3.5. Подсистема природоохранной стратегии Промышленная экология и ресурсосбережение

Современный уровень развития производства непрерывного волокна (как дву- так и одностадийный методы) предъявляет требования к постоянному повышению качества стекломассы с одновременным снижением потерь ценных и вредных компонентов(при функционировании как самостоятельных так и взаимосвязанных подсистем, детально рассмотренных в [10]).

В связи с этим разрабатываются и проводятся меры непрерывного контроля и уменьшения (устранения) опасности пылевых и газообразных (кремнесодержащей пыли, оксидов бора, фтора, мышьяка, азота, серы, и др.) выбросов, включая аэрозоли и сточные воды (композиции жидких и твердых углеводородов, жирных спиртов и т. п.), а также большое количество твердых отходов в виде стеклобоя, стеклонитей, грубых и мягких волокон [10-13].

Аппаратурное оформление цехов по подготовке стекольной шихты и ее компонентов (размольнoе, смесительное и другое оборудование) включает устройства сухой (циклоны, мультициклоны, рукавные фильтры) и мокрой (скрубберы и пылеуловители) газоочистки.

Тепло-, массообменная аппаратура для систем санитарной очистки отходящих газов

В зависимости от сырьевых и энергетических ресурсов, состояние экономики на современных предприятиях, отвечающих требованиям промышленной экологии, применяют разную тепло-, массообменную аппаратуру для систем санитарной очистки отходяших газов. Например, в МГУИЭ разработан ряд контактных устройств, способных работать при высоких скоростях газового потока и малых нагрузках по жидкости и обладающих незначительным гидравлическим сопротивлением.

Перечисленные свойства позволяют рекомендовать эти устройства для систем санитарной очистки отходяших газов. Отдельные конструкции отвечают требованиям принципа продольно-поперечного секционирования, что позволяет осуществлять масштабный переход простым суммированием элементов, исследованных в лабораторных условиях.

Тарелка малого гидравлического сопротивления (рис 3.10) - аппаратурное оформление процессов очистки отбросных газов методами абсорбции и мокрого пылеулавливания.

Аппарат с тарелками малого гидравлического сопротивления прошел опытно-промышленную проверку в процессах очистки газов от фтористых соединений водой в производстве экстракционной фосфорной кислоты.

Степень извлечения фтора на трех тарелках составляет 90 %, скорость газа в поперечном сечении аппарата достигает 3,5 - 3,8 м/с, а сопротивление аппарата с сепаратором не превышает 40-60 мм вод. ст. В течение одного года эксплуатации внутри аппарата не наблюдалось отложения кремнегеля. Свободное сечение тарелки 47 %. Угол конусности тарелки 30-45 ^О. Расстояние между тарелками 400-500 мм.

С вышележащей тарелки жидкость транспортируется в виде плоской струи из кольцевой щели переливного устройства 4, 5, которая, попадая на конус колонны 1 и на секционирующие перегородки 7, стекает на направляющий конус 2. Газ, проходя через свободное сечение тарелки, вступает во взаимодействие со стекающей с конуса 2 жидкостью.

В зависимости от скорости газа, свободного сечения тарелки и нагрузки по жидкости могут наблюдаться пленочный, барботажный или циркуляционный гидродинамические режимы.

Жидкость, проконтактировав с газом, собирается в центре элемента и поступает в переливное устройство, из нижней части которого через щель высотой h она вытекает в виде кольцевой струи или каскада, орошая нижележащую тарелку.

Для стабилизации режима работы в конусной части тарелки установлены стабилизаторы 3 жидкостного потока, выполняющие одновременно функцию фиксации переливного устройства.

В многоэлементной конструкции (рис. 3.10, б) перераспределение жидкости по плоскости между элементами осуществляется за счет цилиндра 6.

Струйные аппараты типа скрубберов Вентури предназначены для аппаратурного оформления процессов отбросных газов методами абсорбции и мокрого пылеулавливания, а также для процесса теплообмена.

