Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Inżynieria Środowiska

Rok I, semestr I, gr. II

Sylwia Filas, Renata Frąckiewicz, Edyta Latosińska,

Thao Nguyen

Zanieczyszczenia i metody ochrony powietrza

Temat:

„Odpylacze mokre (natryskowe, ze złożem fluidalnym, barbotażowe, Venturiego)”.

1. Wstęp

Odpylanie mokre polega na mechanicznym wydzielaniu cząstek aerozolowych z zapylonego gazu podczas kontaktu z cieczą. Urządzenia służące temu procesowi nazywamy odpylaczami mokrymi lub skruberami, czy też płuczkami. Obok samego odpylania, w odpylaczach mogą być prowadzone jednocześnie procesy oczyszczania gazów ( z zanieczyszczeń gazowych), chłodzenie i nawilżanie gazu. W procesie odpylania mokrego najczęściej stosowaną cieczą jest woda. Poza funkcją bezpośredniego kolektora cząstek aerozolowych pełni ona w wielu przypadkach rolę czynnika polepszającego zdolność zatrzymywania wydzielonych cząstek oraz substancji absorbującej zanieczyszczenia gazowe.

Większość instalacji mokrego odpylania gazów jest do siebie bardzo podobnych, a wręcz identycznych. Ich schemat został przedstawiony na rys 1.

Rys. 1 Blokowy schemat instalacji mokrego odpylania gazów

1 - wlot gazów zapylonych, 2 - doprowadzanie wody, 3 - odpylacz mokry, 4 - odkraplacz, 5 - separator, 6 - wylot gazów oczyszczonych, 7 - odprowadzanie szlamu

2. Rodzaje odpylaczy mokrych

2.1 Odpylacze natryskowe (płuczki wieżowe)

2.1.1 Budowa i działanie

Płuczki wieżowe są urządzeniami odpylającymi o nieskomplikowanej budowie. W procesie odpylania wykorzystywany jest w nich fakt długiego czasu wspólnego przebywania cieczy i odpylanego gazu. Odpylacz natryskowe mogą być budowane bez wypełnienia lub z wypełnieniem stanowiącym złoże fluidalne. Płuczki bez wypełnienia są najprostszymi odpylaczami mokrymi. Są to wieże chłodnicze z bezpośrednim wtryskiem wody chłodzącej. Surowy gaz zostaje doprowadzony od dołu, natomiast natrysk wody następuje od góry. Zazwyczaj płuczki te posiadają od kilku do kilkunastu stopni rozpylania wody, przy czym stosuje się najczęściej rozpylanie przez jedną, centralnie ustawioną dyszę rozpylającą, zamiast wielu małych dysz, stanowiących rodzaj rusztu nawilżającego.

Płuczki z wypełnieniem stanowią grupę bardzo zbliżoną konstrukcyjnie do płuczek bez wypełnienia, posiadają jednak dodatkowe złoże filtracyjne (2). Na ruszcie z siatki lub blachy perforowanej (1) znajduje się warstwa złoża filtracyjnego, która może być złożona z pierścieni Raschiga, wiór metalowych, koksu, żwiru lub też specjalnie ukształtowanych wkładach plastikowych o mocno rozwiniętej powierzchni. Gaz doprowadzony jest od dołu, często stycznie, z zawirowaniem cyklonowym, natomiast natrysk wody następuje od góry (3), na warstwę filtracyjną. Złoże stanowi obszar kontaktu pyłu z wodą. W górnej części odpylacza znajduje się dodatkowa warstwa filtracyjna stanowiąca odkraplacz (4) . Opory przepływu są niewielkie i wynoszą ok. 100- 500 Pa, prędkość przepływu gazu przez płuczkę wynosi od 1 do 1,5 m/s.

Rys.2 Płuczka bez wypełnienia Rys.3 Kolumna z wypełnieniem nieruchomym

1- półka oporowa, 2- wypełnienie, 3- doprowadzanie cieczy, 4 - odkraplacz

2.1.2 Wady i zalety

Niewątpliwą zaletą płuczek wieżowych jest ich nieskomplikowana budowa oraz prostota działania, a także małe opory przepływu gazu. Mimo tego, często odrzuca się tą formę odpylaczy, ze względu na duże zużycie wody, wynoszące, w zależności od konstrukcji 1-12 dm³/m^3. Kolejną wadą jest rozmiar płuczek wieżowych, ich wysokość sięga 30, a nawet 40 m. . Innym minusem urządzeń tego typu jest wzmożona erozja dysz, oraz ich zarastanie, wynikające z zanieczyszczeń, tj. cząstek filtrowanego pyłu znajdującego się w cieczy (mimo jej odszlamiania).

