Очистка газов от примесей с помощью скрубберов относится к мокрым способам очистки. Этот способ основан на промывке газа жидкостью (обычно водой) при максимально развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Данный метод позволяет удалить из газа частицы пыли, дыма, тумана и аэрозолей (обычно нежелательные или вредные) практически любых размеров. Аппараты мокрой очистки газов, или скрубберы, широко распространены, так как отличаются высокой эффективностью очистки от частиц мелкодисперсной пыли с размером более 0.3 - 1.0 мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. В практике используют два способа захвата частиц пыли жидкостью:

1. -каплями жидкости;

2. -пленкой жидкости;[1]

Для реализации процесса очистки газа каплями жидкости запыленный газ промывают диспергированной жидкостью. Частицы пыли захватываются каплями жидкости и выводятся из газового потока. При движении капли в пространстве, заполненном дымовым газом, осаждение пыли на капле происходит в основном вследствие кинематической коагуляции, обусловленной движением капель жидкости и частиц пыли с различными скоростями. количество уловленной пыли пропорционально относительной скорости движения капли, расходу орошающей жидкости и концентрации пыли в газе и обратно пропорционально диаметру капель жидкости.[1]

Скрубберы Вентури предназначены для очистки газов от мелкодисперсной пыли, их охлаждения и увлажнения. При использовании в качестве орошающей жидкости химических реагентов скруббер Вентури может быть использован для улавливания газообразных примесей.[1]

Скрубберы Вентури состоит из(рис.1):

- трубы Вентури (т.В.);

- каплеуловителя.

Рисунок 1 - Схема строения скруббера Вентури

Структура скуббера:

1. входной патрубок;

2. конфузор;

3. орошающее устройство;

4. горловина;

5. диффузор;

6. корпус каплеуловителя;

7. гидрозатвор;

8. выходной патрубок.

Работа скруббера Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляцции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа. В конфузоре осуществляется увеличение скорости газа, впрыск и дробление жидкости. В горловине за счет разницы скоростей капли и частицы пыли последние оседают на каплях жидкости. В диффузоре за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине. В каплеуловителе под действием центробежных сил осуществляется сепарация капель жидкости, осаждение их на стенку и отвод жидкости в виде шлама через гидрозатвор.[1]

Входящий поток газа поступает в сужающуюся секцию, и по мере того, как площадь поперечного сечения потока уменьшается, скорость газа увеличивается (согласно Уравнению Бернулли). В то же время, сбоку по патрубкам в сужающуюся секцию (или в горловину) поступает жидкость.[2]

Поскольку газ вынужден двигаться с очень большими скоростями в небольшой горловине, то здесь наблюдается большая турбулентность потока газа. Эта турбулентность разбивает поток жидкости на очень большое количество очень мелких капель. Пыль, содержащаяся в газе, оседает на поверхности этих капель. Покидая горловину, газ, перемешанный с облаком мелких капель жидкости, переходит в расширяющуюся секцию, где скорость газа уменьшается, турбулентность снижается и капли собираются в более крупные. На выходе из скруббера капли жидкости с адсорбированными на них частицами отделяются от потока газа.[2]

Изменение скорости газа, капель и давления по длине трубы Вентури показано на графике:

Рисунок 2 - Изменение скорости газа, капель и давления по длине трубы Вентури

За счет сил аэродинамического сопротивления капли одновременно с дроблением получают значительное ускорение и в конце горловины приобретают скорость, близкую к скорости газового потока. В диффузоре скорости капель и газа падают, причем, вследствие сил инерции скорость капель больше скорости газа. Процесс очистки более интенсивно идет в конце конфузора и в начале горловины, где разность скоростей щк - щг наиболее значительна.[1]

Параметры, достигаемые в трубе Вентури:

· степень очистки газа - 96-99%:;

· максимальная запыленность очищаемого газа - до 100 г/м3;

· размер частиц улавливаемой пыли - до 0,2 - 0,1 мкм;

· скорость газа в горловине - щг =100 - 170 м/с;

· удельный расход воды - 0,5 - 1,5 л/м3;

· перепад давления на трубе Вентури - до 20-30кПа (200-2000 мм в ст);[1]

Высокая интенсивность процессов дробления и коагуляции капель, теплои массообмена между каплями, газом и частицами пыли, нестационарность и неодномерность процесса не позволяет до настоящего времени создать надежную теорию расчета этого аппарата. Практические расчеты ведутся с использованием методов теории подобия и эмпирических зависимостей.[1]

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей (до 99%) со средним размером частиц 1 - 2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м3.

