Tehnologii si echipamente de epurare a atmosferei1.Tehnologii, aparate şi instalatii care folosesc principiul centrifug.

- Clasificarea echipamentelor. Poluanti epurati pe aceste echipamente.- Principiile de functionare a echipamentelor.- Avantajele si dezavantajele utilizarii acestor echipamente.

2.Tehnologii, aparate şi instalaţii care folosesc principiul filtrării prin fibre.- Clasificarea echipamentelor. Poluanti epurati pe aceste echipamente.- Principiile de functionare a echipamentelor.- Avantajele si dezavantajele utilizarii acestor echipamente.

3.Aparate şi instalaţii care lucrează pe principiile separării electrostatice.- Clasificarea echipamentelor. Poluanti epurati pe aceste echipamente.- Principiile de functionare a echipamentelor.- Avantajele si dezavantajele utilizarii acestor echipamente.

4.Aparate şi instalaţii care lucrează în mediu umed.- Clasificarea echipamentelor. Poluanti epurati pe aceste echipamente.- Principiile de functionare a echipamentelor.- Avantajele si dezavantajele utilizarii acestor echipamente.

1. Echipamente funcţionând pe principiul de epurare centrifugal Instalaţiile care funcţionează pe principiile de epurare centrifugale se clasifică în:

- epuratoare centrifugale axiale - epuratoare cu vârtej bidimensional - cicloane - multicicloane - cicloane sau multicicloane speciale

Desprăfuitoare centrifugale axiale

Aceste desprăfuitoare sunt cele mai simple aparate care folosesc principiul de epurare centrifugal şi au cele mai mici pierderi de presiune datorită modificărilor foarte reduse a schimbării direcţiei de curgere a fluidului purtător comparativ cu celelalte sisteme de epurare. În figura 4 este prezentat un astfel de epurator. Funcţionarea acestuia este următoarea: Aerul intră pe ajutaj având o mişcare numai axială unde I se imprimă suplimentar şi o mişcare tangenţială ,acest lucru va impune particulelor de impurităţi cu o densitate mai mare să se deplaseze spre peretele exterior al epuratorului de unde vor fi evacuate ieşire de praf , iar aerul curat se va prelinge tangenţial şi va fi evacuat prin tubul interior. Aparate cu vârtej bidimensional

Prima direcţie de separare este cea orizontală unde separarea se face în separatorul axial orizontal. Acesta se compune dintr-un ajutaj în care aerul intră axial şi primeşte o mişcare spirală atât axială cât şi tangenţială. Particulele din aerul prăfuit având o densitate mai mare vor ieşi şi vor avea tendinţa să se deplaseze datorită diferenţei de densitate spre peretele exterior al separatorului axial orizontal, aerul mai sărac în particule se va orienta spre partea interioară a spiralei. Aerul bogat în impurităţi va fi captat şi separat de aerul curat prin peretele separator într-un ciclon unde se va face a doua treaptă de separare. Pierderile de presiune din ciclon sunt mai mari decât pe un tronson drept fiind obligatorie introducerea unui ventilator , acesta compensând pierderile de presiune.

1

Cicloanele Cicloanele pot fi cu intrare axială sau tangenţială a fluidului purtător. În figura 6 sunt prezentate

cele două variante de cicloane.

Procesul de epurare începe o dată cu intrarea fluidului pe spirele cu curent descendent şi încetează în momentul întoarcerii pe curentul ascendent. Acest lucru se datorează vitezei tangenţiale v , a raportului densităţilor prafului şi aerului care vor asigura o mişcare relativă între particulele de impurităţi şi fluidul purtător. Acest lucru va conduce la deplasarea particulelor de impurităţi spre peretele exterior al epuratorului , unde datorită frecării dintre particule şi peretele exterior se reduce viteza particulelor. 0Datorită scăderii vitezei particulelor acestea se vor depune gravitaţional conform legilor lui Stokes-Cunningham. Tot datorită acestei mişcări a particulelor pe peretele exterior al ciclonului apare o puternică eroziune a acestuia ceea ce în timp conduce la distrugerea ciclonului. Aceste cicloane sunt cele mai folosite aparate in practica pentru desprăfuirea grosieră.

