СКРУББЕР ВЕНТУРИ
VENTURI SCRUBBER

Изобретение относится к технике мокрого пылеулавливания и может применяться в химической, текстильной, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов.
Известен газопромыватель, из книги А.А. Русанова. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М., - Энергоатомиздат, - 1983 г., стр. 113, рис. 4.37 (аналог), содержащий циклонный сепаратор, соединенный с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является Скруббер Вентури, известный из патента РФ №2482902, B01D 47/06, содержащий циклонный сепаратор, соединенный с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора, циклонный сепаратор имеет патрубок для выхода очищенного газа и патрубок для вывода загрязненного шлама, связанного с отстойником шламоприемника (прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания и сложность конструкции трубы Вентури.
Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания, а также снижение себестоимости изготовления.
Это достигается тем, что в скруббере Вентури, содержащим циклонный сепаратор, соединенный с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора, циклонный сепаратор имеет патрубок для выхода очищенного газа и патрубок для вывода загрязненного шлама, связанного с отстойником шламоприемника, причем в отстойнике вода отделяется от шлама и поступает в смесительный резервуар, который подпитывается свежей водой, а затем вновь подается насосом в трубу Вентури скруббера, при этом труба Вентури состоит из конфузора, диффузора, горловины, и форсунок для ввода в горловину жидкости, причем конфузор и диффузор образованы сложными многогранными поверхностями, приближающимися по своей форме к телам, близким к пирамидальным, но имеющим в сечении криволинейные трапеции, а каждая из форсунок для распыления жидкости, содержит полый цилиндрический корпус, соединенный с соплом, в котором выполнены отверстия, корпус состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом, при этом корпус и сопло образуют две, соосных между собой внутренних камеры, причем цилиндрическая камера служит для подвода жидкости, а коническая камера, образованная поверхностью усеченного конуса сопла является нагнетательной камерой для создания повышенного давления, а на конической боковой поверхности сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости, при этом в цилиндрической камере, соосно ей, установлен с зазором относительно внутренней боковой поверхности камеры завихритель, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапециидального профиля, и закрепленный посредством внутренней резьбы на штоке, который закреплен в своей верхней части посредством сетчатого фильтра к корпусу, в верхней части циклонного сепаратора дополнительно установлен распылитель жидкости, запитываемый от байпасного трубопровода, соединенного с линией подачи воды из смесительного резервуара, и нагнетаемой насосом, при этом распылитель жидкости установлен между каплеуловителем и дополнительным сепаратором.
На фиг. 1 изображен общий вид скруббера Вентури, на фиг. 2 - поперечный разрез трубы Вентури с шаблоном внутри, на фиг. 3 - схема форсунки, на фиг. 4 - схема распылителя жидкости, установленного между каплеуловителем и дополнительным сепаратором.
Скруббер Вентури (фиг. 1) содержит циклонный сепаратор 5 соединенный с трубой Вентури 8, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора, имеющего патрубок 9 для выхода очищенного газа и патрубок 10 для вывода загрязненного шлама, связанного с отстойником 6 шламоприемника 11. В отстойнике 6 вода отделяется от шлама и поступает в смесительный резервуар 12, который подпитывается свежей водой, а затем вновь подается насосом 7 в трубу Вентури скруббера. Труба Вентури 8 состоит из конфузора 1 горловины 2, форсунок 3 (фиг. 3) для ввода в горловину жидкости, и диффузора 4.
Каждая из форсунок 3 для распыления жидкости содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 14 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом 18.
Корпус 14 и сопло 18 образуют две, соосных между собой внутренних камеры 17 и 16. Цилиндрическая камера 17 служит для подвода жидкости, а коническая камера 26, образованная поверхностью усеченного конуса сопла является нагнетательной камерой для создания повышенного давления.
На сопле 18, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия 21 и конического отверстия 22 с расширением в сторону объекта. При этом на поверхности конического отверстия 22 выполнена винтовая (на чертеже не показано) нарезка (например, коническая резьба с крупным шагом) для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера.
На конической боковой поверхности 18 сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 19 и 20, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла 18, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 19 и 20 в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости.
Для создания наибольшего эффекта образования мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости в цилиндрической камере 17, соосно ей, установлен с зазором 25 относительно внутренней боковой поверхности камеры 17 завихритель 16, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапециидального профиля, и закрепленный посредством внутренней резьбы 24 на штоке 15. Шток 15 закреплен в своей верхней части посредством сетчатого фильтра 23 к корпусу 14.
