Массообменные процессы

Для ситчатых и клапанных тарелок в практических расчетах можно пользоваться уравнением

h0 = 0,787 q0,2 hпер 0,56 wm [1 - 0,31 exp (-0,11Х)] , (1.111)

где m - показатель степени, равный 0,05 - 4,6 hпер ;

Х - вязкость жидкости, Па·с;

Х, В - поверхность натяжения жидкости и воды, м Н / м, (Приложение А9).

Для барботажных тарелок газосодержание можно определить по уравнению

,(1.112)

где Fr = .

Определение высоты тарельчатого абсорбера проводится по уравнению:

Н = Нт + h1 + h2 , (1.113)

где Нт = (nд - 1) hт - высота тарельчатой части колонны, м;

h1 - высота сепарационной части колонны, м;

h2 - расстояние от нижней тарелки до днища, м.

Расстояние h1 от верхней тарелки до крышки абсорбера зависит от размеров устройства для предотвращения брызгоуноса (2 м).

Расстояние от нижней тарелки до днища колонны принимается равным (11,5) DК.

В приближенных расчетах, когда диаметр колонны не превышает 1 м, h1 и h2 принимается равным 0,6 - 1,5 м.

Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

Для тарельчатых колонн гидравлическое сопротивление тарелок и Р равно сумме сопротивления сухой тарелки Р1, сопротивлению, обусловленному силами поверхностного натяжения, Р2 и сопротивлению газожидкостного слоя на тарелке Р3:

Р = Р1 + Р2 + Р3.(1.114)

Сопротивление сухой тарелки

Р = о r ,(1.115)

где о - коэффициент сопротивления;

w0 - скорость газа в отверстиях тарелки, прорезях колпачка, щелях и других элементах тарелки, через которые проходит газ, м / с.

Здесь w0 = ,

где V - объемный расход при температуре абсорбции, м3 / с;

- живое сечение тарелки: = - отношение суммарной площади отверстий на тарелке S0 к площади поперечного сечения колонны.

Коэффициент сопротивления о зависит от типа тарелки (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Коэффициенты сопротивления тарелок

Тарелки	о	Тарелки	о
Колпачковые	4,5 - 5,0	Провальные:
Ситчатые:		дырчатые	2,1
= 0,07 0,1	1,85	решетчатые	1,4 - 1,5
= 0,15 0,2	1,45	трубчатые	0,9

Скорость газа в прорезях колпачка при их полном открытии или в отверстиях ситчатой тарелки

,(1.116)

где а - коэффициент, равный 1 для колпачковых тарелок, 0,65 - для ситчатых тарелок;

l - длина прорези колпачка или высота сливного порога для ситчатых тарелок.

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, ?Р2

, (1.117)

где - поверхностное натяжение жидкости, Н / м;

П - периметр отверстия (прорези), м;

S - площадь отверстия (прорези), м;

dэ - эквивалентный диаметр отверстия (прорези), м.

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя

Р3 = g ж h0 = п g hп ,(1.118)

где ж, п - плотность светлой жидкости и пены, кг / м3;

h0, hп - высота светлого слоя жидкости и пены на тарелке, м.

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Сопротивление столба жидкости на тарелке рассчитывается по формулам

а) для колпачковой тарелки при полном открытии прорезей

Р3 = 1,3g К ж (l + + h);(1.119)

б) для ситчатых тарелок

Р3 = 1,3g К ж (hпер + h),(1.120)

где К - отношение плотности пены к плотности чистой жидкости,

К = 0,5;

l - высота прорези, м;

h - высота уровня жидкости над сливным порогом, м;

hпер - высота сливного порога, м.

Величина h определяется по формуле

,(1.121)

где Vж - объемный расход жидкости, м3 / с;

П - периметр сливной перегородки, м.

Для ситчатых тарелок Р3 можно также рассчитать по формуле

,(1.122)

где h - высота слоя жидкости на тарелке, м;

L - расход жидкости, кг / с;

П - смоченный периметр сливной трубы, м.

Общее гидравлическое сопротивление колонны Рк , Па, равно гидравлическому сопротивлению тарелки, умноженному на число тарелок в абсорбере

РК = Р nд .(1.123)

1.5 Расчет абсорберов с подвижной шаровой насадкой

Применяют односекционные и многосекционные абсорберы с насадкой диаметром от 3 до 100 мм и плотностью от 10 до 1000 кг / м3. Материалом для насадки служит полиэтилен, полипропилен, фторопласт, стирол, резина, металлы.

Соотношение между диаметром абсорбера и диаметром шаров принимается 10. Свободное сечение тарелки FС = 0,4 - 0,5 м2 / м2. Скорость газа 5 - 6 м / с. Удельное орошение насадки 0,5 - 0,7 дм3 / м3. Минимальная статическая высота слоя насадки НТ составляет (5 - 8) dш, а максимальная статическая высота слоя насадки определяется из соотношения 1.

Скорость газа, соответствующая началу режима полного псевдоожижения, равна

 = 4,6 103 FС1,54 exp .(1.124)

Предельно допустимая скорость газа

wКР = 2,9 FС0,4 . (1.125)

Динамическую высоту слоя насадки можно определить по формуле

НДИН = .(1.126)

Высота светлого слоя жидкости, удерживаемой в аппарате, равна

.(1.127)

Газосодержание слоя вычисляют по формуле

Г = 1,16 0 .(1.128)

Высоты сепарационной зоны НСЕП принимают (0,1 - 0,2) НДИН.

Гидравлическое сопротивление абсорбера определяют по формуле

Р = РС + РЖ,(1.129)

Где

РС = + g ж НСТ (1 - 0) ;(1.130)

РЖ = 32,1 w0,82 L0,56 НСТ0,6 FС - 1,03 ,(1.131)

где Vж, Vг - расход жидкости и газа, м3 / с;

С = 0,62 и К = 0,8 - коэффициенты для взвешенного слоя насадки;

Lор - 1 105 кг / м2Мч - стандартная величина плотности орошения;

РС - гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па;

0 = 0,4 - порозность неподвижного слоя насадки;

wН. П. - скорость газа, соответствующая началу псевдоожижения, м/с, определяем из формулы

или

ReН. П.= 142 ,(1.132)

гдеш - плотность шара, кг / м3;

L - плотность орошения, м3 / м2Мч.

Плотность контакта фаз в слое равна

,(1.133)

где FБ = 1,6 L0,44 w00,92 - поверхность контакта фаз в барботажном слое при НСТ = 0;

w0 - скорость газа в отверстиях решетки, м/с.

Поверхность контакта в сепарационной зоне определяется по формуле

FС. З. = а С. З. (НС - НДИН) ,(1.134)

где а С. З. = 7,4 L0,35 w00,31 - удельная поверхность контакта фаз в сепарационной зоне, м2 / м3;

НС - высота секции аппарата, м.

