Расчет аппаратов для фильтрования

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Уравнения фильтрования. В первом приближении движение жидкости через слой осадка и фильтровальную перегородку можно рассмотреть как движение через слой зернистого материала. Тогда с учетом (5.231), (5.235), (5.241)

. (9.19)

Общий перепад давлений складывается из перепада давлений на слое осадка и фильтровальной перегородки:

, (9.19а)

откуда можно получить значение для :

. (9.19б)

Величина является фиктивной скоростью движения чистой жидкости через слой зернистого (пористого) материала. Такое движение жидкости называется фильтрацией. При фильтровании, в общем случае, значения разности давлений и гидравлического сопротивления слоя осадка с течением времени изменяются, определение величин эквивалентных диаметров осадка ( d_{э, ос} ) и порозности осадка (e_ос ) вызывает затруднение. Поэтому переменную скорость фильтрования выражают в дифференциальной форме:

(9.19в)

и дифференциальное уравнение фильтрования записывается в виде

, (9.20)

где V – объем фильтрата, м3; S – поверхность фильтрования, м2; t – продолжительность фильтрования, с; - разность давлений, Па; m - коэффициент динамической вязкости жидкой фазы суспензии, Па с; – сопротивление слоя осадка, м^-1; - сопротивление фильтровальной перегородки, м^-1.

Для интегрирования уравнения (9.20) необходимо установить зависимость между сопротивлением слоя осадка и объемом полученного фильтрата. Учитывая пропорциональность объема осадка и фильтрата, обозначим x₀ отношение объема осадка к объему фильтрата. Тогда объем осадка будет равен x₀V. Объем осадка может быть выражен произведением S, где – высота слоя осадка (м), следовательно,

откуда высота равномерного слоя осадка на фильтровальной перегородке составит

. (9.21)

Сопротивление слоя осадка можно выразить равенством

, (9.22)

где r₀ – удельное объемное сопротивление слоя осадка, м-2.

Подставив из равенства (9.22) в уравнение (9.20), получаем

. (9.23)

Допускаем, что сопротивлением фильтровальной перегородки можно пренебречь ( = 0), тогда с учетом равенства (9.21) из уравнения (9.23) находим

. (9.24)

Таким образом удельное сопротивление осадка численно равно разности давлений, необходимой для того, чтобы жидкость с вязкостью 1 Па× с фильтровалась со скоростью 1 м/с сквозь осадок высотой 1 м.

Приняв V = 0, что соответствует началу фильтрования, когда на фильтровальной перегородке еще не образовался осадок, из уравнения (9.23) получаем

. (9.24а)

Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений. При Dр = const и неизменной температуре для фильтра данной конструкции и известной фильтровальной перегородки все входящие в уравнение (9.23) величины, за исключением V и t, постоянны. Интегрируем это уравнение в пределах от 0 до V и от 0 до t:

(9.25)

или

Разделив обе части последнего уравнения на r₀x₀/2S, получим

. (9.26)

Уравнение (9.26) применимо к несжимаемым и сжимаемым осадкам, поскольку при Dр = const величины r₀ и x₀ тоже постоянны. Из уравнения (9.23) следует, что при Dр = const по мере увеличения объема фильтрата, а следовательно, и продолжительности фильтрования скорость фильтрования уменьшается.

Уравнения фильтрования при постоянной скорости процесса. При постоянной скорости фильтрования производную dV / dt можно заменить отношением конечных величин V/t. После такой замены, решая уравнение (9.23) относительно Dр, находим

. (9.27)

Умножив и разделив первое слагаемое правой части этого уравнения на t и приняв во внимание, что постоянная скорость фильтрования

, 9.28)

получаем

. (9.29)

Уравнение (9.29) показывает, что при = const разность давлений возрастает по мере увеличения продолжительности фильтрования.

Это уравнение применимо к несжимаемым осадкам; при использовании его для сжимаемых осадков следует иметь в виду зависимость удельного сопротивления осадка от разности давлений.

