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Un'efficace depolverazione dei fumi e dei gas si raggiunge con il metodo di depurazione ad umido. Nel processo di condizionamento dei gas umidi i vapori d'acqua si condensano sulle particelle di polvere. Il peso di particelle si aumenta e sotto azione della forza di gravità (nel caso del moto rettilineo dei gas) o d'inerzia (nel caso del moto tangenziale) le particelle vengono facilmente separate.
L'umidificazione e la separazione avvengono grazie alla:
La depurazione preliminare e il condizionamento del gas avvengono nelle torri di lavaggio a spruzzo vuote o riempite da corpi interni. Costruttivamente il depolveratore rappresenta una torre a sezione circolare o rettangolare. Nelle costruzioni delle torri vuote il gas polveroso viene convogliato dal basso e risale in alto del dispositivo, su diversi livelli del quale sono disposti gli ugelli che spruzzano il liquido assorbente in modo atomizzato. La velocità della corrente gassosa è pari a 1,5 m/sec.
La depurazione preliminaria più efficace si ha nei depolveratori riempiti da corpi inerti. Tali corpi possono essere realizzati in coke o in quarzo e sono irrorati tramite gli appositi dispositivi di distribuzione del liquido. La velocità del flusso del gas erogato negli impianti di questo tipo può superare 1.25 mt/sec.
Per catturare le particelle di polvere dal flusso del gas con il liquido sono utilizzati gli scrubber depolveratori.
Vantaggi degli scrubber-depolveratori:
Si può evidenziare tre tipi di contatto tra il flusso di gas polveroso e il liquido.
Oltre a quanto sopra indicato, in alcuni dispositivi i principi di funzionamento possono essere combinati e per tale motivo diventa impossibile calcolare le principali caratteristiche del depolveratore ad umido o l'efficienza di funzionamento dello stesso secondo qualche metodo determinato.
I depolveratori ad umido più semplici sono le torri di lavaggio a spruzzo vuote. Tali dispostivi rappresentano la condotta a sezione rettangolare o circolare all'interno della quale si ha il contatto tra il gas da depurare e il liquido spruzzato attraverso gli appositi ugelli. Tra i vantaggi di tali dispositivi si può notare la possibilità di depurare i gas con elevato contenuto di polvere e una modesta perdita di carico.
È da sottolineare che più alta è la velocità del flusso di gas e delle gocce e più piccole sono le dimensioni di gocce, più alta diventa l'efficienza dello scrubber.
Secondo la direzione del flusso di gas le torri di lavaggio possono assumere le seguenti configurazioni: controcorrenti, equicorrenti e con l'irrigazione del liquido trasversale. Gli ugelli che spruzzano il liquido possono essere disposti sia al centro sia sul perimetro del dispositivo. Il tipo di ugelli sarà scelto in funzione delle dimensioni di gocce che, comunque, deve essere tale da prevenire asportazione delle gocce con il flusso di gas che ha la velocità pari a ν г=0,6-1,5 (mt/sec).
Per dimensionare la torre di lavaggio vuota si procede come segue:
F = Q/νгL'altezza della torre viene assunta pari a H=2,5D, dove D è il diametro della torre con la direzione del flusso di gas controcorrente.
A differenza della torre vuota, le torri di questo tipo sono riempite dai corpi inerti di diverse dimensioni e forme, fissi o mobili. Sono inoltre proviste degli ugelli di diversi tipi. Tali dispositivi vengono normalmente utilizzati solo per la captazione delle polveri con le particelle facilmente bagnabili soprattutto se si tratta dei processi che combinano la depurazione con l'assorbimento o condizionamento dei gas. Secondo il flusso di liquido tali dispositivi possono assumere le seguenti configurazioni: controcorrenti, equicorrenti e con l'irrigazione del liquido trasversale.
La quantità del liquido usato nelle torri di lavaggio a sezione trasversale è al 40% inferiore di quello usato nelle torri a configurazione controcorrente. Tali scrubber si distinguono inoltre da una resistenza idraulica inferiore.
