При содержании в воздухе нескольких токсичных соединений их суммарная концентрация не должна превышать 1, т.е.

с1/ПДК1 + с2/ПДК2 + . + сn/ПДКn = 1

где c1, с2, ., сn – фактическая концентрация загрязнителей в воздухе, мг/м3;

ПДК1, ПДК2, ., ПДКn – предельно допустимая кон­центрация, мг/м3.

При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда приме­няют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов через высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы. Теоретическое определение концентра­ции примесей в нижних слоях атмосферы в зависимости от высо­ты трубы и других факторов связано с законами турбулентной диффузии в атмосфере и пока разработано не полностью. Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижних слоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формулам, например:

где ПДВ – предельно допустимый выброс вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концентрацию этих веществ в при­земном слое воздуха не выше ПДК, г/с; Н — высота трубы, м; V – объем газового выброса, м3/с; Dt –разность между темпера­турами газового выброса и окружающего воздуха, °С; A – коэф­фициент, определяющий условия вертикального и горизонтально­го рассеивания вредных веществ в воздухе, с2/3- (ОС)1/3 (например, для района Урала А = 160); F— безразмерный коэффициент, учи­тывающий скорость седиментации вредных веществ в атмосфере (для Cl2, HCl, HF F = 1); т — коэффициент, учитывающий усло­вия выхода газа из устья трубы, его определяют графически или приближенно по формуле

где wг – средняя скорость на выходе из трубы, м/с; DT — Диа­метр трубы, м.

Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, так как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие.

В соответствии с характером вредных примесей различают методы очистки газов от аэрозолей и от газообразных и парооб­разных примесей. Все способы очистки газов определяются в пер­вую очередь физико-химическими свойствами примесей, их агре­гатным состоянием, дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредных примесей в промышленных газовых выбро­сах приводит к большому разнообразию методов очистки, приме­няемых реакторов и химических реагентов.

Очистка газов от аэрозолей. Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электроста­тическую очистку и очистку с помощью звуковой и ультразвуко­вой коагуляции.

Механическая очистка газов включает сухие и мок­рые методы. К сухим методам относятся:

1) гравитационное осаж­дение;

2) инерционное и центробежное пылеулавливание;

3) филь­трация.

В большинстве промышленных газоочистительных уста­новок комбинируется несколько приемов очистки от аэрозолей, причем конструкции очистных аппаратов весьма многочисленны.

Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах. Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40–100 мм мно­жество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи. Производительность осадительных камер П = SwО, где S — площадь горизонтального сечения камеры, или общая площадь полок, м2; wO — скорость осаждения частиц, м/с. Грави­тационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диа­метром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не .выше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, гру­бой очистки газов.

Инерционное осаждение основано на стремлении взве­шенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выхо­дя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 - 400 Па (10 - 40 мм вод. ст.). Части­цы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для гру­бой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода – быстрое истирание или забивание щелей.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очи­щаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Цикло­ны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны харак­теризуются высокой производительностью по газу, простотой уст­ройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м3/ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5¸30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d = 2¸5 мкм она составляет менее 40%. Диаметр частиц, улавливаемых циклоном на 50%, можно опреде­лить по эмпирической формуле

где m – вязкость газа, Па*с; DЦ – диаметр выходного патрубка циклонов, м; NОБ – эффективное число оборотов газа в циклоне; wг – средняя входная скорость газа, м/с; rч, rг – плотность час­тиц и газа, кг/м3.

Гидравлическое сопротивление высокопроизводительных цикло­нов составляет около 1080 Па. Циклоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом цент­робежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вен­тилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли.

Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолок­но, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керами­ка, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые филь­тры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очища­емого газа не выше 60-65°С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85-99%. Гидравлическое сопротивление фильтра DР около 1000 Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на 1000 м3 очищаемого газа. Для непрерывной очистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различными устройствами – сопла­ми, расположенными против каждого рукава, движущимися на­ружными продувочными кольцами и др. Сейчас применяют авто­матическое управление рукавными фильтрами с продувкой их импульсами сжатого воздуха.