Конструкции труб Вентури могут различаться:

1. по конфигурации поперечного сечения

- круглые ( при малых объемах очищаемых газов);

- щелевые;

- кольцевые;[1]

При больших объемах газов применяют батарейные или групповые компоновки скрубберов Вентури. 2. по площади поперечного сечения:

- нерегулируемые;

- регулируемые; Промышленно применяются две конструкции:

a). поворотные заслонки для регулирования щелевого сечения;

b). перемещение вдоль оси обтекателя для регулирования кольцевого сечения.

3. по величине гидравлического сопротивления :

- высоконапорные ( для очистки газов от субмикронных пылей, ДР до 30000Па);

- низконапорные (для очистки газов от крупнодисперсной пыли, охлаждения и увлажнения газов, ДР = 2000 - 5000 Па).

4. по способу подвода жидкости:

- центральный (форсуночный) подвод жидкости в конфузор;

- периферийное орошение в конфузоре или горловине;

- пленочное орошение;

- бесфорсуночное орошение (подвод жидкости за счет энергии газового потока).[1]

С аэродинамической точки зрения оптимальной является конструкция трубы Вентури со следующими отношениями размеров ее элементов:

- угол сужения конфузора -б = 25 ч 28о;

- угол раскрытия диффузора - в = 6 ч 7о;

- длина горловины - lг = 0,15 ч 3 dг .[1]

Варианты регулирования площади сечения(рис.2):

а) Регулирование кольцевого сечения перемещением обтекателя по оси;

б) Регулирование щелевого сечения поворотом заслонок.[1]

Рисунок 3 - Схема скрубберов Вентури с различным регулированием площади сечения

Способы подвода жидкости(рис.3):

а)Центральный форсуночный подвод

б)Периферийное орошение

в)Пленочное орошение

г)Бесфорсуночное орошение[1]

Рисунок 4 - Схемы скрубберов Вентури с различным подводом жидкостей

1.2 Область применения

Выбрать и рассчитать скруббер Вентури для очистки отходных газов закрытой ферросплавной печи, выплавляющей силикомаргансц, определить размеры скруббера, эффективность его работы и гидравлическое сопротивление при следующих данных: расход газа при нормальных условиях У0 = 2000 м3/ч, = 32 -- коэффициент сопротивления циклона, температура газа Тт = 60°С, разрежение перед трубой Вентури Р, = 1,2 кПа, плотность газа при нормальных условиях рц = 1,26 кг/м3, концентрация пыли в газе г' =1 r/м3, температура воды, поступающей на орошение под напором Р2 = 300 кДж, Т„ = 20°С, необходимая концентрация пыли на выходе из аппарата z" = 20 мг/м3, удельный расход воды на орошение m = 1,2 дм/м3.

Решение:

Необходимая степень очистки газа:

Число единиц переноса:

3. Удельную энергию, кДж/1000 м3, затрачиваемую на пылеулавливание, определяют из уравнения Nr = Вк'г, подставив численное значение Nr и взяв значения коэффициентов В и у из приложения 8:

3,92=6,9*10^-3k_r^0,67

откуда kr=2 900 кДж/1000 м3.

Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури (Па):

Др=12900-300000*0,0012=12540 Па

где т = 0,0012 м3/м3 -- удельный расход воды на орошение.

Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях (кг/м3):

Объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях (м3/г):

Расход орошающей воды (дм/с):

Мв=0,69*1,2=0,83 дм/с

Температура газов на выходе из трубы Вентури (°С):

Т2=(0,133-0,041*1,2)*60+35=40 °С

9. Плотность газов на выходе из трубы Вен

тури (считаем, что газы насыщены влагой (X = 0,063 кг/м3)) (кг/м3):

где АРт -- сопротивление трубы Вентури предварительно принимаем равным 12 кПа (на основании аппаратов-аналогов).

Объемный расход газа на выходе из трубы Вентури (м3/с):

Диаметр циклона-каплеуловителя (м):

где Dц -- скорость газа в циклоне-каплеуловителе (принимаем равной 2,5 м/с).

