Распылительная башня

Распылительная колонна (или распылительная колонна или распылительная камера ) представляет собой газожидкостный контактор, используемый для обеспечения массо- и теплопереноса между непрерывной газовой фазой (которая может содержать диспергированные твердые частицы) и дисперсной жидкой фазой. Он состоит из пустого цилиндрического сосуда из стали или пластика и форсунок, распыляющих жидкость в сосуд. Входной газовый поток обычно поступает в нижнюю часть башни и движется вверх, в то время как жидкость распыляется вниз с одного или нескольких уровней. Этот поток входящего газа и жидкости в противоположных направлениях называется противотоком .

Обзор

Этот тип технологии можно использовать, например, в качестве мокрого скруббера для контроля загрязнения воздуха. Противоток подвергает выходящий газ с наименьшей концентрацией загрязняющих веществ воздействию самой свежей промывающей жидкости.Множество форсунок расположены поперек башни на разной высоте для распыления всего газа по мере его продвижения через башню. Причина использования множества насадок состоит в том, чтобы максимально увеличить количество мелких капель, воздействующих на частицы загрязняющих веществ, и обеспечить большую площадь поверхности для поглощения газа.

Теоретически, чем мельче образующиеся капли, тем выше достигается эффективность улавливания как газообразных, так и твердых загрязняющих веществ . Однако капли жидкости должны быть достаточно большими, чтобы их не выносило из скруббера потоком отходящего газа после очистки. Поэтому в распылительных башнях используются форсунки, производящие капли обычно диаметром 500–1000 мкм. Несмотря на небольшой размер, эти капли большие по сравнению с каплями, образующимися в скрубберах Вентури , размер которых составляет 10–50 мкм. Скорость газа поддерживается низкой, от 0,3 до 1,2 м/с (1–4 фута/с), чтобы предотвратить вынос лишних капель из башни.

Чтобы поддерживать низкие скорости газа, распылительные башни должны быть больше, чем другие скрубберы , которые обрабатывают аналогичные скорости потока газа. Другая проблема, возникающая в распылительных башнях, заключается в том, что после падения капель на небольшое расстояние они имеют тенденцию агломерироваться или ударяться о стенки башни. Следовательно, общая площадь контактной поверхности жидкости уменьшается, что снижает эффективность сбора жидкости скруббером.

Распылительная башня с перекрестным потоком

В дополнение к конфигурации с противотоком, поток в оросительных колоннах может быть прямоточным или перекрестным .

В прямоточных распылительных колоннах входящий газ и жидкость текут в одном направлении. Поскольку газовый поток не «давит» на распылители жидкости, скорости газа через резервуары выше, чем в распылительных башнях с противотоком. Следовательно, распылительные башни с прямоточным потоком меньше, чем распылительные башни с противотоком, обрабатывающие такое же количество выхлопных газов. В распылительных башнях с перекрестным потоком, также называемых скрубберами с горизонтальным распылением, газ и жидкость текут в направлениях, перпендикулярных друг другу.

В этом сосуде газ течет горизонтально через несколько секций распыления. Количество и качество жидкости, распыляемой в каждой секции, можно варьировать, обычно самая чистая жидкость (если используется переработанная жидкость) распыляется в последней серии распылений.

Сбор частиц

Распылительные башни представляют собой низкоэнергетические скрубберы . Контактная мощность намного ниже, чем в скрубберах Вентури , а падение давления в таких системах обычно составляет менее 2,5 см (1 дюйм) водного столба. Эффективность улавливания мелких частиц соответственно ниже, чем в более энергоемких устройствах. Они подходят для сбора крупных частиц диаметром более 10–25 мкм, хотя при повышенном давлении жидкости на входе в сопло можно собирать частицы диаметром 2,0 мкм.

Капли меньшего размера могут образовываться за счет более высокого давления жидкости в сопле. Наивысшая эффективность сбора достигается, когда образуются маленькие капли и разница между скоростью капли и скоростью движущихся вверх частиц велика. Однако маленькие капли имеют небольшую скорость осаждения , поэтому существует оптимальный диапазон размеров капель для скрубберов, работающих по этому механизму.

Этот диапазон размеров капель составляет от 500 до 1000 мкм для башен гравитационного распыления (противотока). ^[1] Впрыск воды под очень высоким давлением – 2070–3100 кПа (300–450 фунтов на квадратный дюйм) – создает туман из очень мелких капель. В таких случаях может быть достигнута более высокая эффективность сбора частиц, поскольку действуют механизмы сбора, отличные от инерционного удара . ^[2] Однако эти распылительные форсунки могут использовать больше энергии для образования капель, чем трубка Вентури, работающая с той же эффективностью сбора.

Сбор газа

Распылительные башни можно использовать для абсорбции газа , но они не так эффективны, как насадочные или пластинчатые башни. Распылительные башни могут быть очень эффективными при удалении загрязняющих веществ , если загрязняющие вещества хорошо растворимы или если в жидкость добавлен химический реагент.