НС = (1,1 1,2) НДИН.(1.135)

Для вычисления числа единиц переноса рекомендуются следующие уравнения

nг = 0,0785w0,285 L0,218 FС- 0,935(Рr)- 0,5·; (1.136)

nж = 2,52 w1,36 L-0,41 Нст0,6 FС- 1,3 .(1.137)

1.6 Расчет распыливающих абсорберов

К аппаратам этого типа относятся полые, скоростные прямоточные и механические абсорберы. В полых абсорберах жидкость распыливается форсунками. Эффективность абсорбера зависит от количества распыливающей жидкости, угла конусности факела и распределения их в сечении факела.

Производительность форсунки, м3/с, определяют по формуле

V = f , (1.138)

где Р - давление жидкости перед форсункой, Па;

ж - плотность жидкости, кг/м3;

f - площадь выходного отверстия форсунки, м2;

- коэффициент расхода жидкости, равный 0,2-0,3.

Средний размер капель определяется по формуле

.(1.139)

Константа А и показатели степени m и n имеют следующие значения

Критерий Рейнольдса Re0	К	А	m	n
500 - 700	0,43 10-10 - 0,136 10-10	4,62 10-3	0,4	0,099 К -0,086
500 - 700	0,86 10-7 - 6,5	6,5	0,033	27 К -0,025
800 - 2000	0,43 10-10 - 6,5	0,4	- 0, 056	- 0,07 К -0,046

ЗдесьRe0 = ;К = ,(1.140)

где wж - скорость истечения жидкости из форсунки 9,8 м / с;

d0 - диаметр выходного отверстия форсунки, (0,25-2,2) мм.

Удельная поверхность капли а равна

,(1.141)

где U - плотность орошения, м3 / м2Мс;

U1 - абсолютная скорость капель, м / с;

здесь;(1.142)

w0 - скорость падения капли, м / с;

w - скорость газа, м / с.

Скорость газа в абсорбере принимаем 20 - 30 м / с.

Средний размер капель, образующихся при распылении жидкости пневматической форсункой

,(1.143)

при равенстве скоростей капель удельная поверхность контакта фаз равна

.(1.144)

Коэффициенты массоотдачи в форсуночном абсорбере определяют по формулам

Nuг = 0,36 10-4 Reг0,81 (Рrг) 0,67 ;(1.145)

Nuж = (0,145 - 0,0081wг)(Reж - 30)р (Рrж) 0,5,(1.146)

где ;(1.147)

,(1.148)

где гv, жv - объемные коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах, 1 / с;

- приведенная толщина пленки, м.

В выражении Reг и Reж за линейный размер принят диаметр горловины d0.

К прямоточным распыливающим абсорберам относятся форсуночные и бесфорсуночные аппараты. Гидравлическое сопротивление абсорберов Вентури является суммой гидравлических сопротивлений трубы - распылителя и каплеуловителя.

Гидравлическое сопротивление трубы - распылителя равно

;(1.149)

С = 0,165 + 0,034 [0,06 + 0,028] ,(1.150)

где С - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы;

Ж - коэффициент гидравлического сопротивления при вводе жидкости;

wг = 60-100, скорость газа в горловине, м /с;

г, ж - плотность газа и жидкости, кг / м3;

l г - длина горловины, м;

dэ - эквивалентный диаметр горловины, м;

wзв - скорость звука, м / с;

- число Маха.

Ж = А С m 1+В,(1.151)

где А и В - коэффициенты, определяемые по справочникам.

1	А = 0,55	В = 0,095	m = 1,32
1	А = 0,91	В = 0,067	m = 3

Гидравлическое сопротивление и число единиц переноса в бесфорсуночных абсорберах вычисляют по формуле

Р = РС + 18 wг1,08 m 0,8.(1.152)

Для пульсирующего режима число единиц переноса равно

nог = 0,847 .(1.153)

Для равномерного режима используется другая формула

nог = 0,447 w00,35 .(1.154)

Для абсорберов типа АРТ коэффициент сопротивления равен

= 1,32 (1 + а m n),(1.155)

число единиц переноса

nог = 0,43+ В m,(1.156)

гдеа = (wг) и В = ( wг),

для пульсирующего режима n = 0,68,

для равномерного режима n = 1,9.

Для определения объема распыливающих абсорберов определяется объемный коэффициент массопередачи Кyv, 1/с

.(1.157)

Высота единиц переноса h0У

h0У = .(1.158)

Высота абсорбера H, м

Н = h0У n 0Г .(1.159)

В абсорберах Вентури трубу - распылитель и каплеуловитель можно монтировать как раздельно, так и вместе в одном корпусе (рисунок 1.15).

Для практических расчетов число единиц переноса можно определить по формуле

.(1.160)

Отсюда высота абсорбера Н, м, равна

Н = 100 n 0Г2,86 w0,20 U- 1,29(1.161)

или, вводя отношение объемных расходов газа и жидкости,

,(1.162)

где U - плотность орошения, м3 / м2 Мс;

- отношение объемных расходов газа и жидкости.

Таким образом, определив число единиц переноса по приведенным ранее формулам, задаваясь скоростью газа в горловине w, в допустимых пределах, определяют высоту абсорбера.

а - центральный (форсуночный) подвод жидкости; б - периферийное орошение; в - пленочное орошение; г - бесформенное орошение

Рисунок 1.15 - Конструкция труб - распылителей

1.7 Расчет газопромывателей («мокрых скрубберов»)

Термин «скруббер» (англ. scrub - тереть, скрести, чистить щеткой; нем. schrubben - чистить, скоблить, обтесать начерно) подразумевает наличие в очистном устройстве движущихся приспособлений для извлечения из газового потока загрязнителя. Однако в технической литературе название «мокрые скрубберы» закрепилось за широким классом пылегазоочистных устройств, имеющих приспособления для создания контакта обрабатываемых выбросов с промывочными жидкостями. Обеспечить контакт газовых выбросов с жидкостями можно многими способами, и под названием «мокрый скруббер» объединяют различные устройства от перфорированных водопроводных труб в воздуховодах и газоходах до сложных аппаратов с электростатической зарядкой управляемых частиц и капель орошающей жидкости.

