5.4. Сулы шаң ұстағыштар

Сулы шаңұстаудың үдерісі шаңданған газ ағынының сұйықтықпен байланысына, яғни өлшенген бөлшектерді ұстап алумен және оларды аппараттан шлам түрінде алып шығуға негізделген. Шаңнан сулы тазартудың әдісі айтарлқтай қарапайым және соған қоса шаңсызданудың тиімді әдісі болып саналады.

Қазіргі таңда техниканың жетілуі нәтижесінде құрғақ шаңұстағыштар тенденциясы қолданылуда, бірақ оған қарамастан сулы шаң ұстағыштар жоғарғы дәрежелі аппараттар мен, оның ішінде жеңді фильтрлер мен электрсүзгіштермен бірдей бәсекелес болып келеді.

Басқа типтегі аппараттармен салыстырғанда сулы шаң ұстағыштардың артықшылығы:

салыстырмалы түрде бағасы арзанырақ және құрғақ механикалық шаңұстағыштармен салыстырғанда бөлшектерді ұстау тиімділігі жоғары;

Газ тазартуы үшін өлшемі 0,1мкм дейінгі бөлшектерді қолдану,

Газдарды салқындату және сулау(конденсациялау);

жоғары температуралы газ ағындарын тазарту үшін қолдану мүмкіндігі;

Біруақытта шаңнан және газ тәріздес зиянды заттардан тазарту мүмкіндігі, яғни абсорбент ретінде қолдану.

Шаңұстағыштардың кемшілігіне мыналар жатады:

Сулы шаңұстағыштармен ұстау кезінде өнім шлам түрінде шығады, ол өз кезегінде бұлақ суларын өңдеумен сипатталады;

себудің нәтижесінде сұйықтықты жоғалту;

Агрессивті газдар мен қоспаларды фильтрациялау кезінде қондырғыны антикоррозиялық қорғаудың қажеттілігі.

Сулы шаңұстағыштарда суаратын сұйықтық ретінде көбінесе су қолданылады. Шаңұстағыштар мен газдың химиялық тазартуы кезіндегі сұрақтарды шешу үшін суаратын сұйықтықтарды таңдау абсорбция үдерісімен түсіндіріледі.

Қазіргі таңда сулы шаңұстағыштардың жалпы қабылданған классификациясы жоқ. Олар әдетте беттердің байланысымен немесе әсер етуіне қарай топталады:

Қуысты газ жуғыштар;

саптамалы скрубберлер;

тарелькалы газ жуғыштар;

қозғалмалы саптамасы бар газ жуғыштар;

соққы-инерционды әсері бар сулы аппараттар;

центрден тепкіш әсері бар сулы аппараттар;

механикалық газ жуғыштар;

жылдамдықты газ жуғыштар.

Аталған топтардан басқа сулы гз ұстағыштарға сулы электрсүзгіштер, суармалы талшықты фильтрлер және де конденсция ісері бар аппараттар кіруі мүмкін.

Кейбір жағдайда энергия шығынына қарай:төменқысымды,орташа қысымды және жоғары қысымды болып бөлінеді. Төмен қысымды аппараттарға гидравликалық қарсыласуы 1500 Па дан аспайтын шаңұстағыштар жатады. Бұл топқа қуысты скрубберлер, барботер, центрден тепкiш әсері бар сулы аппараттар және т.б. жатады. Орташа қысымды шаң ұстағыштарға гидравикалық қарсыласуы 1500-ден 3000Па болатын кейбір динамикалық скрубберлер-соққы-инерционды әсері бар газжуғыштар жатады. Жоғары қысымды газжуғыштарға гидравикалық қарсыласуы 3000 Па дан асатын, Вентури скрубберлері жатады.

Суармалы сұйықтықтарды газ тазартқыш аппаратқа жеткізу. Сулы шаң ұстағыштардың сенімді және тиімді жұмыс істеуіне сұйықтықты дұрыс жеткізу қондырғысына тікелей байланысты. Сұйықтықты беру тәсілі үдерісті жүргізу кезіндегі жұмсалынатын энергияны бөлуге әсер етеді. Көрінетін сұйықтықтарда энергияны жұмсау екінші орында болатын аппараттарда (Вентури скруббері) төмен қысымды форсункаларды қолданады. Барлық дерлік энергия газ ағынына алып келетін аппараттарда (саптамалы, тарелькалы) және аппараттарды бірдей суару үшін әртүрлі конструкциядағы суарғыштар қолданады.