Например, распылительные башни используются для удаления газообразного HCl из отходящих газов при производстве соляной кислоты . При производстве суперфосфата, используемого в производстве удобрений , газы SiF ₄ и HF выбрасываются из различных точек процесса. Для удаления этих хорошо растворимых соединений использовались распылительные башни. Распылительные башни также используются для удаления запахов в промышленности по производству костной муки и жира путем очистки выхлопных газов раствором KMnO ₄ .

Благодаря своей способности обрабатывать большие объемы газа в агрессивных средах, распылительные колонны также используются в ряде систем десульфурации дымовых газов в качестве первой или второй стадии процесса удаления загрязняющих веществ .

В распылительной башне поглощение можно увеличить за счет уменьшения размера капель жидкости и/или увеличения соотношения жидкость-газ (Ж/Г). Однако для достижения любого из этих целей требуется увеличение как потребляемой мощности, так и эксплуатационных затрат. Кроме того, физический размер распылительной башни будет ограничивать количество жидкости и размер капель, которые можно использовать.

Проблемы с обслуживанием

Основным преимуществом оросительных башен перед другими скрубберами является их полностью открытая конструкция; у них нет внутренних частей, за исключением распылительных форсунок . Эта функция устраняет многие проблемы с образованием накипи и засорением, связанные с другими скрубберами. Основными проблемами при обслуживании являются засорение или эрозия распылительных форсунок, особенно при использовании переработанной жидкости для скруббера. Чтобы уменьшить эти проблемы, используется система отстаивания или фильтрации для удаления абразивных частиц из переработанной чистящей жидкости перед ее закачкой обратно в форсунки.

Краткое содержание

Распылительные башни представляют собой недорогие устройства управления, используемые в основном для кондиционирования газа (охлаждения или увлажнения) или для удаления частиц или газа на первой стадии. Они также используются во многих системах десульфурации дымовых газов для уменьшения закупоривания и образования накипи загрязняющими веществами.

Во многих системах очистки используются распылители либо до, либо в нижней части основного скруббера для удаления крупных частиц, которые могут его засорить.

Распылительные башни эффективно используются для удаления крупных частиц и легкорастворимых газов. Перепад давления на башнях очень низкий - обычно менее 2,5 см (1,0 дюйма) водного столба; таким образом, эксплуатационные расходы скруббера относительно невелики. Однако затраты на перекачку жидкости могут быть очень высокими.

Распылительные башни изготавливаются различных размеров – небольшие для обработки небольших потоков газа до 0,05 м. ³/с (106 футов ³/мин) или меньше, а также большие для обработки больших потоков выхлопных газов до 50 м. ³/ с (106 000 м ³/мин) или больше. Из-за того, что требуется низкая скорость газа, агрегаты, работающие с большими расходами газа, обычно имеют большие размеры. Рабочие характеристики опрыскивателей представлены в следующей таблице. ^[3]

Эксплуатационные характеристики опрыскивателей
Загрязнитель	Падение давления (Δp)	Соотношение жидкость-газ (Ж/Г)	Давление жидкости на входе (p _L )	Эффективность удаления	Приложения
Газы	1,3–7,6 см воды	0,07–2,70 л/м ³ (0,5–20 галлонов / 1000 футов) ³)	70–2800 кПа	50–90 ⁺% (высокая эффективность только в том случае, если газ хорошо растворим)	Горнодобывающая промышленность Химическая перерабатывающая промышленность Котлы и мусоросжигательные печи Металлургическая промышленность
Частицы	0,5–3,0 дюйма воды	5 галлонов/1000 футов ³ это нормально; >10 при использовании распылителей под давлением	10–400 фунтов на квадратный дюйм, ман.	Диаметр 2–8 мкм

Ссылки

^ Лестница 1956 г.
^ Бетеа, Р.М. 1978. Технология контроля загрязнения воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.
^ * Учебный институт по вопросам загрязнения воздуха Агентства по охране окружающей среды США, разработанный в сотрудничестве с Инженерным колледжем Университета штата Северная Каролина (NCSU).

Библиография

Гилберт, Дж.В., 1977. Очистка дыма с помощью струи Вентури. В П. Н. Черемисинове и Р. А. Янг (ред.), Справочник по контролю и проектированию загрязнения воздуха. Часть 2. Нью-Йорк: Марсель Деккер.
Компания Макилвейн. 1974. Справочник по мокрым скрубберам. Нортбрук, Иллинойс: Компания McIlvaine.
Ричардс, младший, 1995. Контроль выбросов твердых частиц (курс APTI 413). Агентство по охране окружающей среды США.
Ричардс, младший 1995. Контроль газовых выбросов. (Курс APTI 415). Агентство по охране окружающей среды США.

[1] Лестница 1956 г.

[2] Бетеа, Р.М. 1978. Технология контроля загрязнения воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.

[3] * Учебный институт по вопросам загрязнения воздуха Агентства по охране окружающей среды США, разработанный в сотрудничестве с Инженерным колледжем Университета штата Северная Каролина (NCSU).

[1]

[2]

[3]