Аппарат с радиальным движением газа (рис. 3.11, а). Через патрубок 3 жидкость поступает на тарелку 5 и далее через отверстия 2 направляется во внутренний объем элементов 1. Кольцо 4 служит для перераспределения жидкости между элементами 1. Под действием статического столба жидкость из элементов 1 вытекает через щель 7 в пространство между ними в виде плоских вертикальных струй, которые взаимодействуют с газовым потоком, поступающим в верхнюю часть аппарата. Прохождение газового потока с большой скоростью в пространстве между элементами l обеспечивает интенсивное дроюление жидкости, а пятигранное сечение элементов 1 придает газовому потоку закрученное движение, которое в совокупности с уменьшением скорости газа и его поворотом на 180˚ обеспечивает надежную сепарацию фаз. Проконтактировавшая с газом жидкость стекает по внутренней поверхности аппарата в приемный карман 6 и через патрубок 8 удаляется из аппарата, как и газ, через отводной патрубок (на рис. не показан). В качестве контактных элементов 1 могут быть использованы трубы, что yпрощает конструкцию.

По мере необходимости аппарат с описанным выше взаимодействием фаз может быть многоступенчатым.

Аппарат с аксиально-радиальным движением фаз (рис. 3.11, 6). Газ, поступающий под основание 1, проходя конфузор 2, захватывает жидкость, поступающую через щель «а», и дробит ее. Пройдя диффузор 3 плоской вертикальной трубы, газожидкостной поток сепарируется на наружной поверхности горизонтальной трубы Вентури, образованной конфузором 4 и диффузором 5. Отделившись от жидкости, газ поступает в горизонтальную трубу Вентури, где процесс взаимодействия фаз повторяется.

В вертикальной трубе Вентури осуществляется аксиальное движение фаз, а n горизонтальной - радиальное.

Аппарат большого диаметра может быть создан на основе секционирования.

Аппарат для очистки и сжигания отходящих технологических газов (рис. 3.12) предназначен для абсорбционной очистки горючих отходящих технологических газов, а также мокрого пылеулавливания и состоит из двух соосно-расположенных секций, в нижней происходит очистка поступающего газа, а в верхней расположена камера сжигания и пленочный конденсатор.

Газ, поступающий на очистку через штуцер 1, барботирует через слой жидкости и поступает в зону очистки 1. В качестве контактного устройства используется многощелевой пленочный распределитель 2. Проконтактировав с жидкостью, вытекающей в виде кольцевой струи из переливного устройства, газ поступает через штуцер 3 в камеру сжигания П, а затем, пройдя многощелевой пленочный конденсатор Ш, через штуцер 4 удаляется в вентиляционную систему. Проконтактировавшая с газом жидкость стекает по внутренней поверхности аппарата и удаляется из него через штуцеры 5 и 6. В случае необходимости нижнюю часть секции очистки выполняют съемной.

Пленочная тарелка (рис. 3.13) - аппаратурное оформление процессов абсорбции, вакуумной ректификации, мокрого пылеулавливания. Испытана на улавливании аммиака, фторида водорода, оксидов азота, пылей, сероводорода.

Жидкость с вышележащей тарелки поступает в периферийный желоб 1, откуда по центральным желобам 2 транспортируется в перелив З. Под действием статического столба жидкость вытекает через щель в виде плоской кольцевой струи и перекрывает поперечное сечение колонны.

Газ поступает с нижележащей тарелки, проходит через пленку, взаимодействует с ней и далее идет на следующую тарелку.

Предусмотрено вторичное использование уловленных компонентов шихты. С учетом планируемого роста производительностей перерабатывающего оборудования и соответствующего увеличения безвозвратных потерь ценных компонентов со шламом и сточными водами за основу принят сухой способ очистки. Для этого используются фильтры с импульсной регенерацией и рукавами из термостойких материалов типа нетканых полотен.

