Пенные аппараты

Содержание

 

 

Введение

 

Двадцатый век вошел  в историю, как век небывалого технического прогресса, бурного развития науки, промышленности, энергетики, сельского хозяйства. Одновременно как сопровождающий фактор росло и продолжает расти вредное воздействие индустриальной деятельности человека на окружающую среду. В результате происходит в значительной мере непредсказуемое изменение экосистем и всего облика планеты Земля.

В настоящее время  пристальное внимание уделяется  проблеме удаления первопричин возникновения  таких нежелательных явлений, как  выбросы в атмосферу.

В данной работе тематика проблемы сознательно ограничена рамками промышленных газовых выбросов, так как именно промышленность является источником опасных и крайне опасных примесей.

 

Определение и предназначение пенных аппаратов

Скрубберы - аппараты различной конструкции для промывки жидкостями газов с целью их очистки и для извлечения одного или нескольких компонентов, а также барабанные машины для промывки полезных ископаемых. Широко используются при улавливании продуктов коксования и очистке промышленных газов от пыли, для увлажнения и охлаждения газов,  в различных химико-технологических процессах. Одним из видов скрубберов являются пенные аппараты. Они также относятся к мокрым методам очистки[1].

Мокрая очистка газов  от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

Пенные аппараты были предложены и детально исследованы в ЛТИ им. Ленсовета.

Принцип действия пенного  аппарата основан на взаимодействии запыленного газового потока и орошающей  жидкости с образованием высокоразвитой поверхности контакта между жидкостью  и газом - пенного слоя. Это позволяет эффективно осуществлять как пылеулавливание, так и химическую очистку газов.

В пенных аппаратах получается наибольшая поверхность соприкосновения  газа с жидкостью. Вследствие сильного перемешивания фаз непрерывного обновления поверхности жидкости устраняются диффузионные сопротивления и возрастает коэффициент массопередачи (и теплопередачи)[2].

 

Рис.1. Принципиальная схема однополочного пенного аппарата.

 

1-корпус;

2-приемная  коробка для ввода жидкости;

3-решетка;

4-диффузор  для ввода газа;

5-бункер;

6-пенный слой;

7-порог;

8-сливная коробка.

 

 

Классификация пенных аппаратов

 

Пенные аппараты обычно делятся по способу отвода жидкости с решетки на два основных типа: с переливными устройствами и  с так называемыми провальными  решетками. (Рис.2.)

Аппараты с переливными  решетками не получили широкого применения в пылеочистной технике вследствие зарастания решетки пылевыми отложениями. Поэтому в настоящее время  их используют в основном и процессах  тепломассообмена[3]. 

 

Рис.2. Пенные аппараты: а) - с провальной решеткой; б) - с переливной решеткой; в) - с псевдосжиженной паровой насадкой;

1 - очищенный газ; 2 - жидкость; 3 - запыленный газ; 4 - шлам.

 

 

Аппараты, в которых  вся жидкость «проваливается» сквозь решетку, в настоящее время принято  называть противоточными. Их можно применять в качестве пылеуловителей.

В зависимости от скорости газа v_г в полном сечении аппарата F устанавливаются различные гидродинамические режимы. Первый режим при v_г = 0,2 ¸ 0,6 м/с, называемый режимом смоченной решетки, характеризуется весьма малым количеством жидкости на решетке. При барботажном режиме гидравлическое сопротивление резко понижается, и на решетке образуется слой жидкости, через которую барботируют пузырьки газа. Переход от барботажного режима к пенному происходит при v_г = 0,7 ¸ 1,3 м/с. При v_г = 0,8 ¸ 2,2 м/с на решетке наблюдается пенный режим, сопровождающийся образованием турбулизированной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых газовых пузырьков. Дальнейший рост скорости газа приводит к прорыву газовых струй, колебанию слоя пены и образованию так называемого волнового режима.

В новейших интенсифицированных пенных аппаратах с противоточной решеткой применяется стабилизатор пенного  слоя. В качестве стабилизатора рекомендуется использовать сотовую решетку со следующими оптимальными размерами: высота h_ст = 60 мм и размеры ячеек от 35 ´35 до 45 ´ 45 мм[2].

Решетки промышленных аппаратов  могут быть дырчатыми с живым  сечением S₀ от 14 до 22% с ромбической разметкой на расстоянии l, а также трубчатыми с диаметром труб 20 – 32 мм и промежутками между ними b_т = 3,0 ¸ 6,5 мм при S₀ = 13,0 ¸ 18.2%. Аппараты с трубчатыми решетками обозначаются ПАСС-Т, а с дырчатыми – ПАСС-Д [4, 5].