В «мокрых скрубберах», предназначенных для пылезолоулавливания, орошающей жидкостью, как правило, является вода. Ее расход для разных типов аппаратов может изменяться от 0,1 до 10 м3 на 1000 м3 обрабатываемых газов. Так как основным недостатком мокрых способов обезвреживания является необходимость обработки загрязненных стоков, образовавшихся в процессе очистки газов, то приемлемыми могут быть лишь способы с минимальным водопотреблением. Вообще до принятия решения о применении мокрого способа очистки необходимо тщательно проанализировать свойства обрабатываемых выбросов. Во всяком случае, нельзя упускать из поля зрения растворимость, реакционную способность (возможность образования взрывоопасных, коррозионно-активных веществ и вторичных загрязнителей), коррозионную активность компонентов загрязнителя и газа-носителя. Для твердых загрязнителей важны также смачиваемость, схватываемость, слипаемость, для жидких - смачиваемость, плотность, параметры фазовых переходов.

Рассмотрение широкого круга разнообразных конструкций мокрых скрубберов, разработанных к настоящему времени, невозможно и не представляется столь необходимым. Многие из приводимых в технической литературе аппаратов малоупотребительны из-за несовершенства разработки.

Полые газопромыватели (рисунок 1.16) реализуют наиболее примитивную схему мокрой очистки с организацией промывки запыленных потоков газа в газоходах (воздуховодах) или отдельных камерах (емкостях) различной формы. Орошающая жидкость в них подается навстречу или поперек газового потока (рисунок 1.16).

Рисунок 1.16 - Полые газопромыватели

Чтобы унос жидкости из зоны контакта был незначительным, размер капель должен быть не менее 500 мкм, а скорость газового потока не должна превосходить 1-1,2 м/с. С целью уменьшения габаритов установки скорость потока увеличивают (иногда до 5 м/с и более) и устанавливают на выходе аппарата каплеуловители. Орошающую жидкость разбрызгивают прежде всего с помощью центробежных форсунок, поддерживая ее давление в пределах 0,3-0,4 МПа. Такие форсунки позволяют работать на оборотной воде, из которой удалена грубая взвесь. Полые газопромыватели могут найти применение для осаждения частиц крупнее 10 мкм.

Насадочные скрубберы представляют собой емкости (колонны), содержащие насадочные элементы разной формы: простые кольца - кольца Рашига, кольца с перегородками - кольца Лессинга и Палля, седла Берля и «Инталокс», спиральные розетки Теллера и др. Оптимальная область применения насадочных колонн - совместная очистка газовых выбросов от газообразных загрязнителей и дисперсных жидких или твердых растворимых частиц. Такие колонны малопригодны для обработки газов, содержащих обычные, даже не слипающиеся пыли и непригодны для слипающихся и схватывающихся вследствие забивания каналов в насадке.

Как и в полых скрубберах, подвод жидкости может быть организован навстречу или поперек потока.

Пенные газопромыватели представляют собой колонны с перфорированными перегородками, называемыми тарелками (рисунок 1.17). Для очистки газов чаше всего используются провальные, щелевые и дырчатые тарелки (рисунок 1.17, а, б и в).

Диаметр отверстий дырчатых тарелок принимают в пределах 3-8 мм, а относительное свободное сечение (отношение площади отверстий к площади тарелки) ffr = 0,15-0,25.

а - провальные; б - щелевые; в - дырчатые

Рисунок 1.17 - Тарелки пенных газопромывателей

Отверстия разбиты по равностороннему треугольнику. Шаг между отверстиями , мм, определяют по формуле

(1.163)

где D0 - диаметр отверстия, м.

Размеры тарелок приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Геометрические характеристики дырчатых тарелок

, мм	6	8	9	10	10	11	11	12	13	13	13	14	16	18
D, мм	3	4	4	5	5,5	5	6	5	5	6	7	6	7	8
ffr	0,226	0,226	0,179	0,226	0,272	0,18	,271	0,157	0,134	0,193	0,263	0,167	0,174	0,179

Щелевые тарелки могут выполняться решетчатыми, трубчатыми или колосниковыми. Трубчатые и колосниковые конструкции изготавливают сварными из трубок, прутков или пластин. Ширину щели в тарелке b принимают 4-5 мм, свободное сечение ffr = 0,2-0,25. Необходимое число N щелей в тарелке можно найти по таблице 1.5

Таблица 1.5 - Зависимость числа щелей в тарелке N от конструктивного параметра

N	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	0	0.866	1.688	2.498	3.296	4.093	4.887	5.679	6.471	7.257
N	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	8.042	8.832	9.620	10.411	11.20	11.982	12.776	13.654	14.352	15.138
N	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
	15.925	16.713	17.50	18.287	19.074	19.860	20.648	21.432	22.219	23.005

Конструктивный параметр рассчитывают по формуле

(1.164)

где D - диаметр аппарата, м; lm - длина щели, расположенной в середине тарелки; ее принимают на 0,01 м меньше диаметра аппарата D.

Общую длину всех щелей ltot - определяют из выражения

(1.165)

Шаг между щелями равен

(1.166)

Расстояние между щелями b1, находят следующим образом.

Оптимальная толщина дырчатых и щелевых тарелок 4-6 мм. Удельное орошение для очистки газов от пыли принимают в пределах 0,4-0.6 на 1 л газов. При этом минимальная скорость газов, необходимая для создания устойчивого пенного режима на тарелке, составляет порядка 1 м/с.

Газопромыватели с подвижной насадкой представляют собой емкости, в которых на опорно-распределительной решетке располагается слой насадочных элементов, имеющих возможность перемещаться при работе аппарата. Корпуса таких аппаратов выполняют цилиндрической (рисунок 1.18, а) или цилиндроконической (рисунок 1.18, б) формы. Цилиндрические аппараты рассчитываются на работу в режиме псевдоожижения, а цилиндроконические - в режиме фонтанирования. В отличие от газопромываетелей с неподвижной насадкой, эти аппараты могут использоваться для улавливания всех видов пыли, за исключением схватывающей и длинноволокнистой. Аппараты с фонтанирующей насадкой могут работать в более широком диапазоне скоростей, чем аппараты с псевдоожижением.

Для цилиндрических аппаратов удельное орошение rjr принимается в пределах 0.5-0.7 л/ м3. Опорные тарелки обычно выполняются щелевыми с шириной щелей в пределах 4-6 мм. Относительное свободное сечение тарелки ffr для слабо слипающихся не волокнистых пылей принимают около 0,4 м2/ м2, а для смолистых веществ и пылей, способных образовывать отложения, ffr увеличивают до 0,6 м2/ м2. С целью уменьшения сопротивления слоя используют насадки шаровой или овальной формы. Наилучший материал насадок - полиолефины (полиэтилен, полипропилен), ввиду невысокой насыпной плотности. Кроме того, они достаточно легко очищаются. Рекомендуемая насыпная плотность насадки составляет 200-300 кг/м3. Возможно также использование стеклянных шариков, вспученных материалов без поверхностных пор. Оптимальный диаметр шаров около 20 мм. Диаметр аппарата в десять или более раз должен превышать диаметр элементов насадки.