Внедряются и специальные фильтры серии ФРИ, ФРИТ и ФРИД (Россия), предназначенные для эксплуатации при высоких температурах (до 350 ^ОС) и запыленностях газового потока (до 500 г/нм³). Фирмой «Du Ponte» (США) предложены фильтрующие материалы, сочетающие высокую фильтрующую способность с высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивной химической среде. Материал «Bekunox» (Великобритания) также обладает высокой абразивной устойчивостью, температуростойкостью (до 500 ^ОС) и хорошо зарекомендовал себя при фильтрации газов, содержащих SО₂ Острейшая проблема сокращения вредных выбросов и вторичного использования отходов существует и при варке стекла. Ее решение возможно по двум направлениям: очистка дымовых газов от вредных веществ в специальных установках и сокращение или полное исключение вредных выбросов за счет изменения технологии подготовки шихты и варки. Второе направление является определяющими заключается в замене на стадии приготовления шихт вредных компонентов нетоксичными, обладающими к тому же лучшими характеристиками при стекловарении. Например, замена борной кислоты на борат кальция, мышьяковистого ангидрида на железный сурик позволяет в 2-3 раза снизить потери соединений бора и полностью исключить выбросы в атмосферу соединений мышьяка. Компактирование такой шихты дополнительно (на 30-50 %) снижает выбросы в атмосферу.

Вторичное использование и обезвреживание отходов на стадиях формования и получения комплексной стеклонити включает улавливание паров замасливателя, очистку сточных вод методами мембранной фильтрации и электрофлотации (снижение концентраций достигает 84-99,5 %), переработку отходов стекловолокна. Последняя занимает особое место, так как в производстве стекловолокна отходы в виде отдельных нитей, бухт, жгутов часто с включениями капель стекла и связующего сложного химического состава составляют 15-30 %. Задачи промышленной экологии, требования к малоотходным производствам и технологии стекловарения предопределили основные варианты рационального использования получаемых отходов как вторичных материальных ресурсов (ВМР). Неоднородный состав отходов, их специфические свойства (твердость, абразивность и др.) создают основные трудности повторного использования в качестве компонента шихты в процессах стекловарения. Анализ решений и комплекс исследований позволили разработать оригинальные способы их рекуперации (см. главы 7 и12). Например, добавление 2-45 %, ВМР в виде гранул и порошка к традиционной или компактированной шихте позволяет экономить сырье, топливо и уменьшить загрязнение окружающей среды.

Важнейшее условие для комплeкcнoгo решения задачи по охране окружающей среды и рациональному использованию материaльныx ресурсов создание малоотходной (безотходной) технологии получения стеклянных волокон. Природоохранная деятельность предприятий оценивается по разным показателям: достигаемой степени очистки вредных выбросов (ПДК, остаточные концентрации), уровню загрязнения окружающей среды, капитальным и эксплуатационным затратам на санитарную технику и т.д. Имеется ряд подходов и к определению безотходности производств: экспертная оценка, оценки по сырьевому и энергетическим балансам, полноте использования эксергии, по общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля, а также сопоставлением затрат на производство продукции. Общий баланс относительной токсичности массы любого уровня иерархии ХТС

I(Mc + Мв) - IMH - LMp = О, (3.11)

где МС + МВ - масса отходов, поступаюших в окружающую среду с газовыми выбросами и сточными водами; IMH -масса нейтрализованных отходов; IMp - масса рассеянных отходов.

Относительная экологичность типового процесса, технологической линии, цеха и так далее определяется по формуле

(М + М)- '" м

А = с в L.., н 1 00%

L(Mc + мв)

При условии А > О - процесс является безотходным. Методология оценки категории безотходности химических производств предполагает, что коэффициент безотходности

К_Б = j(KM Кэ Ка), (3.11)

(3.12)

А-А

где К_М и К_Э - коэффициенты полноты использования материальных ресурсов и полноты использования энергетических ресурсов; Ка - коэффициент соответствия экологическим требованиям. В зависимости от величины К_Б и мощности производства разделяют на три, категории: безотходные (К_Б = 0,90-0,97), малоотходные (0,80-0,90 < К_Б < 0,90-0,97) и рядовые (К_Б < 0,80-0,90).

Социально-экономический эффект безотходности производств определяется по комплексному критерию

п

Эj- у (3.13)

'7 = _ -+ шах

п 3п

где ;:_ - сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного производства; У - ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления; ЗП - полные затраты на осуществление безотходного производства.

При наличии ряда вариантов безотходного производства должен быть выбран вариант с наибольшими з при минимальных ЗП(равных или близких по значению). Сочетание прогрессивной технологии с современными методами очистки и контроля газопылевых выбросов, вторичного использования отходов позволяет реконструировать существующие и проектировать новые цеха, отдельные производственные участки, отвечающие всем требованиям экологической безопасности.