МОКРЫЙ СКРУББЕР
WET SCRUBBER

Изобретение может быть использовано при сушке взрывоопасного и таксического продукта в распылительных сушилках с замкнутым контуром сушильного агента в химической, микробиологической промышленностях (например, при сушке формальдегида в химической промышленности, гаприна, паприна - в микробиологической промышленности). Кроме того, изобретение может быть использовано в металлургической промышленности для улавливания (абсорбции) сернистых газов из уходящих дымовых газов металлургических печей и конверторов и производства серной кислоты из этих газов. Может быть использовано в качестве мокрого скруббера для улавливания золы из уходящих газов паровых котлов в энергетике.
Мокрую очистку газов от частиц пыли осуществляют в мокрых скрубберах за счет непосредственного контакта газов с жидкостью, которую диспергируют на пути потока или распределяют в виде стекающей тонкой пленки. Используется так же принцип действия инерционных сил при ударе газового потока о стенки, смоченные жидкостью, последняя поглощает взвешенные в нем частицы.
В распылительных сушилках применяются центробежные мокрые скрубберы конструкции ВТИ, в которых стенки скруббера орошаются водой по всей окружности при помощи сопел (Л.1, стр.258, рис 129): М.В. Лыков, Б.И. Леончик «Распылительные сушилки» Издательство «Машиностроение», Москва, 1966) и мокрые скрубберы, в которых жидкость распиливается с помощью механических форсунок грубого распыла (Л.1, стр.259-161, рис.130, 131).
В качестве прототипа выбран мокрый скруббер ВТИ (Л.1, стр.258 и Л.2, стр.337, рис.9-12: А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии»).
Известный мокрый скруббер ВТИ имеет цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком подвода запыленных газов, верхнюю крышку с отводящим патрубком отработанных газов, с подводящим патрубком жидкости и подводящими соплами, обеспечивающими равномерное распределение жидкости по внутренней окружности корпуса, воронку для сбора и отвода отработанной жидкости и уловленной пыли с отводящим патрубком. Улавливание пыли достигается за счет центробежного эффекта запыленных газов, и соприкосновения вращающегося потока газов с мокрой стенкой скруббера.
Этот скруббер имеет степень очистки 98%. Этого недостаточно. Газы, содержащие токсичные и ядовитые продукты не должны содержать и одного процента продукта. Кроме того «этот скруббер не пригоден как теплоиспользующий аппарат» (Л.1, стр.259). У него недостаточная поверхность контакта жидкости и газов. Этот скруббер нельзя применить в замкнутой системе сушки токсичного взрывоопасного продукта, когда отработанные газы, насыщенные влагой, охлаждают в мокром скруббере до 50°C и ниже и освобождают от излишней влаги за счет конденсации испаренной влаги, и повторно направляют в распылительную сушилку после нагрева их в калорифере.
Целью настоящего изобретения является создание универсального мокрого скруббера, способного не только улавливать содержащуюся в газах пыль, но и обеспечивать, как можно более полную, конденсацию водяных паров, содержащихся в газах, или обеспечивать десорбцию отдельных компонентов, содержащихся в газах при помощи жидкости - абсорбента, а так же уменьшение удельной металлоемкости скруббера и повышение эффективности передачи тепла от газов к жидкости.
Указанная цель достигается тем, что в известном скруббере ВТИ, содержащем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок подвода газов, верхнюю крышку с отводящим патрубком обработанных газов, подводящий патрубок рабочей жидкости с соплами, подающими жидкость на внутренние боковые стенки корпуса, отводящую воронку (конус) отработанной жидкости с отводящим патрубком (после контакта с газами), тангенциальный патрубок подвода газов присоединен к корпусу в верхней его части, а в нижней части корпуса имеются боковые отверстия (окна) для выхода вращающегося потока газов и жидкости, причем эта нижняя часть корпуса скруббера помещена в циклон-сераратор, имеющий отводящую трубу отработанных газов, проходящую через центральную часть корпуса (по оси) и перекрывающую своей нижней расширенной частью (раструбом) нижнюю часть корпуса (ниже отверстий), а отводящая воронка (конус) отработанной жидкости находится в нижней части циклона-сепаратора. Кроме этого, в верхней части корпуса установлены дополнительные сопла, подающие жидкость в кольцевое пространство между стенкой корпуса и отводящей трубой отработанных газов, находящейся внутри корпуса и на наружную стенку этой отводящей трубы.
На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого мокрого скруббера;
На фиг.2 - схема использования скруббера в замкнутой системе распылительной сушки формальдегида в качестве улавливателя остатков продукта и в качестве конденсатора водяных паров сушильного агента (формальдегид -продукт взрывоопасный и токсичный, выброс которого в атмосферу недопустим).
Мокрый скруббер - конденсатор водяных паров, абсорбер-десорбер (фиг.1) имеет цилиндрический корпус 1 с верхней крышкой 2, с тангенциальным патрубком подвода газов 3. В нижней части корпуса 1 имеются окна 4 для выхода вращающегося потока газов и струй воды. В середине корпуса может быть установлена кольцевая перегородка (шайба) 5 (ее установка необязательна). Нижняя часть корпуса 1 помещена в циклон-сепаратор, имеющий цилиндрическую часть 6, верхнюю кольцевую крышку 7, воронку 8 с патрубком 9 отвода отработанной воды с уловленной пылью, трубопровод 10 отвода отработанного газа из скруббера через корпус 1 по оси скруббера. Нижняя часть трубы 10 имеет раструб 16, перекрывающий сечение корпуса 1 в нижней части. Имеется подводящий трубопровод жидкости 11, распределительные коллекторы жидкости 12 и 13, через которые к соплам 14 (сопла для орошения внутренней стенки корпуса 1) и к соплам 15 (сопла для орошения трубы 10).
