Распылительная башня (или распылительная колонна, или распылительная камера ) представляет собой газожидкостный контактор, используемый для достижения массо- и теплопередачи между непрерывной газовой фазой (которая может содержать диспергированные твердые частицы) и диспергированной жидкой фазой. Он состоит из пустого цилиндрического сосуда из стали или пластика и форсунок, распыляющих жидкость в сосуд. Входящий газовый поток обычно входит в нижнюю часть башни и движется вверх, в то время как жидкость распыляется вниз с одного или нескольких уровней. Этот поток входящего газа и жидкости в противоположных направлениях называется противотоком .
Этот тип технологии может использоваться, например, в качестве мокрого скруббера для контроля загрязнения воздуха. Противоточный поток подвергает выходящий газ с самой низкой концентрацией загрязняющих веществ воздействию самой свежей промывной жидкости. Множество форсунок размещено поперек башни на разной высоте для распыления всего газа по мере его продвижения через башню. Причина использования большого количества форсунок состоит в том, чтобы максимально увеличить количество мелких капель, ударяющихся о частицы загрязняющего вещества, и обеспечить большую площадь поверхности для поглощения газа.
Теоретически, чем меньше образуются капли, тем выше достигается эффективность улавливания как газообразных, так и твердых загрязняющих веществ . Однако капли жидкости должны быть достаточно большими, чтобы они не уносились из скруббера выходящим потоком очищенного газа. Поэтому в распылительных колоннах используются форсунки, которые производят капли, которые обычно имеют диаметр 500–1000 мкм. Несмотря на небольшой размер, эти капли имеют большие размеры по сравнению с каплями, образующимися в скрубберах Вентури , размером 10–50 мкм. Скорость газа поддерживается низкой, от 0,3 до 1,2 м / с (1–4 фута / с), чтобы предотвратить вынос избыточных капель из башни.
Чтобы поддерживать низкие скорости газа, распылительные колонны должны быть больше, чем другие скрубберы, которые работают с аналогичными расходами газового потока. Другая проблема, возникающая в распылительных башнях, заключается в том, что после того, как капли упали на короткое расстояние, они имеют тенденцию агломерироваться или ударяться о стенки башни. Следовательно, общая площадь поверхности контакта с жидкостью уменьшается, что снижает эффективность улавливания скруббера.
В дополнении к конфигурации противоточного потока, поток в скрубберах может быть либо прямоточный или Crosscurrent в конфигурации.
В прямотоке -потока распылить башни, впускной газа и поток жидкости в одном направлении. Поскольку поток газа не «толкается» против распыляемых жидкостей, скорость газа через сосуды выше, чем в противоточных распылительных колоннах. Следовательно, прямоточный -поток распылить башни имеют меньшие размеры , чем противоток поток распыление башни обработки то же количество выхлопных газов. В распылительных колоннах с перекрестным потоком, также называемых скрубберами с горизонтальным распылением, газ и жидкость текут в направлениях, перпендикулярных друг другу.
В этом сосуде газ проходит горизонтально через несколько секций распыления. Количество и качество жидкости, распыляемой в каждой секции, можно варьировать, обычно самая чистая жидкость (если используется переработанная жидкость) распыляется в последнем наборе распылителей.
Сбор частиц [ править ]
Распылительные башни представляют собой скрубберы с низким энергопотреблением . Контактная сила намного ниже, чем в скрубберах Вентури , а перепады давления в таких системах обычно составляют менее 2,5 см (1 дюйм) водяного столба. Соответственно, эффективность улавливания мелких частиц ниже, чем у более энергоемких устройств. Они подходят для сбора крупных частиц диаметром более 10–25 мкм, хотя при повышенном давлении жидкости на входе в форсунку можно собирать частицы диаметром 2,0 мкм.
Более мелкие капли могут образовываться при более высоком давлении жидкости у сопла. Наивысшая эффективность сбора достигается, когда образуются маленькие капли, и разница между скоростью капли и скоростью движущихся вверх частиц велика. Однако мелкие капли имеют небольшую скорость оседания , поэтому существует оптимальный диапазон размеров капель для скрубберов, которые работают по этому механизму.
Этот диапазон размеров капель составляет от 500 до 1000 мкм для градирен с гравитационным напылением (противоток). [1] Закачка воды под очень высоким давлением - 2070–3100 кПа (300–450 фунтов на квадратный дюйм) - создает туман из очень мелких капель. В таких случаях может быть достигнута более высокая эффективность улавливания частиц, поскольку возникают другие механизмы улавливания, кроме инерционного удара . [2] Однако эти распылительные форсунки могут потреблять больше энергии для образования капель, чем трубка Вентури, работающая с такой же эффективностью сбора.
Сбор газа [ править ]
Для абсорбции газа можно использовать распылительные башни , но они не так эффективны, как насадочные или пластинчатые . Распылительные башни могут быть очень эффективными при удалении загрязняющих веществ, если загрязняющие вещества хорошо растворимы или если в жидкость добавлен химический реагент.