 

Устройство  пенных аппаратов

 

Конструкция пенного аппарата должна обеспечить создание взвешенного слоя подвижной пены достаточной высоты при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении. Наиболее широко применяются аппараты с решетками. Основным конструктивным элементом рассматриваемого типа пенных аппаратов является решетка, которую вместе с находящейся на ней жидкостью (пеной) будем называть в дальнейшем полкой аппарата. по числу полок различают однополочные и многополочные пенные аппараты, а по способу отвода жидкости с решетки - аппараты с переливными устройствами и с так называемыми провальными решетками. Поскольку на решетках с переливами имеет место перекрестное движение газовой и жидкой фаз, а на провальных решетках - противоток, то с переливами называются перекресточными, а провальные - противоточными.

Однополочный пенный аппарат (Рис.1.) представляет собой резервуар (корпус) прямоугольного или круглого сечения, разделенный одной горизонтальной решеткой. Конструкция подрешеточной части аппарата зависит от его технологического назначения. Абсорбционные, десорбционные и теплообменные аппараты обычно имеют плоское или сферическое днище. В пенных газоочистителях, предназначенных для улавливания пыли и газа, подрешеточная часть заканчивается коническим или пирамидальным бункером. Решеткой в пенном аппарате обычно служит перфорированный лист с равномерно расположенными отверстиями круглой, щелевидной или любой другой формы. Решетка может быть также смонтирована из отдельных колосников, труб или прутьев со щелями между ними. Свободное сечение решетки зависит от назначения и режима работы аппарата составляет обычно 10-40% площади сечения аппарата.

Над решеткой находится  слой подвижной пены, в котором  движение газа происходит снизу вверх, а движение жидкости - по горизонтали  вдоль решетки с поступательной скоростью 0,02-1,0 м/с. Жидкость подают на решетку через патрубок в приемную коробку, которая обеспечивает равномерное поступление жидкости по всей ширине (или дуге сектора) решетки. Газ подают в подрешеточную часть через патрубок или диффузор. После взаимодействия с жидкостью газ выводится из аппарата через верхний штуцер, причем важно обеспечить равномерный отвод со всей площади сечения аппарата. Пройдя решетку, жидкость в виде пены разрушается и жидкость стекает через патрубок в гидравлический затвор. Освободившийся газ возвращается в аппарат.

Многополочный пенный аппарат (Рис.3.) представляет собой колонну  с несколькими решетками, установленными горизонтально или с небольшим  наклоном по ходу жидкости. Решетки  с наклоном применяют при обработке малым объемом газа больших количеств жидкости во избежание образования излишне высокого слоя цены и, следовательно, большого сопротивления потоку газа.

Переливы могут помещаться снаружи или внутри аппарата. Жидкость, стекающая с нижней решетки, выводится непосредственно из гидравлического затвора или через подрешеточную часть аппарата.

Специфическими особенностями  пенных аппаратов, отличающими их от других ситчатых аппаратов, являются также  наличие сливных коробок для  разрушения пены, большое сечение переливов и увеличенная высота гидравлических затворов (в них может проникать пена более легкая, чем жидкость)[3].

 

 

 

1-корпус;

2-приемная  коробка для ввода жидкости;

3-решетка;

4-диффузор  для ввода газа;

5-бункер;

6-пенный слой;

7-порог;

8-сливная коробка;

9-перелив;

10-гидрозатвор.

 

Рис.3. Принципиальная схема многополочного пенного аппарата.

 

 

Однополочные и многополочные  аппараты с переливами могут работать со свободным сливом пены, когда  сливное отверстие не полностью  заполнено пеной, или с подбором пены в сливном отверстии, сечение которого можно регулировать. Схема слива пены с решетки показана на Рис.4. При одном и том же расходе жидкости и одинаковой высоте пены аппараты со свободным сливом отличаются от аппаратов, работающих с подпором пены, бОльшими размерами сливного отверстия и высотой сливного порога. При больших расходах жидкости пена на решетке может образоваться без порога вследствие интенсивности потока; при малых расходах жидкости и свободном сливе высота порога может быть весьма большой - 200 мл и более[3].

 

Рис.4. Схема  слива газожидкостной смеси с  решетки:

а) - без сливного порога при свободном сливе;

б) - со сливным  порогом при свободном сливе;

в) - при подпоре  пены;

 

1 - решетка;

2 - порог;

3 - сливная  коробка;

4 - газожидкостная  смесь;

5 - "светлая" (без газа) жидкость.

 

 

Заключение

 

В данной работе был изучен конкретный вид скрубберов: пенные аппараты.

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 газа, за счет конденсации на них более тяжелых частиц пара.

Пенные аппараты используются для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. 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%.

 

 

 

  
Список литературы

 

1. http://mrc.org.ua/sistemy-ochistki-gaza - [Эл. рес.] Системы очистки газа

2. http://www.newecologist.ru/ecologs-2554-1.html - [Эл. рес.] Мокрые пылеуловители - Пенные аппараты

3. Мухленов И. П., Тарат  Э. Я. Пенный режим и пенные  аппараты. Спб.: Химия, 2007. 480с

 

 

 

Приложение 1. Пенные аппараты: а) - с провальной решеткой; б) - с переливной решеткой

 

 

 

Приложение 2. Принципиальная схема однополочного и многополочного пенного аппарата.