1.2. Теоретичні основи технологічного процесу в окремих технологічних апаратах і машинах.

Скрубер Вентурі: а — загальний вигляд; б — нормалізована труба Вентурі.

1 — конфузор; 2 — горловина, 3 — дифузор; 4 — подача води;

5 — капле вловлювач

В якості об'єкта керування розглянемо форсункову трубу Вентурі, в якій

рідина під невеликим тиском подається через розпилювач, встановлений

паралельно газовому потоку, що рухається з великою швидкістю.

Скрубери Вентурі - найбільш ефективні з апаратів мокрого очищення газів. У зв'язку з не безперервно зростаючими вимогами до глибини очищення газоповітряних викидів промислових підприємств скрубери Вентурі поступово стають домінуючим видом мокрих пиловловлювачів. Скрубер Вентурі являє собою трубу-розпилювач, в яку підводиться зрошуюча рідина, і встановлений за нею крапле вловлювач. Спочатку в якості труби розпилювача використовувалася труба Вентурі в її чистому вигляді. Дія труби-розпилювача аналогічна роботі пневмофорсунці, і при трансформаційних змінах труби Вентурі забезпечувало мінімальні (не пов'язані з розпиленням) гідравлічні втрати при проходженні газом розпилюючого пристрою. Однак за конструктивними міркуваннями досить часто доводиться відмовлятися від суворого виконання труби-розпилювача у вигляді труби Вентурі, а в деяких випадках її конструкція практично нічим не нагадує трубу Вентурі. Тим не менш назва цієї групи мокрих пиловловлювачів - скрубери Вентурі - міцно закріпилася в технічній літературі. Найпростіший скрубер Вентурі включає трубу Вентурі і прямоточний циклон. Труба Вентурі складається з службовця для збільшення швидкості газу конфузора, в якому розміщують зрошувальний пристрій, горловини, де відбувається осадження частинок пилу на краплях води, і дифузора, в якому протікають процеси коагуляції, а також за рахунок зниження швидкості відновлюється частина тиску, витраченого на створення високій швидкості газу в горловині. У краплевловлювачі тангенціального введення газу створюється обертання газового потоку, слідом за цим змочені та збільшені частки пилу відкидаються на стінки і безперервно видаляються з краплевловлювача у вигляді шламу. Скрубери Вентурі можуть працювати з високою ефективністю: 96-98% на пилу зі середнім розміром частинок 1-2 мкм і вловлюють високодисперсні частинки пилу (аж до субмікронних розмірів) в широкому діапазоні початкової концентрації її в газі - від 0,05 до 100 г/м3. При роботі в режимі тонкого очищення від високодисперсних пилів швидкість газів в горловині повинна підтримуватися в межах 100-150 м / с, а питома витрата води - в межах 0,5 - 1,2 дм³/м³. Це обумовлює необхідність великого перепаду тиску (10-20 кПа) і, отже, значних витрат енергії на очищення газу. У ряді випадків, коли труба Вентурі працює тільки як коагулятор перед наступним тонким очищенням (наприклад, в електрофільтрах) або для уловлювання пилу розміром частинок більше 5-10 мкм, швидкості в горловині можуть бути знижені до 50-100 м / с, що значно скорочує енерговитрати.

 Проведемо аналіз технологічних особливостей мокрих пиловловлювачів. Рух газового потоку в трубі Вентурі можна представити як рух газу через шар крапель рідини зі швидкістю, рівної відносної швидкості фаз. З цього випливає, що кінцева концентрація пилу буде залежати, по-перше, від числа і розміру крапель, що визначають якість «фільтра», і, по-друге, від кількості газу, що рухається через «фільтр»,від витрати газу.

Рідина дробиться на краплі в трубі Вентурі двічі: на великі - при закінченні рідини з форсунки і на більш дрібні - під дією енергії газового потоку. Кінцевий розмір крапель і їх число визначаються обома процесами. Середній діаметр крапель після форсунки при розпилюванні певної рідини в газовий потік з малозмінюючими властивостями залежить від геометричних розмірів форсунки і тиску рідини. Для одного з типів форсунок отримано, наприклад, наступне рівняння:

d_k=k(0,307+17,6d_c)P_р^-0,6

d_k- середній діаметр крапель; d_c - діаметр соплового отвору; Р_р - тиск перед форсункою; k - постійний коефіцієнт.

Таким чином, для стабілізації діаметра d_k достатньо підтримувати тиск Р_р постійним. Цим же буде забезпечуватись і постійне число крапель, так як витрата рідини V_р через форсунку визначається в основному перепадом тиску P_m на форсунці:

V_p=_p

де _p - коефіцієнт витрати (змінюється незначно); - тиск газу на початку труби, де встановлено розпилювач (мало змінюється); - щільність рідини (мало змінюється) . Дисперсність вторинного розпилу - при контактуванні крапель рідини після форсунки з газом-залежить в основному від швидкості газового потоку W_г:

W_г=_с

де _с - коефіцієнт швидкості (мало змінюється); - перепад тиску на початку і в кінці труби Вентурі ( ), -тиск в кінці труби; -щільність газу ( мало змінюється).

З рівняння випливає, що для сталості швидкості W_г достатньо стабілізувати перепад тиску на трубі Вентурі. Регулюючий вплив при цьому вноситься зміною поперечного перерізу горловини труби.

Перепад тиску на трубі є рушійною силою процесу переміщення газу, тому його стабілізація забезпечує не тільки якісну дисперсність розпилу, але й постійність витрати газу - другого режимного параметра процесу мокрого очищення, визначального показник ефективності.

Отже, для ефективного застосування труб Вентурі необхідно регулювати тиск рідини перед форсункою і перепад тиску газу. Мокрі пилеочищувачі схильні до забивання, тому про досягнення граничного значення перепаду тиску слід ще й сигналізувати. При критичному значенні перепаду пристрій захисту включає резервний пилеочишчувач і відключає робочий. Контрольованими в даному процесі є витрати рідини і газу.