I corpi di riempimento hanno i seguenti parametri:
dэ = 4s0/a
Il principio di funzionamento degli scrubber a dischi à seguente: i gas da trattare interagiscono con il liquido sui dischi di diversa costruzione. Tale interazione dipende della velocità del flusso di gas polveroso. Se la velocità del flusso non sia molto alta, il flusso penetra nel liquido sotto forma di bolle. Le particelle di polvere con dimensioni superiori a 5µm rimangono sulla superficie delle bolle.
I dispositivi a schiuma sono più efficaci. La velocità del flusso del gas da trattare in questi dispositivi supera 5 mt/sec. Con tale dispositivo vengono captate le particelle di polvere con granulometria fino a 2 µm.
Fasi di processo di depolverazione effettuata con i sistemi a dischi:
Tra i principali punti forti dei depolveratori a dischi è da notare l'uniformità di distribuzione del liquido nel dispositivo e una resistenza idraulica insignificante. Tra gli svantaggi si nota però un basso carico di liquido e poca efficienza della captazione delle particelle con le dimensioni inferiori a 5µm.
Gli scrubber ad impatto inerziale sono i dispositivi con il funzionamento basato sul principio dell'impatto inerziale generato al momento del contatto del gas polveroso e del liquido. In seguito a tale impatto si formano le gocce con le dimensioni che variano da 300 a 400 micron.
Tra i vantaggi di tali dispositivi sono da notare le dimensioni ridotte degli stessi, dovute ad alta velocità del flusso di gas. Questi dispositivi si distinguono da un elevato grado di depurazione e garantiscono la possibilità di depurare i gas molto polverosi.
Tali depolveratori sono caratterizzati da un'alta velocità di circolazione del liquido, nonostante l'assenza di qualsiasi dispositivo generante il moto turbolento. I dispositivi più diffusi tra gli apparecchi di questo genere sono gli scrubber Doyle e i separatori a dischi rotanti.
Nei depolveratori Doyle il flusso di gas polveroso viene iniettato attraverso gli appositi tubi. I coni nella parte inferiore dei tubi favoriscono l'aumento della velocità del gas fino a 55 mt/sec. dopodiché il flusso di gas viene in contatto con la superficie del liquido formando il velo di gocce. Per assicurare il buon funzionamento di tali dispositivi il livello del liquido deve essere costante.
All'interno del separatore rotante si trovano i canali a fessura parzialmente riempiti con il liquido. Il flusso di gas polveroso urta contro la superficie del liquido e ne trascina una parte lungo la guida inferiore del canale con la velocità del moto che può raggiungere 10 - 15 mt/sec. dopodiché il liquido va iniettato nella guida superiore e scende formando il velo continuo. Lo sgocciolatoio serve per prevenire l'asportazione delle gocce. Il fango che si accumula sul fondo del depolveratore viene regolarmente asportato dal trasportatore a raschietti. Adesso i depolveratori a dischi rotanti sono poco applicati nel settore industriale.
I lavatori del gas (disintegratori) sono destinati alla depurazione dei gas ad umido. Il principio di funzionamento di tali dispositivi prevede un rotore provvisto di aste che nel processo di movimento del rotore entrano tra le aste fissate sulle pareti del corpo dell'impianto. Nel processo di tale movimento le aste del rotore spruzzano il liquido atomizzato nel gas. La goccia microscopica del liquido ingloba la polvere contenuta nel gas che in seguito viene separata. Tale dispositivo unisce le funzioni del depolveratore e quelle del ventilatore. Prima di essere iniettato nel disintegratore, il gas da trattare è raffreddato fino a 50°C – 60°C. Dopo il trattamento nel disintegratore, il gas viene separato dal liquido nebulizzato. In questo periodo i disintegratori sono largamente sostituiti con i filtri elettrici che sono più moderni.
