9.1. Використання конденсаційного очищення газів і пари

Конденсаційну обробку відхідних газів зазвичай включають в технологічний цикл, якщо процес супроводжується відчутними втратами проміжних або кінцевих продуктів. Часто за допомогою конденсації вловлюють і повертають в технологічний процес пари розчинників, що видаляються з поверхні виробів після нанесення функціональних, захисних і забарвлюючих шарів. Іноді конденсацію застосовують для вилучення з газового потоку цінних (дорогих) або особливо небезпечних речовин. При економічно і технічно прийнятних параметрах робочого середовища можна перевести в конденсуючий стан пари легкокиплячих сполук (зазвичай використовуваних як розчинники) з концентраціями не нижче 5...10 г/м³. Конденсація більш розбавлених забруднювачів представляє технічно складне завдання і вимагає значних витрат.

Ступінь вловлювання (глибина вилучення) забрудника залежить від ступеня охолодження і стиснення газових викидів. У виробничих умовах температуру і тиск приймають такими, щоб енерговитрати на конденсацію складали незначну частку загальних витрат на технологію. Тому ступінь вилучення навіть дорогих продуктів встановлюють невисокий, як правило, в межах 70...80%. З цієї ж причини використовувати конденсацію як самостійний засіб санітарного очищення (тобто з глибиною вилучення до санітарних норм) неприйнятно.

В той же час конденсаційна обробка може успішно застосовуватися в багатоступінчатих схемах очищення викидів. Існують три напрями в області газоочистки, де конденсація не лише корисна, але і необхідна. Це:

• попереднє осадження основної маси пари забруднювачів перед адсорберами при високому ступені забруднення викидів;

• парціальне вилучення пари, що містить сполуки фосфору, миш’яку, важких металів, галогенів перед термознешкодженням суміші забруднювачів;

• конденсація забруднювачів після хімічної обробки з метою переведення в легкоконденсуючі сполуки, наприклад, після хемосорбційних апаратів.

Конденсація може бути застосована для обробки систем, що містять пари речовин при температурах, достатньо близьких до їх точки роси. Цей метод найбільш ефективний у випадку вуглеводнів і інших органічних сполук, що мають достатньо високі температури кипіння, за звичайних умов і присутніх в газовій фазі у відносно високих концентраціях. Для видалення забруднювачів, що мають достатньо низький тиск пари при звичайних температурах, можна використовувати конденсатори з водним і повітряним охолодженням. Для більш летких розчинників можлива двохстадійна конденсація з використанням водного охолодження на першій стадії і низькотемпературного − на другій. Максимальне зниження вмісту інертних або таких, що не конденсуються газів в оброблюваній суміші дозволяє полегшити проведення процесу конденсації і підвищити її економічну ефективність, оскільки дає можливість виключити необхідність охолодження дуже низьких температур, відповідних точці роси.

Якщо газ необхідно охолодити до температури, що на 40...50К нижче за точку роси, аби досягти необхідного видалення забруднюючих речовин, то в процесі конденсації в масі газового потоку може розпочатися утворення туману. Розміри частинок цього туману складають зазвичай 1,0 мкм або ще менше, що утруднює вловлювання. Туман утворюється тоді, коли швидкість теплопередачі значно перевищує швидкість масопереносу і основна частина газу охолоджується до температури, лежачої значно нижче точки роси конденсованої пари. Далі у парі виникають центри конденсації і починається процес конденсації крапель в основній масі газового потоку ще до того, як пара досягне холодної поверхні. У конденсаторах з безпосереднім контактом туман утворюється рідко, оскільки маса газу перебуває дуже близько до холодних теплопровідних поверхонь (краплі або плівки рідини). Утворення туману в поверхневих конденсаторах можна передбачити шляхом розрахунку швидкостей тепло- і масопередачі в процесі проходження газу через конденсатор. Якщо маса газового потоку при даній температурі стає перенасиченою, то утворення туману вірогідне. Для запобігання туману слід використовувати конденсацію з безпосереднім контактом. Інший метод полягає в тому, щоб заздалегідь викликати утворення туману і видалити його за допомогою відповідного пристрою (електрофільтр, скрубер Вентурі, відповідні фільтри).

Конденсація може бути застосована для попередньої обробки газів, при якій виділяються цінні розчинники і зменшується кількість забруднювачів перед подальшою стадією обробки. Парціальна конденсація може знайти застосування в тих випадках, коли оброблюваний газ не викидається, а знову повертається в процес або використовується в процесі допалювання. Попередня обробка конденсацією доцільна в тих випадках, коли перед основною обробкою газовий потік необхідно охолодити, наприклад, при здійсненні адсорбції. Розрізняють два види конденсації:

• поверхневу (або просто конденсацію), при якій пара, що конденсується, і охолоджуючий агент розділені стінкою і конденсація пари відбувається на внутрішній або зовнішній поверхні холодної стінки;

• конденсацію змішенням, при якій пара, що конденсується, безпосередньо контактує з охолоджуючим агентом.

Якщо конденсації піддається пара нерозчинних в охолоджуючому агентові (воді) рідин або пару, що є невикористовуваним відходом того або іншого процесу, охолодження і конденсацію цієї пари можна проводити шляхом безпосереднього змішення з охолоджуючим агентом (водою).

Ефективність роботи конденсаторів змішення знаходиться в прямій залежності від поверхні зіткнення охолоджуючого агента і пари, тому поверхню зіткнення збільшують, розпилюючи охолоджуючий агент за допомогою різних пристроїв.