Уравнение фильтрования при постоянных разности давлений и скорости. Такой вид фильтрования осуществим, когда чистая жидкость движется сквозь слой осадка неизменной толщины при постоянной разности давлений. Движение чистой жидкости в пористой среде называется фильтрацией. Промывку осадка на фильтре способом вытеснения, когда над осадком имеется слой промывной жидкости, можно рассматривать как фильтрацию промывной жидкости сквозь слой осадка постоянной толщины при постоянных разности давлений и скорости.

Приняв в уравнении (9.23) в соответствии с равенством (9.21) вместо x₀V/S эквивалентную этому выражению толщину слоя осадка на перегородке и заменив dV/dt на значение V/t, при Dр = const получаем

. (9.30)

Поскольку Dр = const уравнение (9.30) применимо для несжимаемых и сжимаемых осадков.

Определение постоянных в уравнениях фильтрования. Под постоянными в уравнениях (9.26), (9.28) и (9.30) понимают r₀, x₀ и . Для осадков, получаемых в химических производствах и состоящих, как правило, из частиц размером менее 100 мкм, эти величины находят экспериментально. Рассмотрим один из способов определения опытным путем указанных величин в уравнении фильтрования при Dр = const (9.26), характеризующийся большой точностью получаемых результатов.

Преобразуем уравнение (9.26) к виду

, (9.31)

где , (9.32)

. (9.33)

При постоянных температуре и разности давлений все величины, входящие в правые части равенств (9.32) и (9.33), постоянны. Поэтому значения M и N также постоянны, и уравнение (9.31) является уравнением прямой линии, наклоненной к оси абсцисс под углом, тангенс которого М, и отсекающей на оси ординат отрезок N. Для построения указанной прямой в координатах V – t/V наносят ряд точек на основании измеренных в опыте и соответствующих одно другому значений V и t/V (рис. 9.20).

Рис. 9.20. К определению M и N в уравнении фильтрования

Затем по графику определяют величины M и N, после чего из равенств (9.32) и (9.33) вычисляют r₀ и . Величину x₀ находят в результате непосредственного измерения объемов осадка и фильтрата.

Для несжимаемых осадков, размер частиц которых достаточно велик (порядка 1мм и более), процесс фильтрования можно рассматривать как течение жидкости через зернистый слой. В этом случае величину r₀ с учетом уравнений (9.19а) и (9.24) можно определить по зависимости

Центробежное фильтрование. Для периодически действующей фильтрующей центрифуги можно выделить три периода: образование осадка, уплотнение осадка и его механическая сушка (отжим). В течение первого периода на поверхности фильтровальной перегородки образуется слой осадка, состоящий из твердых дисперсных частиц, толщина слоя увеличивается до тех пор, пока все элементы дисперсной фазы не перейдут из суспензии в осадок и внутренний радиус слоя суспензии R_c не сравняется с внутренним радиусом осадка R_о. В ходе второго периода происходит уплотнение осадка путем выдавливания жидкости. Третий период характеризуется замещением жидкости в порах осадка газовой фазой, что позволяет получать в процессе центробежного фильтрования менее влажные осадки, чем в осадительных центрифугах.

Рис. 9.21. Схема барабана фильтрующей центрифуги:
1 – перфорированная стенка; 2 – фильтровальная перегородка; 3 – осадок; 4 – суспензия; 5 – газовая фаза

Движущей силой в первом периоде фильтрования является в основном разность давлений на внутренней поверхности осадка и на внешней поверхности фильтровальной перегородки. Пренебрегаем влиянием сил тяжести при больших значениях фактора разделения K_p (9.9) в центрифугах. Тогда из (6.23) можно показать, что давление на внутренний слой осадка р₀ будет равно

, (9.34) , , (9.35)

(9.36)

или , (9.37)

где р_А – давление в газовой фазе внутри барабана. Учитывая, что давление на внешней поверхности фильтровальной перегородки также равно р_А, которое, как правило, равно атмосферному, получим движущую силу процесса центробежного фильтрования в первом периоде:

. (9.38)

Найденный перепад давлений можно подставить в уравнения (9.20) или (9.23).

