:«модуль 4 Технические средства и технологии мокрой очистки газов»

работа без ошибок, проверена преподователем ...

• ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................................3

• Физические основы мокрой очистки газов .........................................4
1. Осаждение частиц на каплях жидкости, на пленке, барботаж....4
• Энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей .......9
1. Определение суммарной энергии соприкосновения .....................9
2. Число единиц переноса ......................................................................................10
3. Степень очистки .......................................................................................................10
• Тепло- и массообмен в мокрых пылеуловителях ..........................10
1. Составление теплового и материального баланса аппарата и определение параметров газоочиски на выходе из аппарата ...10
• Форсуночные скрубберы ...................................................................................13
1. Назначение ...................................................................................................................13
2. Устройство и принцип действия. режимные и конструктивные параметры .....................................................................................................................14
• Механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические газопромыватели). .............................................................16
1. Назначение ...................................................................................................................16
2. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры .....................................................................................................................16
• Скрубберы Вентури..................................................................................................18
1. Назначение ...................................................................................................................18
2. Устройство и принцип действия. режимные и конструктивные параметры. Конструкции труб Вентури ....................................................18.
• Мокрые аппараты центробежного действия .....................................21
1. Назначение ...................................................................................................................21
2. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Устройства для придания газовому потоку вращения. .....................................................................................................................21


• Мокрые аппараты ударно-инерционного действия ....................23
1. Назначение .................................................................................................................23
2. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры .....................................................................................................................23
• Барботажные пенные аппараты. .................................................................24
1. Назначение ..................................................................................................................24
2. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры ....................................................................................................................25
3. Применение провальных решеток и переливных тарелок ........27
• Каплеуловители (гравитационные, инерционные и центробежные) ........................................................................................................27
1. Назначение .................................................................................................................27
2. Устройство и принцип действия .................................................................27
• Устройства для подвода и диспергирования жидкости ..........29
1. Форсунки механического действия ..........................................................29
2. Конструкции механических форсунок. Пневматическое распыление жидкости. ........................................................................................30
• список литературы..................................................................................................31

Мокрая очистка газов МОГ (гидромеханическая очистка, промывка газов, скруБерна очистки) - это один из наиболее эффективных и распространенных средств пылеулавливанитя. В качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода.
При улавливании в одном аппарате одновременно твердых и газообразных загрязняющих веществ выбор орошающей жидкости обусловлен процессом абсорбции.
Мокрую очистку используют в том случае, когда допустим зволония и охлаждения дымового газа и разработаны мероприятия по предупреждению Бриз коуносу и утилизации стоков.

Мокрые аппараты имеют следующие достоинства:

-простоту конструкции и сравнительно невысокую стоимость;
-более высокую эффективность по сравнению с сухими механическими пылеуловителями инерционного типа;
-меньшие габариты по сравнению с тканевыми фил ьтрами и электрофильтрами;
-возможность использования при высокой температуре и повышенной влажности газов;
- работы на взрывоопасных газах; улавливания вместе с взвешенными твердыми частицами паров и газообразных компонентов.
Однако мокрым пылеуловителям свойствен и ряд недостатков:
значительные затраты энергии при высоких степенях очистки;
- получение уловленного продукта в виде шлама, что часто затрудняет и удорожает его последующее использование;
- необходимость организации оборотного цикла водоснабжения (отстойники, перекачивающие насосные, охладители и т. п.), что значительно увеличивает стоимость системы газоочистки;
- образование отложений в оборудовании и газопроводах при охлаждении газов до температуры точки росы или капельном уносе влаги из пылеуловителя;
- коррозионный износ оборудования и газопроводов при очистке газов, содержащих агрессивные компоненты;
- вредное влияние капельной влаги, содержащейся в газах, на стенки дымовых труб;
- ухудшение условий рассеивания пыли и вредных газов, выбрасываемых через дымовые трубы в воздушный бассейн.