Multicicloane Aceste instalaţii pot fi clasificate după tipul de antrenare : • Multicicloane cu antrenare in mişcarea centrifugala prin intrare tangenţiala • Multicicloane cu antrenare in mişcarea centrifugala prin intrare axiala Sau dupa tipul de racordare: • Multicicloane cu racordare externa • Multicicloane cu racordare interna

Cicloane speciale Pentru mărirea rezistenţei cicloanelor la gaze aflate la temperaturi ridicate, gaze corozive sau care

conţin aerosoli corozivi se utilizează cicloane (multicicloane) de construcţie specială. Astfel la temperaturi ridicate acestea vor fi confecţionate din materiale refractare până la 1000C sau vor fi placate în interior cu materiale refractare şi termoizolante. În cazul gazelor folosite materialele din care se confecţionează cicloanele va fi oţel inoxidabil sau răşini pe suport de fibră sticlă. Cicloanele care trebuie să reziste la temperaturi înalte placate cu manta refractară se numesc cicloane de tip Ambuco. În cazul în care cicloanele trebuie să reziste la gaze corozive aflate la temperaturi înalte se vor utiliza pentru construcţia lor oţeluri inoxidabile sau vor fi placate cu materiale ceramice. În unele cazuri pentru creşterea rezistenţei mantalei exterioare a ciclonului aceasta va fi răcită în mod forţat cu apă sau aer.

2. INSTALAŢII ŞI APARATE CARE FOLOSESC PRINCIPIUL DE EPURARE PRIN FILTRAREInstalaţiile care funcţionează pe principiile filtrării sunt:

- filtre plane sau cu plăci - filtre cu mâneci sau cu saci - instalaţii de filtrare speciale.

2

Cele mai utilizate filtre sunt: - sită (ţesătură metalică) – mediu grosier - granulare (pulberi sinterizate sau paturi de materiale granulare) - fibre – naturale (celulozice), vată minerala, vata de sticla - artificiale (fibre sintetice);- osmotice – biologice (nu sunt utilizate prea frecvent).

Instalaţii şi aparate care folosesc mijloace filtranteFiltrul cu saci Mai poartă denumirea şi de filtre cu mâneci. Cantitatea de particule filtrate creşte mereu. Se impune scuturarea regulată a tuburilor pentru curăţire. Se fac cercetări în continuare pentru ameliorarea materialelor filtrelor. Fibrele ajung la 0,1 ÷ 0,25 μm pe suporţi de fibre groase 5 ÷ 12 μm din carbon amorf şi grafit. În figura 6 este prezentată schema de funcţionare a unui filtru cu saci.

Cele mai utilizate metode de curăţire sunt: - prin scuturarea cu sisteme mecanice - prin admisie de aer în contracurent - cu emiţători de înaltă frecvenţă - cu jet de aer de mare viteză pulsat

Alegerea filtrelor tubulare se face în funcţie de: - natura agenţilor poluaţi - caracteristicile fizico chimice a agenţilor poluanţi - concentraţiile de praf la intrare în filtru - sistemul de curăţire.

Filtrul cu placi Funcţionare şi întreţinere similară cu cele tubulare. În loc de tuburi sau mâneci se utilizează panouri plane. Acestea au dimensiuni mai mari ceea ce modifică metodele de fixare şi numărul de elemente active. Curăţirea este mai complicată. Sunt mai rar întâlnite în practică. Sunt tot mai mult înlocuite cu filtre cu mâneci. În figura 10 este prezentată schema de funcţionare a unui filtru cu placi Utilizarea lor este foarte întâlnită în secţiile unde apar poluanti la temperaturi scăzute. Pentru utilizarea la temperaturi ridicate se face o răcire în prealabil a fluidului purtator in schimbatoare de caldura. Vitezele recomandate sunt cuprinse între 1,5 ÷ 50 cm/s pentru utilizare. Pentru curăţire se recomandă metodele cu posibilităţi de automatizare.

3

Avantajele şi dezavantajele folosirii filtrelor cu ţesături:

Avantaje: grad de separare ridicat randament de exploatare ridicat randament de epurare relativ constant în

timp pentru debite variabile şi concentraţii diferite

construcţie simplă consum redus de energie colectarea se face uscat

Dezavantaje: se evită gaze cu umiditate ridicată natura ţesăturii depinde de natura fizico-

chimică a gazului şi particulelor filtrate se captează numai particule solide cheltuieli ridicate cu înlocuirea ţesăturilor

filtrelor instalaţie voluminoasă

3.Aparate şi instalaţii care lucrează pe principiile separării electrostatice.