В промышленных фильтрующих центрифугах значение Dр достигает 1 – 1, 5 МПа. При таких высоких давлениях сжимаемые осадки сильно уплотняются и их гидравлическое сопротивление становится очень большим. Поэтому суспензии, образующие сжимаемые осадки, не рекомендуется разделять на фильтрующих центрифугах. Во втором и в третьем периодах жидкость удаляется из осадка за счет центробежных сил. Описание кинетики при этом имеет сложный характер. Продолжительность центробежного фильтрования в большинстве случаев определяют на базе экспериментальных данных.

Определение производительности фильтров и продолжи-тельности процессов фильтрования. Расчет периодических фильтров сводится к определению производительности фильтра с известной поверхностью фильтрования либо к определению количества фильтров с выбранной поверхностью фильтрования, обеспечивающей заданную производительность.

Производительность одного фильтра, работающего при Dр = const, определяется следующим образом. Время фильтрования t находится из уравнения (9.26):

. (9.39)

С учетом (9.21) уравнение (9.39) преобразуется к виду

. (9.40)

По формуле (9.40) можно определить время (продолжительность) фильтрования, если задана высота слоя осадка, которая зависит от конструкции фильтра и других факторов. Константы фильтрования определяются экспериментальным путем. Время (продолжительность) промывки осадка определяется исходя из уравнения (9.30):

, (9.41)

где – объемный расход промывной жидкости; m_пр – вязкость промывной жидкости; Dр – перепад давления, при котором производится промывка. определяется по заданному удельному объему промывной жидкости на 1 м³ осадка u_пр:

, (9.42)

где – объем промывной жидкости.

Обозначим через t_в.о_. продолжительность других вспомогательных операций (сушка осадка, загрузка фильтра, выгрузка осадка и др.) Общая продолжительно работы, учитывающая продолжительность всех осуществляемых операций, будет

. (9.43)

С учетом времени t_об средняя производительность по фильтрату равна

, (9.44)

где V определяется по уравнению (9.21), .

При заданной суточной производительности фильтровальной установки V_уст число циклов фильтрования на одном фильтре k_ц, которое необходимо осуществить для обеспечения суточной производительности V_уст , будет

. (9.45)

Число циклов фильтрования k₁, которое можно провести на одном фильтре в сутки:

, (9.46)

где t_с – рабочая продолжительность суток. Уравнения (9.45) и (9.46) позволяют определить необходимое число фильтров N:

. (9.47)

Расчет барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия ведется с учетом стандартного распределения поверхности фильтра на технологические зоны. В начале расчета задаются значения: углов сектора (зоны) предварительной сушки осадка, осуществляемой на выходе из зоны фильтрования (j_с1 ); зоны съема осадка j₀; зоны регенерации фильтровальной перегородки j_р и мертвых зон j_м1, j_м2, j_м3, j_м4, (находящихся между технологическими зонами), в которых ячейки отключены от источников вакуума и сжатого газа. Ориентировочную частоту вращения барабана, обеспечивающую образование осадка заданной толщины (фильтрование), его промывку и сушку, определяют по уравнению

, (9.48)

где t, t_пр, t_с2 – соответственно время фильтрования, промывки и сушки осадка после промывки.

Время (продолжительность) фильтрования определяется по уравнению (9.40), а время промывки осадка – по уравнению (9.41), при этом удельный объем промывной жидкости должен быть предварительно экспериментально определен. Продолжительность сушки осадка после промывки задается также из экспериментальных данных.

Время полного цикла работы фильтра t_ц представляет величину, обратную частоте вращения барабана .Общую поверхность фильтрования S_об находят по зависимости

, (9.49)

где – заданная производительность по фильтрату, м³/с; k_п – поправочный коэффициент, учитывающий необходимость увеличения поверхности из-за повышения сопротивления фильтровальной перегородки при многократном ее использовании ( k_п » 0, 8); u_ф.уд – удельный объем фильтрата, получаемый с 1 м² фильтровальной перегородки за время фильтрования:

. (9.50)

По найденному значению S_об по каталогу выбирают типоразмер фильтра и определяют число фильтров. Затем проверяют пригодность выбранного фильтра. Устанавливают соответствие рассчитанной частоты вращения барабана диапазону частот, указанному в каталоге; сравнивают рассчитанный и стандартный углы сектора (зоны) фильтрования. Если частота выходит за пределы указанного диапазона или рассчитанный угол фильтрования больше стандартного, следует повторно выполнить расчеты, задавшись другой высотой слоя осадка.

