Odpylacze mokre

Odpylacze wieżowe. Odpylacze ze złożem fluidalnym. Odpylacze barbotażowe. Odpylacze Venturiego.

Seferyn Marcin 277770

Sromek Lidia 268488

Walasek Katarzyna 268501

gr. 4, Inżynieria Środowiska

Spis treści

1. Odpylacze mokre.................................................................................................................3

2.1 Odpylacze wieżowe……………………………………………………………………..3

a) Budowa i schemat działania……………………………………………………………...3

b)Wady i zalety……………………………………………………………………………...4

c)Przykłady zastosowania……………………………………………………………………5

2.2. Odpylacze ze złożem fluidalnym………………………………………………………..5

a) Budowa i schemat działania…………………………………………………………….....5

b)Wady i zalety……………………………………………………………………………...6

c)Przykłady zastosowania…………………………………………………………………....6

2.3 Odpylacze barbotażowe....................................................................................................7

a) Budowa i schemat działania…………………………………………………………….....7

b)Wady i zalety……………………………………………………………………………...8

c)Przykłady zastosowania……………………………………………………………………9

2.4 Odpylacze Venturiego……………………………………………………………………9

a) Budowa i schemat działania……………………………………………………………….9

b)Wady i zalety……………………………………………………………………………...11

c)Koszty budowy i eksploatacji……………………………………………………………..11

d)Przykłady zastosowania……………………………………………………………...........12

3.Podsumowanie…………………………………………………………………………......12

4.Literatura………………………………………………………………………………......13

5. Spis rysunków.......................................................................................................................13

6.Spis tabel................................................................................................................................13

1. Odpylacze mokre

Odpylacze mokre to urządzenia odpylające, które oczyszczają gazy z pyłów. Ogólnie i uproszczone działanie odpylaczy mokrych polega na transporcie pyłów z gazów do cieczy. Tą metodą oczyszcza się gazy, które są bardzo wilgotne; gazy gorące; gazy, których suchy pył grozi zapaleniem lub wybuchem.

Proces wymywania ziaren pyłu ze strumienia gazu dzieli się na 3 fazy:
1.Ziarno w pierwszej fazie doprowadzone zostaje do powierzchni kropli w wyniku działania sił: dyfuzji molekularnej, bezwładności, kondensacji;
2.Ziarno zostaje przechwycone przez kroplę cieczy wnikając do jej wnętrza lub pozostając na jej powierzchni;
3.Kropla cieczy wraz z przechwyconym ziarnem czy ziarnami pyłu zostaje odprowadzona ze strefy odpylania i oddzielona ze strumienia gazu. (Szklarczyk M., 2001: Ochrona atmosfery, Wydawnictwo uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn)

2.1 Odpylacze wieżowe

a) Budowa i schemat działania

Płuczki wieżowe to urządzenia o prostej budowie. Zasada działania opiera się na wykorzystaniu faktu długiego czasu przebywania cieczy i odpylanego gazu.
Wykorzystuje się je w jednoczesnym odpylaniu i schładzaniu gazów z gorących procesów technologicznych.
Ze względu na budowę płuczki wieżowe dzieli się na płuczki bez wypełnienia lub płuczki z wypełnieniem stanowiącym złoże filtracyjne. Specyficznym rodzajem wypełnienia jest złoże fluidalne.
Najprostszy mokry odpylacz to płuczka bez wypełnienia. Płuczka bez wypełnienia to wieża chłodnicza z bezpośrednim wtryskiem wody chłodzącej. Po tym wtrysku surowy gaz kieruje się do dołu, a natrysk wody do góry. Rozpylanie wody najczęściej następuje przy udziale centralnie ustawionej dyszy. W płuczkach bez wypełnienia skuteczność odpylania i chłodzenia gazu zależy od czasu kontaktu wody z pyłami. Z tego powodu prędkość gazu jest mała, nie przekraczająca 1m/s. Płuczki mają 30, czasem 40 m wysokości. Dzięki temu gaz może ulec schłodzeniu do ponad 100 stopni C przy jednoczesnej skuteczności odpylania rzędu 50-80%.
Budowa płuczki z wypełnieniem swoją konstrukcją bardzo przypomina płuczkę bez wypełnienia. Różnią się posiadaniem dodatkowego złoża filtracyjnego. Złożona z pierścieni Raschiga, wiórów metalowych, koksu, żwiru warstwa złoża filtracyjnego znajduje się na ruszcie z siatki lub blachy perforowanej. Warstwa filtracyjna może być również złożona ze specjalnych wkładek plastikowych o mocno rozwiniętej powierzchni. Gaz doprowadzony jest od dołu, często stycznie z zawirowaniem cyklonowym, natomiast natrysk wody następuje od góry, na warstwę filtracyjną. Złoże to obszar, w którym dochodzi do kontaktu wody i pyłu. Dodatkowa warstwa filtracyjna występuje w górnej części odpylacza. Jest to odkraplacz. Gaz przepływa przez płuczkę z prędkością od 1 do 1,5 m/s.