Echipamentele care funcţionează pe principiile electrostatice de epurare se clasifică în: - epuratoare electrostatice tubulare - epuratoare electrostatice cu plăci: - cu intrare verticală

- cu intrare şi ieşire orizontală - epuratoare electrostatice cu ionizare prealabilă.

Procesul de separare electrostatică cuprinde trei etape elementare: 1- particulele în suspensie sunt încărcate electric de către ionii fluidului purtător 2- forţa electrică este aplicată particulelor de praf conducându-le pe o suprafaţă de colectare 3- particulele reţinute pe suprafaţa de colectare sunt separate de pe acestea printr-un sistem de smulgere

sau spălare.

Epuratoare electrostatice tubulare Clasificarea epuratoarelor electrostatice se face după mai multe criterii. Principalele criterii după care s-a făcut clasificarea acestora sunt forma lor constructivă şi mediul în care lucrează. După forma lor constructivă epuratoarele electrostatice pot fi : - tubulare - cu plăci: - cu intrare verticală - cu intrare orizontală După mediul în care aceste epuratoare lucrează epuratoarele pot fi:

- epuratoare care lucrează în mediu uscat de epurare - epuratoare care lucrează în mediu umed de epurare.

Instalaţii care funcţionează pe principiul epurării electrostatice Epuratorul electrostatic tubular Un epurator electrostatic tubular se compune din :

- tub exterior – tub cu diametrul cuprins între 150-300 mm; - electrod de tip corona ( 2-4mm); - tub lung (2000-4000mm); recomandat 3000-4000 mm.

În cazul în care se curăţă fluide uscat acestea se confecţionează din oţel şi sunt cele mai utilizate . Aceste epuratoare au aplicabilitate specifică în uzinele de acid sulfuric, şi mai nou şi în uzinele de sinterizare

4

a oţelurilor şi fontelor. Aceste epuratoare sunt folosite şi pentru unele aplicaţii care necesită mai multe tuburi operând în paralel pentru a face faţă curgerilor mari.

Tuburile pot avea mai multe forme : circulară, pătrată, hexagonală. Intrarea aerului se face de jos în sus şi din motive constructive şi de întreţinere întrucât în partea

superioară avem izolatori electrici pentru corectarea electrozilor pe care în cazul în care vom avea depuneri de praf ar apărea descărcări electrice între electrozi şi cadrul pe care sunt fixaţi aceştia. Electrodul de tensiune înaltă lucrează la aceiaşi tensiune pe întreaga lungime a tubului şi curentul variază de-a lungul lungimii pe măsură ce particulele sunt îndepărtate din sistem.

Aceste epuratoare se folosesc mai ales pentru particulele umede şi lipicioase. În afara curăţirii mecanice cu perii în varianta uscată se mai poate aplica varianta de curăţire prin

vibrare , cu ultrasunete sau cu un jet de aer în contra curent , aceasta din urmă este mai puţin recomandată. De asemenea acestea se mai pot curăţa cu apă , dar apare un dezavantaj prin faptul că apar pierderi de presiune din reantrenarea particulelor mai mici.

Epuratoare electrostatice cu plăci

Acestea au o schemă de funcţionare similare cu cele tubulare , dar lungimea plăcilor este cuprinsă între 2000-4000 mm. Diferenţa între cele două constă în modul de aşezare a electrozilor de depunere şi a modului de suspendare a electrozilor.

Electrozii de depunere sunt confecţionaţi din oţel pentru varianta uscată, şi din plăci cu Pb pentru varianta umedă. Electrozii de depunere au forme constructive diverse care variază în funcţie de producător. Un număr considerabil de epuratoare mici (100000-200000 acfm) folosesc plăci netede în locul spirelor pentru electrozii de înaltă tensiune.

Epuratoarele cu placă netedă par să aibă aplicabilitate largă la particulele cu rezistivitate mare şi diametre mici (1-2μm). Aceste aplicaţii subliniază în special punctele tari ale formei constructive pentru că forţele electrice de dizlocare sunt mai slabe pentru particulele mici decât pentru cele mari. Poluanţii au fost colectaţi cu succes cu acest tip de epurator, dar viteza scăzută de curgere apare ca fiind critică pentru a evita pierderile mari prin scuturare.

Pentru evitarea deformării electrozilor la circulaţia fluidului purtător printre aceştia, la epuratoarele electrostatice cu intrare orizontală se recomandă mărirea dimensiunilor electrozilor de emisie de la 4 la 8 mm.

Datorită simplităţii constructive a acestor echipamente cele mai folosite epuratoare în practica industrială sunt epuratoarele electrostatice cu plăci .

