Аппараты газоочистки алюминия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт цветных металлов и материаловедения

Кафедра общей металлургии

Научно-исследовательская работа

По получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности

Аппараты газоочистки алюминия

Руководитель от университета С.М. Тинькова

Студент гр. ЦМ19-07Б Н.Н. Каюмов

Красноярск 2022 г

Введение

Наибольшую опасность из всех отходов алюминиевого производства представляют пылегазовые выбросы из электролизеров. В процессе электролиза из него выделяются газообразные и твердые вещества, которые уносятся естественной аэрацией и газоотсосом от электролизеров. Кроме того, образуются отходы (угольная пена, шламы газоочистки, отходы отработанной футеровки электролизеров и пр.). Все выделения из электролизеров и образующиеся отходы негативно воздействуют на окружающую среду. Выделяющиеся в процессе электролиза анодные газы содержат СО2, СО, SO2, HF, H2S, а также угле- и кремнефториды, дисульфид углерода, пары воды и смолистые вещества. Методы сбора этих газов зависят от типа электролизера. В настоящее время самой совершенной, соответствующей новым требованиям, считается система сухой сорбционной очистки с замкнутым контуром, состоящая из реакторов, обеспечивающих контакт газ -- глинозем и последующих рукавных фильтров для улавливания прореагировавшего глинозема и твердых частиц. Конечным продуктом при сухой очистке газов является фторированный глинозем, возвращаемый в электролизеры. Таким образом, сухая газоочистка является наиболее малоотходной технологией очистки газа

1. Аппараты газоочистки

При производстве алюминия очистке промышленных выделений уделяют первостепенное значение. В выборе типа и конструкции электролизера решающими факторами являются минимальное количество выделяемых при электролизе вредных веществ и возможность улавливания их в максимально концентрированном виде. Отходящие от электролизера газы захватывают частицы порошкообразного сырья, в основном мелкие фракции глинозема.

Назначение газоочистки -- отделить вредные составляющие и пыль от основной массы газов.

Рисунок 1- для мокрой очистки газов

Применяют различные системы газоочистки, состоящие из одной, двух и более ступеней. Назначение и аппаратурное оформление ступеней системы газоочистки различно. Па первой ступени газовая смесь очищается от механических включений (пыли) и смолистых составляющих, образующихся в результате коксования пека. Затем от газообразной части отделяются вредные составляющие. Для улавливания и выделения ценных фтористых соединений чаще всего применяют содовый раствор, который по мере обогащения фтористыми солями поступает в специальные отделения и цехи для регенерации фтора. При взаимодействии соединений фтора с алюминатным раствором фтор переходит в твердое состояние; образующееся соединение отвечает но составу формуле криолита Na3AlF6.

Для улавливания пыли и смолистых составляющих применяют электрофильтры специальной конструкции, охлаждающие электроды которых оборудованы гидросмывом. Уловленная в электрофильтрах пыль в виде шламов поступает на дальнейшую переработку для извлечения из нее ценных составляющих. Для улавливания пыли могут быть применены и мультициклоны. Для очистки газов от фторсодсржащих компонентов применяют различные аппараты мокрой очистки, в которых фтористые соединения переводятся в раствор. Наиболее часто применяют скрубберы н цепные аппараты, работающие по принципу противотока. Раствор в виде распыленной взвеси или пены, постепенно обогащаясь фтористыми соединениями, движется сверху вниз, а газы--снизу вверх, и по мере очистки выбрасываются через вентиляционные трубы.

Системы газоочистки объединяют с системами вытяжной вентиляции н располагают, как правило, между вентиляторами, создающими разрежение в системе вытяжной вентиляции, и вентиляционными трубами. Аппараты газоочистки располагают последовательно на свободном пространстве между корпусами электролиза.

Рисунок 2- схема двухступенчатой газоочистки, 1-электрофильтр , 2-вентилятор , 3-скруббер , 4-вентиляционная труба

Число аппаратов для очистки газов или число секций в аппарате, входящих в один блок, подбирают по производительности с таким расчетом, чтобы обеспечить постоянную очистку всего объема поступающих газов. Перед остановкой на чистку или ремонт одной секции пли одного аппарата к работе подключают резервные, чем и достигается непрерывность очистки газов. В отечественной практике наибольшее распространение получило расположение газоочнстных аппаратов, приведенное на рис. 131.

Системы газоочистки корпусов, оборудованных непрерывными самообжигающимися анодами с верхним подводом тока, состоят, как правило, из трех ступеней. В первой ступени (в “горелке” газосборного колокола) сгорают уловленные смолистые составляющие коксования анода и дожигается угарный газ до углекислого.

Во второй ступени (обычно в электрофильтре) улавливается пыль и несгоревшие в “горелках” остатки продуктов коксования. В третьей ступени улавливаются фторсодержащие и серусодержащие составляющие газа. Для этого широкое распространение получили пенные аппараты различных конструкций.

Избирательное действие отдельных ступеней газоочистки позволяет повысить общую степень очистки газов и снизить трудовые затраты на обслуживание системы. Например, при очистке газов в одну ступень только н аппаратах “мокрой” очистки эти аппараты быстро забиваются пылью, что резко снижает степень очистки и приводит к частым остановкам для извлечения накопившейся твердой фазы. Эта операция очень трудоемка и практически не поддается механизации.

В последнее время все большее распространение получают системы так называемой сухой очистки газов. Принцип действия таких систем основывается на избирательной способности некоторых твердых реагентов улавливать (адсорбировать) фторсодержащие составляющие промышленного газа. Наиболее эффективно применение таких систем для очистки газов, не содержащих смолистых составляющих. Такие газы улавливают газосборными устройствами электролизеров с предварительно обожженными анодами. пылегазовый электролиз вентилятор

В качестве улавливающего реагента, как правило, применяют специально приготовленный глинозем с относительно малым содержанием составляющей б и разветвленной поверхностью зерен.

