СКРУББЕР ВЕНТУРИ

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам мокрой очистки газов от взвешенных частиц и газообразных примесей и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Скрубберы Вентури относятся к наиболее эффективным аппаратам мокрого пылеулавливания, обеспечивающим высокую степень очистки газов от частиц пыли любого дисперсного состава, а также к аппаратам для абсорбции газообразных примесей или охлаждении газов каплями орошающей жидкости, диспергируемой самим газовым потоком в трубе Вентури.
Стандартная конструкция скруббера Вентури представляет собой сочетание орошаемой трубы Вентури и сепаратора. Труба Вентури имеет плавное сужение на входе - конфузор и плавное расширение на выходе - диффузор. Пережим сечения трубы Вентури называется горловиной. Такая конфигурация трубы Вентури, выполненная с оптимальными с аэродинамической точки зрения соотношениями размеров, положена в основу типоразмерного ряда аппаратов. При эксплуатации труба Вентури может быть установлена в любом положении.
В качестве сепаратора используют укороченные циклоны-каплеуловители, предназначенные для улавливания капельной орошающей жидкости с осевшими на каплях частицами пыли или абсорбированными газообразными примесями.
3
3
3
В зависимости от физико-химических свойств улавливаемых пылей или газообразных примесей, химического состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Обычно скорость газа в горловине трубы Вентури составляет от 40 до 150 м/с, а удельное орошение - 0,1-6,0 л/м. Эффективность очистки газов зависит от гидравлического сопротивления. Скрубберы Вентури эффективно работают при допустимой запыленности очищаемых газов 30 г/м, предельной температуре очищаемого газа 400°С, удельном орошении 0,5-1,5 л/м и гидравлическом сопротивлении 6-12 кПа (Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков [и др.]; под общ. ред. А.А. Русанова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.).
Известен скруббер Вентури, содержащий циклон-каплеуловитель, соединенный с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклона-каплеуловителя, включающий патрубок для отвода очищенного газа и сливной патрубок для вывода загрязненного шлама, при этом труба Вентури состоит из распыливающего устройства, конфузора, горловины и диффузора (Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков [и др.]; под общ. ред. А.А. Русанова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с. - рис. 4.48, стр. 120).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая эффективность процесса очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено отсутствием в трубе Вентури патрубка для ее периодической отмывки от солевых отложений, накопителя орошающей жидкости, обеспечивающего взаимодействие жидкой и газожидкостной фаз, и насоса, обеспечивающего циркуляцию орошающей жидкости от накопителя в распыливающее устройство.
Известен скруббер Вентури, содержащий резервуар-отстойник соединенный с трубой Вентури, включающий выхлопной патрубок для отвода очищенного газа и патрубок для вывода загрязненного шлама, насос, обеспечивающий циркуляцию орошающей жидкости, при этом труба Вентури состоит из приемной камеры, форсунки, конфузора, горловины и диффузора (Машиностроение. Энциклопедия в 40 томах. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Т. IV-12 / М.Б. Генералов, В.П. Александров, В.В. Алексеев [и др.]; под общ. ред. М.Б. Генералова. - М.: Машиностроение, 2004. - 832 с. - 3.2.42, стр. 312)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая эффективность процесса очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено отсутствием в трубе Вентури патрубка для ее периодической отмывки от солевых отложений, а также уносом газом капельной жидкости из-за отсутствия сепаратора с каплеотделителем и каплеуловителем.
Известен абсорбер Вентури, содержащий разделительную камеру, соединенную с трубой Вентури, включающую патрубок для выхода очищенного газа и патрубок для вывода загрязненного шлама, при этом труба Вентури состоит из сопла, горловины и камеры смешения (Основы химической технологии: учебник / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; под ред. И.П. Мухленова. - Изд. 4-е, перераб. и доп., М.: Высш. шк., 1991. - 463 с. - рис. 3.11, стр. 70).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая эффективность процесса очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено отсутствием в трубе Вентури патрубка для ее периодической отмывки от солевых отложений, а также уносом газом капельной жидкости из-за отсутствия сепаратора с каплеотделителем и каплеуловителем.
