АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Мокрая очистка газов

Мокрую очистку применяют в тех случаях, когда допустимы увлаж­нение и охлаждение очищаемого газа, а отделяемые от газа твердые взвешенные частицы имеют незначительную ценность. Мокрую очистку газа производят путем промывки его водой или какой-либо другой жидкостью.

Газ приводится в тесный контакт с жидкостью, которую разбрыз­гивают или распределяют в виде стекающей тонкой пленки. Аппараты для мокрой очистки работают также по принципу использования дей­ствия инерционных сил; при ударе газового потока о стенки, смоченные жидкостью, последняя поглощает взвешенные в нем частицы.

Под действием центробежных и инерционных сил взвешенные частицы довольно полно извлекаются из газа, который охлаждается и насыщается парами жидкости. Охлаждение газа ниже температуры кон­денсации находящихся в нем паров жидкости способствует и удалению из газа мельчайших твердых частиц, играющих в данном случае роль центров конденсации.

Конструкция аппаратов для мокрой очистки газов. Конструкции аппаратов для мокрой очистки газов, называемых также гидравли­ческими пылеуловителями, весьма разнообразны.

Различают гидравлические пылеуловители следующих типое: 1) статические (главным образом, скрубберы); 2) динамиче-
с к и е (дезинтеграторы); 3) аппараты со смоченными поверх­ностями и 4) пенные.

Наиболее распространены скруббер ы—аппараты для про­мывки газов путем разбрызгивания жидкости в газовом пространстве. Их конструкции не отличаются от конструкций скрубберов, применяемых для поглощения газов (см. гл. XI).

Газ проходит через полый скруббер снизу вверх и орошается водой, разбрызгиваемой через форсунки. Для лучшей отмывки пыли применяют насадочные скрубберы, заполненные обычно хордовой насадкой и оро­шаемые при помощи специальных распределительных устройств или брызгал. В полых скрубберах степень очистки газа достигает 60—75%,

А в насадочных 75—85%, причем запыленность промытого газа может быть менее 1 —2 г/нм3.

Для более совершенной газоочистки применяют механические газопромыватели или дезинтеграторы (рис. 105).

В улитообразном кожухе 4 дезинтегратора вращается горизонталь­ный вал 6, на котором имеется распределительный конус 7 с отверстиями и литой стальной диск 13. На диске ротора через определенные проме­жутки закреплены по трем-четырем концентрическим окружностям гори­зонтальные круглые стержни или била 12, соединенные с другой стороны кольцами из полосовой стали. При вращении ротора била 12 проходят в промежутки между билами 8 статора, которые укреплены неподвижно также по трем-четырем концентрическим окружностям между литыми кольцами 5 в кожухе аппарата.

По внешней окружности диска 13 расположены также лопасти 3, при помощи которых производится промывка и отделение газа от воды, и лопасти 2, создающие напор газа (до 500 мм вод. ст.) для дальнейшей его транспортировки.

Очищаемый газ поступает в центр аппарата через приемные ко­робки 11, а вода подается через сифонные трубы / и выбрасывается в отверстия конуса 7. Смесь газа и воды попадает между неподвижными и вращающимися стержнями—билами и отбрасывается лопастями к стенкам кожуха. При этом вода распыляется в тончайший туман и при­ходит в тесный контакт с газом, смачивая почти всю содержащуюся в нем пыль.

Образующийся осадок удаляется через сливной канал 14 и уходит по трубам 9, а газ нагнетается лопастями 2 в газоход через канал 10.

Дезинтеграторы имеют высокую производительность (50—60 •103 нм3/час газа) при сравнительно небольшом расходе энергии (5—6 кет на 1000 нм3 газа). Они применяются главным образом в металлургии на очистке доменного газа до остаточного содержания в нем пыли 0,05—0,02 гінм3. Исходный газ дол­жен содержать не более 2 гінм3 пыли и иметь температуру не выше 60°; поэтому газ пред­варительно охлаждают и очищают в скрубберах.

Расход воды в дезинтеграторах состав­ляет 0,5—1,5 м3 на 1000 им3 газа. Недостатком аппаратов такого типа является сложность их конструкции.

Для мокрой очистки газа применяют также аппараты со смоченными поверхностями.