а - цилиндрический; б - цилиндроконический

Рисунок 1.18 - Корпуса газопромывателей с подвижной насадкой

Минимальная высота слоя насадки в неподвижном состоянии должна быть в пределах 5-8 диаметров шаров, а максимальная - не более диаметра аппарата.

Для цилиндроконических аппаратов рекомендуются полиэтиленовые элементы насадки диаметром до 40 мм с насыпной плотностью до 120 кг/ м3, а высота засыпки в статическом состоянии - 650 мм. Угол раскрытия конической части аппарата должен быть не более 60°. Удельное орошение для цилиндроконических аппаратов принимают достаточно высоким - около 4-6 л/ м3; при этом унос жидкости меньше, чем в аппаратах с псевдоожиженном слое. Цилиндроконические скрубберы могут применяться для очистки газов при их расходе до 40000 м3/ч.

В скрубберах ударно-инерционного действия (называемых в литературе также газопромывателями ударного действия, импакторными и брызгальными скрубберами, скрубберами с самораспылением или с самогенерацией капель, ротоклонами типа N) смесь обрабатываемых выбросов с промывочной жидкостью создается в результате удара газового потока о поверхность жидкости. Образующиеся при ударе капли имеют размеры до 400 мкм. Вся энергия, необходимая для создания смеси, подводится газовым потоком. Наиболее простая конструкция импакторного скруббера представлена на рисунке 1.19, а.

Широко известный скруббер Дойла (рисунок 1.19, б) отличается от него наличием направляющих лопаток и сепаратора уноса. В аналогичном по конструкции промывателе типа ПВМ (пылеуловители вентиляторные мокрые), разработанном ЦНИИПромзданий, загрязненные газы подаются непосредственно в корпус аппарата, а приобретают необходимую скорость для образования смеси уже в щелевом канале. Схема движения газового потока в камере этого аппарата приведена на рисунке 1.19, в. Достаточно распространены и так называемые ротоклоны типа N отечественных и зарубежных конструкций, отличающиеся от промывателей ПВМ более сложной формой импеллеров (щелей) или схемой перемещения потоков. Осаждение пыли в ударно-инерционных скрубберах происходит в две стадии. Крупные фракции пыли из-за инерции не могут повернуть после удара вместе с потоком газа. Мелкие фракции, увлекаемые газом, улавливаются каплями жидкости и, вследствие образования газожидкостной смеси, отделяются от потока после прохождения импеллерной щели или на сепараторе уноса.



а - конструкция импактного скруббера; б - скруббер Дойла; в - схема движения газового потока

Рисунок 1.19 - Скрубберы

Степень очистки в импакторных скрубберах сопоставима с распылительными скрубберами при одинаковом перепаде давлений. Такие аппараты ударного действия, как высокоскоростные скрубберы Дойла, способны улавливать частицы пыли субмикронных размеров, но требуют значительной энергии для создания достаточного перепада давлений в потоке очищаемых газов.

Аппараты с самораспылением выгодно отличаются от других типов мокрых скрубберов низким потреблением воды. Для поддержания ее постоянного уровня в ванне необходимо лишь компенсировать потери со шламами, унос капель через сепаратор - каплеуловитель, испарение с поверхности и испарение диспергированной жидкости. Во избежание возрастания потерь от испарения жидкости нежелательна обработка в аппаратах с самогенерацией капель высокотемпературных газовых выбросов. Технические характеристики ударных промывателей ПВМ приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Технические характеристики газопромывателей ПВМ

Показатели	Типоразмер промывателя
	3	5	10	20	40
1	2	3	4	5	6
Номинальная производительность по обрабатываемому газу, м3/с	0,83	1,39	2,78	5,56	11,11
Марка вентилятора	ЦП 13-50 N 3,2	ЦП 7-40 N 5	ЦП 7-40 N 6	ЦП 7-40 N 8	ЦП 4-76 N 10
Объем воды в промывателе, м3	0,45	0,65	1,45	2,2	5,5
Масса пылеуловителя (без воды и электродвигателя), кг	754	1208	1998	3050	4737
Габариты, мм: длина ширина высота	1250 1300 2848	1650 1359 3080	2500 1514 3412	2510 2314 3680	4750 2416 4110
Длина одной перегородки, м	0,8	1,21	2,0	2,0	4,0
Число перегородок, шт	1	1	1	2	2

Центробежные скрубберы отечественных конструкций в основном имеют тангенциальный подвод очищаемого газа и пленочное орошение по внутренней стенке аппаратов. В циклонах с водяной пленкой (ЦВП), рассчитанных на очистку низкотемпературных газов с любым видом пыли, кроме схватывающейся и реагирующей с водой, пленка образуется за счет тангенциального подвода воды через ряд трубок, расположенных в верхней части промывной емкости.

Основные технические характеристики газопромывателя типа ЦВП приведены в таблице 1.7, а его схема - на рисунке 1.20.

Газопромыватели типа СИОТ работают при повышенных скоростях газового потока (14-20 м/с), имеют неплохую степень очистки и рассчитаны на улавливание смачиваемой не волокнистой не схватывающейся пыли при начальной запыленности до 5 г/м3.

Основные характеристики аппаратов приведены в таблице 1.8.



Рисунок 1.20 - Схема газопромывателя типа ЦВП

Таблица 1.7 - Технические характеристики газопромывателей ЦВП

Марка газопромывателя	Размеры, мм	Расход воды на орошение стенок, л/с	Масса, кг
	диаметр	высота	расстояние от оси до патрубка на	газовых патрубков, на входе и выходе, ахb	циклона	патрубка на входе*
			входе	выходе
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ЦВП-3	315	2434	445	283	110195	0,14	1,1	63,9
ЦВП-4	400	3004	505	360	140250	0,17	1,2	106,7
ЦВП-5	500	3684	640	450	175310	0,21	1,4	161,0
ЦВП-6	530	4554	765	656	220390	0,27	1,6	237,0
ЦВП-8	800	5699	1025	720	280495	0,35	2,0	369,7
ЦВП-10	1000	7044	1335	900	350620	0,43	2,4	569,5

* орошение периодическое

Таблица 1.8 - Технические характеристики газопромывателей СИОТ

Показатели	Номер газопромывателя
	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Производительность, м3/с, при скорости 14м/с 20м/с	3,5 4,9	4,9 6,9	6,9 9,7	9,7 13,9	13,9 20,8	20,8 27,8	27,8 38,9	38,9 55,6	55,6 77,8
Диаметр входа, мм	560	665	790	940	1120	1330	1580	1880	2240
Внутренний диаметр аппарата, мм	1344	1596	1896	2256	2688	3192	3792	4512	5400
Максимальный расход воды, л/с	0,56	0,78	1,1	1,5	2,1	3,1	4,3	6,1	8,6