е. работу по преодолению сил поверхностного натяжения.Предельная скорость W удара частицы, что обеспечивает ее погружения в жидкость,равнагде ψ - угол между направлением движения частицы и нормалью к поверхности жидкостив точке удара.При ψ = 0 , т.е. при движении частицы по нормалью к поверхности жидкостиПри больших углах ψ доли рикошетують от поверхности и улавливания но важный только при условии высоких скоростей удара. При значениях Re<5 долине погружаются в момент удара о пленку жидкости полностью и легко могут бытьсорваны газовым потоком.Улавливание частиц в режиме барботажу следует рассматривать как отдельный вы-ный осаждения частиц на пленку жидкости.При пылеулавливании в режиме барботажу действуют механизмы инерционного,гравитационного и диффузного осаждения на поверхности газовых пузырьков.8Улавливание частиц в режиме барботажу следует рассматривать как отдельный вы-ный осаждения частиц на пленку жидкости.При пылеулавливании в режиме барботажу действуют механизмы инерционного,гравитационного и диффузного осаждения на поверхности газовых пузырьков.Рис.2.5. Схема осаждения частиц пыли на поверхности газової пузыри. Диаметр газовых пузырьков составляет 2-20 мм. При d б > 2÷3 мм они втра-ляют сферическую форму, образуя елипсоиды. Для определения критического диа-метра пузыри кр существует эмпирическая формула:где β - коэффициент, определяемый экспериментально;Vб - скорость подъема пузырька, ( Vб = 0,28÷ 0,4 м/с).При инерционном (за счет центробежных сил) осаждении Энергетический метод расчета мокрых пылеуловителейОпределение суммарной энергии соприкосновенияЭнергетическим параметром является суммарная энергия контакта Кч - расход энергиина обработку единицы объема газа в единицу времени:, кДж/1000м3где ΔРап - гидравлическое сопротивление аппарата, Па;Ро - давление розпилюємої жидкости на входе в аппарат, Па;Nм - мощность вращающего механизма, затрачиваемого наконтактирование газов с жидкостью, Вт;Qв, Qг - объемные расходы жидкости и газа на входе в аппарат, м3/с.Значение каждой составляющей формулы зависит от типа аппарата.Зависимость между степенью очистки и затратами энергии определяется по формулоюгде: В ы х - константы, зависящие от физико-химических свойств идисперсного состава пыли и определяются экспериментально 9Число единиц переноса Показатель η при высоких значениях степени пылеулавливания мало характеризует качество очистки. Поэтому часто используют показатель число единицпереноса Nч, который является аналогичным параметру, что используется в технологическихних процессах, связанных с массовым перенесением:Эта зависимость аппроксимируется в логарифмических координатах прямой леницией. Степень очисткиМокрая очистка газов в гидравлических пылеуловителях (скрубберах — насадочных, центробежных и струйных) и механических газопромывателях обеспечивает высокую степень очистки газов (98—99%). Однако этот способ ограниченно применяют в химической промышленности, так как мокрая очистка сопровождается охлаждением, увлажнением, а иногда и окислением газа кроме того улавливаемые при мокрой очистке частицы не всегда можно использовать в производстве Применимость  для мокрых пылеулавливателей различных топлив, очевидно, объясняется тем, что в основе улавливания взвешенных частиц в каждом из них преобладает один и тот же механизм — инерционное осаждение. Поэтому в тех случаях, когда на улавливание пыли в мокрых аппаратах начинают оказывать действие помимо  силы, например диффузионные (при конденсации), силы электрического поля и другие, наблюдаются значительные отклонения от энергетической зависимости  Тепло- и массообмен в мокрых пылеуловителяхСоставление теплового и материального баланса аппарата и определение параметров газоочиски на выходе из аппарата ТЕПЛО - И МАССООБМЕН В МОКРЫХ ПИЛОВЛОВЛЮВАЧАХВ мокрых пылеуловителях одновременно с пылеуловителям, как правило,идут процессы тепло - и массообмена. Это является следствием разности температур газа и10риловека, разницы парциального давления пара в газе Рг и над жидкостью Рж. Эти процессымогут осуществляться как с испарением воды (испарительное), так и с конденсации(конденсационное) охлаждения водяного пара, содержащегося в газе.