b) Wady i zalety

Płuczki bez wypełnienia mają wadę w postaci dużego zużycia wody. Zużycie to wynosi do 6 dm³/m³ oczyszczanego gazu. W płuczkach z wypełnieniem zużycie wynosi od 1 do 20 dm³/m³ i zależy od konstrukcji. Kolejnymi wadami płuczek bez wypełnienia są: niska skuteczność odpylania oraz przenoszenie zanieczyszczenia z gazu do wody. Zaletą, która cechuje te odpylacze jest prosta budowa. Niewielkie opory przepływu wody to druga zaleta tych odpylaczy.

Rys. 1. Płuczka bez wypełniania

Rys. 2. Kolumna z wypełnieniem nieruchomym.
1- półka oporowa; 2- wypełnienie; 3-doprowadzenie cieczy; 4-odkraplacz

c) Przykłady zastosowań

Płuczki z wypełnieniem stosowane są dla pyłów o średnicach ziaren powyżej 2 µm. Znajdują zastosowanie w przemyśle hutniczym, odlewniczym, nawozów sztucznych.

2.2 Odpylacze ze złożem fluidalnym

a) Budowa i schemat działania

Złoże w tym odpylaczu składa się zazwyczaj z lekkich kulek (używane są również złoża o innych kształtach) o średnicy 30-40mm które są podnoszone przez gaz wtłaczany od dołu urządzenia, spadek ciśnienia jest wyjątkowo niski. W środku odpylacza kulki poruszają się w losowych kierunkach, obracając się, wpadając i ocierając o siebie. Poprzez ciągły ruch zawartości złoża, kulki same się oczyszczają. Dzięki temu spada możliwość awarii odpylacza, zapobiega odkładaniu się na nich osadu i wzrasta jego efektywność. Podczas tych ruchów zostaje ułatwione mieszanie się ziaren pyłu z kroplami wody, a także wnikanie ziaren w głąb kropel. Odpylacz tego typu musi również zawierać wirnikowy odkraplacz znajdujący się w górnej część urządzenia, który odrzuca krople cieczy od ścian. Odpylacze ze złożem fluidalnym najczęściej używane są do gazów w których znajdują się substancje oleiste, dla pyłów trudno zwilżanych lub pyłów, które tworzą lepkie substancje w połączeniu z wodą. Prędkość przepływu gazu przez odpylacz wynosi 2,5-5 m/s.

b) Wady i zalety

Zalety:

-niskie zużycie wody 0,1-1dm3/m3

-mały spadek ciśnienia 70-1000n/m2

-wysoka skuteczność 90-99%

-możliwość zastosowania w odpylaniu gazów z elektrolizerów przy redukcji aluminium

-możliwość odpylania gazów niebezpiecznych (palnych i wybuchowych) i gazów z substancjami oleistymi

Wady:

-wysoki koszt eksploatacji

-dodatkowe koszty z neutralizacją wody z odpylacza

-zwiększone ryzyko korozji

c)Przykłady zastosowań

Stosowane w przemysłach odlewniczych, chemicznych, spożywczych, hutnictwie do odpylania gazów przemysłowych większych niż 1 um.

