Очистка воздуха с использованием скоростных скрубберов Вентури

Введение

 

 

Большое число современных химико-технологических  процессов связано с дроблением, измельчением и транспортированием сыпучих материалов. При этом неизбежно  часть материалов переходит в  аэрозольное состояние, образуя  пыль, которая с технологическими или вентиляционными газами выбрасывается в атмосферу.

Пылевые частицы имеют  большую суммарную поверхность, вследствие чего их химическая и биологическая  активность очень высока. Некоторые  вещества в аэродисперсном состоянии  приобретают новые свойства, например способность взрываться. Частицы промышленной пыли имеют различные форму и размеры. Понятие размера частицы ввиду большого разнообразия форм условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой величиной служит седиментационный диаметр (диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности сравниваемой частицы). При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают. Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли.

В настоящее время известно несколько сотен различных конструкций аппаратов для очистки газов от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы.

Естественными движущими  силами процесса осаждения пылевых частиц в потоке являются силы тяжести и диффузии. Эти силы, однако, являются недостаточными для самопроизвольной очистки газов. Хотя улавливание наиболее крупных частиц иногда и осуществляют посредством естественного осаждения в гравитационном поле, в большинстве аппаратов современной пылеочистной техники используют более интенсивное силовое поле, создаваемое искусственно.

Находит применение в пылеулавливании и процесс коагуляции, в результате которого происходит образование укрупненных агрегатов, состоящих из нескольких частиц пыли. Этот процесс интенсифицируют с помощью инерционных, электрических или термических сил. В пылеулавливающих устройствах основной процесс осаждения частиц часто сопровождается побочными нежелательными процессами. Так, например, уже осажденные частицы могут вновь увлекаться газовым потоком, а агрегаты частиц, образовавшиеся в процессе коагуляции, разрушиться и т. д.

Для подавления вторичных  процессов, мешающих пылеулавливанию, принимают специальные меры —  смачивают осадительные поверхности, снижают скорость газа, повышают электропроводность частиц, вводят в газ жидкость для увеличения прочности агрегатов частиц и т. п.

Чтобы выделить пылевидные частицы из газов, осуществляют фильтрование газов через пористые перегородки. В этом случае используют инерционный, электрический или диффузионный механизм осаждения частиц. Выбор механизма осаждения зависит от размеров пылевых частиц, скорости газового потока и других факторов.

В зависимости от природы  сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы пылеосадительные камеры и циклоны, аппараты мокрой очистки газов, пористые фильтры, электрические фильтры.

 

 

 

 

Классификация аппаратов очистки  воздуха

 

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в  атмосферу делятся на:

• пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);

• туманоуловители (низкоскоростные  и высокоскоростные);

• аппараты для улавливания паров  и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы);

• аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители  туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители).

Их работа характеризуется эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением и потребляемой мощностью.

 

В сухих пылеуловителях газовый  поток совершает вращательно-поступательное движение, и под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой.

Электрическая очистка производит очистку газов от взвешенных частиц пыли и тумана и основана на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных коронирующих электродах (при этом учитывают электрическое сопротивление слоев пыли).

Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют  фильтры. Процесс состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред, а классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки.

Аппараты мокрой очистки высокоэффективны для очистки от мелкодисперсной  пыли, очистки от пыли нагретых и  взрывоопасных газов. К их недостаткам  относятся образование шлама  в процессе очистки, что требует дополнительных систем для переработки, вынос влаги в атмосферу и образование росы и т. д. К ним относят скрубберы Вентури, барботажно-пенные пылеуловители.

Для очистки воздуха от туманов  кислот, щелочей, масел и другого  применяют волокнистые фильтры  – туманоуловители, основанные на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя.

Метод абсорбции (от газов и паров) основан на поглощении последних  жидкостью с применением абсорберов. В хемосорберах происходит поглощение газов и паров жидкими и твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений.

Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов  и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ.

Для высокоэффективной очистки  выбросов применяют аппараты многоступенчатой очистки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очистка воздуха с использованием скоростных скрубберов Вентури

 

Скруббер Вентури является наиболее распространенным аппаратом этого класса. Его выполняют в виде трубы, имеющей плавное сужение на входе (конфузор) и плавное расширение на выходе (диффузор). Наиболее узкая часть трубы Вентури называется горловиной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с помощью форсунок подводится жидкость. Запыленный поток с большой скоростью проходит через горловину и входит в диффузор. В процессе истечения газа через горловину происходит тесный контакт между газом и жидкостью. Процесс очистки газа в аппарате можно рассматривать как фильтрование газа через объемный фильтр, состоящий из мельчайших капелек; образующихся при дроблении жидкости.

При очистке горячего влажного газа повышению эффективности процесса способствует охлаждение газа ниже точки  росы и выделение сконденсированной влаги. При движении газа через диффузорный участок трубы скорость потока снижается, в результате происходит агрегация мелких капель. Для их улавливания за трубой Вентури обычно устанавливают циклоны или другие аппараты подобного типа. |

По конструкции разные типы турбулентных промывателей отличаются конфигурацией поперечного сечения  трубы-распылителя (круглое, прямоугольное), местом подачи орошающей жидкости (в  конфузор или горловину) и конструкцией каплеуловителя.