Известен скруббер Вентури, содержащий циклонный сепаратор, соединенный с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора, включающий 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, при этом труба Вентури состоит из конфузора, горловины, форсунок и диффузора (патент № 2482902 РФ, МПК B01D 47/06, опубл. 27.05.2013).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая эффективность процесса очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено отсутствием в трубе Вентури патрубка для ее периодической отмывки от солевых отложений и накопителя орошающей жидкости, обеспечивающего взаимодействие жидкой и газожидкостной фаз.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому устройству и принятому за прототип является скруббер Вентури, содержащий циклонный сепаратор, соединенный с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора, включающий распылитель жидкости, каплеуловитель, дополнительный сепаратор, 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, при этом труба Вентури состоит из конфузора, горловины, форсунок и диффузора, а распылитель жидкости установлен между каплеуловителем и дополнительным сепаратором (патент № 2550389 РФ, МПК B01D 47/06, опубл. 10.05.2015).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая эффективность процесса очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено отсутствием в трубе Вентури патрубка для ее периодической отмывки от солевых отложений и накопителя орошающей жидкости, обеспечивающего взаимодействие жидкой и газожидкостной фаз.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является интенсификация процесса очистки газов от газообразных примесей.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности процесса очистки газов от газообразных примесей.
Поставленный технический результат достигается тем, что скруббер Вентури содержит насос, обеспечивающий циркуляцию орошающей жидкости, трубу Вентури, состоящую из конфузора, горловины, форсунок и диффузора, соединенную с циклонным сепаратором, снабженным патрубком для выхода очищенного газа, патрубком для вывода загрязненного шлама, дополнительным сепаратором, каплеуловителем и установленным в верхней части сепаратора распылителем жидкости, также снабжен накопителем орошающей жидкости, включающим входной, питающий, переливной и сливной патрубки, при этом труба Вентури и циклонный сепаратор расположены параллельно относительно друг друга и смонтированы на накопителе орошающей жидкости, при этом труба Вентури снабжена патрубком для отмывки от солевых отложений, а форсунки и распылитель жидкости выполнены в виде центробежно-струйных аппаратов с центральным подводом орошения, при этом каплеуловитель расположен в верхней части циклонного сепаратора и выполнен в виде ситчатой поверхности, а дополнительный сепаратор расположен в нижней части циклонного сепаратора и выполнен в виде центробежного каплеотделителя с коническим завихрителем, причем каплеуловитель установлен между распылителем жидкости и дополнительным сепаратором.
Наибольшее влияние на эффективность очистки газа в скрубберах Вентури оказывают скорость газов в горловине трубы Вентури и удельное орошение. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы Вентури и удельным орошением специфично для каждого вида загрязнения (Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков [и др.]; под общ. ред. А.А. Русанова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с. - рис. 4.48, стр. 119).
Снабжение трубы Вентури патрубком для отмывки от солевых отложений способствует повышению эффективности очистки газа за счет исключения потерь напора по длине. Взаимосвязь потерь напора и скорости газа в горловине можно описать формулой
где ΔР - потери напора, Па;
ξ - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления;
- скорость газа в горловине трубы Вентури, м/с;
3
- плотность очищаемого газа, кг/м.
Согласно формуле (1) при увеличении потерь напора скорость газа в горловине увеличивается, что соответственно нарушает гидродинамику аппарата - баланс между скоростью газов в горловине трубы Вентури и удельным орошением, что, в свою очередь, снижает эффективность очистки газов.
Конструктивное исполнение трубы Вентури и циклонного сепаратора параллельно относительно друг друга на накопителе орошающей жидкости, включающем входной, питающий, переливной и сливной патрубки, позволяет формировать U-образный поток газожидкостной смеси. Для поддержания постоянной концентрации компонентов в орошающей жидкости производится непрерывный подвод свежей орошающей жидкости из технологии и отвод отработанной орошающей жидкости обратно в технологию через питающий патрубок и переливной патрубок соответственно. Таким образом, в накопителе орошающей жидкости формируется прямолинейный поток орошающей жидкости. Очистка газов основана на абсорбции газообразных примесей поверхностью орошающей жидкости на пути их совместного движения. Противоточное движение газожидкостной смеси и орошающей жидкости способствует более интенсивному взаимодействию фаз, и, как следствие, эффективной доочистке газов от газообразных примесей.
Выполнение форсунки и распылителя жидкости в виде центробежно-струйных аппаратов с центральным подводом орошения, а также расположение каплеуловителя, выполненного в виде ситчатой поверхности, в верхней части, а дополнительного сепаратора, выполненного в виде центробежного каплеотделителя с коническим завихрителем, в нижней части циклонного сепаратора с установкой каплеуловителя между распылителем жидкости и дополнительным сепаратором способствует получению высокой степени очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено следующими факторами:
1) получением максимальной равномерности распределения орошающей жидкости по сечению аппарата;
2) обеспечением наибольшей поверхности контакта жидкой и газовой фаз в единице объема скруббера Вентури.
