Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
Скруббер с трубками Вентури был впервые запатентован в 1925 г. [345], однако современная модификация установки была внедрена в производство лишь спустя 20 лет, когда скруббер Вентури модели «Пиз-Энтони» был использован в качестве опытной установки для извлечения сульфата натрия из дымовых газов регенерационного агрегата фирмы «Крафт». С этого времени скрубберы Вентури нашли широкое применение для абсорбционной очистки газов и удаления частиц из дымовых газов в металлургической и химической промышленности.
Теоретические основы процесса в скрубберах Вентури
Механизм улавливания твердых частиц в 'скруббере с трубами Вентури был детально исследован Джонстоуном и др. [403— 405], в недавнее время Бартом [50], а также Страусом и Ланкастером [850]. Джонстоун и Робертс [405] выяснили, что удельная поверхность капель жидкости в скруббере, рассчитанная по уравнению (IX.3), соотносится с эффективностью улавливания частиц, а также с интенсивностью поглощения SO2 или увлажнения воздуха (рис. IX-21). Число единиц переноса Nt [где Nt=—In(1—т]), см.
уравнение (IX.9)] для режима увлажнения может быть найдено из графика на рис. IX-21. Эта кривая имеет боль-, ший уклон, чем кривая поглощения SO2, превышая его в 2,2 раза, что соответствует соотношению коэффициентов диффузии водяных паров и диоксида серы в воздухе.
Далее установлено, что в скруббере Вентури стандартной конструкции частицы взаимодействуют по механизму инерционного столкновения [404]; приведенное «иже уравнение позіволяєт соотнести
Рис. ІХ-2І. Зависимость эффективности скруббера Вентури от рассчитанной удельной поверхности капель S [405]:
1 — улавливание пыли; 2 — поглощение SOj; 3 — увлаЖ-нение.
414
Рис. IX-22. Зависимость параметров скруббера с трубами Вентури, установленная на основании характеристики инерционного столкновения [404]:
/ — частицы дибутнлфталата размером IO мкм (Экман); 2 —то же, размером 0,58 мкм; 3 — частицы сульфита аммония размером 1,22 мкм; 4 — частицы хлорида аммония размером 0,27 мкм (L — расход жидкости, л/м3, ф — параметр инерционного столкновения).
результаты, полученных экспериментально. Эффективность улавливания частиц выражается в виде следующего уравнения
Tj=I-ехр(—Кп-УІр) (IX. 4)
где К — постоянная, являющаяся функцией длины пути и удельной площади поверхности капель; п — содержание капель; ф — показатель инерционного столкновения.
График корреляции экспериментальных результатов с расчетом по уравнению (ІХ.4) дан на рис. ІХ-22.
Дальнейшие эксперименты показали, что для эффективного улавливания частиц размером менее микрона необходимо создать высокую скорость газа при прохождении через горловину трубки Вентури (от 100 до 130 м/с), однако для достижения указанной эффективности улавливания более крупных частиц достаточны и меньшие скорости прохождения газов при условии, что расход жидкости большой.
Основные механизмы, действующие в скрубберах с трубками Вентури, были исследованы как экспериментально, так и теоретически Ланкастером и Страуссом [830].
В скрубберах наблюдаются два основных процесса взаимодействия между частицами и жидкостью. Первым из нях является кондиционирование частиц, при котором увеличивается эффективный размер частиц и облегчается их улавливание. Второй процесс заключается в осаждении частиц на поверхность промывной жидкости. Кондиционирование частиц может осуществляться либо путем агломерации частиц, либо путем конденсации паров на поверхности частиц, либо путем сочетания этих двух методов. Указанные методы, в свою очередь, являются комбинацией других основных процессов. Так, например, кондиционирование частиц начинается с процесса образования активных центров, за которым следует рост капель и агломерация, в то время 'как улавливание частиц пред-
415
ставляет собой комбинацию инерционного столкновения и коагуляции, термофореза, сплошной диффузии (также именуемой диффузно форезом и потоком Стефана) и поверхностных потерь капель жидкости. Относительная важность всех этих явлений до конца пока не выяснена.
Кондиционирование частиц. Конденсирующиеся пары должны равномерно распределяться между частицами, выступающими в роли ядер, с тем, чтобы пары были использованы с наибольшей эффективностью. Это может быть достигнуто тщательным перемешиванием среды до начала конденсации по возможности путем адиабатического расширения паров и газов. Другим способом является впрыск струи паров в аэрозольную среду при давлении * окружающей среды в расчете на гашение паров аэрозолем для усиления конденсации.
В обоих указанных процессах образуются гомогенные активные центры, в которых из паров создаются сгустки, состоящие из 70— 80 молекул, и гетерогенные активные центры, когда частицы пыли, ^ выступая в роли ядер, абсорбируют на своей поверхности тонкую; пленку жидкости. При этом частица, покрытая жидкостью, ведет себя как капля эквивалентного размера.
Теория образования гомогенных активных центров в струе пара* была изучена Амелиным и Беляковым [17], Хигучи и О'Конски] [368] и Левиным и Фридлендером [506]. Последние разработалиі теорию перемешивания в струе пара для систем, в которых число Льюиса (Le) (соотношение чисел Шмидта и Прандтля Le= Sc/Pr) относится к пару; это число аппроксимирует паровоздушную си-, стему. На основании выводов Левина и Фридлендера [506] могут? быть определены условия пересыщения, в которых образуются гомогенные активные центры. Проведя эксперименты с использова-і ниєм турбулентной струи паров глицерина, эти исследователе пришли к заключению, что для наблюдения данного эффекта не-; обходимо обеспечить очень высокое пересыщение среды при скон ростном процессе перемешивания. Присутствие ионов газа повышает концентрацию капель в струе паров на несколько порядков,