Высота циклона-каплеуловителя (м):

Н=2,5*0,61=1,52 м

Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя (Г1а):

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури (Па):

р_ц=12540-100=12440 Па

15. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализированной трубы Вентури:

ож=0,63*0,145*0,0012^-0,3=0,68

где ос-- коэффициент сопротивления сухой трубы, принимаем равным 0,145.

Необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури (м/с):

Диаметр горловины трубы Вентури (м):

d2=1.13*=0.077 м

Определить необходимые размеры, гидравлическое сопротивление и концентрацию ныли на выходе из скруббера Вентури, очищающего газы вагранки, при следующих исходных данных: расход сухого газа при нормальных условиях Н0с = = 20 000 м3/ч, температура газа 7) = 180°С, температура жидкости Тж = 35°С, разрежение перед трубой Вентури Ар = 0,5 Па, плотность сухого газа при нормальных условиях р0с =1,2 кг/м3, концентрация пыли на входе в трубу Вентури г' = 5 г/м3, удельный расход воды на орошение m = 1,1 дм3/м3, давление воды перед форсункой р„ = 300 к11а, скорость газов в горловине трубы принимают равной wr =120 м/с (по условиям выхода).

Решение:

· 1. Предварительно (на основании аналогов) задаем гидравлическое сопротивление трубы Вентури: Др = 9 кПа.

· 2. Температура газов на выходе из трубы Вентури (°С):

Т₂=(0,133-0,041*1,1)*180+35=51 °С

Плотность газа (по условиям выхода), считая его насыщенным влагой (при X = 0,118 кг/м3) (кг/м3):

Расход газа на выходе из трубы Вентури (м3/с):

V₂==8.3 м3/с

5. Расчетный диаметр горловины трубы, определенный по условиям выхода (м):

6. Выбираем ближайшую типовую трубу ГВПВ-0,060-400 с диаметром горловины 280 мм. Тогда фактическая скорость газа в горловине этой трубы (м/с):

7. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом жидкости для орошения:

ож=0,63*0,15*0,0011^-0,3=0,73

где ог = 0,15 -- коэффициент сопротивления сухой трубы.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури (Па):

рассчитанное значение гидравлического сопротивления мало отличается от принятого предварительного, поэтому пересчет можно не производить.

Главный энергетический параметр скруббера Вентури (кДж/1000 м3):

Кч=8510+30000*0,0011=8840 кДж/1000 м3

Степень очистки газа:

з=1-(-ехр1,355*10^-2*8840^0,621)=0,978

постоянные В и / для ваграночной пыли выбираем по приложению 8:

В=1,355*10^-2; ч=0,621

Концентрация пыли на выходе из скруббера при z' = 10 мг/м³ (мг/м3):

Z=5000*(1-0.978)=110 мг/м³

пылеочистной жидкость скруббер вентури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Аппараты мокрой очистки, а конкретно Скрубберы Вентури, являются очень распространённой техники очистки дымовых газов, ввиду их сравнительно небольшой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями. Их часто используют для очистки высокотемпературных газов, а также для очистки от частиц диаметром до 1 мкм.

Они широко распространены в различных промышленных отраслях : черной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике.скуббер вентури пылеулавливание технический.

В ходе выполнении работы произвели исследование скруббера Вентури.

В первой главе была дана характеристика скруббера Вентури, характеристики очистки газового выброса в мокрых пылеуловителях.

Вторая глава была посвящена описанию методики расчёта скруббера Вентури.

В третьей главе был произведен расчет скруббера Вентури и определены достоинства и недостатки данного метода очистки.

Поставленные цели и задачи работы полностью выполнены.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. В.Е. Бекетов, О.С. Джураева, Ю.Л. Коваленко / Конспект лекций «Аппараты мокрой очистки газов» по разделу дисциплины «Прикладная аэроэкология»./ Харьков, 2006г

2. Ветошкин А.Г. / Процессы и аппараты пылеочистки./ Пемза 2005г.

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Схема скруббера Вентури

1 - конфузор;2 - горловина;3 - диффузор;4 - скрубер центробежного типа (сепаратор);5 - отстойник;+6 - бак для осветления жидкости;7 - насос.

Размещено на Allbest.ru