Бүріккіштер. Бүріккіштерді үш негізгі топқа бөледі: механикалық, пневматикалық электрлік әсердегі.

Механикалық бүріккіштер газ тазартқыш аппараттарда кеңінен тараған және олар тікелей әсердегі, центрге тартқыш және ультрадыбысты болып келеді. 5.59 суретінде механикалық типтегі бүріккіштер көрсетілген: аққыш, аққыш-соққылы және т.б.

Центрге тепкіш бүріккіштерде сұйықтық тангеске байланысты айналады (5.59,в) немесе спиральды айналады.(5.59 ,а,б).

д е ж

Сурет 5.59. Механикалық бүріккіштер:

а-в — центрге тепкіш бүріккіштер (а — Григорьева-Поляка; б — Кертинга; в — эвольвентная форсунка); г-е —центрге тепкіш аққыш бүріккіштер (г— ВТИ; д—с цилиндрлік қосымша бетпен және горизонтальды ка­налдармен; е — с цилиндрлік қосымша тегісбетпен перифериндік винтовкалы каналдармен); ж —тегіс факельді бүрікіш.

Центрге тартқыш қалақша форсункаларда, айналатын қалақшасынан басқа, осьті қалақша құрылады. Осының арқасында шашудың толық конусы реттеледі, шашудың бірқалыпты таралуы үшін, орталық қалақшаға келіп түсетін айналатын сұйықтықпен апарат ішіндегі сұйықтық мөлшерлері дұрыс байланысуын қамтамасыз ету қажет.

Форсуноктардың өнімділігі көбінісі апараттың конструкциясына байланысты, апарат ішіндегі шашылатын сұйықтықтың физикалық құрамына қатысты емес.

Кететін сұйықтық мөлшері келесі формуламен есептелінеді:

, (5.53)

мұндағы, d_е – форсунок қалақшасының диаметрі, м; К_ж – кететін сұйықтық коэффициенті; р_ж – форсункаға дейінгі сұйықтық қысымы, Па;

Қалақшалы форсуноктардағы кететін көлем коэффициентінің ең үлкен мәні (0,75 – 0,98), ең азы - центрге тартқышта (0,2 – 0,3).

Пневматикалық форсункаларда сұйықтық ағымы, жоғарғы жылдамдықты газ немесе бу ағымдарының соқтығысуынан бөлінеді. Пневматикалық форсункаларға сұйықтық үлкен емес қысыммен немесе газ ағымының инжектірлі сорғыш қызметі арқасында келіп түседі. Факелдің формасы шығару бөлігінің конфигурациясына және газдың кететін мөлшеріне байланысты.

Пневматикалық форсункаларда кететін энергия мөлшері, механикалыққа қарағанда жоғары, сол себепті бұл апараттар сулы шаң тұтқыштар арасында кеңінен таралмаған. Бірақ, бұл апараттар шаңның ең жұқа бөлшектерін тұтуға қабілетті, зерттеу кезінде оны газды жұмсарту кезінде пайдалануға болады.

Оросителдер. Ористителді қондырғылар сұйықтықтырдың ағу режимі бойынша, қалақшалы шашушылар және қалақшалы емес шашушылар.

Пневматикалық форсункаларда сұйықтық ағымы, жоғарғы жылдамдықты газ немесе бу ағымдарының соқтығысуынан бөлінеді. Пневматикалық форсункаларға сұйықтық үлкен емес қысыммен немесе газ ағымының инжектірлі сорғыш қызметі арқасында келіп түседі. Факелдің формасы шығару бөлігінің конфигурациясына және газдың кететін мөлшеріне байланысты.

Пневматикалық форсункаларда кететін энергия мөлшері, механикалыққа қарағанда жоғары, сол себепті бұл апараттар сулы шаң тұтқыштар арасында кеңінен таралмаған. Бірақ, бұл апараттар шаңның ең жұқа бөлшектерін тұтуға қабілетті, зерттеу кезінде оны газды жұмсарту кезінде пайдалануға болады.