Эффективность улавливания пыли в скрубберах Вентури увеличивается с ростом скорости газов в горловине и плотности орошения. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы и плотностью орошения определяют для каждого вида пыли, оно зависит от ее дисперсного состава. Так, при улавливании частиц пыли, размеры которых меньше 0,1 мкм, большое значение приобретает продолжительность контакта запыленных газов с поверхностью диспергированной жидкости. В этом случае повышение эффективности может быть достигнута при снижении скорости газов до 50 м/с и увеличении плотности орошения до 3,5 л/м3 газа.

В зависимости от способа  подвода орошающей жидкости можно  различать основные типы аппаратов  с центральным подводом жидкости в конфузор, с периферийным орошением (в конфузоре или в горловине), с пленочным орошением, с бесфорсуночным и форсуночным орошением.

Одним из простых и эффективных  способов очистки промышленных газов  от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

 

 

 

 

 

Расчет конструкции труб Вентури

Труба Вентури состоит из входного цилиндрического участка , сужающейся конической части , цилиндрической горловины  и диффузора . Внутренняя поверхность  трубы Вентури является цилиндрической и концентрической к оси ИТ. Соосность сужающейся конической части  и цилиндрической горловины  проверяют визуально.

На рисунке 1 приведен разрез трубы  Вентури в плоскости, проходящей через ее ось. Обозначения элементов  и геометрических параметров трубы Вентури, приведенные на рисунке 1, применяют в настоящем разделе.

     Рисунок 1 - Геометрический  профиль трубы Вентури

 

    

Е- диффузор; С - горловина;  В- сужающаяся коническая часть; А – входной цилиндрический участок;F  - плоскости соединения элементов трубы Вентури; 

 

Минимальная длина входного цилиндрического  участка , измеренная от места его  соединения с ИТ до плоскости пересечения  внутренних поверхностей.

Диаметр  определяют измерениями  внутренних диаметров входного цилиндрического  участка  в плоскости отверстий  для отбора давления. Минимальное  число измерений должно быть равно  числу отверстий для отборов  давления (но не менее четырех). Измерения  проводят вблизи отверстий для отбора давления, а также между ними в диаметральных плоскостях, расположенных приблизительно под одинаковыми углами друг к другу. Среднее значение результатов измерений принимают за значение . При этом относительная неопределенность результата измерения, вносимая измерительным инструментом, не должна превышать 0,1%.

Диаметр входного цилиндрического  участка  также должен быть измерен  в плоскостях, размещенных в его  начале и конце. Ни одно из значений диаметров, измеренных по длине входного цилиндрического участка, не должно отличаться более чем на 0,4% среднего значения

 

Сужающаяся коническая часть  для  всех разновидностей труб Вентури должна иметь угол конуса 21°±1° (см. рисунок 1). Эта часть ограничена на входе  плоскостью, проходящей через пересечение поверхностей  и  (или их продолжением), и на выходе - плоскостью пересечения поверхностей  и  (или их продолжением).

Общая длина сужающейся конической части , измеренная параллельно оси  трубы Вентури, приблизительно равна .

Место перехода сужающейся конической части  во входной цилиндрический участок  имеет радиус , значение которого зависит от разновидности трубы Вентури.

Профиль сужающейся конической части  и места его перехода во входной  цилиндрический участок и горловину  проверяют шаблоном. Отклонение профиля сужающейся конической части от профиля шаблона в любом месте не должно превышать 0,004.

За внутреннюю поверхность сужающейся конической части принимают поверхность  вращения, для которой два диаметра, измеренные в одной плоскости, перпендикулярной к оси вращения, отличаются от среднего значения диаметра не более чем на ±0,4%.

Горловина  должна быть цилиндрической. На входе горловина ограничена плоскостью, проходящей через пересечение части  с горловиной  (или их продолжениями), на выходе - плоскостью пересечения горловины  с поверхностью диффузора  (или их продолжениями). Длина горловины , т.е. расстояние между указанными плоскостями, должна быть равна  независимо от разновидности трубы Вентури.

В месте соединения горловины  с  сужающейся конической частью  имеется закругление с радиусом , а в месте сопряжения горловины и диффузора - закругление с радиусом . Величины  и  зависят от разновидности трубы Вентури.

Значение диаметра горловины  рассчитывают по ГОСТ 8.586.1 [формула (5.4)]. За значение диаметра  принимают среднее значение результатов измерений внутреннего диаметра горловины в плоскости отверстий для отбора давления. Минимальное число измерений должно быть равно числу отверстий для отборов давления (но не менее четырех). Измерения проводят вблизи отверстий для отбора давления, а также между ними в диаметральных плоскостях, расположенных под приблизительно равными углами друг к другу. При этом относительная неопределенность результата измерений диаметра, обусловленная измерительным инструментом, не должна превышать 0,02%.

Диаметры горловины должны также  быть измерены в плоскостях, размещенных  в ее начале и конце. Ни одно из значений диаметров, измеренных по длине горловины, не должно отличаться от среднего значения более чем на ±0,1%.

Горловина трубы Вентури должна быть обработана на станке или иметь  по всей длине гладкую поверхность.

Кривые с радиусом  и , сопрягающие  горловину с диффузором и входной  конической частью, должны являться образующими  поверхностями вращения, как указано  в 5.2.3. Это требование считают выполненным, если значения двух диаметров, измеренные в одной плоскости, перпендикулярной к оси вращения, отличаются от значения среднего диаметра не более чем на ±0,1%.