Механические свойства указанного глинозема должны удовлетворять следующим требованиям: удельная поверхность не менее 40 м2/г; угол естественного откоса 30--35°; гранулометрический состав: --160+40 мкм не менее 20%, --40 мкм--не более 5%.

В аппаратурном оформлении такие системы представляют собой рукавные фильтры с большой рабочей поверхностью, на которую перед началом очистки газов наносят слой адсорбента (глинозема). По мере насыщения адсорбента фтористыми соединениями приводятся в действие механизмы встряхивания, и обогащенный фтористыми соединениями адсорбент удаляется. Если в качестве адсорбента применяется глинозем, то он направляется на электролиз. На очищенную рабочую поверхность тканей рукавных фильтров наносят новую порцию глинозема, и процесс очистки возобновляется.

Применение таких систем позволяет в одну ступень достаточно хорошо (до 95%) очистить промышленные газы, выделяющиеся в процессе электролиза алюминия, от фторсодержащих составляющих и пыли. О сложности и масштабах работы системы “сухой” очистки газов можно судить по тому, что для нормального ее функционирования при использовании в качестве адсорбирующего компонента глинозема необходимо вовлекать в процесс очистки не менее одной трети глинозема, используемого для электролиза.

Перечисленными выше способами осуществляется очистка достаточно концентрированных газов организованного газоотсоса. При высоких темпах роста производства алюминия для надежной охраны окружающей среды в последнее время все чаще стали применять системы, сводящие до минимума выделение вредных составляющих промышленных газов в атмосферу через аэрационные фонари корпусов электролиза алюминия. Такие системы получили название “фонарной” газоочистки (рис. 2). Принцип улавливания вредных составляющих газа в системах такого типа заключается в пропускании всего объема выходящих из корпуса газов через газопоглощающий раствор, подаваемый в аэрационный фонарь форсунками специальной конструкции в виде мелкодисперсной взвеси. Соприкасаясь с частицами раствора фтористые соединения растворяются в нем. Для увеличения контактной поверхности и сокращения брызгоуноса на пути газа устанавливают несколько рядов решеток.

Когда фонарь корпуса используют для улавливания вредных составляющих газа, его выполняют герметичным.

Рисунок 3- Схема «фонарной » газоочистки корпуса электролиза: 1-желоб , 2-форсунки , 4-вентилятор

Для создания необходимого разрежения применяют вентиляторы, которые устанавливают либо на строительных конструкциях фонаря корпуса либо в специальных помещениях между корпусами. В первом случае устанавливают много вентиляторов малых размеров, во втором --высокопроизводительные вентиляторы больших размеров вес которых не лимитируется прочностью несущих конструкций здания корпуса. Число таких вентиляторов выбирают на основании их производительности с учетом обеспечения непрерывного отсоса из корпуса требуемого объема газа.

При установке вентиляторов на здании корпуса вся система по очистке газов располагается около фонаря. При установке вентиляторов между корпусами очистку газов можно организовать как под фонарем корпуса, так и после вентиляторов в специальных гaзоочистных аппаратах с применением различных схем их компоновки. В зимнее время и газоулавливающие растворы таких систем добавляют различные антифризные добавки (препятствующие замерзанию раствора). Насыщенные фтористыми соединениями растворы направляют на регенерацию.

Основным недостатком систем “фонарной” газоочистки, кроме сложности изготовления и больших капитальных и эксплуатационных затрат на сооружение и обслуживание, является ограничение кратности обмена воздуха внутри корпуса, что приводит к ухудшению условий труда. Перспективными для “фонарной” газоочистки могут оказаться сухие способы улавливания газа.

Заключение

Российские алюминиевые сплавы прошли блистательный путь развития. Трудно себе представить, какой из конструкционных материалов может сейчас успешно конкурировать с алюминием. Не случайно он является основой большинства конструкций в ведущих областях техники - в авиации, ракетах, атомной промышленности. Он применяется также в строительстве, преимущественно в виде сплавов алюминия с другими металлами, электротехнике (заменитель меди при изготовлении кабелей и т. д.), пищевой промышленности (фольга), металлургии (легирующая добавка), алюмотермии и т. д.

Созданы алюминиевые сплавы с прочностью среднелегированной стали, криогенные сплавы высокой пластичности для температуры жидкого водорода, сверхлегкие алюминиевые сплавы с литием - все, что в 1950-х годах считалось невозможным, стало действительностью. Новые сплавы рождались на базе теоретических открытий и обобщений, их применение становилось возможным после преодоления сложных технологических трудностей и в жесткой борьбе с многочисленными оппонентами, призывающими использовать то, что хорошо проверено практикой, и не подвергать себя опасностям, связанным с освоением нового неизведанного материала. Накопленный опыт показывает, что только постоянный и мощный прогресс алюминиевых сплавов обеспечил важнейшим изделиям авиационной, ракетной и ядерной техники лидирующее положение в мире.

Несмотря на широкую распространённость в природе, ни одно живое существо не использует алюминий в метаболизме -- это мёртвый металл. Отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду.

В первую очередь действует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлым расстройствам функции ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучать с середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человека препятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой может выделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативный эффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.

Список используемой литературы

1. Теория и технология прессования, прокатки и волочения; сост. В.Р. Каргин, Б.В. Каргин. - Самара: Изд-во СГАУ, 2014. - 72 с

2. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов: Мальцев М.В., 2-е изд. Изд-во «Металлургия»,1970. - 364 с

Размещено на Allbest.ru