Испарительное охлаждение происходит при взаимодействии горячего сухого или не-насыщенного влагой газа с подогретой водой. При охлаждении газа одновременнопроисходит увеличение его влагосодержания.Конденсационное охлаждение происходит в случае, когда горячий газ, на-сыченое водяным паром, встречается с холодной водой.Рассмотрим процессы тепло - и массообмена капли жидкости, находящейсяв горячем газе.Рис.4.1.- Схема распределения температурв капле жидкости:Количество тепла, передаваемого от газа к жидкости:q = α ( tг - - t1ж ) F = λ F ∂t/∂l , Дж/сгде α - коэффициент тепловой отдачи, характеризующий интенсивность тепло-обмена между поверхностью тела и окружающей средой. Численно равен количеству теплоты, отданной единицей поверхности за единицу временипри разности температур между поверхностью тела и окружающей срещем в один градус, [Дж/с м2 К] ;tг - температура газа на достаточной удаленности от капли;t1-температура поверхности капли жидкости;F - площадь поверхности капли;λ - коэффициент теплопередаче, характеризующее способность веществапроводить теплоту, равна количеству теплоты, передаваемой в единицувремени через единицу площади при градиенте температуры в один градус,:tж - температура в центре капли ри-дины∂t/∂l - градиент температуры.α, λ - определяются экспериментально, отдельно для каждой жидкости и конкретных условий теплообмена. Для приблизительного расчета используют методтеории подобия.Количество тепла, которое получает капля жидкости при нагревании ее на Δt:11где Ск - теплоемкость жидкости , Дж/кг оС;тк - масса капли, кг.Количество тепла, которое получает капля жидкости при нагревании капли до температуры кипения, ее испарении и нагревании до температуры tп2:где tкип - температура кипения жидкости ;tк1 - начальная температура капли;r - скрытая теплота парообразования ;Сп - теплоемкость пара;tп2 - конечная температура пара.Используя понятия энтальпии:где іп2 - энтальпия водяного пара при конечной температуре;ік1 - энтальпия воды при начальной температуре.По аналогии с уравнением теплообмена запишем уравнение массообмена:где β - коэффициент массообмена - количество вещества, которое отдает единицаповерхности в единицу времени при градиенте давления в 1 Па,[кг/м2 с Па ] ;Рг, Рк - парциальное давление пара в газе на удалении от капли и в ееповерхности.Расчет процессов тепло - и массообмена (ТМО) и опыт эксплуатации апа-татов мокрой очистки газов показывают:• в большинстве аппаратов процессы ТМО идут настолько интенсивно, чтопарогазокрапельную смесь на выходе из них можно с достаточной точностью-тю считать термодинамически равновестную;• расход тепла в окружающую среду через стенки аппарата можноне принимать во внимание.В этих условиях для определения параметров газа и жидкости на выходе из аппаратагазоочистки можно воспользоваться законом сохранения энергии в форме тепловогобаланса:количество тепла, вносимого до газоочистки с газом, орошающей ри-диной и водяным паром равна количеству тепла, выносимого изаппарата с газом, отходящую жидкостью и водяным паром.где:qсг1 - количество тепла, вносимого сухим газом в газоочистку:Срг - теплоемкость дымового газа, Дж/кг оС;qпг1 - количество тепла, вносимого в газоочистку с водяным паром,что содержится в газе:іп - энтальпия водяного пара;d1 - влаговмещаемость;qв1 - количество тепла, вносимого до газоочистки с орошающей ри-диной:12Св - теплоемкость воды;qсг2 - количество тепла, что выносится из газоочистки с сухим газом:qсг2 = Срг Gг tг2qпг2 - количество тепла, выносимого с водяным паром, что содержитсяв газе:qв2 - количество тепла, выносимого из газоочистки с орошающей во-дою:Исходя из предположения о термодинамическом равновесии: температура водына выходе из газоочистки равна температуре газа и температуре водяного пара,что содержится в газеЗапишем формулу для энтальпии пара ип:Теплоемкость газа в первом приближении можно считать равной теплоемкости воздуха, то есть Влажность газов может быть определена как:,кг свС учетом вышеизложенного, мы имеем уравнение с двумя неизвестнымиGв2 и t2 .