2.1.3 Zakres stosowania

Płuczki z wypełnieniem pracują skutecznie jedynie dla pyłów o rozdrobnieniu mechanicznym (a więc dla pyłów o średnicach ziaren większych od 1 µm) , przy czym osiągają skuteczność w granicach 80-95%.

2.2 Odpylacze ze złożem fluidalnym

Rys.4 Schemat typowego odpylacza z ruchomym wypełnienie

1 - wlot gazów zapylonych, 2 - ruszt dolny, 3 - lekkie wypełnienie ruchome, 4 - ruszt górny, 5 - zraszacz, 6 - odkraplacz, 7 - pompa, 8 - wylot gazów odpylonych

2.2.1 Budowa i działanie

W płuczkach ze złożem fluidalnym został zastosowany specyficzny rodzaj podłoża filtracyjnego. Tu złoże składa się z lekkich kulek o średnicach 30- unoszących przez gaz przepływający od dołu. Kulki wykonują ustawiczne, nieregularne ruchy wewnątrz złoża, poruszając się w różnych kierunkach, zderzając się i ocierając się o siebie oraz wykonując ruchy dookoła swojej osi. Dzięki temu uzyskuje się bardzo intensywne, turbulentne mieszanie cieczy z pyłem, zwiększające znacznie efektywność zderzeń ziaren pyłu z kroplami, a także wnikanie ziaren (nawet trudno zwilżalnych) w głąb kropel.

Płuczka posiada dwie sekcje kulek. W górnej części odpylacza znajduje się wirnikowy odkraplacz, odrzucający krople wody na ścianki. Prędkość przepływu gazu przez złoże wynosi 2,5-5 m/s. Odpylacz ten jest budowany dla natężenia przepływu gazu 5000-25000 m³/h. Płuczki ze złożem fluidalnym mają stratę ciśnienia 70-1000 Pa. i skuteczność działania dla pyłów o rozdrobnieniu mechanicznym od 90 do 99%.

2.2.2 Wady i zalety

Płuczki ze złożem fluidalnym posiadają tę szczególną zaletę, która pojawia się przy odpylaniu gazów, że nie ulegają one zarastaniu osadem. Wskutek ruchu kul dochodzi zawsze do ich samooczyszczania. Także zużycie wody jest znacznie niższe, niż w przypadku płuczek wieżowych i wynosi 0,1-1 dm³/m³. Zaletą odpylaczy ze złożem fluidalnym jest to, że nadają się do usuwania drobnych ziaren pyłu (od 0,1 µm). Wadą tych urządzeń jest dużo zużycie, co przekłada się na wyższy koszt użytkowania takiego odpylacza.

2.2.3 Zakres stosowania

Płuczki ze złożem fluidalnym stosowane są przede wszystkim dla gazów zawierających domieszki substancji oleistych, dla pyłów trudno zwilżalnych oraz pyłów tworzących w połączeniu z wodą lepkie substancje. Znalazły także bardzo duże zastosowanie zarówno w procesach absorpcji z reakcja chemiczną, której produktem jest ciało stałe, jak i w procesach równoczesnego odpylania i absorpcji. Typowym miejscem ich zastosowania jest oczyszczanie gazów z elektrolizerów przy redukcji aluminium.

2.3 Odpylacze barbotażowe

2.3.1 Budowa i działanie

Rys. 5 Schemat odpylania barbotażowego

W odpylaczach barbotażowych, wykorzystywane jest zjawisko przepływu gazu przez ciecz. Zapylony gaz w postaci pęcherzyków dostarczany jest do zbiornika z cieczą. W czasie przepływu następuje wzburzenie cieczy, które powoduje wytrącenie ziaren pyłu ze strumienia gazu. Przy wysokiej prędkości przepływu gazu pęcherzyki tworzą pianę znikającą z chwilą przerwania przepływu gazu. Pęcherzyki gazu w systemie piany ulegają ciągłemu niszczeniu i odnawianiu, przez co bardzo zwiększa się prawdopodobieństwo kontaktu wszystkich ziaren pyłu z cieczą. Zapylony gaz wypływa z dużą prędkością (40 – 100 m/s) z przewodu ukształtowanego w ramię dyszy. Ziarna pyłu są tu wytrącane ze strumienia gazu głównie dzięki sile bezwładności przy gwałtownej zmianie kierunku przepływu gazu po wylocie z dyszy.

2.3.2 Wady i zalety

Urządzenia barbotażowe mają prostą konstrukcję i nie wymagają dużych kosztów inwestycyjnych. Odznaczają się dużą powierzchnią wymiany. Skuteczność odpylania płuczki wynosi dla pyłów o rozdrobnieniu mechanicznym przy zużyciu wody 0,3 – 0,5 dm³/m³.