После этого производят уточненный расчет фильтра. Принимают по каталогу данные распределения технологических зон. Частоту вращения барабана выбирают наименьшую из рассчитанных по следующим формулам:

, (9.51)

, (9.52)

где j_ф – угол зоны (сектора) фильтрования; j_пр – угол сектора промывки; j_с2 – угол сектора сушки осадка после промывки.

Очистка газов фильтрованием

Очистка газов от взвешенных твердых частиц фильтрованием, как и разделение суспензий, применяется в тех случаях, когда этот процесс невозможно осуществить методами осаждения в отстойных камерах и циклонах. Принцип действия для очистки газов фильтрованием тот же, что и для разделения суспензий: используются фильтровальные перегородки, которые пропускают газ, но задерживают на своей поверхности твердые частицы. Применяемые на практике фильтровальные перегородки делятся на четыре группы:

1) гибкие (ткани и нетканные материалы из природных и синтетических волокон, войлок, губчатая резина и т.д.);

2) полужесткие (пакеты металлических сеток, слои волокон, стружки и т.д.);

3) жесткие (плоские и цилиндрические пористые перегородки из керамики, пластмасс, спеченные или спрессованные металлические порошки);

4) зернистые (слои кокса, гравия, песка).

К числу наиболее широко применяемых фильтров с гибкими перегородками относятся рукавные фильтры. Схема такого фильтра представлена на рис. 9.22.

Рис. 9.22. Схема рукавного фильтра: 1 – корпус; 2 – бункер для пыли; 3 – трубная решетка, на которой крепятся рукава; 4 – рукава; 5 – крышки рукавов с петлями; 6 – рама для подвески рукавов; 7 – опора рамы с пружиной; 8 – патрубок для входа запыленных газов; 9 – патрубок для выхода очищенных газов; 10 – продувочный патрубок; 11 – шнек; 12 – металлические кольца; 13 – дроссельные клапаны; 14 – патрубки для отвода пыли; I, II – секции аппарата

Работает рукавной фильтр следующим образом. В секцию I, работающую на стадии фильтрования, через патрубок 8 поступают запыленные газы и далее входят в рукава 4. Рукава вверху закрыты крышками 5 и подвешены на крючки рамы 6. Нижние части рукавов плотно укреплены в трубной решетке 3. Чтобы рукава сохраняли цилиндрическую форму, в них вшиваются металлические кольца 12. Проходя через рукава, газ очищается от пыли, которая оседает на внутренней поверхности рукавов и в порах фильтровальной ткани, а очищенный газ выходит через патрубок 9, дроссельный клапан 13 которого открыт. Для очистки рукавов от осевшей пыли поток газа периодически (через 5-10 мин) отключается на 20-30 с, в течение которых рукава, висящие на общей пружинной опоре, встряхиваются при помощи кулачкового механизма. Отключение и включение газового потока и кулачкового механизма производится автоматически. При встряхивании рукавов пыль попадает в днище корпуса (бункер для пыли) откуда удаляется обычно шнеком 11. Если рукава выполнены из толстой ворсистой ткани, производится кроме встряхивания и продувка рукавов сжатым воздухом. Секция II, как показано на рис. 9.22, работает на стадии очистки рукавов от пыли. В этом случае дроссельный клапан 13 на патрубке 9 закрывается и открывается клапан на патрубке 10, через который поступает на продувки сжатый воздух. Он проходит через наружную поверхность фильтровальной ткани рукавов, очищает их от пыли, которая падает в бункер. Выходя из рукавов, продувной газ отводится из аппарата через патрубок 8, который отсоединяется от трубопровода запыленного газа и присоединяется к линии отвода продувного газа.