Rys. 3. Schemat odpylacza z ruchomym wypełnieniem.
1- wlot gazów zapylonych; 2-ruszt dolny; 3lekkie wypełnienie ruchome; 4 - ruszt górny;5-zraszacz; 6- odkraplacz; 7 pompa; 8 wylot gazów odpylanych

2.3 Odpylacze barbotażowe

a)Budowa i schemat działania

Inaczej nazywany płuczkiem pianowym. Wykorzystuje on zjawisko barbotażu które polega na przepuszczaniu gazu przez ciecz co zwiększa powierzchnie kontaktu. Odpylacze te stanowią kolumny na której są umieszczane jedna lub więcej półek. Pułki zazwyczaj są sitowe z okrągłymi otworami o średnicy 2-5 mm, uderzeniowe, kołpakowe lub zaworowe. Powierzchnia swobodna półki (powierzchnia otworów) wynosi ok. 20%, a liczba otworów zależy od wielkości pułki, znajduje się w okolicach 6-30 tyś. Na półki zostaje wylany roztwór w takiej ilości, żeby cała półka z szczelinami znajdowała się pod jego powierzchnią. Ciecz przepływająca przez odpylacz płynie poziomo od otworów przelewu-wlotowego do otworu wylotowego następnego przelewu, którym trafia na kolejną półkę. Ciecz spływająca z ostatniej pułki ląduje w zbiorniku w dolnej części odpylacza skąd jest następnie usuwana. Przed wprowadzeniem gazu do obiegu jest on chłodzony ,nawilżany i rozdzielany na parę mniejszych strumieni. Gazy wydostaje się nad półkę przez otwory. Podczas przedostawania się gazu na powierzchnie następuje wzburzenie płynu w konsekwencji czego do cieczy przyłączają się cząstki pyłu , które zostały wytrącone z gazu. Zwiększając ciśnienie gazu przelatującego przez płyn można zauważyć pojawianie się piany na powierzchni cieczy. Poprzez ciągłe tworzenie i destrukcję piany wzrasta prawdopodobieństwo kontaktu drobin pyłu z cieczą, co powoduje wzrost skuteczności odpylacza. Pod odpowiednim ciśnieniem gazu powstaje stan równowagi dynamicznej o zawsze takiej samej wysokości ruchomej piany. Zauważono, że jeszcze przed przedostaniem się gazu do cieczy niektóre z większych cząsteczek pyłu oddzielają się od gazu. Liczba półek w kolumnie wynika z zapylenia gazu i wymaganego stopnia odpylenia, również zwiększenie liczby półek powiększa sprawność działania odpylacza. Spadek ciśnienia zależy od ilości półek , na jednej wynosi ok. 400-1000Pa.

Rys. 4. Scuber półkowy
a)półka sitowa; b)uderzeniowa; c)kołpakowa; d)zaworowa; 1- półki; 2- przelew; 3-odkraplacz; 4-otwory; 5-przegrody; 6 -kołpaki; 7- zawory

b)Wady i zalety

Zalety:

-małe rozmiary odpylacza

-prosta i zwarta budowa

-wysoka skuteczność działania (ok.95%) dla ziaren >1m

-niskie zużycie wody 0,1-0,3 dm3/m3

-możliwość odpylania gazów niebezpiecznych (palnych i wybuchowych)

Wady:

-konieczność schłodzenia gazów

-duża prędkość gazu w płuczce 40-100 m/s

-duże straty ciśnienia 1500-4250 N/m2

-korozja odpylacza

c) Przykłady zastosowań

Stosowane w przemysłach odlewniczych, chemicznych, spożywczych, hutnictwie do odpylania gazów przemysłowych większych niż 2 um.

2.4 Odpylacze Venturiego

a) Budowa i schemat działania:

Płuczkę Venturiego buduje tzw. Zwężka Venturiego, która składa się z konfuzora , gardzieli i dyfuzora. Za zwężką umieszczony jest separator wody.

Rys. 5. Schemat konstrukcji zwężki Venturiego.

