5 Газопромыватели с подвижной насадкой

Аппараты с подвижным слоем насадки появились относительно недавно, но уже получили достаточно широкое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки в таких аппаратах чаще всего используются полые и сплошные шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут служить и другие тела, например, кольца, седла и т.п. Для обеспечения свободного перемещения насадки в газожидкостной смеси плотность шаров не должна превышать плотность жидкости (ρ_ш≤ ρ_ж).

Схема газопромывателя с цилиндрическим слоем подвижной насадки приведена на рисунке 7.

Колонна с подвижной насадкой может работать при различных режимах, но оптимальный режим для пылеулавливания – режим полного (развитого) псевдоожижения. Скорость газов v_гн , соответствующая началу режима полного псевдоожижения, определяется [1] по формуле

(7)

где d_ш - диаметр шаровой насадки, м; s₀ – доля свободного сечения опорной решетки, м²/м²; В – коэффициент (при ширине щели в опорной тарелке b = 2 мм

В = 2,8·10³; при b > 2 мм В = 4,6·10³).

Очищенный газ

Запыленный газ

1 – опорная тарелка; 2 – шаровая насадка; 3 – отражательная тарелка;

4 – ороситель; 5 – брызгоуловитель

Рисунок 7 – Цилиндричекий пылеуловитель с подвижной шаровой насадкой

Предельно допустимая скорость газов v_гп , отнесенная к полному сечению аппарата, не зависит от ширины щели и рассчитывается по эмпирической формуле

(8)

При пылеулавливании в аппаратах с подвижной насадкой рекомендуется принимать скорость газов в пределах до 5÷ 6 м/с, а удельное орошение – в пределах 0,5 ÷ 0,7 л/м³. Доля свободного сечения опорной тарелкиs₀принимается равной 0,4 м²/м²при ширине щелей 4 ÷ 6 мм. При очистке газов, содержащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложений, применяют щелевые тарелки с большей долей свободного сечения (0,5 ÷ 0,6 м²/м²).

При выборе диаметра шаров необходимо соблюдать соотношение

, (9)

где D_ап– диаметр аппарата, м.

Оптимальными с точки зрения пылеулавливания являются шары диаметром 20 ÷ 40 мм с плотностью 200 ÷ 300 кг/м³.

Минимальная статическая высота слоя насадки H_стсоставляет 5 ÷ 8 диаметров шаров, а максимальная определяется из соотношения

, (10)

то есть , (11)

(12)

Высота секции (расстояние между тарелками) H_секцопределяется из выражения

, (13)

где H_дин – динамическая высота слоя псевдоожиженной шаровой насадки, м;

H_сеп - высота сепарационной зоны, м.

Величина H_дин может быть определена по формуле

(14)

где v_ж – скорость жидкости, приведенная к свободному сечению аппарата, м/с.

Величина H_сеп может быть принята равной (0,1 ÷ 0,2)H_дин.

Гидравлическое сопротивление Δр_р зоны контакта (опорной тарелки и псевдоожиженного слоя шаровой насадки) рассчитывается по уравнению

(15)

где Δр_т - гидравлическое сопротивление опорной тарелки со слоем удерживаемой ею жидкости, Па;

Δр_ш - гидравлическое сопротивление слоя сухой насадки, Па;

Δр_ж.н - гидравлическое сопротивление слоя жидкости, Па;

Δр_о.т- гидравлическое сопротивление ограничительной тарелки, Па.

Величина Δр_т может быть определена по известной формуле для провальных тарелок [14]. Величина Δр_о.т также определяется по этой формуле, если ороситель расположен выше ограничительной тарелки.

(16)

где ε_н - порозность неподвижного слоя сухой шаровой насадки, ε_н = 0,4.

Величина

(17)

Аппараты с подвижной насадкой работают при скоростях газа 5 ÷ 6 м/с, то есть в 2 ÷ 3 раза превышающих скорость газов в пенных аппаратах. Более высокая скорость газов и турбулизирующее действие псевдоожиженных шаров приводит к значительному увеличению высоты слоя пены.

Кроме того, шаровая насадка, циркулирующая в рабочем объеме аппарата, вследствие непрерывного изменения расстояния между шарами и их соударений, способствует интенсификации осаждения частиц пыли в слое пены. В итоге аппараты с подвижной насадкой имеют более высокую эффективность по сравнению с пенными пылеуловителями.

Конические скрубберы с подвижной насадкойобеспечивают стабильность работы в широком диапазоне скоростей газов. Их преимущества по сравнению с цилиндрическими - улучшение распределения жидкости и уменьшение брызгоуноса.

Существует два конструктивных варианта конических скрубберов с подвижной насадкой: форсуночный(рисунок 8а) иэжекционный (рисунок 8б).

В таких аппаратах рекомендуется применять полиэтиленовые шары диаметром 30 ÷ 40 мм с насыпной плотностью 110 ÷ 120 кг/м³. Статическая высота слоя шаров составляет обычно 650 мм. Скорость газов на входе в слой колеблется в пределах от 6 до 10 м/с и уменьшается на выходе из него до 1 ÷ 2 м/с. Высота конической части в обоих вариантах принята равной 1м. Внутренний угол раскрытия конической части 10 ÷ 60⁰зависит от производительности аппарата. Для улавливания брызг в цилиндрической части аппаратов размещается неорошаемый слой шаров высотой около 150 мм.

В форсуночный скруббер орошающая жидкость подается в количестве 4 ÷ 6 л/м³газов. При эжекционном варианте орошение шаров осуществляется жидкостью, которая всасывается из емкости постоянного уровня газами, подлежащими очистке. Величина зазора δ между нижним основанием конуса и уровнем жидкости зависит от производительности аппарата.

1 – корпус; 2 – опорная тарелка; 3 – орошаемый слой шаров;

4 – брызгоулавливающий слой шаров; 5 – ограничительная тарелка;

6 – форсунка; 7 – емкость с постоянным уровнем жидкости

Рисунок 8 – Конические скрубберы с подвижной шаровой насадкой:

а – форсуночный; б – эжекционый

Гидродинамическое сопротивление форсуночного аппарата составляет 900 ÷ 1400 Па, а эжекционного - 800 ÷ 1400 Па.

В настоящее время в промышленности применяются конические скрубберы с подвижной насадкой производительностью по газам от 3000 до 40000 м³/ч.