Рукавные фильтры обычно монтируются на общих коллекторах в виде ряда параллельно работающих секций (в каждой 12-25 рукавов). Это позволяет не прерывать очистку газов на время удаления пыли из отдельных секций.

Достоинством рукавных фильтров является высокая степень очистки газов от тонкодисперсной пыли (частицы размером 1 мкм улавливаются на 98-99%).

К недостаткам их относятся высокое гидравлическое сопротивление (до 2500 Па), относительно быстрый износ фильтроваль-ной ткани и закупорка ее пор, непригодность для очистки влажных газов и газов, имеющих высокую температуру.

Для газов с высокой температурой применяются фильтры с термостойкой фильтровальной перегородкой (пористые перегородки из керамики, спрессованных металлических порошков и др.).

Расчет рукавных фильтров. Основной характеристикой такого фильтра является общая поверхность фильтрования его рукавов S_об:

, (9.53)

где z – общее количество рукавов; d_p – диаметр рукава; H – высота рукава.

Поскольку в процессе работы фильтра часть рукавов z_р отключается на снятие осадка и продувку фильтровальной ткани, общая поверхность рукавов определяется по зависимости

, (9.54)

где S_ф – расчетная поверхность фильтрования.

Расчетная поверхность фильтрования может быть определена по формуле

, (9.55)

где – объемный расход поступающего в аппарат газа; _ф – допустимая фиктивная скорость фильтрации газа через рукава. Она соответствует скорости, при которой гидравлическое сопротивление фильтра достигает максимально допустимой величины, т.е. когда на ткани образовался заданный слой осадка пыли. Величина ее находится экспериментально ( _ф » 0, 01 м/с).

Мокрая очистка газов

Мокрую очистку газов от пыли или тумана применяют, когда допустимы увлажнение и охлаждение очищаемого газа, а отделяемые частицы имеют незначительную ценность. Этот способ очистки основывается на контакте запыленного газа с промывной жидкостью (чаще всего водой). Аппараты для мокрой очистки газов называют скрубберами. Поверхностью контакта фаз между газом и жидкостью может быть движущаяся жидкая пленка (насадочные и центробежные скрубберы), поверхность капель жидкости (полые скрубберы, скрубберы Вентури), поверхность пузырьков газа (барботажные пылеуловители). Если улавливаемые частицы пыли не смачиваются жидкостью, то очистка газа в мокрых пылеуловителях малоэффективна. В таких случаях для увеличения смачиваемости частиц и степени очистки к промывной жидкости добавляют поверхностно-активные вещества. Однако этот способ сопряжен с загрязнением органическими веществами сточных вод, образующихся при мокрой очистке, и не отвечает современным экологическим требованиям.

Охлаждение газа ниже температуры конденсации находящихся в нем паров жидкости способствует увеличению веса пылинок, играющих при этом роль центров конденсации, и облегчает выделение их из газа.

При мокрой очистке образуются сточные воды, содержащие уловленные из газа дисперсные частицы, которые могут вызвать загрязнение окружающей среды. В этом случае необходимо предусмотреть очистку сточных вод в отстойниках или в устройствах циклонного типа. При этом осветленная жидкость повторно используется для мокрой очистки, что ведет к экономии свежей воды. В этом случае свежая вода требуется лишь для возмещения потерь ее со шламом.

Полые и насадочные скрубберы. Простейшими аппаратами для мокрой очистки и одновременного охлаждения газов являются полые скрубберы – вертикальные колонны круглого (чаще) или прямоугольного сечения. Запыленный газ движется через скруббер снизу вверх со скоростью не более 0, 8-1, 5 м/с (для уменьшения брызгоуноса) и орошается водой, разбрызгиваемой через форсунки, установленные по всей высоте колонны. При этом все поперечное сечение скруббера перекрывается распыляемой жидкостью. Жидкость с уловленной пылью выводится снизу из конического днища. Расход жидкости на улов пыли составляет от 3 до 10 м³ на 1000 м³ газа. Степень улавливания пыли тем больше, чем больше расход орошающей жидкости, запыленность газа и размер частиц пыли, но не превышает 60 – 75%. Гидравлическое сопротивление невелико и составляет 100 – 250 Па.