1. konfuzor, 2-przewężenie, 3-doprowadzenie cieczy, 4-dyfuzor

Zapylony gaz trafia do konfuzora i następuje zwiększenie prędkości jego przepływu, przy czym spada ciśnienie statyczne. W najwęższej części zwężki prędkość gazu może osiągnąć nawet 120 m/s. Zazwyczaj jednak prędkości wahają się w granicach 50 m/s. Procesy te mogą prowadzić do kondensacji pary wodnej, którą zawierają gazy na ziarnach pyłu. W przewężeniu zwężki dochodzi do intensywnego wlewu wody, która wraz ze strumieniem gazu przemieszcza się. Podczas tego transportu, w wyniku znacznych prędkości rozbija się na wiele mniejszych kropelek ,wzrasta ich ilość, a co za tym idzie polepsza się sprawność odpylania .Ich średnice mogą być mniejsze niż 25 nanometrów. Takie wielkości kropelek, skoncentrowanych w jednym miejscu w dużych ilościach tworzą mgłę wodną. Ze względu na dużą burzliwość przepływającego gazu, kropelki zostają wymieszane z całością gazu. Istotą tego procesu jest zderzenie się pyłu z kroplami wody. Proces ten nazywany jest koagulacją. Koagulacja polega na łączeniu się pojedynczych cząstek koloidalnych obecnych w wodzie w agregaty, a kolejno w większe szybko opadające zespoły. Koagulacja następuje w dyfuzorze zwężki. Poprzez dalsze zderzanie się kropel wody, osiągają one na wylocie dyfuzora dość spore rozmiary. Kolejno, krople mogą być oddzielone od strumienia gazu w odpylaczu odśrodkowym czy odkraplaczu łopatkowym bądź labiryntowym.

W zależności od energii strumienia przepływającego gazu i sposobu dostarczenia cieczy do gardzieli , odpylacze Venturiego dzielimy na:

• Ciśnieniowe-rozpraszające

• Ejekcyjne

W odpylaczach ciśnieniowych-rozpraszających , główną rolę odgrywa energia strumienia oczyszczanego gazu . Prowadzi ona do powstania kropel, które wyrównują swoją prędkość z prędkością gazu w obrębie gardzieli.

Z kolei w skruberach ejekcyjnych znaczącą rolę odgrywają tzw. ciśnieniowe dysze hydrauliczne. Dzięki ich działaniu, zanieczyszczony gaz trafia do gardzieli. Są one używane, gdy oczyszczane gazy stwarzają niebezpieczeństwo wybuchu, mają działanie korozyjne bądź erozyjne.

W skruberach tych przekrój wlotowy do gardzieli może być :

• Stały

• Zmienny – wlot do gardzieli jest zmieniany przy pomocy przesuwanej tarczy, stożka lub ruchomej przesłony

Sposoby doprowadzania cieczy do odpylacza Venturiego. Ciecz może być doprowadzana:

• Z obwodu gardzieli bądź konfuzora

• Osiowo, w postaci natrysku w konfuzorze

• W postaci warstewki ściekającej po obwodzie konfuzora

• W efekcie rozpraszania cieczy na krople unoszone ze strumieniem gazu wpływającym do gardzieli

Konstrukcje odpylaczy Venturiego charakteryzują się dużym zróżnicowaniem w budowie. Wpływ ma przede wszystkim kształt gardzieli. Może on mieć charakter kołowy, szczelinowy bądź pierścieniowy. Przekroje kołowe są wykorzystywane przy małych objętościach strumieni gazu. Przy dużych objętościach stosuje się zazwyczaj przekroje szczelinowe i pierścieniowe.Przekroje pierścieniowe gardzieli używane są często do usuwania bardzo dużych objętości strumienia gazu , powyżej 50 m³/s, bardzo często równocześnie usuwane jest SO₂.

Inny podział odpylaczy Venturiego:

• Niskociśnieniowe,służące do odpylania wstępnego

• Wysokociśnieniowe, służące do usuwania z gazów cząstek submikronowych,czyli mniejszych niż mikrometr

b) Wady i zalety

Wady:
-odpylacz Venturiego wymaga dużych nakładów energetycznych związane z przetłaczaniem cieczy .
- dodatkowe koszty związane z gospodarką wodno-ściekową i problem ochrony środowiska
-konieczność stosowania w konstrukcji droższych materiałów, ze względu na ewentualność wystąpienia korozji (wysokie koszty eksploatacyjne)
-niemożność zastosowania dla pyłów o właściwościach cementujących, wchodzących w reakcję z wodą oraz dla pyłów niezwilżalnych np. sadzy

Zalety:
-prosta budowa
- możliwość schładzania gorących gazów pochodzących z produkcji przemysłowej
- możliwość odpylania gazów wybuchowych
-możliwość w wytrącania submikronowych ziaren pyłu, czego nie posiadają inne odpylacze mokre

c) Koszty budowy i eksploatacji

Koszty inwestycyjne – budowy związane są z wielkością strumienia oczyszczanego gazu , rodzaj i grubość materiału , z którego zbudowany jest odpylacz oraz ciśnienia roboczego w aparacie.