Центробежные скрубберы ЦС ВТИ (рисунок 1.20, б) были разработаны для улавливания золы из дымовых газов. Аппарат состоит из стального вертикального цилиндра, конического днища, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора. Внутренняя поверхность аппарата футерована керамической кислотоупорной плиткой. В середине века аппараты ЦС ВТИ были широко распространены в энергетике, но имели невысокий коэффициент очистки и сейчас не изготавливаются. Однако сохранившиеся на предприятиях аппараты могут быть полезны для предварительной обработки выбросов с высоким содержанием кислых газов и туманов кислот. Основные технические характеристики аппаратов ЦС ВТИ приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9 - Технические характеристики газопромывателей ЦС ВТИ

Наружный диаметр, м	Высота, м	Максимальная производительность, м3/с	Расход воды на орошение, л/с	Коэффициент гидравлического сопротивления, z
0,6	3,83	1,1	0,20	46,5
0,7	4,31	1,6	0,25	42,8
0,8	4,79	2,15	0,30	40,3
0,9	5,27	2,85	0,36	38,6
1,0	5,75	3,55	0,42	37,3
1,1	6,23	4,4	0,47	36,6
1,2	6,71	5,3	0,53	35,8
1,3	7,16	6,3	0,58	35,2
1,4	7,67	7,4	0,65	34,7
1,5	8,15	8,6	0,74	34,1
1,6	8,63	9,85	0,82	33,8
1,7	9,11	11,2	0,90	33,5

Скрубберы Вентури имеют распыливающие элементы в виде орошаемых труб Вентури или аналогичных устройств для ускорения газового потока, соединенные с каплеуловителями. Скорость потока начинает расти в конфузоре и достигает в горловине трубы 40-150 м/с, куда поступает также промывочная жидкость. Диспергируясь, жидкость вместе с запыленным потоком поступает в диффузор. Однако приобретенная каплями скорость жидкости оказывается существенно меньшей скорости потока и частиц пыли. Поэтому процесс осаждения частиц пыли на каплях при прохождении потока через горловину и диффузор трубы становится сходным с процессом осаждения в зернистом фильтре с подвижной насадкой.

Более высокая эффективность пылеулавливания по сравнению с полыми газопромывателями достигается в скрубберах Вентури созданием развитой поверхности контакта фаз, что требует и значительно более высоких энергозатрат. Образование тонкодисперсного аэрозоля происходит при этом как за счет механической диспергации промывочной жидкости, так и вследствие интенсивного испарения капель при резком падении давления в горловине. Очевидно, это приводит также к повышению влажности газа и интенсификации капиллярной конденсации влаги на поверхности частиц пыли. Последняя причина может служить объяснением того, что степень очистки пыли в скрубберах Вентури слабо зависит от ее смачиваемости.

В диффузоре трубы происходит рост давления и снижение скорости потока, что способствует коагуляции мелких частиц. Из диффузора газовый поток выносит капли жидкости с осевшими на них частицами пыли в каплеуловитель, где происходит сепарация взвешенных частиц.По величине гидродинамического сопротивления труб Вентури различают низконапорные и высоконапорные скрубберы. Низконапорные скрубберы с сопротивлением распылителя до 5 кПа применяются для улавливания пыли с размерами частиц более 20 мкм.

Эффективное улавливание мелких частиц требует более высоких энергозатрат. Скрубберы с высоконапорными трубами Вентури могут осаждать частицы размером 0,5 мкм и выше. Скорость потока в высоконапорных трубах приближается к скорости звука, а их сопротивление достигает нескольких десятков кПа.

Следует отметить, что в распылительных трубах с оптимальным соотношением размеров подведенная энергия преимущественно расходуется на обеспечение контакта между газовой и жидкой фазами, и, в конечном итоге, - на очистку выбросов. Для труб Вентури оптимальными считаются следующие геометрические характеристики (рисунок 1.21): угол сужения конфузора 1=15-28, длина горловины l=15 D, угол раскрытия диффузора, аг = 6-8°. На практике указанные соотношения не всегда выдерживаются, что приводит к увеличению и без того высоких затрат.

Скрубберы Вентури могут различаться устройством каплеуловителей, конструкциями и способами установки труб, способами подвода жидкости. Каплеуловители могут быть выносными (рисунок 1.21, б) или размешаться в одном корпусе с трубой (рисунок 1.21, в). Трубы могут иметь круглое, кольцевое или прямоугольное (щелевое) сечение горловины. Трубы с круглым сечением применяют для небольших расходов, а трубы со щелевым или регулируемым кольцевым сечением (рисунок 1.21, в) -- для больших. При необходимости трубы компонуются в группы и батареи.

Вода в горловину трубы может подаваться через форсунки различных конструкций, установленные центрально или периферийно, или стекать в виде пленки по стенкам конфузора (рисунок 1.21, г, д, е). Худшие показатели по дроблению капель и. следовательно, по степени очистки имеют бесфорсуночные трубы Вентури (рисунок 1.21, ж). В то же время они допускают использование оборотной неочищенной жидкости, что может быть важным при совместном улавливании газообразных и дисперсных примесей (например, при нейтрализации кислых газов известковым молоком).



а - геометрические характеристики; б - выносные каплеуловители; в - в одном корпусе; г, д, е - форсунки различных конструкций; ж - бесфорсуночные трубы

Рисунок 1.21 - Трубы Вентури

Для использования в промышленности на базе оптимальной конфигурации трубы Вентури (рисунок 1.21, а) разработан типоразмерный ряд высоконапорных скрубберов Вентури ГВПВ. Основные характеристики аппаратов этого ряда приведены в таблице 1.10. В качестве каплеуловителей для них используются малогабаритные прямоточные циклоны. Орошение производится через цельнофакельные форсунки, устанавливаемые над конфузором под углом к оси трубы 60°. Аппараты предназначены для очистки газов с температурой до 400°С и начальной запыленностью до 30 г/м3. Содержание взвеси в жидкости, подаваемой на орошение, не должно превышать 500 мг/л.

Разработан также унифицированный ряд скрубберов Вентури с кольцевой горловиной. Технические характеристики их приведены в таблице 1.11. Скрубберы предназначены для работы в таких же условиях, как правило, и аппараты предыдущей серии.