Дополним его уравнением материального баланса:Gв1 + Gг d1 = Gв2 + Gг d2Решающее систему из двух уравнений с двумя неизвестными, зная параметры-ры газа перед мокрой газоочисткой, определяем параметры газа на выходе из нее. 13Форсуночные скрубберыНазначение Очистка газовой смеси основана на захвате и абсорбции твердых частиц пыли и газовых примесей поверхностью орошающей жидкости на пути их совместного движения. Форсуночноераспыление жидкости обеспечивает наибольшую поверхность контакта жидкой и газовой фаз в единице объема скруббера. Форсуночные скрубберы используются для улавливания из газа частицпыли размером более 10-15 мкм, а также для охлаждения и увлажнения газа. В мокрых пылеуловителях чаще всего применяют центробежные и струйные механические распылители, реже - форсунки пневматического действия. В насадочных скрубберах и тарельчатых аппаратах раздача орошающей жидкости осуществляется с помощью оросителей.В отличие от форсунок назначения оросителей - не создание тонкого распыления жидкости, а лишь равномерное распределение ее по сечению аппарата, что является сложной задачей, особенно в аппаратах с большой площадью сечения Устройство и принцип действия. режимные и конструктивные параметры Рис.5.1.-Схема форсуночногоскруберу:1-цилиндрический корпус;2-входной патрубок;3-выходной патрубок;4-подвод воды на орошение;5-регулирующие задвижки;6-КИП параметров воды;7-форсунки верхнего и ниж-него ярусов орошения;8-гидрозатвор. Очистка газа происходит путем инерционного осаждения частиц пыли наравномерном потоке дробнодиспергованых капель, движущихся под влияниемсилы тяжести вниз.По направлению движения газов и жидкости скрубберы делятся на:- противоточные;- прямоточные;- с перерезным подводом жидкости.Газ проходит через скруббер, как правило, охлаждается до 40-50оС иувлажняется до состояния насыщенности. Скорость газа в скруббере составляет 0,7 ÷ 1,514м/с. При увеличении скорости начинается капельный вынос влаги, что способствует образованию отложений пыли на внутренних поверхностях выходного патрубка.Удельный расход воды составляет 1÷6 л/м3. Гидравлическое сопротивление - до 250 Па. максимальный степень очистки достигается при dк = 0,6 ÷ 1 мм.Степень очистки газов:где ηз - коэффициент захвата;ωo-относительная скорость капель и пыли;Н-активная высота скруббера (принимают Н=2,5D );ωк-скорость движения капель;dk - диаметр капель;Vж/ Vг - удельный расход воды, л/м3.Скорость осаждения капель:Коэффициент захвата ηз равна::критерий Стокса;С - поправка Кенингема, С=1 при dч "10 мкм.Для скруббера при условии Vж/ Vг = 2 л/м3 коэффициент захвата равен: 15Механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические газопромыватели)НазначениеМокрая очистка газов в гидравлических пылеуловителях (скрубберах - насадочных, центробежных и струйных) и механических газопромывателях обеспечивает высокую степень очистки газов (98-99%). Однако этот способ ограниченно применяют в химической промышленности, так как мокрая очистка сопровождается охлаждением, увлажнением, а иногда и окислением газа кроме того улавливаются при мокрой очистки частицы не всегда можно использовать в производстве Особенностью механических газопромывателей является наличие устройства, оборота-ется (ротор, диск), который обеспечивает разбрызгивание и перемешивание жидкости сгазовым потоком.Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры Механические газопромиватели делятся на две группы: Механические скрубберыВ механических скрубберах газ, очищается, контактирует с жидкостью, разбрызкивается, с помощью тела, вращающегося. Рис.5.2.- Схема механическогоскруббера1-корпус;2-диск, который вращается;3-подвод воды;4-вход газа;5-выход газа;6-гидрозатвор.16Динамические газопромыватели (дезинтеграторы)В динамических газопромывателях для вращения газового потока и перемешивания его с жидкостью используется крыльчатка.Дезинтегратор - это мокрый пылеуловитель - вентилятор, состоящийсо статора (7-10) и ротора (1-6), каждый из которых оборудован лопатками. Через сопла корпуса 5 внутрь впрыскивается жидкость. Газовый поток, движущийся вмеждулопатковому пространстве со скоростью до 90 м/с, обеспечивает измельчение риды-ны на мелкие капли и хороший контакт уловимых из газа частиц с жидкостью. Рис.5.3.- Схема дезинтегратора:1-вал, который вращается;2-круглый диск;3-лопатки ротора;4-стержни;5-конус с отверстиями для розбризковка воды;6-патрубок подвода воды;7-улиткоподобный корпус;8-неподвижные стержни;9-патрубок входа газа;10-отвод газа;11-отвод шлама. Производительность дезинтеграторов - до 80 000м3/час;Напор, развиваемый - до 5 кПа;Расход воды - 0,5 - 1,5 л/м3 ;Удельный расход электроэнергии - 18-22 МДж/1000м3 ;Температура очищиваемых газов - до 60 оС;Начальная запыленность - до 2 г/м3;Запыленность очищенного газа на выходе - 30 -50 мг/м3;Степень очисткиή =70% при dч = 0,5 мкмή =90 -95 % при dч = 1,0 мкм.Газы после дезинтегратора содержат капли и туман и должны быть пропущеными через каплеуловитель 17Скрубберы ВентуриНазначениеСкрубберы Вентури являются высокоэффективными турбулентными аппаратами мокрой газоочистки, в т.ч. санитарной от тонких пылей, аэрозолей и газовых примесей. Устройство и принцип действия. режимные и конструктивные параметры. Конструкции труб ВентуриСкруббер состоит из вертикально или при необходимости под углом расположенной трубы Вентури, бака с оборотным раствором и сепаратора с каплеотделителем. Скрубберы Вентури используются для очистки газов от мелкодисперсного пыли, их охлаждения и увлажнения. При использовании в качестве зрошивающей жидкости химических реагентов, скруббер Вентури может быть использован дляулавливание газообразных примесей.Скрубберы Вентури состоят из:- трубы Вентури (ТВ);- каплеуловителя.Рис.5.4.- Схема скруббера Вентури:1 - входной патрубок;2 - конфузор;3 - зрошуючий устройство;4 - горловина;5 - диффузор;6 - корпус каплеулавителя;7 - гидрозатвор;8 - выходной патрубок. Работа срубера Вентури основана на измельчении воды турбулентным газо-ным потоком, восторге каплями воды частиц пыли, следующая их коагуляция иосаждение в каплевловлювачі инерционного типа.В конфузорі происходит увеличение скорости газа, впрыска и по-дроблению жидкости.В горловине за счет разницы скоростей капли и частицы пыли з-аждения частиц пыли на каплях жидкости.В диффузоре за счет снижения скорости восстанавливается часть давления,что был потрачен на создание высокой скорости газа в горловине.В каплевловлювачі под действием центробежных сил происходит сепарация кра-пель жидкости, осаждение их на стенку и отвода жидкости в виде шлама черезгидрозатвор.18За счет аэродинамического сопротивления капли одновременно с измельчениемполучают значительное ускорение и в конце горловины получают скорость, что являетсяочень близкой к скорости газового потока. В диффузоре скорости капель игаза падают. Причем, вследствие сил инерции, скорость капель уменьшаетсябыстрее, чем скорость газа.Изменение скоростей газа, капель и давления по длине трубы Вентури наведет-но на графике: Процесс очистки более интенсивно проходит в конце конфузора и на начальныхку горловины, где разница скоростей (ωг - ωк) является наиболее значительной.