Оросителдер. Ористителді қондырғылар сұйықтықтырдың ағу режимі бойынша, қалақшалы шашушылар және қалақшалы емес шашушылар.

Сурет 5.63. Инертті шаң тұтқыштардың элементтері

а,б – жалюздік көлденең, в – түзу Карбейт сеператоры, г – тоқылған, д – бұрыштық, е – жалюздік тігілген.

Сурет 5.68. Зарядталу жылдамдығындағы бөлшектердің диаметрінің номограммасы.

Кесте 5.68 - Шаң бөлшектерін сумен тұту белсенділігі

d. мкм	η 1 (v+ v)/d болған жағдайда
	600 с-1	1200 с-1	2300 с-1	3500 с-1	4000 с-1
1,4	0	0	0	0,03	0,06
2,0	0	0	0,07	0,17	0,21
4,0	0,07	0,24	0,41	0,54	0,58
10,0	0,54	0,70	0,85	0,89	0,90

Тарелкада толқынды режимді болдырмау үшін 4,0 м/с жылдамдыққа дейін көбік тұрақтандырғыштарын қолданады (сәйкесінше бұл аппараттар «көбік қабатының тұрақтандырғышы бар көбікті аппараттар» деген атауға ие болған).

Тұрақтандырғыш аппарат қимасын және көбікті қабатты бірнеше ұяшықтарға бөлетін және тікелей тарелке үстінде орнатылған ұяшықты тор болып табылады. Бұл көбікті режимнің жылдамдық интервалын айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. тұрақтандырғыштың болуы тарелкеде сұйықтықтың үлкен мөлшерінің жинақталуын және сәйкесінше тұрақтандырғышы жоқ ойысты тарелкамен салыстырғанда көбік биіктігінің ұлғаюын шарттайды. Тұрақтаныдрғышты қолдану аппаратты суаруға кететін су шығының айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді. Гидродинамикалық режимді анықтайтын басты параметрге газ жылдамдығы жатады. Газды көбейткен сайын аппарат өлшемдері және шаң ұстап қалу тиімділігі азаяды, себебі барботажды қабаттың тұрақтылығы азаяды, гидравликалық кедергі және тамшы алып кету өседі. Сол себепті тарелкалы аппараттарды еcептеу кезінде аппараттың тұрақты жұмысына сәйкес келетін газ жылдамдығын анықтау қажет.

Көлденең шаң салқындату камераларында белсенділіктерін арттыру үшін шыншырлы завестерді және өшіретін жақтауларды пайдаланады.

Бұл дегеніміз, гравитациялық әдіске инерциялық бөлшектердің тұнуының әсер етеді. Бұл әдістің белсенділігіне потоктардың дұрыс бөлінуі тікелей әсер етеді. Бұл мақсатқа жету үшін камера ішіне газ шашқыштарды орналастырады.

Тігінен салқындату камераларында газ ағымы жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен салқындатылатын бөлшектер салқындатылады. Салқындату камерасының диаметрі түтін өтетін трубалар диаметрінен екі жарым есеге үлкен болатын, камера ішіндегі газдар жылдамдығы труба ішіндегі жылдамдығынан 6,25 есеге аз. Трубалар размерлері мен салқындату камераларының осылай байланысы арқасында, 1,5―2,0м/с жылдамдықпен 200―400 мкм бөлшектерді қатыруға болады.

Шаң салқындтқыш камералар есебі. Шаң тұтқыш камералардың ауданы шаң салқындатқыш камера ауданымен және камера түбіндегі шаңдардың ауданы. Есептеу кезінде келесілер ескерілу керек: концентрацияларды бөлу және камера ішіндегі дисперсті шаңдардың дұрыс бөлінуі, шаң бөлшектері сфералық болуы қажет, бөлшектердің арасындағы қарсыласу күші стокс заңына бағынады, камера ішіндегі шаңдар жылдамдығы бірқалыпты, бөлшектер ағымына турбуленттің әсері жоқ.

Жанып жатқан газ ауырлық күшінің әсерінен, ламинарлы қозғалысы кезінде шаңдар камера түбіне жиналады. Камера ішіндегі газ жылдамдығы:

, (5.11)

мұндағы, кеткен газ көлемі, м³/с, В― камера аумағы м, Н―камера биіктігі.