Конфузор 1 и диффузор 4 могут быть образованы как коническими поверхностями, так и сложными многогранными поверхностями, полученными опрессовкой шаблона 13. В полую цилиндрическую трубу 8 устанавливается шаблон 13 на уровне горловины 2 (фиг. 2) в виде параллелепипеда, боковые ребра которого меньше диаметра трубы 8. Шаблон 13 перед опрессовкой в поперечном сечении трубы 8 занимает центральное положение как показано на фиг. 2, а затем симметрично и оппозитно прикладываются одинаковые по величине сжимающие усилия Ρ для формирования горловины 2, которая приобретает форму поперечного сечения, близкую к прямоугольнику (криволинейной трапеции). При этом обжиме также образуются и конфузор 1 с диффузором 4 в виде сложных многогранных поверхностей, приближающихся по своей форме к телам, близким к пирамидальным, но имеющим в сечении криволинейные трапеции. Длину конфузора 1 с диффузором 4 заданного размера получают путем установки в цилиндрическую трубу 8 калибров заданных размеров, равных по внешнему диаметру с внутренним диаметром трубы 8. Полученная таким образом труба Вентури затем вваривается перпендикулярно оси циклонного сепаратора 5. Себестоимость ее изготовления уменьшается на порядок, а аэродинамическое сопротивление уменьшается за счет снижения потерь давления на местные сопротивления (отсутствуют сварные швы, соединяющие горловину 2 с конфузором 1 и диффузором 4).
В верхней части циклонного сепаратора 5 дополнительно установлен распылитель жидкости 29, запитываемый от байпасного трубопровода 27, соединенного с линией подачи воды из смесительного резервуара 12, и нагнетаемой насосом 7, при этом распылитель жидкости установлен между каплеуловителем 30 и дополнительным сепаратором 31.
При этом распылитель жидкости 29 (фиг. 4), установленный между каплеуловителем 30 и дополнительным сепаратором 31, содержит цилиндрический корпус 32 со штуцером 33, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие 34 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 35, осесимметричным корпусу и штуцеру. К корпусу 32, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 37 подсоединен распылитель 36, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде перфорированного диска с отверстиями 39. Диск распылителя 36 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 35, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.
Спицы 37, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми (на чертеже не показано) и изогнутыми, причем к корпусу они крепятся посредством винтов 38, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой. Отверстия 39 перфорации в диске 36 имеют оси, пересекающиеся в точке, лежащей на торцевой поверхности корпуса и являющейся центром наибольшей окружности диффузора 35, при этом распылитель может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама. Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 34 в диффузор 35, а из него под давлением поступает в распылитель 36, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора).
Скруббер Вентури работает следующим образом.
Запыленный газ через конфузор 1 трубы Вентури попадает в горловину 2, где его скорость достигает 60…150 м/сек. Через форсунки 3 под избыточным давлением 30…100 кн/м2 (0,3…1 ат) в горловину вводится жидкость, которая, сталкиваясь с газовым потоком, распыляется на мелкие капли (диаметром примерно равным 10 мкм).
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
При подаче жидкости в корпус 14 под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в камерах 17 и 26 благодаря завихрителю 16 создаются вихревые потоки жидкости, которые устремляются в жиклер 18, а в цилиндрических дроссельных отверстиях 19 и 20 создаются потоки жидкости, устремляющиеся к выходным срезам отверстий и жиклера.
При столкновении расширяющихся потоков жидкости, истекающих через выходное коническое отверстие жиклера с винтовой нарезкой и цилиндрических дроссельных отверстиях 6 и 7 происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером.
При соударениях с частицами пыли капли, поглощая их, укрупняются. Эти капли вместе с газом проходят через диффузор 4, где скорость потока снижается до 20…25 м/сек, и попадают в циклонный сепаратор 5. В циклоне скорость газожидкостной смеси уменьшается до 4…5 м/сек, капли под действием центробежной силы отделяются от газа и вместе со шламом удаляются в отстойник 6. В последнем вода отделяется от шлама и вновь подается насосом 7 в скруббер, и через байпасный трубопровод 27 в верхнюю часть циклонного сепаратора 5, в котором дополнительно установлен распылитель жидкости 29, запитываемый от байпасного трубопровода 27, соединенного с линией подачи воды из смесительного резервуара 12, и нагнетаемой насосом 7, при этом распылитель жидкости установлен между каплеуловителем 30 и дополнительным сепаратором 31. За счет этого в скруббере Вентури эффективно улавливаются весьма тонкие частицы, например, продукты возгонки (средний диаметр частиц 1…2 мкм) или туман, образующийся в производстве серной кислоты (размеры частиц 0,2…1,1 мкм). При этом возможно удалить из газа до 99% загрязнений. Предлагаемый скруббер Вентури прост по устройству и изготовлению.