Epuratoarele electrostatice umede sunt spălate de lichidul de curăţire. Pentru creşterea rezistenţei la coroziune aceste epuratoare se confecţionează sau se plachează cu plumb. Datorită mediului umed în care lucrează temperatura de funcţionare este redusă sub punctul de volatilizare a lichidului de spălare.

4.Aparate şi instalaţii care lucrează în mediu umed.5

Echipamentele care lucrează pe principii umede statice se clasifică în: - spălătoare: - epuratoare umede cu coloană de umplutură

- scrubere - epuratoare cu spumă: - cu o treaptă de epurare

- cu mai multe trepte de epurare Epuratoarele care lucrează in mediii umede funcţionând pe principii dinamice sunt:

- dezintegratoarele - rotocicloanele - hidrocloanele - epuratoarele tip Keller - epuratoarele tip Oelde - epuratoarele cu guler divergent-convergente

Cu unele mici excepţii desprăfuirea pe cale umedă are la bază aceleaşi legi fizice ca metodele uscate de desprăfuire a aerului. Acestea sunt:

1. Fenomenele de impact ale particulelor de lichid cu cele de praf. Efectul este prezent şi la particulele submicronice, ceea ce conduce la accelerarea fenomenelor de conglomerare şi concentrare a particulelor respectiv depunerea lor sub influenţa diferitelor câmpuri de forţă.

2. Teoria difuziunii sau efectul mişcării browniene se aplică la particulele cu dimensiuni sub 100nm. 3. Acţiunea sarcinilor electrostatice a particulelor de praf şi a picăturilor de lichid constituie unul din

elementele care contribuie la realizarea unei epurări mai bune a gazelor. 4. În anumite condiţii efectele schimbărilor de fază conduc la creşterea eficacităţii sistemelor de epurare

ce funcţionează pe acest principiu.

În afara acestor mecanisme generale mai apar şi alte mecanisme specifice cum ar fi: 1. Fenomenele de solubilitate la înmuiere. 2. Aderenţa picăturilor de apă la particulele solide. 3. Absorbţia umidităţii şi mărirea picăturilor de apă la particulele de solide. 4. Reacţii chimice diverse.

În practică s-a constatat că pentru buna funcţionare a echipamentelor care lucrează pe principiile umede de epurare, ele au nevoie de anumite condiţii standard (temperatură, umiditate, presiune, pH, etc). Epurarea este astfel puternic influenţată de fenomene cum ar fi:

1. Gerul (frigul) ceea ce obligă utilizatorii la asigurarea unor temperaturi optime de lucru. 2. Coroziunea, care obligă utilizatorii la asigurarea unor straturi de protecţie fie prin vopsirea anticorosivă

fie prin căptuşirea cu materiale cu caracter neutru faţă de compoziţia gazelor ce se epurează. 3. Evacuarea impurităţilor sub formă de noroaie. La îndepărtarea noroaielor se urmăreşte:

a. pentru concentraţii mici cu purjări periodice prevederea unor bazine cu fund plat. b. pentru concentraţii medii prevederea de bazine sau rezervoare de decantare. c. pentru concentraţii ridicate prevederea de dispozitive de evacuare continuă cu melc sau cu

racleţi.

Alte aspecte importante care se urmăresc pentru o bună funcţionare a echipamentelor de epurare pe cale umedă sunt:

- producerea unor picături cât mai fine sub forma unor perdele de ceaţă - posibilitatea de separare şi evacuare a impurificătorilor din mediul lichid – prin flotare sau decantare

Instalaţii care lucrează pe principiul umed de epurare Clasificarea epuratoarelor care lucrează pe principiul med de epurare

1. Statice 2. Dinamice 3. Aparate cu suprafeţe udate 4. Aparate cu spumă

Instalaţii de epurare umede ce funcţionează pe principiul static de epurare Cele mai răspândite aparate care lucrează pe acest principiu sunt:

a. cu coloană de umplutură b. scrubere

6

Principial aceste echipamente în totalitatea lor se confecţionează din materiale rezistente la acţiunea corozivă combinată a gazelor şi lichidelor ce circulă prin acestea. Cele mai utilizate materiale rezistente la coroziune sunt: - Oţelul inoxidabil - Oţelul plumbuit - Materialele ceramice - Materialele plastice

Instalaţiile umede statice cu coloană de umplutură

Materialele de umplutură trebuie ă îndeplinească anumite condiţii de funcţionare. Acestea sunt: - trebuie să aibă o suprafaţă de udare cât mai mare; - să aibă o rezistenţă cât mai mică la trecerea curentului fluidului purtător; - să nu permită acumularea impurificătorilor în anumite zone ale umpluturii; - să fie rezistente la acţiunea combinată a gazului şi a lichidului absorbitor; - să aibă o greutate specifică cât mai mică; - costul umpluturii să fie cât mai mic.

