6.5 Мокрі скрубери

Розрахунок мокрих скруберів виконується в наступному порядку.

1. За витратами, складом і властивостями викидів, необхідним ступенем їх очищення вибирають тип апарату, який задовольняє вимогам.

2. Знаходимо необхідне число одиниць переносу.

3. Приймаємо значення В і к, використовуючи довідкові дані. При відсутності довідкових даних приймають значення В і к для схожого виду пилу, промислового обладнання, технологічних процесів, тощо.

4. Знаходять частку енергозатрат А, яка необхідна для забезпечення розрахованого числа одиниць переносу.

5. Розподіляють знайдену величину енергозатрат А між елемен­тами апарату, які створюють контакт газів з рідиною, враховуючи їх конструктивні особливості.

6. Розраховують опір вказаних елементів, приводячи витрати і інші характеристики потоків до умов обробки в апараті.

7. Оцінюють прийнятність отриманих значень опору апарату для існуючих в наявності чи плануємих до монтажу тягодуттєвих при­строїв. Рішення про використання апарату слід приймати з урахуванням величини матеріальних і енергетичних витрат, кількості стоків, що утворюються.

8. Далі за величиною опору визначають швидкості газового потоку і рідини в відповідний елемент, а за ними – необхідні розміри елементів.

9. Уточнюють розміри елементів, приймаючи типові чи стандартні вироби, виписуючи їх характеристики і підбираючи тягодуттєві пристрої, насоси, інше допоміжне обладнання; проводять розрахунок комунікацій.

Розрахунок параметрів пустотілих газопромивачів з визна­ченням ступеню очищення за імовірнісним методом виконується в наступному порядку:

1) Приймають швидкість газів V в скрубері близько 1 м/с, перепад тиску порядку 200-250 Па і вибирають величину питомого зрошування в межах (0,5-8)·10^-3 на 1 м газу.

2) Визначають середню площу скрубера в перетині, перпендикулярному напрямку потоку газів:

, м², (6.56)

де V_г – витрата газів, що очищаються за робочих умов на виході з апарату, м³/с.

Температуру газів на виході зі скрубера, що мали початкову температуру 150 – 200°С і вище, за відсутності спеціальних вимог можна прийняти на 100° нижче початкової, а температуру не нагрітих газів - рівною початковій.

Знаходять діаметр апарату з протиточним зрошуванням або еквівалентний діаметр для апарату з поперечним зрошуванням. Висоту апарату з круглим поперечним перетином приймають близько 2,5 діаметрів, а з прямокутним перетином – з конструк­тивних міркувань.

3. Визначають витрату рідини на зрошування:

, м³/с. (6.57)

4) Визначають інерційні параметри ψ_г для фракцій часток заданого складу

, (6.58)

де: d_i – діаметр часток i-ої фракції, м; ρ_ч – дійсна густина часток, кг/м³ ; C_i – поправка Кенінгема (табл. 6.11); μ – динамічна в'язкість газу, Па·с ; l – визначальний розмір, м.

Таблиця 6.12 –Поправка Кенінгема

di 106, м	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10
Ci	90	24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03	1

За визначальний розмір при розрахунку порожнистих скруберів приймають діаметр краплі зрошуючої рідини в межах (0,6-1)·10^-3 м.

3. Визначають коефіцієнт захоплення часток певних фракцій η_i:

. (6.59)

При ψ_і- = 150 його величина перевищує 0,995; при значеннях ψ_г більше 170 можна приймати рівним 1.

3. Визначають значення парціальних (фракційних) коефі­цієнтів очищення для скруберів з протиточним зрошуванням за формулою:

, (6.60)

а для скруберів з поперечним зрошуванням за формулою:

,

де w_к – швидкість осадження краплі, м/с; dк – діаметр краплі, м.

У порожнистих газопромивачах встановлюються форсунки грубого розпилення, що створюють краплі діаметром (0,6-1)·10^-3 м. Швидкість осадження таких крапель можна знайти за діаграмою рис. 6.3.

Рисунок 6.3 – Швидкість осадження крапель в пустотілих промивачах

3. За знайденими парціальними (фракційними) коефіцієнтами очищення і заданим фракційним складом і дисперсністю забруднювачів визначають повний коефіцієнт очищення ε_заг, використовуючи формулу:

, (6.61)

де g_i – масова частка i-ої фракції пилу;

і обґрунтовують можливість застосування полого скрубера або відмову від нього.

Приклад 11. Визначити ефективність очищення пилогазового потоку (повітря) в порожнистому скрубері і кінцеву концентрацію пилу в очищеному повітрі за наступними початковими даними.

Витрата газу, що очищається V_г= 60 000 м³ /год; температура газу t = 75ºC; початкова концентрація пилу С_n = 20 г/м³; густина часток пилу ρ_ч = 2 800 кг/м³; забруднювач: пил суміші вапняку і шлаку; вміст SiO₂ – 28%; необхідний ступінь очищення: до ГДК (2 мг/м³ ).

Дисперсний склад пилу:

d, мкм	1,6	2,5	4,0	6,3	10
q, %	94	82,5	58	20	0,5

1. Визначаємо необхідну ефективність очищення за формулою:

,

де С_к – концентрація пилу після очищення (Ск = 2·10 г/м³ ); С_n – початкова концентрація пилу.