Коагуляционный мокрый пылеуловитель КМП (рисунок 1.21, б) разработанный Ленинградским институтом Промстройпроект, представляет собой низко направленную трубу Вентури, оснащенную циклоном ЦВП с периодическим орошением в качестве каплеуловителя. Подача воды в трубу. Вентури производится центрально в зоне конфузора в распылительной форсунке, на выходе из сопла установлен отбойник (тело-препятствие конической формы), дробящий поток жидкости. Диаметр сопла D, м, определяется из формулы

Таблица 1.10 - Основные характеристики аппаратов

Типоразмер аппарата ГВПВ	Площадь сечения горловины трубы Вентури, м2	Диаметр горловины, мм	Производительность, м3/с	Расход жидкости на орошение, л/с	Давление жидкости перед форсункой, кПа	Габариты, мм	Масса, кг
1	2	3	4	5	6	7	8
0,006	0,006	85	0,47..0,97	0,33..1,89 0,6..1,39	180..370 80..410	4451850	64/70
0,010	0,010	115	0,86..1,81	0,6..1,39 1,33..3,5	80..410 63..400	5402500	117/20
0,014	0,014	135	1,15..2,33	0,8..1,33 1,33..1,94	80..410 60..700	5752940	148/150
0,019	0,019	155	1,55..3,15	1,08..3,55 3,61..6,31	80..980 420..710	6453140	174/175
0,025	0,025	180	2,08..4,20	1,44..3,61 3,61..8,33	150..980 80..450	7753790	244/257
0,030	0,031	200	2,59..5,25	1,81..3,61 3,61..10,50	60..250 100..910	79040250	305/310
0,045	0,045	240	3,83..7,78	2,71..8,33 8,33..15,56	60..570 110..390	88014204620	400/420
0,060	0,062	280	5,18..10,50	3,61..8,33 8,33..21,0	100..570 110..710	107516305425	535/560
0,080	0,080	320	6,52..13,22	4,21..12,5 12,5..26,44	75..570 110..500	154514805940	645/675
0,100	0,107	370	9,01..18,28	6,28..12,5 12,5..36,56	80..320 63..540	7240	935/975
0,140	0,138	420	11,50..23,33	8,0..12,5 12,5..46,67	130..320 63..880	8140	1160/1200

Таблица 1.11 - Технические характеристики скрубберов с кольцевой горловиной

Типоразмеры	Производительность, м3/с	Скорость газов в свободном сечении пылеуловителя, м/с	Число каплеуловителей, шт.	Диаметр, мм	Ход обтекателя, мм	Высота скруббера, мм	Масса, кг
				каплеуловителя	горловины трубы Вентури	обтекателя в горловине
СВ 150/90-800	0,56-1,94	1,4-5,0	1	800	150	90	250	4095	1140
СВ 210/120-1200	1,94-4,17	2,3-5,0	1	1200	210	120	250	4980	1900
СВ 300/180-1600	4,17-8,33	2,5-5,0	1	1600	300	180	350	6205	3700
СВ 400/250-2200	8,33-13,89	3,0-5,0	1	2200	400	250	350	7400	6630
СВ 900/820-1600	13,89-22,22	6,9-11,0	1	1600	900	820	150	9160	8060
СВ 1020/920-2000	22,22-33,33	7,1-10,6	1	2000	1020	920	185	11060	10730
СВ 1620/1420-2400	33,33-50,00	7,4-11,0	1	2400	1150	1020	212	13165	14170
СВ 1380/1220-2000	50,00-66,67	7,1-10,6	2	2000	1380	1220	245	11060	19960
СВ 1620/1420-2400	66,67-94,44	7,4-10,4	2	2400	1620	1420	350	13165	27000
СВ 1820/1620-2800	94,44-138,89	7,7-11,3	2	2800	1860	1620	400	14880	34470

,(1.167)

где WL - расход орошающей жидкости, м3/с;

РL - давление жидкости перед соплом, Па.

Характеристики промывателей КМП приведены в таблице 1.12.

Таблица 1.12 - Характеристики промывателей КМП

Показатели	Типоразмеры
	КМП-2,5	КМП-3,2	КМП-4	КМП-5	КМП-6,3	КМП-7,1	КМП-8
Производительность, м3/с	1,94- 3,89	3,3- 5,56	5,0- 9,72	7,78- 15,28	12,5- 23,89	16,1- 30,56	19,44- 38,89
Диаметр горловины, мм	250	320	400	500	630	710	800
Длина, мм	2300	2800	3540	3980	4480	5240	5720
Ширина, мм	1415	1845	2240	2705	3190	3695	4105
Высота, мм	3350	4990	5630	7645	8360	9290	10060
Масса, кг	1060	1260	1848	4010	5310	7308	10477

Потери давления в скруббере Вентури складываются из сопротивлений каплеуловителя и распылительной трубы. Сопротивление трубы является основным параметром, характеризующим эффективность очистки. Точный теоретический расчет потерь давления в трубе Вентури невозможен. Расчеты выполняют по эмпирическим данным, считая сопротивление орошаемой трубы р как бы составленным из сопротивления сухой трубы pd и добавки pw, отражающей влияние орошения. В соответствии с этим условно вводится коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы d и добавочный коэффициент w, учитывающий способ орошения, скорость движения газов и отношение длины горловины трубы к диаметру l/D.

Величину w для аппаратов с центральным или пленочным орошением (рисунок 1.21, г, е) при соотношении l/D в пределах 0,15-12 и скорости газового потока в горловине более 80 м/с определяют по формуле

(1.168)

а при скорости менее 80 м/с - по формуле

(1.169)

где WL, WG - расходы орошающей жидкости и обрабатываемого газа (по параметрам входа в трубу), м3/с;

Р =1-1,27(l/D)-0,045 и q=1-0,98 (l/D) -0,026 - показатели степени.

Для аппаратов с периферийным подводом орошающей жидкости в конфузор перед горловиной (рисунок 1.21, д) величину W при соотношении l/D = 0,15 и скорости газов более 80 м/с определяют по формуле

,(1.170)

а при скорости менее 80 м/с - по формуле

(1.171)

Для одиночных труб Вентури с центральными форсунками, установленными перед конфузором, или батареей труб, орошаемых с предварительным дроблением потока жидкости, при соотношении l/D = 0,15 и скорости газов в пределах 40-150 м/с величину W определяют по формуле

.(1.172)

Для аппаратов с центральным подводом орошающей жидкости, оптимальным соотношением конструктивных параметров труб и скоростью газов в пределах 40-150 м/с величину W определяют по формуле

.(1.173)

Коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы Вентури d с соотношением l/D = 0,15 принимается в пределах 0,12-0,15, а при большем соотношении (до 10) - может быть рассчитан по формуле

(1.174)

где D - диаметр круглой или эквивалентный диаметр прямоугольной горловины трубы Вентури, м;

М - число Маха, которое подсчитывают как отношение скорости газа в горловине к скорости звука, принимаемые по температуре и давлению на выходе из трубы.

Сопротивление сухой трубы Вентури pd, Па, рассчитывают по формуле

pd=dWG2G/2,(1.175)

где WG - скорость газов в горловине трубы, м/с,

G - плотность газов, кг/м3.