Например, распылительные колонны используются для удаления газообразного HCl из выхлопных газов при производстве соляной кислоты . При производстве суперфосфата, используемого для производства удобрений , газы SiF 4 и HF удаляются из различных точек технологического процесса. Для удаления этих хорошо растворимых соединений использовались распылительные башни. Распылительные башни также используются для удаления запаха при производстве костной муки и сала путем очистки выхлопных газов раствором KMnO 4 .
Благодаря своей способности обрабатывать большие объемы газа в агрессивной атмосфере, распылительные колонны также используются в ряде систем обессеривания дымовых газов в качестве первой или второй стадии процесса удаления загрязняющих веществ .
В распылительной башне абсорбция может быть увеличена за счет уменьшения размера капель жидкости и / или увеличения соотношения жидкость-газ (L / G). Однако для достижения любого из них требуется увеличение как потребляемой мощности, так и эксплуатационных расходов. Кроме того, физический размер распылительной башни ограничивает количество жидкости и размер капель, которые можно использовать.
Проблемы с обслуживанием [ править ]
Основным преимуществом распылительных колонн перед другими скрубберами является их полностью открытая конструкция; у них нет внутренних частей, кроме форсунок . Эта функция устраняет многие проблемы накопления накипи и засорения, связанные с другими скрубберами. Основные проблемы технического обслуживания - это засорение или эрозия распылительных форсунок, особенно при использовании рециркулированной жидкости для скруббера. Чтобы уменьшить эти проблемы, используется система отстаивания или фильтрации для удаления абразивных частиц из рециркулируемой промывочной жидкости перед ее закачиванием обратно в форсунки.
Резюме [ править ]
Распылительные башни - это недорогие устройства управления, которые в основном используются для кондиционирования газа (охлаждения или увлажнения) или для удаления частиц или газа на первой стадии. Они также используются во многих системах обессеривания дымовых газов для уменьшения закупоривания и образования накипи из-за загрязнителей.
Во многих очистных системах используются распылители до или в нижней части основного скруббера для удаления крупных частиц, которые могут забить его.
Распылительные башни эффективно используются для удаления крупных частиц и хорошо растворимых газов. Падение давления через башню является очень низким - обычно менее 2,5 см (1,0 дюйма) воды; таким образом, эксплуатационные расходы скруббера относительно низкие. Однако затраты на перекачку жидкости могут быть очень высокими.
Распылительные башни бывают разных размеров - маленькие для обработки небольших потоков газа 0,05 м 3 / с (106 футов 3 / мин) или меньше, и большие для обработки больших потоков выхлопных газов 50 м 3 / с (106 000 м 3 / с). мин) или больше. Из-за необходимой низкой скорости газа блоки, работающие с большими расходами газа, обычно имеют большие размеры. Рабочие характеристики распылительных колонн представлены в следующей таблице. [3]
| Рабочие характеристики распылительных колонн | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Загрязнитель | Падение давления (Δp) | Соотношение жидкости и газа (л / г) | Давление жидкости на входе (p L ) | Эффективность удаления | Приложения |
| Газы | 1,3–7,6 см воды | 0,07–2,70 л / м 3 (0,5–20 галлонов / 1000 фут 3 ) | 70–2800 кПа | 50–90 + % (высокий КПД только тогда, когда газ очень растворим) | Горнодобывающая промышленность Химическая промышленность Котлы и мусоросжигательные установки Черная металлургия |
| Частицы | 0,5–3,0 дюйма воды | 5 галлонов / 1000 футов 3 - это нормально; > 10 при использовании распылителей под давлением | 10–400 фунтов на кв. Дюйм | Диаметр 2–8 мкм | |
Библиография [ править ]
- Гилберт, Дж. У. 1977. Струйная очистка дыма Вентури. В П.Н. Черемисинов и Р.А. Янг (ред.), Справочник по контролю за загрязнением воздуха и проектированию. Часть 2. Нью-Йорк: Марсель Деккер.
- Компания McIlvaine. 1974. Справочник по мокрому скрубберу. Нортбрук, Иллинойс: Компания McIlvaine.
- Ричардс, младший, 1995. Контроль выбросов твердых частиц (курс APTI 413). Агентство по охране окружающей среды США.
- Ричардс, Дж. Р. 1995. Контроль газовых выбросов. (Курс APTI 415). Агентство по охране окружающей среды США.
См. Также [ править ]
- Форсунки
Ссылки [ править ]
- ^ Stairmand 1956
- ^ Бетеа, RM 1978. Технология контроля загрязнения воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.
- ^ * Учебный институт загрязнения воздуха Агентства по охране окружающей среды США разработан в сотрудничестве с Инженерным колледжем Университета Северной Каролины (NCSU).