, (5.12)

мұндағы, L― камера ұзындығы,м.

(5.11) (5.12) бір біріне теңестіріп келесі формуланы аламыз.

, (5.13)

(5.13)жылдамдықты анықтайтын теңсіздігін (4.6) қойып шаңның ең кіші диаметрін табамыз, олар камера да толығымен салқындатылады.

, (5.14)

Шаң камерасына түсетін газдың кететін мөлшерін және салқындату көлемі белгілі болса, осы арқылы қандай көлемді бөлшектер салқындату камерасында қататынын анықтауға болады, ал енді керісінше бөлшектердің размерлері арқылы қанша газ мөлшері кететінін анықтауға болады.

(5.14) формуласы бойынша (4.6) номограммасы тұрғызылған, онда газ тұтқырлығы ауа тұтқырлығына тең екені көрсетілген. Егер, газ тұтқырлығы ауа тұтқырлығынан өзгеше болса, онда номограмма нәтижесі бойынша көбейту керек , мұндағы μ_r қөрсетілген температурадағы газдың тұтқырлығы, μ_n сол температурадағы ауаның тұтқырлығы.

Салқындату камераларын құрастыру кезінде онда болуы мүмкүн екінші реттік сүйретілуге мән беру қажет. Газ ағымының жылдамдығы 3м/с тан асып кетпеуі қажет, бірақ кейбір элементтер үшін, мысалы қара күйе үшін бұл жылдамдық өте жоғары болып саналады.

Кесте 5.3 - Салқындату камерасындағы газдардың ең жоғарғы жылдамдықтары үшін параметрлері

Шаң түрі	Бөлшектердің тығыздығы, кг/м3	Бөлшектердің орташа размерлері, мкм	Газдардың ең жоғарғы жылдамдықтары, м/с
Асбест	2200	261	5,0
Еру пешіндегі метал емес шаңдар	3020	117	5,6
Әктас	2780	71	6,4
Крахмал	1270	64	1,75
Қорғасын оксиді	8260	14,7	7,6
Ағаш қалдықтары	-	1400	6,6

Салқындату камераларының негізгі ерекшелігі, оның конструкциясының қарапайымдылығында, арзан тұруында, энергияны аз пайдалануында және қондырғының түрпілі шаңдарды да тұтуында. Салқындату камераларында мөлшері 40 мкм болатын шаң бөлшектерін белсенді тұта алады. Жоғарғы дисперсті 5 мкм мөлшерлі шаңдарды үлкен камераларда тұту деңгейі нөлге тең.

Қазіргі таңда контрукциясы жақсы дамыған шаң тұту камераларының өзі көп орын алады және автоматты жұмыс жасайтын апараттар қолданылмайды. Бірақ, кейбір өндіріс технологияларында шаң тұту камераларының жеңілдетілген түрлері қолданылады.

Тарелкалы газ жуғыштардың бір қатар құрылымдары өндірілген: ойысты тарелкелері бар аппараттар және құйылмалы тарелкелері бар аппраттар. Ойысты тарелкелері бар аппараттарда тарелкелердің екі түрі қолданылады: тесікті және саңылаулы.

Саңылаулы тарелкелерді дәнекерлеу арқылы түтіктер мен пластиналардан жасайды. Гидравликалық кедергінің көзқарасы жағынан тиімді тарелка қалыңдығы 4-6 мм болуы керек. Әдетте көбікті шаң ұстап қалушының тарелкелеріндегі тесіктер диаметрі 4+8 мм, саңылау ені 4+5 мм, ал бос қимасы 0,2-0,25м²/м² аралығында ауытқиды. Газдарды суытуға арналған аппаратты қолданған жағдайда үлкен бос қимасы бар тарелкелерді орнатады 0,4-0,5 м²/м² дейін.

Газ бен сұйықтық қозғалысын ұйымдастыру әдісі бойынша тарелкелер келесі топтарға бөлінеді: қиылысты типті, тіке ағынды, кері ағында. Қиылысты типті тарелкелер аса көп қолданыс тапты. Оларға тығынды, торлы, клапанды, S-тәрізді элементтері бар және қақпақты торлылар жатады.

