6.8. Противопоточные насадочные башни

Противопоточные насадочные башни являются одними из распространенных аппаратов, реализующих метод абсорбции (рис. 6.8 и 6.9).

Загрязненный газ входит в нижнюю часть башни (рис. 6.8), а очищенный газ покидает ее через верхнюю часть, куда при помощи разбрызгивателей 1 вводят чистый поглотитель (воду), а из нижней – отбирают отработанный раствор.

Химически инертные насадки 2, которые размещаются на решетках 3 и заполняют внутреннюю полость башни, предназначены для увеличения поверхности (площади) соприкосновения газа и жидкости, растекающейся по ней в виде пленки. В качестве насадки используют тела разной геометрической формы (седла, полые цилиндры, полые цилиндры с прорезями), из которых каждое характеризуется собственной удельной поверхностью и гидравлическим сопротивлением движению газового потока.

Другой разновидностью насадочной башни является колпачково-тарельчатый абсорбер (скруббер) (рис. 6.9), в котором вместо насадки установлено несколько тарелок 1. Каждая тарелка снабжена колпачками 2 с зубчатыми краями, патрубками 3 и переливными трубками 4. Абсорбент (вода) в этих аппаратах стекает от тарелки к тарелке по переливным вертикальным трубкам 4. Очищенный газ движется снизу вверх, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубцами колпачков газ разбивается на множество струек и пузырьков, в результате чего образуется большая поверхность соприкосновения взаимодействующих газа и жидкости.

Иногда вместо колпачковых тарелок используют перфорированные пластинки с большим количеством мелких отверстий (диаметр ~ 6 мкм), которые создают пузырьки газа сравнительно одинаковой формы и размера (более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости, особенно при значительных расходах газа).

6.9. Определение эффективности очистки газов в мокрых пылеуловителях

6.9.1. Фракционный метод

Фракционная степень очистки η_i (степень очистки по размерам частиц пыли d_чi) мокрых пылеуловителей определяется по следующей формуле:

, (6.1)

где m – коэффициент орошения, л/м³;

v_г – скорость газового потока на входе в скруббер, м/с;

ρ_ч – плотность частиц, кг/м³;

d_чi – размер, характеризующий i-ю фракцию (средний диаметр между границами i-й фракции), м;

μ_г – динамическая вязкость газа, Па  с;

d_кап – диаметр капель орошающей жидкости, м.

. (6.2)

где плотность орошающей жидкости (вода – 1000 кг/м³);

поверхностное натяжение орошающей жидкости (для воды при температуре t = 60 ^oC, Н/м);

динамическая вязкость орошающей жидкости (для воды при температуре t = 60 ^oC, Па  с);

– удельный расход орошающей жидкости, м³/м³.

Зная фракционную степень очистки η_i и массовую долю i-й фракции Ф_i, общую степень очистки η_Σ найдем по такой формуле:

. (6.3)

6.9.2. Энергетический метод расчета эффективности улавливания пыли мокрыми пылеуловителями

Значительное число различных механизмов улавливания пыли, а также разнообразие форм гидродинамического взаимодействия запыленного газового потока с орошающей жидкостью в мокрых пылеуловителях обусловливает применение приближенных методов оценки степени улавливания пыли (или оценки эффективности работы). Практика показывает, что эффективность мокрых пылеуловителей главным образом определяется затратами энергии на проведение процесса улавливания пыли. Считается, что энергия взаимодействия запыленного газового потока и орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях в общем случае включает три составляющие:

1. Энергия запыленного газового потока – определяет степень турбулизации смеси газа и жидкостного потока в аппарате (характеризуется общим гидравлическим сопротивлением Δp_апп аппарата).

2. Энергия жидкостного потока орошаемой жидкости – определяет степень разбивания (диспергирования) жидкостного потока (характеризуется давлением, или напором, орошающей жидкости p_ж).

3. Механическая энергия вращающихся конструктивных элементов в мокром пылеуловителе или в аппарате N_мех.

Тогда общую затрату энергии на осуществление улавливания пыли в мокрых пылеуловителях можно оценить по следующей приближенной форму-ле (в кДж/1000 м³):

(6.4)

где Δp_апп – гидравлическое сопротивление аппарата, Па;

p_ж – давление (напор) орошающей жидкости, Па;

расходы орошающей жидкости и очищаемого газа соответствен- но, м³/c.

Влияние каждого слагаемого в формуле (6.4) зависит от конкретного типа мокрого пылеуловителя, т.е. энергетический метод позволяет разделить мо­к­рые пылеуловители на три основные категории:

1. Пылеуловители, реализующие в основном энергию газового потока (скруббер Вентури, центробежные скрубберы и т.д.).

2. Пылеуловители, реализующие в основном энергию жидкостного потока (полые скрубберы, барботажно-пенные аппараты и др.).

3. Аппараты пылеулавливания с подводом механической энергии (например, пылеуловители типа ПВМ).

Зависимость между эффективностью очистки газа и затратами энергии выражается в следующей формуле:

(6.5)

где константы или параметры, зависящие от дисперсного состава пыли (Прил. 3).

Для мокрых пылеуловителей характерна очень высокая степень очистки, поэтому эффективность очистки мало характеризует качество очистки в пределах, близких к 100 %, в этом случае вводят так называемый коэффициент переноса (число единиц переноса):

. (6.6)

Ниже приведены численные соотношения между коэффициентом переноса и величиной эффективности (степени) очистки :

0,5	39,35
1,0	62,21
2,0	86,47
4,0	98,17
6,0	99,7520
10,0	99,9953

Из (6.5) и (6.6) следует также, что

. (6.7)

Эксперименты показали, что значения параметров мало зависят от параметров аппарата (его конструкции), а зависят в основном от вида и дисперсности улавливаемой пыли. Причем параметры и определяются экспериментальным путем.

Применимость энергетического метода расчета мокрых пылеуловителей обусловливается тем, что в основе улавливания взвешенных частиц в каждом из них преобладает один и тот же механизм, а именно – инерционное осаждение.