Параметры, достигаемые в трубе Вентури:- степень очистки газов - 96-99%:;- максимальная запыленность газа, очищается - до 100 г/м3;- размер частиц пыли, которая улавливается - до 0,2 - 0,1 мкм;- скорость газа в горловине - ωг =100 - 170 м/с;- удельный расход воды - 0,5 - 1,5 л/м3;- перепад давления на трубе Вентури - до 20-30кПа (200-2000 мм.рт.ст);Рис. 5.5 - Изменение скорости га-зу (Wг), скорости капли (Wк)и давления (Р) по длине трубы Вентури.Высокая интенсивность процессов дробления и коагуляции капель, тепло - имосообміну между каплями, газом и частицами пыли, нестационарность и неодномі-рність процесса не позволяет создать надежную теорию расчета этого аппарата.Практические расчеты выполняются с использованием методов теории подобныхности и эмпирических зависимостей. Конструкции труб ВентуриКонструкции труб Вентури могут различаться:1. за конфигурацией поперечного сечения- круглые ( при малых объемах очищуємих газов);- щелевые;- кольцевые;При больших расходах газов используют батарейные или групповые компо-новки скрубберов Вентури.2. по площади поперечного сечения- нерегулюємі;- регулируемые.В промышленности используют две конструкции:а) поворотные заслонки для регулирования целевого сечения;19б) перемещение вдоль оси обтікателя для регулирования кольцевогопересечения3. по величине гидравлического давления- высоконапорные ( для очистки газов от субмікроних частиц, ΔР к30000Па);- низконапорные (для очистки газов от великодисперсного пыли, охо-лодження и увлажнения газов, ΔР = 2000 - 5000 Па).-4. по способу подвода жидкости- центральное (форсуночное) подвода жидкости в конфузор;- периферийное орошение в конфузорі или горловине;- пленочное орошение;- безфорсункове орошения (подвода жидкости за счет энергии газо-ного потока).С аэродинамической точки зрения оптимальной является конструкция трубы Вентури сследующими отношениями размеров ее элементов:- угол сужения конфузору-α = 25 ÷ 28о;- угол раскрытия диффузора - β = 6 ÷ 7о;- длина горловины - lг = 0,15 ÷ 3 dг . Рис.5.6.- Варианты регулирования площадипересечения:а) регулирование кольцевого сечения пе-реміщенням обтікателя за осью;б) регулирование щільового сечения по-воротами заслонок Рис.5.7. - Способы подводажидкости:а)центральное форсуночноеподведениеб)периферийное орошениев)пленочное орошениег)безфорсункове орошения 20Мокрые аппараты центробежного действияНазначениеВ аппаратах центробежного типа частицы пыли отбрасываются на стенку центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счет тангенциального подвода газа. Непрерывно стекающая вниз пленка на стенке аппарата создается за счет подачи воды специальными соплами, расположенными в верхней части аппарата.  Центробежные газопромыватели широко применяются для очистки вентиляционного воздуха, наиболее известные из них аппараты ЦВП и СИОТ Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Устройства для придания газовому потоку вращенияПредназначены для очистки газов от пыли с размером частиц менее 5-10 мкми концентрацией на входе не более 2-5 г/м3. Рис.5.8. - Схема мокрого аппарата центробежного типа (центробежного скруббера):1 - тангенційний входной патрубок;2 - цилиндрический корпус;3 - выходной патрубок;4 - гидрозатвор;5 - коллектор зрошуючих форсунок;6 - форсунка зрошуючВместо тангенцийного входного патрубка может быть установлен лопаточныйзавихритель:21Рис.5.9. - Лопаточный завихрительПринцип действия АВД основан на отбрасывании на стенку частиц пыли отцентроваными силами, которые возникают во время закручивания газового потока в аппарате исмывании их пленкой жидкости, стекающей по стенкам.Пленка жидкости на стенке аппарата непрерывно смещается книзу и образуется за счет подачи воды специальными соплами, которые располагают покругу в верхней части аппарата.Скорость газа в поясничном пересечении корпуса - 4-5 м/с;Скорость газа во входном патрубке - 15-25 м/с;Расход газа - до 50000м3/ч.Степень очистки зависит от dч и dскр . Расход воды задается исходя извозможности создания непрерывной жидкой пленки на внутренней поверхности апа-рату.