Скорость газов в горловине трубы и плотность газов принимают по температуре и давлению на выходе из трубы, а для подсчета сопротивления скрубберов Вентури - приближенно по параметрам газов на выходе из скруббера.

Добавочное сопротивление Рw определяют по формуле

,(1.176)

где L- плотность орошающей жидкости, кг/м3.

Все величины в формуле (1.176) принимаются по температуре и давлению на выходе из аппарата. Сопротивление орошаемой трубы Р подсчитывают как сумму сопротивлений Р d и Р w.

Степень очистки газовых выбросов в мокрых скрубберах может быть найдена только на основе эмпирических сведений по конкретным конструкциям аппаратов. Методы расчетов, нашедшие применение в практике проектирования, основаны на допущении о возможности линейной аппроксимации зависимости степени очистки от диаметра частиц в вероятностно-логарифмической системе координат. Расчеты по вероятностному методу выполняются по той же схеме, что и для аппаратов сухой очистки газов, но имеют еще меньшую сходимость. Иногда расчеты выполняют по так называемому «энергетическому» методу, исходящему из предположения, что количество энергии, необходимое для улавливания частиц загрязнителя, пропорционально степени очистки выбросов независимо от типа очистного устройства. Оба метода расчета будут рассмотрены применительно к конкретным типам аппаратов.

1.7.1 Расчеты параметров полых газопромывателей с определением степени очистки по вероятностному методу

1. Принимают скорость газов w в скруббере около 1 м/с, перепад давления порядка 200-250 Па и выбирают величину удельного орошения rir в пределах (0,5-8) 10-3 м3 на 1 м3 газа.

2. Определяют среднюю площадь скруббера f, м2,в сечении, перпендикулярном направлению потока газов

,(1.177)

где: W - расход очищаемых газов, м3/с, подсчитанный по температуре и давлению на выходе из аппарата.

Температуру газов на выходе из скруббера, имевших начальную температуру 150-200 °С и выше, при отсутствии специальных требований, можно принимать на 100 °С ниже начальной, а температуру не нагретых газов - равной начальной.

Находят диаметр аппарата с противоточным орошением или эквивалентный диаметр для аппарата с поперечным орошением. Высоту аппарата h , м,с круглым поперечным сечением принимают порядка 2,5 диаметра, а с прямоугольным сечением - из конструктивных соображений.

3. Определяют расход жидкости WL, м3/с, на орошение

.(1.178)

4. Определяют инерционные параметры 1 для фракций частиц заданного состава

(1.179)

где Dpi - диаметр частицы i-той фракции, м;

рр - истинная плотность частиц, кг/м3;

С - поправка Каннингхема;

l - определяющий размер, м;

- динамический коэффициент вязкости газа, Па с.

Значение поправки Каннингхема зависит от диаметра частицы:

Dp106, м	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10
С1	90	24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03	1

За определяющий размер при расчете полых скрубберов принимают диаметр капли орошающей жидкости в пределах (0,6-1) 10-3 м.

5.Определяют коэффициент захвата частиц определенных фракций dri

.(1.180)

При =150 величина dri превышает 0,995; при значениях более 170 величину dri можно принимать равной 1.

6. Определяют значения парциальных коэффициентов очистки для скрубберов с противоточным орошением по формуле

(1.181)

а для скрубберов с поперечным орошением по формуле

,(1.182)

где Wdr - скорость осаждения капли, м/с;

Ddr - диаметр капли, м.

В полых газопромывателях устанавливаются форсунки грубого распыла, создающие капли диаметром (0,6-1,0)10-3 м. Скорость осаждения таких капель можно найти по диаграмме (рисунок 1.22).

7. По найденным парциальным (фракционным) коэффициентам очистки и заданному фракционному составу дисперсных загрязнителей определяют полный коэффициент очистки tot и обосновывают возможность применения полого скруббера или отказ от него.

Рисунок 1.22 - Диаграмма скорости осаждения капель

1.7.2 Расчеты характеристик пенных пылеуловителей с провальными, дырчатыми и щелевыми тарелками с определением степени очистки по вероятностному методу

1.Принимают предварительно линейную скорость газового потока w в пределах 2-2,3 м/с и вычисляют диаметр аппарата по заданному расходу. Задаются в пределах рекомендуемых значений диаметра отверстий или шириной щелей тарелки. По формуле (1.163) и таблице (1.4) для дырчатых или по формулам (1.164) и таблице (1.5) для щелевых тарелок находят их геометрические характеристики.

2. Принимают величину удельного орошения rir при очистке не нагретых газов в пределах (0,4-0,6) 10-3 м3/м3. Если необходимо охлаждение газов, величину rir определяют по тепловому балансу. Находят плотность орошения ir, кг/м3, по формуле

.(1.183)

3. Методом последовательных приближений определяют максимальную газовую wmax скорость, м/с, при которой еще сохраняется пенный режим

,(1.184)

,(1.185)

где рst = 1 кг/(м2с) - стандартная плотность орошения.

Эквивалентный диаметр отверстий Deq, м, для дырчатых тарелок принимается равным диаметру отверстий, для щелевых - двойной ширине щели.

Если не выдерживается условие

,(1.186)

то расчеты по формулам (1.183 - 1.185) повторяют, задавшись новым значением w.

4. После увязки скоростей определяют диаметр аппарата D,м, из формулы

,(1.187)

где W - расход очищаемых газов, м3/с.

Аппараты с диаметрами более 2 м проектировать нежелательно из-за невозможности обеспечить равномерное распределение газового потока по отверстиям тарелки. При необходимости обработки большого количества газовых выбросов лучше принять к установке несколько аппаратов.

5. Определяют гидравлическое сопротивление аппарата Р, Па, по формуле

,(1.188)

где Р1, Р2 - потери давления на входе и выходе, Па;

Р3 - гидравлическое сопротивление тарелки со слоем пены, Па;

Р4 - гидравлическое сопротивление встроенного каплеуловителя, Па.

Входные и выходные сопротивления рассчитывают как местные потери в соответствии с конструкцией аппарата (например, внезапное расширение или сужение на входе, плавный переход и отвод на выходе и т.д.).

Гидравлическое сопротивление тарелки Р2, Па, определяют по формуле

,(1.189)

где Р - сопротивление, возникающее из-за действия сил поверхностного натяжения, Па.

Для щелевых тарелок

,(1.190)

а для дырчатых

.(1.191)

Значения коэффициентов поверхностного натяжения для различных жидкостей L приведены в приложениях.

6.Величину брызгоуноса Lfl при установке тарелок не ближе, чем 0,9 м до верха аппарата, определяют по формуле

(1.192)

где hb - исходная высота слоя жидкости на тарелке, м. Для пенного режима eе можно найти из выражения

.(1.193)

Коэффициент гидравлического сопротивления d сухой дырчатой или щелевой тарелки толщиной 4-6 мм можно принимать в пределах 1,6-1,7.