Тарелкелі скрубберлер

а-ойысты тарелкесі бар скруббер: 1- корпусы; 2-суару құрылғысы; 3- тарелке; құйылмалы тарелкасы бар скруббер: 1- корпус; 2- тарелке; 3- ұабылдаушы қорапша; 4- босаға; 5- ағызу қорапшасы

S-тәрізді элементтері бар тарелке: 1- ағызу шымылдығы; 2-тығындар; 3- астаушалар; 4- құйылма планкасы

Тарелкада толқынды режимді болдырмау үшін 4,0 м/с жылдамдыққа дейін көбік тұрақтандырғыштарын қолданады (сәйкесінше бұл аппараттар «көбік қабатының тұрақтандырғышы бар көбікті аппараттар» деген атауға ие болған).

Тұрақтандырғыш аппарат қимасын және көбікті қабатты бірнеше ұяшықтарға бөлетін және тікелей тарелке үстінде орнатылған ұяшықты тор болып табылады. Бұл көбікті режимнің жылдамдық интервалын айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. тұрақтандырғыштың болуы тарелкеде сұйықтықтың үлкен мөлшерінің жинақталуын және сәйкесінше тұрақтандырғышы жоқ ойысты тарелкамен салыстырғанда көбік биіктігінің ұлғаюын шарттайды. Тұрақтаныдрғышты қолдану аппаратты суаруға кететін су шығының айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді.

Гидродинамикалық режимді анықтайтын басты параметрге газ жылдамдығы жатады. Газды көбейткен сайын аппарат өлшемдері және шаң ұстап қалу тиімділігі азаяды, себебі барботажды қабаттың тұрақтылығы азаяды, гидравликалық кедергі және тамшы алып кету өседі. Сол себепті тарелкалы аппараттарды еcептеу кезінде аппараттың тұрақты жұмысына сәйкес келетін газ жылдамдығын анықтау қажет. Көбікті аппараттар үшін ең жоғарғы рұқсат етілген газ жылдамдығын келесі формула бойынша анықтайды

, (5.66)

Мұндағы һ_т –тарелкелер арасындағы арақашықтық, м; q – суарудың сызықтық тығыздығы, м²/сағ.

К₁ коэфиценті тарелке типіне қарай келесі мәндерге ие болады:

Табақша түрі Қалпақшалы: Домалақ қалпақты Тікбұрышты қалпақты Електі Клапанды Ағынды Шабатын ағынды

Коэффициент К 1,0 0,8 1,2 1,15 1,2 1,4

Атмосфералық және жоғары қысымда К₂ =1 болады, ал вакуумдағы мәндері К₂ =0,75 құрайды. Ағынды табақша үшін К₃ =0,00042 тең және басқа да типтегі табақшалар үшін К₃ =0,00034 шамасында болады.

Егер q‹ 10 м²/сағ. немесе q›65 м²/сағ. болса, онда (5.66) формуласындағы q мәндерінің орнына сәйкесінше 10 немесе 65 қойылады.

Жұмыс жылдамдығын (5.66) формуласы бойынша анықталған мәндерден 20-25%-ға төмен етіп алу керек.

Табақшаның көбік қабатымен жанасу аумығындағы (тиімді қалыңдықтағы ойылған табақшаларды қолдану кезінде) гидравликалық кедергі келесі формуламен анықталады:

, (5.67)

Мұндағы ∆р₀-беттік керілу күштерінің есебінен орын алатын гидравликалық кедергі; А_т- табақшадағы газдар мен сұйықтықтың әрекеттесу тәртібіне тәуелді параметр; S₀ –табақшаның бос қимасы м²/м².

Қуысты табақшалар үшін ∆р₀ шамасы келесідей теңдеумен өрнектеледі:

, (5.68)

Мұндағы b-қуыстың ені , м; σ- газ-сұйықтық фазалар шекарасындағы беттік керілу Н/м (σ- 72,8*10^-3 Н/м), ал тесікті табақшалар үшін келесі теңдеу орын алады:

, (5.69)

А_т параметрінің мәндері - табақша түріне және оның жұмыс жасау тәртібіне тәуелді келеді. Бос қимасының мәндері 0,15-0,25 м²/м² тең болатын тесік және қуыс табақшалар үшін :

Газдардың таралуына байланысты конструкциялау бойынша газ тазалағыштың диаметрі 2,5 м аспауы қажет. Тазаланатын газдардың көлемі өте үлкен болған жағдайда, параллель бірнеше құрылғылар орнату қажеттігі туындайды.