В общем виде работа мокрого скруббера осуществляется следующим образом. Запыленные газы попадают внутрь корпуса 1 (в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 10) через тангенциальный патрубок 3 и приобретают вращательное движение с общим направлением сверху вниз. По трубопроводу 11 через коллектор 13, через сопла 15 в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 10 попадает жидкость (например, вода). Крупные капли воды попадают на трубу 10 и смачивают ее, а мелкие подхватываются потом газов. Кроме этого вращающийся поток газов срывает часть жидкости с трубы 10, диспергирует ее на мелкие капли и частично переносит на стенку корпуса 1. Через сопла 14 жидкость поступает на стенку корпуса 1. В окнах 4. Газы проходят через струи воды, контактируя с ними и диспергируя их на мелкие капли. В циклоне 6 происходит сепарация капель воды от газов. Жидкость, загрязненная уловленной пылью, стекает по стенкам в воронку 8 и через гидрозатвор удаляется. Отработанные, охлажденные газы попадают в трубу 10 и удаляются из скруббера.
Работа установки по сушке формальдегида в распылительной сушилке, с использованием мокрого скруббера для улавливания остатков пылеобразного продукта и для конденсации водяных паров из сушильного агента показана на фиг.2. В распылительную сушилку 17 подается сушильный агент, нагретый до 140°C в калорифере 18. Суспензия (жидкий раствор формальдегида) и сжатый воздух от компрессора и сушильный агент подаются через диспергирующее устройство 19. Сжатый воздух диспергирует суспензию на мелкие капли в распылительной форсунке. Сушильный агент подхватывает капли суспензии и выносит их в сушильную камеру. Каждая капля суспензии высыхает, и поступает в конус сушилки, и далее высушенный продукт - в крафт-мешки 20, через питатели 21. Сушильный агент, охлажденный в сушильной камере до 90-100°C, с частью высушенного продукта поступает из сушильной камеры в пылеулавливающий циклон 22. В циклоне 22 от сушильного агента отделяется пылевидный продукт, не уловленный в сушильной камере, и попадает в крафт-мешок 20а, а сушильный агент, со следами пылевидного продукта поступает в мокрый скруббер 23. Попадая в кольцевое пространство скруббера между корпусом 1 и трубой 10, сушильный агент приобретает вращательное движение. Туда же поступает вода из сопел 15. Крупные капли воды попадают на внешнюю сторону трубы 10, а мелкие капли перебрасываются сушильным агентом на стенку корпуса 1. Поток газов отрывает капли воды от поверхности трубы 10 и перебрасывает их на корпус 1. Из сопел 14 вода поступает на стенки корпуса 1. В нижней части корпуса 1 поток сушильного агента проходит через окна 4, пересекая при этом потоки жидкости, дробя струи на капли. Далее вращающийся газожидкостный поток поступает в циклон-сепаратом 6. Капли воды с уловленной пылью продукта стекают по стенке в воронку 8 и далее, через гидрозатвор, в емкость 24. Поверхность контакта сред (жидкости и газа) в настоящем скруббере увеличивается на порядок. Сушильный агент охлаждается в скруббере до температуры ниже точки росы (до 50-40°C). Выпадает конденсат, увеличивая количество жидкости. Из бака 24 конденсат отбирается насосом 25 и, через охладитель конденсата 26, направляется обратно в скруббер 23. Излишки конденсата отводятся по трубопроводу 27. Клапан 28 регулирует уровень конденсата в емкости 24. В газоход сушилького агента вводится азот по трубопроводу 29 (содержание кислорода в сушильном агенте контролируется кислородомером, и не должно превышать допустимой величины). Движение сушильного агента по замкнутому контуру осуществляют два дутьевых вентилятора 30 и 30a.
Работа мокрого скруббера при производстве серной кислоты осуществляется следующим образом. Уходящие газы от металлургической печи или конвертера поступает в скруббер. Газы содержат сернистый ангидрид, который при соприкосновении с водой абсорбируется этой водой с образованием серной кислоты. Раствор серной кислоты сливается в бак (аналогичный баку 24 фиг.2) и насосом 25 подается обратно в скруббер. Концентрация серной кислоты повышается. При достижении определенной концентрации серной кислоты она отводится по трубе 27, а в бак 24 подливается вода.
Увеличение поверхности контакта жидкой и газообразной сред в скруббере за счет орошения центральной трубы, проходящей по оси корпуса, за счет разбрызгивания жидкости в кольцевом пространстве между корпусом 1 и трубой 10, за счет контакта газов с жидкостью и диспергирования жидкости при прохождении через окна 4, за счет контакта вращающегося газа с мокрой поверхностью стенок циклона-сепаратора, увеличивает на порядок (против скруббера ВТИ) поверхность контакта сред. Это увеличивает эффективность работы скруббера. Позволяет не только улавливать пыль, содержащуюся в газах, но и охлаждать газы до температуры ниже температуры точки росы, то есть конденсировать водяные пары, содержащиеся в газах. Удельная металлоемкость такого скруббера значительно меньше, чем скруббера ВТИ.