Scruberele Scruberele sunt instalaţii umede funcţionând pe principii statice de epurare. Ele se clasifică din punct de vedere constructiv în:

- Ciclonul cu pulverizare de apă- Scruberele centrifuge

Instalaţiile de epurare umede care funcţionează pe principii dinamice de epurare Acestea se clasifică în: - dezintegratoare: - rotocicloane tip W - rotocicloane tip N – hidrocloane - epuratoare cu vârtej tip ASCO - epuratoare Keller - epuratoare Oelde - epuratoare cu guler convergent divergent. Caracteristic acestor tipuri de epuratoare o constituie crearea unei suprapresiuni care va deforma lichidul absorbitor la trecerea fluidului purtător prin zona de reţinere sau zona activă de lucru. În acesta zonă fluidul îşi va schimba direcţia de curgere iar impurificătorii vor intra inerţial în contact cu lichidul absorbitor. Pe baza fenomenelor de umectare şi a forţei tensiunilor superficiale impurificătorii vor fi reţinuţi şi înglobaţi în absorbitor. După înglobare separarea se va face prin decantare in bazinul cu absorbitor după deplasare impurificătorilor din zona activa de lucru în zonele staţionare. Diferite forme constructive de scrubere centrifuge

a. Ciclon cu scurgere gravitaţională a apei b. Ciclon cu pulverizare axială a apei c. Ciclon cu pulverizare în zona laterală a apei

Instalaţii de epurare umedă cu suprafeţe udate Comprativ cu echipamentele prezentate anterior la aceste instalaţii suprafaţa de contact se realizează prin udarea zonei de reţinere a impurificătorilor cu o peliculă de lichid absorbitor. La aceste echipamente randamentul de reţinere este mai mic decât la celelalte instalaţii datorită reducerii turbulenţei fluidului purtător si deci a posibilităţilor de intrare in contact intim a impurificătorilor cu lichidul absorbant. Randamentele sunt de circa 85-90% pentru particulele de 5-10 μm si de 95-98% pentru cele de peste 10 μm. Principialele instalaţii care lucrează pe aceste principii sunt:

1- cicloanele cu peliculă de apă 2- scruberele centrifuge

Instalaţiile de epurare umedă cu spumă Specific acestor instalaţii sunt următoarele aspecte:

- trecerea gazelor impurificate se face printr-un pat continuu de spumă; - reţinerea impurificătorilor se face pe baza tensiunilor superficiale sporite rezultate prin introducerea in

lichidul absorbitor care spumează a unor substanţe tensioactive; - suprafaţa de contact este foarte mare ceea ce măreşte randamentul de reţinere a noxelor;

7

- în afara substanţelor prăfoase se reţin foarte bine şi substanţe chimice toxice sub formă de gaze, vapori sau aerosoli lichizi;

- odată cu creşterea concentraţiei de impurificători bulele de gaze care formează spuma îşi vor reduce dimensiunile ca urmare a îngreunării suprafeţelor peliculare ale bulelor;

- reducerea cantităţii de spumă şi a numărului de bule de lichid absorbitor impune evacuarea continuă a şlamului şi a spumei cu calităţi şi randamente de reţinere redusă;

- tratarea ulterioară prin procedee diverse a şlamului cu impurificători.

Se observă ca materialul spumant se evacuează constant de pe grătarul de trecere. În urma procesului de evacuare a spumei în zona de ieşire se va obţine un randament de epurare mai redus datorat deprecierii spumei absorbitoare. Menţinerea unui randament ridicat impune asigurarea unei calităţi corespunzătoare a întregului pat de spumă. Acest lucru se poate obţine numai în condiţiile unei evacuări înainte de epuizare a calităţilor absorbante a întregului pat de spumă prin mărirea vitezei de introducere şi respectiv evacuare a acestuia. Dezavantajul evacuării prea rapide constă în creşterea cantităţii de lichid spumat, ceea ce implicit conduce la creşterea costurilor procesului de epurare.

8