Шаңдарды ұстап қалу үшін бір ғана табақша жеткілікті. Негізінен екінші табақшаларды орнату – бөлшектерді тұндыру тиімділігіне аса септігін тигізе бермейді. Табақшалы шаң ұстағыштарда меншікті суландыру шамасы 0,3-0,6 л/м³ тең.

Табақшалы шаң ұстағыштардың фракциялық тиімділігі басқа да ылғалды шаң ұстағыштар сияқты – өлшемдері бойынша ұсталынатын бөлшектердің таралуының логарифмдік қалыпты заңына бағынады. Табақшалы газ тазалағыш үшін lg σ_n шамасы 0,15 мәндеріне сәйкес келеді. Сондай –ақ, аппаратқа кірердегі шаңның дисперсті құрамы – логарифмдік қалыпты таралу заңына бағынатын болса, онда тазалау тиімділігін (5.6) формуласы бойынша анықтауға болады. d₅₀ шамасы - 1000 м³ газды тазалауға жұмсалған энергия К_т (кДж), егер ρ_ч⁰=1000 кг/м³ μ_ч⁰= 18*10^-6 Па*с шартты мәндеріне иең болса, онда тазалану тиімділігі келесі теңдеумен есептеледі:

(5.71)

(5.71) теңдеуі 100≤ К_ч ≤ 30000 шамалары аралығында мүмкін болады, әрі басқа да ылғал шаң ұстағыштар үшін де қолданыла алады.

К_ч мәндері (5.7) теңдеуі бойынша анықталуы мүмкін. Реалды жағдайларда d₅₀ шамасына шағып есептеу кезінде келесідей формула қолданылады.

(5.72)

Мұндағы μ_ч және ρ_ч – аппарат жқмысының реалды жағдайларына сәйкес келеді.

Тазалау тиімділігі - көбік қабатының өсуі есебінен арта түседі. Осы әсерді ескеру үшін келесі формула бойынша түзетулер енгізіледі :

, (5,73)

Мұндағы η₀- көбік қабатын ескермей есептелетін тиімділік шамасы. Табақшадағы көбік қабатының биіктігі Н_n (м) мына теңдеумен есептеледі:

(5.74)

Мұндағы h₀- табақшадағы сұйықтықтың бастапқы қабатының биіктігі, м. Ол келесі теңдік бойынша өрнектеледі:

(5.75)

Мұндағы ζ_с – құрғақ табақшаның гидравликалық кедергісінің коэффициенті (табақша қалыңдығы 4-6 мм кезінде ζ_с=1,6÷ 1,7 тең).

Қозғалмалы қабаты бар саптамалы газ тазалағыштар. Осы аппараттарда шаңдардың ұсталуы- негізінен қозғалмалы саптама қабатында орын алады. Осындай аппараттың принципиалды сызбасы 5.73 суретінде көрсетілген. Көбік қабатына қосымша қозғалмалы конструктивті элекменттерді енгізу – тек жаңа жанасу бетінің пайда болуынан ғана емес, сонымен қатар, қабат құрылымының жақсы ұйымдасуы есебінен де фазааралық бетті жоғарлатуға мүмкіндік береді. Жоғары жылдамдықпен барлық бағытта қозғалатын саптамалы денелер - газды фазаның құйынын сұйық фазаға өтетін ұсақ құйындар мен ағындарға бөліп тастайды. Саптаманың қозғалысы олардың жолының ұзаруына әкеп соғады, осының нәтижесінде фазалар жанасуының фазааралық беттері және ұзақтығы арта түседі. Сонымен бірге, төмен диффузиялық кедергі кезінде қосымша турбулизациясы бар және фазааралық беттері жаңартыла алатын газ ағынының жоғары жылдамдықтары жағдайында жұмыс жасауға мүмкіндік туындайды. Турбуленттіліктің жоғарлауы және фазааралық беттің қосымша дамуы – масса алмасу мен шаң ұсталу коэффициентінің мәндерін жоғарлатуға септігін тигізеді.