К тому же, как известно, работа мокрых пылеуловителей сопровождается уносом капель жидкости, интенсивность которых зависит от скорости газового потока в свободном сечении аппарата и способа подвода орошающей жидкости. При эксплуатации скрубберов Вентури (высокоскоростные газопромыватели) за счет газового потока образуются капли размером от 50 до 500 мкм. Опыт промышленной эксплуатации и проектирования фильтрационного оборудования для улавливания капельной жидкости показывает, что наибольшая эффективность улавливания жидкостной фазы достигается в циклонном сепараторе при его комплектации:
1) в нижней части - дополнительным сепаратором, выполненным в виде центробежного каплеотделителя с коническим завихрителем;
2) в верхней части - каплеуловителем в виде ситчатой поверхности.
На чертеже изображен общий вид скруббера Вентури.
Скруббер Вентури состоит из трубы Вентури, включающей конфузор 1, горловину 2, форсунку 3, диффузор 4 и патрубок 5 для отмывки от солевых отложений, накопителя 6 орошающей жидкости, включающего входной 7, питающий 8, переливной 9 и сливной 10 патрубки, циклонного сепаратора, включающего дополнительный сепаратор в виде центробежного каплеотделителя с коническим завихрителем 11, патрубок 12 для вывода загрязненного шлама, каплеуловитель в виде ситчатой поверхности 13, распылитель жидкости 14, патрубок 15 для выхода очищенного газа, и насоса, обеспечивающего циркуляцию орошающей жидкости.
Скруббер Вентури работает следующим образом.
Газовый поток с газообразными примесями поступает в трубу Вентури, проходит через конфузор 1 и горловину 2, где его скорость резко увеличивается. Орошающая жидкость вводится в конфузор 1 и равномерно распыляется форсункой 3 на капли, а, попадая в горловину 2, распыляется на более мелкие капли за счет энергии газового потока.
Распыленные капли орошающей жидкости вместе с газовым потоком проходят через диффузор 4, где скорость потока уменьшается, и попадают через входной патрубок 7 в накопитель 6 орошающей жидкости. В диффузоре 4 капли жидкости за счет возросшей турбулентности потока газожидкостной смеси и соударений между собой укрупняются. В накопителе 6 орошающей жидкости скорость газожидкостной смеси резко падает, а газовый поток меняет направление движения на 180°. Капли за счет сил гравитации и инерционных сил отделяются от газового потока и собираются в нижней части накопителя 6 орошающей жидкости.
Далее газовый поток увлекается в циклонный сепаратор, выполненный в виде вертикального цилиндрического корпуса. Проходя через межлопастные каналы центробежного каплеотделителя 11 дополнительного сепаратора, газовый поток меняет направление и закрученный за счет спиральных лопастей каплеотделителя 11 входит в корпус циклонного сепаратора. Скорость газового потока по сечению циклонного сепаратора резко падает. Уносимые газовым потоком мелкие капли за счет инерционных сил отбрасываются к стенкам циклонного сепаратора, образуют на ней вращающуюся пленку жидкости и отводятся через патрубки для вывода загрязненного шлама 12 в накопитель 6 орошающей жидкости. Очищенный газовый поток вентилятором (на чертеже не показано) через патрубок 15 для выхода очищенного газа отводится в атмосферу.
Абсорбированные газообразные примеси растворяются в орошающей жидкости и их концентрация в ней увеличивается. Для поддержания постоянной концентрации компонентов в орошающей жидкости в накопитель 6 орошающей жидкости через питающий патрубок 8 подводится свежая орошающая жидкость из технологии. Для поддержания постоянного уровня орошающей жидкости в корпусе накопителя орошающей жидкости служит переливной патрубок 9 для отвода отработанной орошающей жидкости обратно в технологию.
Промывка трубы Вентури производится через патрубок для отмывки от солевых отложений 5, а для промывки циклонного сепаратора используется распылитель жидкости 14.
Опорожнение накопителя 6 орошающей жидкости после отключений и промывок производится через сливной патрубок 10. Отбор орошающей жидкости из накопителя 6 на циркуляцию (орошение) производится насосом также через сливной патрубок 10.
Таким образом, скруббер Вентури, предложенной конструкции, по сравнению с уже известными устройствами позволяет значительно повысить эффективность процесса очистки газов от газообразных примесей до 95-98%, что обусловлено интенсификацией процесса, а также обеспечивает высокую технологичность процесса очистки газов от газообразных примесей, что обусловлено оптимизацией элементов аппарата.