2. Перерахуємо дисперсний склад з інтегрального вигляду в диференційний за фракціями:

d₁ = (1,6 + 0) / 2 = 0,8 мкм; g_l = 100 - 94 = 6 %;

d₂ = (1,6 + 2,5) / 2 = 2,05 мкм; g₂ = 94 - 82,2 = 11,5 %;

d₃ = (2,5 + 4) / 2 = 3,25 мкм; g₃ = 82,5 - 58 = 24,5 %;

d₄ = (4 + 6,3) / 2 = 5,15 мкм; g₄ = 58 - 20 = 38 %;

d₅ = (6,3 + 10) / 2 = 8,15 мкм. g₅ = 20 - 0,5 = 19,5 %.

3. Розраховуємо медіанний діаметр часток за формулою:

мкм.

3. Далі розраховуємо стандартне відхилення за формулою:

5. Визначаємо основні розміри пустотілого скрубера.

Приймаємо: швидкість газів в скрубері м = 1 м/с, перепад тиску ΔР = 200-250 Па, величина питомого зрошування m = 1·10^-3 м³/м³ газу, діаметр крапель d_к = 1·10^-3 м, швидкість осадження краплі w_к = 1,1 м/с (рис. 6.3).

Середня площа скрубера в перетині, перпендикулярному напрямку потоку газів:

м².

Радіус апарату визначається за формулою:

м.

Діаметр апарату: D = 2 R = 4,608 м. Висота апарату: Н_о = 2,5·D = 11,52 м.

6. Оскільки отримані розміри апарату дуже великі, приймаємо до установки 4 порожнистих скрубери, тоді:

• площа одного апарату буде рівна: F₁ = F/4 = 16,667/4 = 4,167 м

• радіус апарату:

м;

• діаметр апарату: D₁ = 2 R₁ = 2,32 м;

- висота апарату: h₁ = 2,5·D₁ = 2,5·2,32 = 5,8 м.

7. Визначаємо витрати рідини на зрошування:

м³/с.

8. Визначаємо інерційні параметри ψ_і для фракцій часток заданого складу:

(6.62)

10. Визначаємо коефіцієнти захоплення частинок певних фракцій для протиточного зрошування в скрубері:

(6.63)

11. Визначаємо значення парціальних коефіцієнтів очищення для скруберів з протиточним зрошуванням:

(6.64)

12. Визначаємо загальний коефіцієнт очищення пустотілого скрубера з протиточним зрошуванням за формулою:

(6.65)

13. Визначаємо концентрацію пилу в газовому потоці після очищення в порожнистому скрубері при загальній ефективності очищення η_заг = 76 %.

С_к = С_п(1 - η_заг) = 20·(1 - 0,76)= 4,8 г/м³.

Висновок. Ступінь очищення повітря від пилу в порожнистому скрубері явно недостатній, оскільки потрібно очистити повітря до кінцевої концентрації 2 мг/м³. Отже, необхідно використовувати ефективніший апарат або передбачити багатоступінчату схему очищення.

Приклад 12. Розрахувати пінний апарат для очищення технологічних газів, що видаляються після сушарки з киплячим шаром і що містять фосфоритовий пил. Загальна витрата газу 20 000 м³/год, температура газу 75°С, температура зрошуючої води 25°С, початкова концентрація пилу 2 г/м³, дисперсний склад пилу

dч мкм	0-5	5-10	10-15	15-20	20-30	>30
ΔR, %	24	26	17	6	13	14

Приймаємо за базову конструкцію апарат типу ПАС, а швид­кість газу в перетині апарату з умов стійкості шару піни = 3 м/с.

Площа перетину корпусу апарату:

м/с.

Діаметр корпусу апарату:

м.

Приймемо дійсний діаметр корпусу рівним 1500 мм, тоді дійсна швидкість газу в перетині апарату:

м/с.

Витрату рідини приймаємо з урахуванням оптимальної роботи апарату при щільності зрошування L₀ = 1 м³ /(м²·год):

м³/год,

де м².

Живий перетин дірчастих ґрат S_p обчислюємо при висоті шару піни 100 мм, діаметрі отворів 5 мм і густині рідини 1000 кг/м³:

.

Перевіряємо дійсну висоту шару піни:

мм,

де

дм³/м³.

Крок між отворами у разі ромбічного розбиття:

мм.

Повний гідравлічний опір апарату:

,

де величини ΔР_р, ΔР_п, ΔР_σ,ΔР_а визначають за формулами:

Фосфофоритовий пил гідрофобний, тому ступінь фракційного очищення визначаємо за формулою для погано змочуваного пилу:

. (6.66)

В результаті обчислень отримуємо наступні фракційні ступені очищення при Н _п = 101 мм і d_ср = (d_т1 + d_т2)/2:

dч мкм	0-5	5-10	10-15	15-20	20-30	>30
ηa, %	79,34	89,32	93,96	97,46	100	100

Загальний ступінь очищення:

%

Залишкова концентрація пилу в газі на виході з апарату:

г/м³.

Виходячи з отриманого результату, ступінь очищення технологічних газів в пінному апараті не дуже високий і практично такий як ступінь їх очищення у високоефективному циклоні. Зважаючи на загальний недолік всіх мокрих способів очищення - утворення забруднених стоків, застосування циклону в даному випадку доцільніше.