В центробежном скруббере конструкции Всесоюзного теплотехнического института (рис. 106) запыленный газ поступает в цилиндри­ческий корпус 1 через патрубок 2, приварен­ный на некоторой высоте от дна аппарата тангенциально к нему. Стенки корпуса оро­шаются через сопло 3 водой, которая стекает тонкой пленкой по внутренней поверхности стенок.

Поток газа поднимается, вращаясь, по винтовой линии снизу вверх; при этом взве­шенные в газе частицы движутся под действием центробежной силы в радиальном направле­нии, достигают стенок скруббера, смачивают­ся водяной пленкой и удаляются с водой через коническое днище. Очищенный газ уходит че­рез верхнюю часть корпуса.

Удельный расход воды и степень очистки газа зависят от диаметра центробежного скруббера. При диаметре 1 м удельный расход воды со­ставляет 0,2 л/м3, а степень очистки 85—87% (в зависимости от дисперс­ного состава пыли). Однако с уменьшением диаметра аппарата может быть достигнута степень очистки, равная 98%.

Пенные аппараты. В промышленности применяется также новый метод мокрой очистки газов, названный пенным. В пенных аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние подвиж­ной пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между жид­костью и газом и высокую степень очистки газа от пыли, дыма и тумана. Аппарат при улавливании пыли с частицами размером более 5 микрон имеет к. п. д. до 99%.

Пенный однополочный аппарат, применяемый в качестве газопро­мывателя (рис. 107), представляет собой полую камеру 1 круглого или
прямоугольного сечения, внутри которой находится одна или несколько горизонтальных решеток 2. Вода или другая жидкость, которой промы­вают газ, поступает через штуцер и входную коробку на решетку, а газ, подвергающийся очистке, подается под решетку. Проходя через отверстия решетки, газ вспенивает жидкость на решетке, так что по решетке дви­жется слой пены, в котором и происходит очистка газа от взвешенных в нем частиц. Наиболее мелкие частицы дисперсной фазы проходят вместе с газом через отверстия в решетке, ударяются о пленки жидкости, протекающей по решетке, отделяются и вместе с жидкостью удаляются через сливной штуцер. Более крупные частицы дисперсной фазы улавли­ваются жидкостью, протекающей че­рез отверстия в решетке в подреше - точном пространстве; образующаяся при этом суспензия собирается в нижней части аппарата и удаляется из него через спускной штуцер.

Применяются также трехпо - лочные пенные аппараты (рис. 108), имеющие более высокую произво­дительность.

Эффективность работы пенных аппаратов в значительной мере за­висит от скорости протекания газа по свободному сечению камеры. При

Небольших скоростях происходит обычный барботаж—газ, выходя через отверстия решетки, разбивается на отдельные пузырьки, которые и про­ходят через слой жидкости, не вызывая пенообразования. При скорости газа 0,5—0,7 м/сек отдельные пузырьки сталкиваются друг с другом, и на решетке образуется слой крупноячеистой малоподвижной пены; такая пена еще не вызывает резкого повышения интенсивности работы аппарата. При больших скоростях газа в свободном сечении аппарата ячеистая пена превращается в подвижную, обладающую высокоразвитой поверхностью и непрерывно обновляемыми пленками пену.

Авторы пенного способа очистки газов М. Е. Позин, И. П. Мухле - нов и Э. Я. Тарат указывают, что подвижная пена существует при ско­рости газа от 0,7 до 3,5 м/сек. Так как у нижней границы этой зоны ско-
ростеи утечка жидкости через отверстия решетки усиливается, а при очень высоких скоростях усиливается брызгоунос, то рекомендуют в качестве пределов рациональных значений скорости газа в свободном сечении аппарата 1,3—3,0 м/сек. В этих пределах происходит закономер­ное возрастание высоты пены с увеличением скорости газа.

При выбранной скорости газа w в аппарате и заданной произво­дительности пенного аппарата Vr м31час в рабочих условиях свободное сечение аппарата находят по формуле

= 365S - Л3 О"205*

Решеткой для пенных аппаратов служит перфорированный сталь­ной лист толщиной 4—6 мм с равномерно расположенными отверстиями круглой, щелевидной или другой формы. Общее свободное сечение ре­шетки составляет от 8 до 30% общего сечения аппарата. Диаметр отверстий круглой формы принимают в зависимости от условий работы аппарата от 2 до 8 мм, а шаг их расположения составляет

0,91 di,, о

Л/ 0 мм (1—20о)

Где d0—диаметр отверстий в мм\

T

S=-!f—площадь свободного сечения решетки, выраженная в долях

Г1а

От общей поверхности перфорированной части решетки (2=0,95—отношение площади перфорированной части ре­шетки к площади свободного сечения аппарата). Площадь свободного сечения решетки выбирают в зависимости от скорости газа w0 при проходе через отверстия. При этом учитывают из­менение объема газа вследствие его охлаждения в результате взаимодей­ствия с водой. Для обеспечения нормальной работы пенного аппарата рекомендуют принимать скорость от 7 до 13 м/сек.

Общую площадь свободного сечения решетки с учетом изменения температуры газа под решеткой определяют по формуле

= (1 206а)

WqI г

Где ТГ—температура газа, поступающего в аппарат, в °К;

Тр—температура газа под решеткой в °К (эта температура опреде­ляется из теплового баланса аппарата). Количество воды, подаваемой в пенный газопромыватель, зависит от температуры газа, содержания в нем пыли и заданной концентрации суспензии, получающейся в результате поглощения пыли водой. Обычно расход воды составляет 0,2—0,3 л/м3 очищаемого газа. Обозначим:

Хн—содержание пыли в очищаемом газе в кгс/м3\ хк—содержание пыли в газе после его очистки в кгс/м3. Тогда общее количество поглощаемой в аппарате пыли

G=Vr (хя — хк) кгс/час (1 —207)

Поступающая на решетку пенного аппарата вода распределяется на два потока: одна часть воды протекает вдоль всей решетки и вытекает из аппарата через сливной порог, другая же часть воды проходит через отверстия в решетке и собирается на дне аппарата в виде суспензии. В случае очистки от пыли газов с температурой ниже 100° в аппарате с решеткой длиной 1—2 м, при высоте порога до 40 мм и интенсивности
потока воды на «входе до 6 м3/м-час, для обеспечения равномерного рас­пределения пены по всей длине решетки необходимо, чтобы через ре­шетку протекало не более 50% воды, подаваемой в аппарат.

Количество воды, протекающей через отверстия в решетке, опреде­ляют в зависимости от веса улавливаемой пыли и заданной концентра­ции суспензии. Считают, что вода, протекающая через отверстия в ре­шетке, должна улавливать от 60 до 80% всей находящейся в газе пыли. В этих условиях количество воды, протекающей через отверстия в ре­шетке, определяется как

Wp = ~ Кгс/час (1—207а)

Где k—коэффициент распределения пыли по потокам, выражающий от­ношение количества пыли, улавливаемой водой, протекающей через отверстия решетки, к общему количеству пыли в газе (6=0,6—0,8);

С—заданная концентрация суспензии в кгс твердой фазы на 1 кгс жидкой фазы.

Содержание пыли в суспензии допускают в пределах с~•

Количество воды Wn, стекающей через порог, практически можно принимать равным количеству воды, протекающей через отверстия в ре­шетке, и общий расход воды, таким образом, составляет

2Wn (1—2076)

Высоту сливного порога выбирают в зависимости от желаемой высоты пены Н. Считают, что высота слоя пены в пенном аппарате долж­на составлять от 60 до 100 мм. Высота слоя пены Н и высота h0 исход­ного слоя жидкости на решетке связаны уравнением

H — vJiq мм (1—207 в)

Причем относительный удельный объем пены vQ, по опытным данным, в зависимости от скорости w протекания в аппарате принимают равным:

W.................... 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

И0 .... 3,5 4,5 5,0 6,2 7,1

Высота слоя жидкости на решетке определяется интенсивностью потока и высотой порога:

Л0 = «р VF + ф/гп мм (1 —207г)

Где і—интенсивность потока на решетке в м3/м-час\

Ср—коэффициент, характеризующий водослив (для технических рас­четов можно с достаточной степенью точности принять 9=3); ф—степень подпора воды порогом (для условий, близких к условиям работы газопромывателей, принимают ф=0,4). Высоту порога соответственно можно вычислить по формуле

3 _

Hn — 2,5h0 — 7,5 У/2 мм (1—207д)

Гидравлическое сопротивление сухих решеток определяется по формуле

2

Угш

АРг = 1,45 -2~ мм вод. Cm. (1—207е)

А гидравлическое сопротивление слоя пены (для системы воздух—вода) ДР2 = 325Я — 23w + 43,5 мм вод. ст. (1—207ж)