В насадочных скрубберах объем колонны заполняется насадкой, которая сверху орошается промывной жидкостью. Жидкость стекает по насадке в виде пленки. Противотоком к ней движется газ, подаваемый в нижнюю часть колонны. Смоченная поверхность насадки и является поверхностью контакта фаз. Вода вместе со шламом поступает в коническое днище колонны и через патрубок выводится через него. Для удобства чистки насадки от загрязнения в насадочных скрубберах применяют регулярную насадку с крупными элементами или хордовую насадку, сделанную из деревянных (или другого материала) брусьев.

Расход жидкости в насадочных скрубберах составляет 1, 5 – 6 м³ на 1000 м³ газа. Гидравлическое сопротивление их (200-300 Па), несколько больше, чем полых скрубберов. Степень улова пыли в насадочных скрубберах зависит от тех же факторов, что и в полых. Улавливается до 70 % частиц размером 2-5 мкм, более крупная пыль улавливается на 80-90%. Частицы 1 мкм и меньше улавливаются плохо.

Центробежные скрубберы. Процесс мокрой очистки может быть интенсифицирован при проведении его в поле центробежных сил. Такую очистку осуществляют в циклонах, стенки которых смачиваются непрерывно стекающей пленкой жидкости (центробежные скрубберы). В центробежном скруббере (рис. 9.23) запыленный газ поступает в цилиндрический корпус 1 через входной патрубок 2, расположенный тангенциально, и приобретает вращательное движение. Стенки корпуса орошаются через сопла 3 водой, которая пленкой стекает по внутренней поверхности колонны сверху вниз. Взвешенные в поднимающемся по винтовой линии потоке газа частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам скруббера, смачиваются водяной пленкой и уносятся с водой через коническое днище 4. Очищенный и одновременно охлажденный газ удаляется через выходной патрубок 5. В центробежных скрубберах достигается более высокая степень очистки, чем в полых и насадочных. Она превышает 95% для частиц

Рис. 9.23. Центробежный скруббер:

1 – корпус; 2 – входной патрубок; 3 – сопла;
4 – коническое днище; 5 – выходной патрубок

пыли 5-30 мкм и составляет 85-90% для частиц размером 2-5 мкм. Расход жидкости в них составляет 0, 1-0, 2 м³ на 1000 м³ очищаемого газа. Гидравлическое сопротивление зависит от скорости газа во входном патрубке и диаметра скруббера. При скорости газа при входе в скруббер 20 м/с оно составляет 500-800 Па.

Барботажные (пенные) пылеуловители. Их используют для очистки сильно запыленных газов. В таких аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние подвижной пены, что обеспечивает большую поверхность контакта фаз. Тарелки в пенных аппаратах делаются провальными, т.е. через отверстия тарелки одновременно проходят газ (снизу вверх) и жидкость (сверху вниз).

На рис. 9.24 приведена схема барботажного пенного пыле-уловителя. В корпусе 1 круглого или прямоугольного сечения установлена перфорированная тарелка 3. Вода или другая жидкость через приемную коробку 2 поступает на тарелку, а загрязненный газ подается в аппарат через диффузор 4. Проходя через отверстия тарелки, газ барботирует сквозь жидкость и превращает ее в слой подвижной пены 6. В слое пены пыль поглощается жидкостью, основная часть которой (~ 80%) удаляется вместе с пеной (пульпа) через порог 7 и сливную коробку (8). Оставшаяся часть жидкости (~20%) сливается через отверстия в тарелке и улавливает в подтарелочном пространстве более крупные частицы пыли. Образующаяся при этом пульпа стекает в бункер 5 и отводится из него через нижний патрубок. Очищенный газ выходит из аппарата через верхний патрубок. В таких аппаратах применяют также несколько перфорированных тарелок, установленных последовательно по высоте аппарата, число их зависит от требуемой степени очистки газа. Расход жидкости составляет 0, 2-0, 3 м³ на 1000 м³ газа. Гидравлическое сопротивление однотарелочных аппаратов составляет 500-1000 Па. Частицы пыли размером более 20-30 мкм улавливаются в барботажных аппаратах практически полностью. Частицы размером 5 мкм улавливаются на 80-90%, частицы меньших размеров улавливаются значительно хуже. При работе барботажных пылеуловителей недопустимы значительные колебания расхода газа, так как это может привести к нарушению пенного режима и загрязнению отверстий тарелки.

Рис. 9.24. Барботажный (пенный) пылеуловитель:

1 – корпус; 2 – приемная коробка; 3 – тарелка; 4 – диффузор для входа запыленного газа; 5 – бункер; 6 – подвижная пена; 7 – порог; 8 – сливная коробка

Скрубберы Вентури. Основным устройством для улова пыли из газа в этих аппаратах является труба Вентури, на основе которой работают и струйные насосы (см. раздел «Динамические насосы»). На рис. 9.25 приведена схема устройства очистки газа со скруббером Вентури.

Рис. 9.25. Установка очистки газа со скруббером Вентури: 1 – труба Вентури (1а – конфузор, 1б – диффузор); 2 – распределительное устройство для подачи воды; 3 – циклонный сепаратор; 4 – отстойник для суспензии; 5 – промежуточная емкость; 6 – насос

Запыленный газ поступает в трубу Вентури 1, в конфузоре которой расположен распределитель воды 2. В горловине трубы скорость газа достигает порядка 100 м/с, что обеспечивает высокую турбулентность газового потока. Подаваемая в этот поток газа вода распыляется на мелкие капли и улавливает частицы пыли из газа. При этом происходит коагуляция твердых частиц (их слипание). Из горловины газо-жидкостный поток с уловленными частицами пыли поступает в диффузор 1б, где скорость газа снижается до 20-25 м/с. В диффузоре капли жидкости коалесцируют (сливаются) и уносятся потоком газа в циклонный сепаратор 3. Здесь капли жидкости под действием центробежной силы отделяются от газа и в виде суспензии стекают в коническое днище, откуда суспензия поступает в отстойник 4. В отстойнике твердые частицы осаждаются образуя шлам, который отводится из отстойника через нижний патрубок. Осветленная вода поступает в промежуточную емкость 5. Туда же поступает в небольшом количестве и свежая вода, которая компенсирует потери воды со шламом. Из емкости 5 насосом 6 вода вновь подается в трубу Вентури. Такая схема установки со скруббером Вентури позволяет достигнуть значительной экономии промывной воды.

Для эффективной работы скруббера Вентури необходимо очищаемый газ предварительно охладить и насытить водяными парами, например в полом скруббере. В противном случае в трубе Вентури будет происходить испарение мелких капель жидкости, которые наиболее активно взаимодействуют с частицами пыли.

Расход воды в скрубберах Вентури относительно высок (0, 7-3 м³ на 1000 м³ газа), высоко и гидравлическое сопротивление (3000-
7000 Па). В скрубберах Вентури улавливаются весьма мелкие частицы пыли: на 95-99% – твердые частицы размером 1-2 мкм и капли тумана диаметром 0, 2-1 мкм. Такие аппараты применяют для очистки газов с преимущественным содержанием фракций мелких частиц.

Расчет аппаратов мокрой очистки газов. В большинстве случаев степень очистки газов определяют по эмпирическим зависимостям, характерным для аппаратов соответствующего типа. Если степень очистки h задана, то по уравнениям материального баланса рассчитывают концентрацию пыли в очищенном газе и расход уловленной пыли:

, (9.56) , (9.57)

где с_ис, с_k – концентрации пыли соответственно в исходном и в очищенном газе (конечная), кг/м³; G_п – массовый расход уловленной пыли, кг/с; – объемный расход газа, м³/с. Далее, исходя из типа аппарата и условий его работы, по эмпирическим зависимостям рассчитывают расход промывной жидкости и основные размеры аппарата.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