Скрубберы: описание и сфера применения
Скрубберы представляют собой аппараты различной конструкции которые служат для промывки жидкостями газов с целью их очистки и для извлечения одного или нескольких компонентов, а также барабанные машины для промывки полезных ископаемых. Такие установки широко используются при улавливании продуктов коксования и очистке промышленных газов от пыли, для увлажнения и охлаждения газов, в различных химико-технологических процессах.
Принцип действия скруббера заключается в поглощении подаваемой среды жидкостью и очищением ее от частиц взвесей в технологическом блоке. После турбулентного смешения эти среды попадают в отсек инжектора через закручиватели, располагающиеся в нижней части скруббера. При этом в объёме образующейся в камере динамической пены происходит интенсивный массообмен между фазами. Соединения из газовой фазы переходят в жидкую технологическую среду. Очищенная газовая среда поступает в атмосферу, а жидкая среда со шламом попадает в приемно-разделительную емкость скруббера через сливной патрубок. Из бачка с резервным содержанием рабочей жидкости пополняется запас, и процесс может быть осуществлен повторно.
По применению скрубберы можно разделить условно на газоочистительные аппараты и барабанные машины для промывки полезных ископаемых. В горнодобывающей отрасли скрубберы используют для улавливания продуктов коксования. В данной отрасли преимущественно используют скрубберы конической либо цилиндрической формы, условно напоминающие барабан, в центре которого расположен вал с вращающимися лопастями. Требующие очистки ископаемые помещаются в скруббер, где они, смешиваясь с промывочным материалом, перемещаются лопастями по спирали. Примеси содержащие глину и известняк разжижаются под действием воды и после с ней удаляются из барабана, оставляя очищенный материал. Производительность скрубберов, используемых в добывающей отрасли высока и составляет до 200 т. , при незначительном расходе воды в 3-6 м3/т. и с минимальными временными интервалами. Виды скрубберов, используемых в добывающей отрасли, делят на противоточные и прямоточные в зависимости от движения воды относительно подаваемого материала. Если направление подачи материала совпадает с направлением подачи воды, то такие скрубберы называют прямоточными, если не совпадает, то скруббер является противоточным. Кроме промывки скрубберы используют для сортировки (грохочения) материала. Для этого к барабану скруббера подсоединяют коническую перфорированную часть, которая совершает процесс грохочения.
Газоочистительные аппараты основаны на промывании газа жидкостью. Газ промывается водой либо другим рабочим раствором, при этом смешении и взаимодействии происходит процесс очистки его. Такой метод смешения называют методом мокрой очистки. Таким образом, можно очистить газ от частиц любого размера. Метод мокрой очистки газов является механическим и применяется на заключительном этапе охлаждения. Аппараты мокрой очистки используют различные виды поверхностей при смешении жидкости с газом. При использовании этого метода возможно удаление всех примесей из газа, за счет конденсации на них более тяжелых частиц пара. К недостаткам этого способа газоочистки можно причислить образование большого количества шлама. К достоинствам можно отнести сравнительно низкую стоимость аппаратов мокрой очистки. Такой метод использует химическое производство, литейное, кожевенное, керамическое производство, нефтеперерабатывающая и горнодобывающая отрасль, при работе с различными видами битумов, а так же при сжигании промышленных газов и отходов производства. Скрубберы устанавливают на крупных предприятиях в очистных сооружениях.
Скруббер Вентури
Выделим 4 вида скрубберов насадочные скрубберы, центробежные скрубберы (орошаемые циклоны), пенные аппараты, скрубберы Вентури и рассмотрим их применение: Очистку выбросов от газообразных примесей производят пенными аппаратами. Пенные аппараты используются для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Пенные газоочистители позволяют достигать высокую скорость абсорбционных процессов. Пенные абсорберы имеют высокую производительность, скорость работы равную 1-4 м/с и обладают небольшим гидравлическим сопротивлением. К их достоинству можно отнести не большие габариты и простоту конструкции. А также можно выделить аппараты с характерными особенностями. К таким относятся многополочный пенный аппарат, который имеет несколько степеней очистки и разные показатели глубины чистки, а также пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя. Эти скрубберы могут работать в режиме турбулентности при линейной скорости газа порядка 4-5 м/с. Для частиц с диаметром больше 5 мкм эффективность улавливания составляет 90-99%, а при меньшем диаметре снижается до 75%.-80%. Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) используют при очистке больших объемов газа. Центробежный скруббер представляет собой полый вертикально расположенный цилиндр в нижнюю область, которого входит газ для очистки, а в верхней части цилиндра по его окружности установлены форсунки. Через форсунки жидкость попадает на внутреннюю область цилиндра, где создает тонкую водную пленку. Цилиндр при этом открыт, и очищенный газ беспрепятственно покидает пределы конструкции. В скруббере газ движется по винтовой линии снизу вверх. Оттесненная к стенкам скруббера пыль намокает и под силой тяжести вместе с водой скатывается в нижнюю часть конструкции скрубера,образуя пульпу. Позже оттуда газ удаляется. Центробежные скрубберы имеют гидравлическое сопротивление порядка 400-850 Па. Степень очистки для частиц более 30 мкм равна 90%, для частиц с диаметром равным 5 мкм снижается до 80%, для частиц с диаметром менее 5 мкм приравнивается к 40%.