Wadą tego typu urządzeń są stosunkowo duże opory przepływu gazu, które zależą od ciśnienia wewnątrz kolumny, wysokości słupa cieczy i rodzaju rozdzielacza gazu. Opór przepływu wynosi 1500 – 4250 N/m². Ujemną stroną odpylaczy tych, jest także ich wielkość, która zależy od bodowy urządzenia, parametrów procesu i właściwości fizycznych.

2.3.3 Zakres stosowania

Zjawisko barbotażu wykorzystywane jest do odpylania gazów przemysłowych w płuczkach uderzeniowych, pianowych i płuczkach z labiryntowym zamknięciem wodnym. Kolumny barbotażowe jako samodzielne absorbery są stosowane do małych strumieni gazów. Częściej stosuje się je w procesach pomocniczych związanych z oczyszczaniem gazów odlotowych np. do utleniania roztworów posorpcyjnych.

2.4 Zwężka Venturiego

2.4.1 Budowa i działanie

Rys 6. Schemat skrubera Venturiego

1- rura Venturiego, 2- separator, 3- odkraplacz

Rys. 7 Rura Venturiego

1- konfuzor, 2- gardziel (przewężenie zwężki) , 3-dyfuzor

Zasada działania odpylacza Venturiego opiera się na tym, że zapylony gaz doprowadzany jest do konfuzora (1) - elementu przewodu o malejącej średnicy w kierunku przepływu gazu. Tam następuje gwałtowne przyspieszenie jego przepływu, przy równoczesnym spadku temperatury gazu i ciśnienia statycznego, które wynosi ok 0,6 - 1,2 MPa . W gardzieli (2) do gazu podawana jest ciecz, której ilość wynosi ok. 1,5 dm³ na m³ gazu. Zjawiska te powodują kondensację pary wodnej zawartej w gazie na ziarnach pyłu. W gardzieli następuje wytrysk wody, która zostaje porwana przez strumień gazu i ulega rozbiciu na drobne krople. Mogą one osiągać średnice mniejsze od 25 µm, tworząc mgłę wodną. W przewężeniu zwężki gaz osiąga prędkość 60- 120 $\frac{m}{s}$. W obszarze dyfuzora (3) następuje zwiększenie temperatury oraz ciśnienia gazów. Krople cieczy z pochłoniętym pyłem ulegają koagulacji, mogą zostać łatwo odseparowane w układzie odkraplającym, które jest umieszony za zwężką.

2.4.2 Wady i zalety

Zwężki Venturiego odznaczają się prostą i zwartą budową oraz tym, że można w nich usuwać z gazów ziarna pyłów od 0,01 µm. Podstawową zaletą odpylacza Venturiego jest duża sprawność, która przekracza 99%. Doskonałe wyniki odpylania są jednak związane ze znacznymi kosztami ruchowymi. Do wad należą także: trudności związane z gospodarką wodną i ściekową oraz korozyjne działanie wody.

2.4.3 Zakres stosowania

Odpylacze Venturiego z powodu swych możliwości separacyjnych używane są do pyłów o rozdrobnieniu mechanicznym większym od 0,01 µm.

3. Krótka charakterystyka podstawowych typów odpylaczy mokrych

Odpylacze Parametry	Natryskowe	Ze złożem fluidalnym	Barbotażowe	Odpylacz Venturiego
Sprawność odpylacza	80-95 %	90-99%	98-99%	99,9%
Stosunek strumienia cieczy do strumienia gazu	1-12 $\frac{\text{dm}^{3}}{m^{3}}$	0,1-1 $\frac{\text{dm}^{3}}{m^{3}}$	0,3-,05 $\frac{\text{dm}^{3}}{m^{3}}$	1,5 $\frac{\text{dm}^{3}}{m^{3}}$
Wielkość ziaren pyłów	>0,1 µm	>0,1 µm	>0,1µm	>0,01 µm
Strata ciśnienia	100-500 Pa	70-1000 Pa	1500-4250 Pa	600-1200 Pa
Prędkość przepływu gazu	1-1,5 $\frac{m}{s}$	2,5-5 $\frac{m}{s}$	40-100 $\frac{m}{s}$	60-120 $\frac{m}{s}$
Zużycie mocy	małe	Duże	duże	umiarkowane
Powierzchnia wymiany masy w jednostce objętości	10- 100	500-600	90-150	-

4. Bibliografia

1. Kuropka J., 1991. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń gazowych. Urządzenia i technologie. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.

2. Mazur M., 2004. Systemy ochrony powietrza. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków

3. Szklarczyk M., 2001. Ochrona atmosfery. Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko- Mazurskiego, Olsztyn.

4. Warych J., 2009. Oczyszczanie gazów. Procesy i aparatura. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne., Warszawa.

5. Warych J., 1999. Procesy oczyszczania gazów. Problemy projektowo- obliczeniowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.