с, концентраци  удал емой ионогенной примеси (двуокиси азота) 100 мг/л. Скорость очистки в устройстве оказалась в 12 раз выше скорости очистки в прототипе: в п ть раз за счет повышени  концентрации примеси с 20 мг/л (в прототипе выше этой концентрации происходит проскок примеси) до 100 мг/л и в семь раз за счет повышени  скорости подаваемого на очистку газа с 2,2 л/с (в прототипе) до 15,5 л/с (в предлагаемом устройстве), то есть в сумме в 12 раз.

При оптимальном числе электродов равном шести (три анода и три катода) в услови х примера 2 скорость очистки возросла в 14 раз по сравнению с прототипом.

При применении только -двух электродов (анода и катода, при рассто нии между ними 32 см) скорость очистки составила только в 8 раз выше скорости в прототипе,

ПримерЗ. Услови  проведени  опытов те же, что в примере 1.

Скорость подачи очищаемого газа (воздуха ) 15,5 л/с, концентраци  удал емой ионогенной примеси (хлористого водорода)

100 мг/л. Скорость очистки в предлагаемом устройстве оказалось в 12 раз выше, чем в прототипе: в 5 раз за счет повышени  концентрации примеси в воздухе с 20 мг/л (в прототипе, выше - проскок) до 100 мг/л (в . предлагаемом устройстве) и еще в 7 раз за счет повышени  скорости подаваемого на очистку воздуха с 2,2 л/с (в прототипе, выше - проскок примеси) до 15,5 л/с (в предлагаемом устройстве).

При оптимальном числе электродов, равном шести (3 анода и 3 катода) в услови х примера 3 скорость очистки возросла в 14 раз по сравнению с прототипом.

При применении только двух электродов (анода и катода, ггри рассто нии между ними 32 см) скорость очистки была только в 7,5 раз выше скорости очистки в прототипе.

Повышение скорости очистки газов от ионогенных примесей по сравнению с прототипом по меньшей мере в 11-12 раз при четырех электродах (два анода и два катода) достигнуто за счет применени  пластинчатых электродов в ионопроницаемых чехлах, размещенных всорбционной/ секции абсорбера при соотношении суммарных объемов чехлов и сорбционной секции от 1:1 до 1:10. Наиболее близким к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  очистки воздуха, преимущественно от аммиака и кислых примесей, содержащее вертикальный абсорбер с системой распылени  воды, Нижний штуцер ввода и верхний штуцер вывода газов, емкость - приемник извлеченных ионогенных примесей, которое с целью повышени  эффективности очистки воздуха снабжено п тикамерным электролизером, средн   камера которого размещена перед штуцером вывода газов, выполнена с перфорированным днищем из диэлектрика, перекрывающим поперечное сечение абсорбера, и снабжена фильтром в виде сло  силик-аге- л , при этом остальные камеры размещены с внешней стороны корпуса абсорбера.

В прототипе, проскочившие через зону распылени  воды, ионогенные примеси, растворившиес  в пленке воды на тонком слое силикагел , удал ют в электрическом поле высокого напр жени  1200-1500 В из абсорбера в боковые камеры - ловушки с диафрагмами, обладающими омическим сопротивлением ,

Недостатком прототипа  вл етс  существование недостаточно высокого верхнего предела скорости очистки.

Предлагаемое устройство позвол ет не только повысит скорость очистки газов от ионогенных примесей по сравнению с прототипом по меньшей мере в 11-12 раз за счет их извлечени  сразу из всего объема

пленочной воды сорбционной секции абсорбера по всей его высоте, но и предотвращает практически любые залповые выбросы токсичных ионогенных примесей из абсорбера в окружающую атмосферу при резком повышении концентрации этих примесей в газе, защища  от них экологическую среду, и резко повышает эффективность работы абсорбера пленочного типа.

При применении только двух электродов (анода и катода) скорость очистки резко снижаетс , повышение .скорости очистки составл ет лишь в 7-8 раз больше скорости очистки в прототипе. Вследствие этого в формуле изобретени  указываетс , что число электродов должно быть... в количестве не менее четырех, так как начина  с применени  четырех электродов, происходит резкое уменьшение рассто ни  между соседними

электродами и наблюдаетс  скачкообразное возрастание скорости очистки, вызванное этим уменьшением межэлектродного рассто ни .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  очистки воздуха от аммиака и кислых примесей, содержащее сорбционную секцию, внутри которой помещена насадка, систему распылени  воды, нижний штуцер ввода и верхний штуцер вывода,, электроды с источником питани  посто нным током, отличающеес  тем, что, с

   целью увеличени  скорости очистки, электроды снабжены чехлами из ионопроницаемого материала, установлены в сорбционной секции и суммарный обьем чехлов относитс  к объему сорбционной секции как 1:(1-10).

   15

   Фиг Л

   Т-М 1:13

   1:12 1:11 1:10 1:9

   1:8 1:1

   1:6 1:5

   М 1:3 1:2

   3

   Фиг.2

   12