Диаметр частиц, улавливаемых на 50%, можно посчитать по формуле:
диаметр частиц
где m – вязкость газа, Па*с;
Dц – диаметр выходного патрубка циклонов, м;
NОБ – эффективное число оборотов газа в циклоне;
ωг– средняя входная скорость газа, м/с;
ρч, ρг– плотность частиц и газа, кг/м3.
Центробежные скрубберы имеют высокую производительность за счет большой скорости газа. Во входном патрубке скорость равна 18-20 м/с, а в сечении скруббера составляет порядка 4-5 м/с. Скрубберы используются для грубой и средней чистки газа от аэрозолей. В цементной промышленности, например, они используются как установки мокрого метода очистки газа. В связи с вязкими свойствами пульпы пыли и трудностями ее переработки центробежные скрубберы используются достаточно ограниченно. Их рекомендуют для чистки аспирационного воздуха, который образуется при измельчении известняка с использованием пульпы (мокрый помол) в мельницах для обработки сырья, а также для очистки газов сушильных барабанов угля и шлака при условии переработки пульпы либо сброса ее в отвал. Насадочный скруббер — это емкость, которую можно представить в форме коллоны.Такого рода скруббер может содержать различные насадки, имеющие как простую, так и сложную форму. Например, это могут быть кольца с перегородками или простые кольца (кольца Рашига), спиральные розетки Теллера, седла Берля и многие другие приспособления. В насадочном скруббере есть система орошения, состоящая из нескольких ступеней внутри корпуса, где располагаются форсунки. Форсунки перекрывают сечение, где из сопел производится распыление. Не смотря на то, что распыление жидкости производится навстречу входящему потоку либо поперек, гидродинамика этого потока не велика. В связи с этим скорость обменных процессов в этих скуберах остается неизменно малой.Что влечет за собой большие габаритные размеры этих установок. В верхней части этой громоздкой конструкции расположен каплеуловитель, оснащенный коническим завихрителем. А также присутствует дополнительный ярус форсунок, которые промывают лопасти и карман завехрителя. Такое распыление жидкости позволяет его отнести к противоточным скрубберам. В основе скруббера Вентури лежит одноименная трубка. Эта конструкция оснащена сепаратором и орошается внутри жидкостью. Иногда вместо сепаратора используются каплеуловители и укороченные циклоны.Трубка Вентури плавно сужается на входе, образуя конфузор, и так же плавно расширяется на выходе, являясь при этом диффузором. Сужение в сечении трубы Вентури называется горловиной. Конструкция трубы Вентури выполнена основываясь на законах аэродинамики. Скруббер Вентури предназначен для улавливания частиц пыли, для охлаждения газов, для абсорции. Принцип работы скруббера Вентури основывается на том, что газ для очистки поступает в конфузор, двигаясь к горловине трубы набирает скорость, смешивается с промывочной жидкостью и пыль осаждается на каплях, поступая в диффузор. На каплеуловителе происходит сепарация. При этом скорость потока жидкости меньше потока пыли. Скорость газа в горловине может составлять от 30 до 200 м/c, при этом удельное орошение равняется 0.1-6.0 л./ м3. По гидродинамическому сопротивлению скрубберы делят на низконапорные и высоконапорные. Низконапорные имеют сопротивление порядка 5кПа. Используются для улавливания частиц с диаметром более 20 мкм. Высоконапорные скрубберы применяются, когда диаметр частиц пыли может составлять более 0.5 мкм. Скорость потока высока, а сопротивление может составлять несколько десятков кПа. Рассчитав такие величины как удельное орошение и скорость газа в горловине можно точно определить концентрацию примесей в очищенном газе.
Cкрубберы высокой энергии
Скрубберы Вентурри часто используются в качестве первичной очистки газов. Скрубберы находят широкое применение в черной, цветной металлургии, химической, нефтяной промышленности, в энергетике и в других. Чем выше требуется эффект улавливания и чем меньше частицы, тем больше требуется затрачивать энергетических ресурсов. Каплеуловители могут иметь отдельное размещение либо могут размещаться на корпусе. Трубы имеют разное сечение, в зависимости от расходов. Для небольших расходов резонным является применение круглого сечения. А для больших расходов лучшим считается применение трубы с регулируемым кольцевым сечением. Возможна компоновка в секции и группы труб. Для подачи жидкости в горловину трубы форсунки могут быть расположены удаленно и центрально. Так же форсунки могут быть оснащены различными отбойниками, для увеличения дисперсности частиц. Чистка промышленных газов с помощью скруббера относят к мокрому способу очистки. Скрубберы так же используют для улавливания паров растворителей в химической промышленности. Подобрав реагент-поглатитель можно освобождать от примесей различные виды веществ.