Koszt budowy obejmuje: rurę Venturiego, odkraplacz ,wentylator, pompę cyrkulacyjną i zbiornik cieczy.

Wykonanie odpylacza przy wykładzinie epoksydowej jest o 10% droższe niż wykonanie skrubera ze stali węglowej. Z kolei wykonanie go z wykładziny gumowej lub włókna szklanego wzmocnionego plastyfikatorem jest droższe o 60%.

Najbardziej opłacalne jest zainwestowanie w żeliwo, przy czym należy pamiętać, że nie może być mowy o zagrożeniu korozyjnym. Gdy przewidywane jest wystąpienie korozji bądź erozji, zalecane jest stosowanie stopów żeliwnych, które zawierają nikiel ( 13,5-35 %),stali kwasoodpornych albo stopów specjalnych. Stopy specjalne stosuje się, gdy istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia w strumieniu gazu oczyszczanego substancji silnie utleniających lub redukujących.

Aby zmniejszyć koszty konstrukcyjne wykorzystuje się metale odporne, które wykładają stal węglową. Należą do nich m.in. guma, teflon, grafit, tworzywa ceramiczne. Zabezpieczają one konstrukcję przed ewentualną korozją i erozją.

Koszty eksploatacji wiążą się z terminowymi przeglądami oraz remontami a przede wszystkim z kwalifikacjami osób obsługujących urządzenie. Oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń pociąga za sobą istnienie ścieków. Przy kosztach użytkowania należy więc wziąć pod uwagę również gospodarkę wodno-ściekową.

d) Przykłady zastosowania

Skrubery są stosowane w przemyśle celulozowym, w zakładach produkujących nawozy sztuczne, kwas fosforowy i siarkowy oraz do oczyszczania spalin odlotowych z kotłów energetycznych i przemysłowych. Do oczyszczania gazów ze źródeł o zmiennej emisji zanieczyszczeń są stosowane również skrubery Venturiego z wirującą tarczą zalewaną cieczą. (Jerzy Warych „Oczyszczanie gazów. Procesy i aparatura” )

3.Podsumowanie

	1.Odpylacze wieżowe	2. Odpylacze ze złożem fluidalnym	3.Odpylacze barbotażowe	4.Odpylacze Venturiego
Prędkość przepływu gazu	1 - 1,5 m/s	2,5 – 5 m/s	40 – 100 m/s	60-120 m/s
Zużycie wody	1-20 dm^3/m^3	0,1 – 1 dm^3/m^3
Średnica ziaren pyłu	> 1m
Skuteczność	80-95%	90 - 99%.	98 – 99%	99,9%
Straty ciśnienia	100-500 N/m^2	70 – 1000 N/m^2
Natężenie przepływu gazu		5000–25000 m^2/h
Opór przepływu gazu			1500–4250 N/m^2

Tabela sporządzona na podstawie : Szklarczyk M., 2001: Ochrona atmosfery, Wydawnictwo uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn

4. Literatura

1.Mazur M., 2004: System ochrony powietrza, wydawnictwo AGH, Kraków
2. Szklarczyk M., 2001: Ochrona atmosfery, Wydawnictwo uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn
3.Warych J., 1998: Oczyszczanie gazów. Procesy i aparatura, WNT, Warszawa

5.Spis rysunków

Rys. 1. Płuczka bez wypełniania
Rys. 2. Kolumna z wypełnieniem nieruchomym.
Rys. 3. Schemat odpylacza z ruchomym wypełnieniem.
Rys. 4. Scuber półkowy
Rys. 5. Schemat konstrukcji zwężki Venturiego.

6. Spis tabel

1. Tabela podsumowująca sporządzona na podstawie : Szklarczyk M., 2001: Ochrona atmosfery, Wydawnictwo uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn