Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Zanieczyszczenia gazów i ich usuwanie Bujarski Marcin Grupa I IMM Sem 1 mgr 1
Spis treści 1. Skład powietrza... 3 2. Zanieczyszczenia powietrza... 5 3. Metody usuwania cząstek stałych... 6 4. Metody usuwania cząstek gazowych... 7 Literatura... 9 2
1. Skład powietrza Powietrze atmosferyczne jest bezbarwną i bezwonną mieszaniną gazów, tworzącą zewnętrzną strefę Ziemi. Jego średni skład stanowi wzorzec do oceny stopnia jego zanieczyszczenia. Właściwości powietrza: Bezbarwne Bezwonne Bezsmakowe Gęstość powietrza zależna jest od ciśnienia Temperatura topnienia zestalonego powietrza wynosi około 213 C, a temperatura wrzenia około 191 C. Powietrze zawiera parę wodną, przy czym jej zawartość silnie zmienia się z wysokością nad powierzchnią Ziemi, z czasem, temperaturą, nasłonecznieniem, itd. Przy powierzchni waha się w granicach 0,5% 4,0%. Do oceny stopnia wilgotności powietrza stosuje się dwie wielkości: wilgotność bezwzględną, określającą ilość wody w gramach zawartej w 1 m³ powietrza, przy określonym jego ciśnieniu i temperaturze (zwykle są to warunki normalne fizyczne lub techniczne); wilgotność względną, określającą stosunek ilości pary wodnej zawartej w 1 m³ powietrza, przy określonym ciśnieniu i temperaturze, do ilości pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze i ciśnieniu powietrza. Stosunek ten podaje się w procentach lub w postaci ułamka. Inne składniki zmienne powietrza to: podtlenek azotu 0,3 ppm ozon zmiennie do 0,07 ppm dwutlenek siarki silnie zmienny, zależny od zanieczyszczeń przemysłowych Suche powietrze ma średnią masę molową 28,97 g/mol 3
Skład powietrza przedstawia tabela 1. Składnik % ppm azot 78,084 780 840 tlen 20,946 209 460 argon 0,934 9340 dwutlenek węgla 0,0360 360 neon 0,00181 18,18 hel 0,00052 5,24 metan 0,00017 1,70 krypton 0,00011 1,14 wodór 0,00005 0,50 Tabela 1. Skład procentowy powietrza ksenon 0,000008 0,087 4
2. Zanieczyszczenia powietrza Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na dwie grupy: 1. Zanieczyszczenia stałe: krople wody, cząstki sadzy, cząstki popiołów, bakterie, pyłki roślin, zarodniki grzybów. 2. Zanieczyszczenia gazowe: para wodna, tlenki siarki, tlenki azotu, tlenki fosforu. Zanieczyszczenia powietrza podzielić można także na: zanieczyszczenia naturalne wynikają one z procesów zachodzących w przyrodzie: pożary lasów i stepów, erupcje wulkanów, huragany, powodzie, burze piaskowe i pyłowe, cyklony, powodzie, procesy erozji gleb. zanieczyszczenia pochodzenia antropogenicznego: zanieczyszczenia emitowanych przez przemysł chemiczny i energetyczny, zanieczyszczenia komunalne i rolnicze, spalanie paliw. 5
3. Metody usuwania zanieczyszczeń stałych Metody usuwania zanieczyszczeń stałych dzieli się na suche i mokre. Urządzenia za pomocą których można usuwać zanieczyszczenia stałe: Filtry pyłowe Filtry węglowe Filtry elektrostatyczne Filtry mokre Osuszacze adsorpcyjne Cyklony Filtracja powietrza odbywa się w filtrach, gdzie usuwane są przede wszystkim cząstki stałe. Są one filtrowane przez wkłady filtrujące o określonej dokładności oczyszczania. Zasada działa filtru zgrubnego Rysunek 1. Filtr zgrubny Filtr zbudowany jest z korpusu (1) w którym wykonano otwory: zasilający i wylotowy. Powietrze wpływa do filtra zgodnie ze strzałkami i kierowane jest w dół, gdzie kierownica (2) powoduje zawirowanie strugi powietrza i jego rozprężenie, przez co wytrąca się zawarta w powietrzu woda. Siła odśrodkowa wyrzuca na ścianki zbiornika (5) większe zanieczyszczenia stałe (krople kondensatu olejowego, krople wody, cząstki stałe) które gromadzą się na dnie 6
zbiornika w formie kondensatu. Powietrze przepływa następnie przez wkład filtrujący (3) i jest oczyszczane z drobniejszych zanieczyszczeń (w zależności od dokładności filtracji). Kierowane jest następnie do otworu wylotowego i dalszych części układu. Filtry są wyposażane w zawory spustu kondensatu (6), które mogą działać ręcznie, półautomatycznie lub automatycznie. Zasada działania filtru elektrostatycznego Rysunek 2. Zasada działania filtru elektrostatycznego Zanieczyszczone powietrze przepływa przez filtr wstępny, w którym zatrzymywane są większe cząsteczki pyłu. Powietrze przepływa przez komorę jonizacyjną, w której pozostałe cząsteczki są ładowane w polu elektrostatycznym o wysokim napięciu. Cząsteczki o dodatnim ładunku osadzają się na okładzinach kondensatora które są naładowane ujemnie. Powietrze przepływa przez filtr wtórny, który zatrzymuje cząstki które mogły oderwać się od okładzin kondensatora. 7
4. Metody usuwania cząstek gazowych Metody usuwania cząstek gazowych dzieli się na: Adsorpcyjne Absorpcyjne Spalania Filtry mokre Rektyfikacja Zasada działania płuczki absorpcyjnej Zasadą działania płuczek i absorberów natryskowych jest kontaktowanie strumienia zanieczyszczonych gazów w kolumnie lub w komorze z rozpyloną (rozproszoną) na krople cieczą. Najczęściej ciecz rozpyla się za pomocą rozpylaczy hydraulicznych (wirowych, strumieniowo-wirowych, uderzeniowych), zdecydowanie rzadziej za pomocą rozpylaczy pneumatycznych lub mechanicznych (rotacyjnych) czy też przez grawitacyjny wypływ cieczy z otworów rozmieszczonych na powierzchni kolektorów cieczowych. Dodatkowymi elementami, istotnie zwiększającymi czas oraz powierzchnię kontaktu oczyszczanego gazu z cieczą absorpcyjną, są wypełnienia kolumn absorpcyjnych. Wypełnienia te mogą być wytworzone z kruszyw mineralnych (np. żwir, piasek), jak też z tworzyw syntetycznych o ściśle określonych kształtach i rozmiarach (kształtki). Faza wypełniająca kolumny może być nieruchoma lub ruchoma (fluidalna). Gaz z reguły przepuszczany jest z dołu do góry, a ciecz absorpcyjna przemieszczana jest w kierunku przeciwnym. Stosowanie wypełnień wiąże się niestety ze zwiększonymi oporami przepływu gazu przez kolumnę. Opory przepływu, oprócz sprawności oczyszczania, są niezwykle ważnym parametrem decydującym o opłacalności procesu absorpcji zanieczyszczeń powietrza. 8
Literatura 1. http://www.is.pw.edu.pl/plik/286/uogip_wyk_5.pdf 2. http://www.hafner.pl/podstawy-pneumatyki/przygotowanie-sprezonego-powietrza 3. http://pl.wikipedia.org/wiki/zanieczyszczenie_powietrza 4. http://www.specjalnoscchk.odt.pl/osiagi/piotrowska_krio.pdf 5. http://www.specjalnoscchk.odt.pl/osiagi/gorski_krio.pdf 6. http://www.retsat1.com.pl/michauer/chemia/inne/ochrona_srodowiska.pdf 7. www.uwm.edu.pl/kopits/dokumenty/oporyprzeplywu.doc 8. http://pl.wikipedia.org/wiki/powietrze 9