7. Полный коэффициент очистки газовых выбросов от дисперсных загрязнителей tot подсчитывают по формуле (1.194), принимая значение D50= 0,85 мкм и lg = 0,769. Приведенные эмпирические данные получены при скорости газов в аппарате wo= 2 м/с и высоте слоя пены на тарелке hofrt= 0,09 м. При других параметрах w1 и h1 степень очистки пересчитывают по формуле

.(1.194)

Ориентировочную высоту слоя пены frt, м, можно определить по формуле

,(1.195)

или более точно (при известной начальной высоте слоя жидкости hb )

.(1.196)

1.7.3 Расчеты аппаратов

Расчеты выполняют в следующем порядке.

По заданному расходу газа W=6,9 м3/с и рекомендуемой скорости 5 м/с определяют диаметр аппарата

По таблице 1.9 принимают аппарат с наружным диаметром Dl=1,4 м и максимальной производительностью 7,4 м3/с; высота выбранного типоразмера скруббера 7,67 м, расход воды на орошение 0,6510-3 м3/с. Коэффициент гидравлического сопротивления , отнесенный к динамическому давлению газового потока в сечении аппарата, составляет 34,7. Приняв внутренний диаметр D=1340 мм, уточняем величину скорости обрабатываемых газов в свободном сечении аппарата

2. Скорости витания частиц с размерами до 100 мкм включительно определяют по графику, частиц большего размера - по формуле (1.170), учитывающей температуру газовых выбросов. Затем представляют в табличной форме заданный фракционный состав дисперсного загрязнителя, записывают туда же соответствующие фракциям скорости витания и находят для них по таблице 1.12 фракционные коэффициенты очистки F, % для аппарата диаметром 1м. Значения F интерполируют по уточненной скорости газового потока в сечении аппарата w=4,9 м/с.

Таблица 1.13 - Фракционные коэффициенты очистки, F,%

Размеры фракции, D, мкм	16	16	25	40	63	100	160	250
Доля частиц g,% (масс.)	3	2	3	11	27	36	10	8
Скорость витания, м/с	0,005	0,012	0,03	0,08	0,2	0,5	1,2	3
Коэффициент очистки, %	81,8	88,2	91,6	93,0	96,0	99,0	99,0	99,0

Скорости витания для фракций частиц с размерами до 160 мкм (0,1610-3) и до 250 мкм (0,2510-3) равны

Подсчитывают полный коэффициент очистки для аппарата диаметром 1 м.

Уточняют полный коэффициент очистки по диаметру скруббера

Ввиду невысокого коэффициента очистки скруббер ЦС ВТИ не имеет смысла использовать для очистки даже от таких крупнодисперсных пылей. Специально проектировать скрубберы данного типа для предварительной очистки газов также нецелесообразно, так как имеется достаточный выбор более дешевых и менее громоздких средств сухой очистки газов. В то же время имеющиеся на производстве бездействующие или используемые не по назначению скрубберы такого типа ввиду наличия керамической футеровки могут быть использованы, как было отмечено ранее, для предварительной промывки запыленных газов, содержащих коррозионно-агрессивные газы.

1.7.4 Расчеты параметров скрубберов Вентури с определением степени очистки по вероятностному методу

1. Выбирают тип скруббера. По заданному расходу газовых выбросов подбирают по таблицам 1.10 - 1.12 типоразмер аппарата и выписывают его технические характеристики. Затем по расходу и диаметру горловины трубы вычисляют скорость газового потока в горловине.

2. Принимают коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы Вентури d в пределах 0,12-0,15, а при необходимости (при l/D0,15) рассчитывают его по формуле (1.174).

3. Учитывая конструкцию скруббера, способ подвода орошающей жидкости в трубу, скорость газового потока и соотношение длины горловины к диаметру, подбирают необходимое уравнение (по формулам
1.168 - 1.173) и определяют величину w.

4. По величине d вычисляют гидравлическое сопротивление сухой трубы Вентури Рd, по выражению (1.176) - добавочное сопротивление Рw, и затем - полное сопротивление орошаемой трубы Вентури.

5. Задаются величиной удельного орошения по опытным данным для аналогичного состава дисперсных выбросов, а при их отсутствии принимают ее в пределах 0,5-1,5 л/м3.

6. Определяют ориентировочный размер капель Dвк, м, орошающей жидкости по эмпирическому соотношению Нукиямы и Танасавы

, (1.197)

где WrG - скорость газов относительно капли, м/с, которую принимают равной скорости газового потока в горловине трубы;

L - коэффициент динамической вязкости жидкости, Па с;

- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м (для воды при 20 °С);

L = 10-3 Па с, =72,8 10-3 Н/м).

Результаты определения размера капель по уравнению (1.197) следует рассматривать как оценочные, однако более точных уравнений на настоящее время нет.

7. По формуле (1.179) определяют инерционный параметр для каждой фракции заданного состава дисперсных загрязнителей.

8. По формуле (1.180) находят коэффициенты захвата частиц определенных фракций каплями орошающей жидкости dr.

9. Приняв найденные значения коэффициентов захвата за парциальные коэффициенты очистки р, подсчитывают по формуле полный коэффициент очистки tot.

Точность полученного таким образом значения степени очистки газов невысока. Другие способы расчетов коэффициентов очистки в скрубберах Вентури по вероятностному методу также недостаточно точны.

В энергетических методах расчета предполагается, что зависимость фракционных коэффициентов захвата от энергозатрат можно выразить логарифмически нормальным законом и аппроксимировать график зависимости dr = f(A) в вероятностно- логарифмической системе координат прямой (или близкой к прямой) линией.

Полному коэффициенту осаждения частиц tot в аппаратах придается вид экспоненциальной функции энергозатрат

(1.198)

где А - удельные энергозатраты, Дж/м3, на осаждение частиц загрязнителя;

В и к - эмпирические величины.

Степень очистки связывают с числом единиц переноса (параметром, характеризующим процессы в массообменных аппаратах) следующим соотношением

(1.199)

Из соотношения (1.199) следует легко запоминающееся правило, полезное при оценке затрат энергии на очистку: N=2,3N9, где N - количество цифр 9, идущих подряд слева направо в числе, выражающем требуемую степень очистки, %. Так, для достижения 90% очистки необходимо обеспечить 2,3 единицы переноса; 99 % - 2,3 2=4,6 единиц; 99,99 % - 2,3 4=9,2 единиц и т.д.

В таблице 1.14 приведены числа единиц переноса для некоторых значений коэффициентов очистки, вычисленные по соотношению (1.199).