Lavatore centrifugo
Il gas contaminato viene fatto passare tangenzialmente nella camera dello scrubber centrifugo dove viene convogliato nel moto rotatorio. Le particelle di polvere urtano contro le pareti del corpo sotto l'azione di forza centrifuga e vengono asportate con l'acqua che scorre giù sulle pareti. Un'uniforme distribuzione dell'acqua sulle pareti viene garantita dagli ugelli. Il gas raffreddato e depurato passa attraverso l'apertura superiore regolata con la valvola di strozzamento, mentre l'acqua viene scaricata attraverso la chiusura idraulica.
Uno dei più efficaci dispositivi di depurazione del gas ad umido è lo scrubber Venturi. In tale dispositivo l'acqua viene inserita attraverso la bocca nel condotto. La pressione al punto di inserimento del flusso varia da 0.3 a 1 ATM. Il flusso di acqua viene atomizzato dal flusso di gas inserito con alta velocità (fino a 70mt/sec) tramite un ventilatore. Nella parte divergente del condotto la velocità del flusso cade e il liquido atomizzato ingloba la polvere. I nuclei diventano più pesanti e vengono separati dal flusso gassoso dal separatore a ciclone. Nel serbatoio di decantazione l'acqua che si separa dal fango viene raccolta e riemessa nello scrubber. I sistemi Venturi possono separare dal flusso gassoso fino al 99% delle particelle con granulometrie molto fini che variano da 1.5 a 0.5 µm. I vantaggi di tali depolveratori sono dati dalla semplicità di costruzione e dalla possibilità di separare il gas dal liquido atomizzato.
Tra i punti forti dei sistemi centrifughi si può notare un'alta efficienza di depurazione sotto l'azione della forza centrifuga, la bassa resistenza idraulica, la semplicità della costruzione e la convenienza economica.
Sistema Venturi
Una depolverazione ad umido è un sistema che cattura le particelle di polvere attraverso l'impiego delle piccole gocce del liquido e separa così la polvere dal flusso di gas.
Per la depurazione il gas viene iniettato in controcorrente rispetto alla direzione delle gocce di acqua atomizzata.
Sotto azioni della forza d'inerzia le particelle di polvere contaminanti il flusso di gas non cambiano la loro direzione, urtano contro le gocce che le inglobano e le fanno precipitare.
Più alto è il grado di dispersione del liquido e più intenso è il contatto tra le gocce e le particelle di polvere, più efficace è il processo di separazione di queste ultime. Questo metodo di depolverazione è consigliabile per le particelle di granulometria che va da 0,5 a 500 µm.
I dispositivi destinati alla depolverazione ad umido sono denominati scrubber o lavatori del gas. Tali dispositivi possono avere diverse configurazioni.
Lo scrubber più semplice è la torre di lavaggio a spruzzo che rappresenta una colonna verticale. All'interno della colonna le gocce di acqua vengono spruzzate dall'alto in basso mentre il flusso di gas è indirizzato in controcorrente rispetto alla direzione delle gocce dell'acqua atomizzata.
Le torri di lavaggio che rappresentano le colonne verticali possono essere riempite da corpi inerti. Il liquido di lavaggio viene indirizzato dall'alto e forma il velo sulla superficie dei corpi di riempimento. Il gas contaminato dalla polvere passa attraverso i corpi di riempimento. Le particelle di polvere sono captate ed evacuate poi con il liquido.
Il principio di funzionamento dello scrubber a dischi rotanti è basato sull'azione dei dischi e degli ugelli che spruzzano il liquido in forma atomizzata. Il flusso di gas passa attraverso il liquido nebulizzato e le gocce captano le particelle di polvere. Dopo la saturazione, le gocce di liquido si depositano sulla tela metallica.
Il separatore con gli ugelli anulari che funziona grazie alla differenza della pressione trova una larga applicazione in diversi settori industriali. Tale separatore si usa per la separazione della polvere di granulometria fine, del gas additivo e del liquido nebulizzato.
Per la depurazione, il liquido di lavaggio in pressione viene iniettato nel flusso di gas. Alcune particelle vengono inglobate dal liquido di lavaggio. Il gas contenente le gocce del liquido viene fatto passare attraverso le aperture tra i gruppi di ugelli anulati. Le aperture sono larghe di 0,3-1,1 mm. La forma degli ugelli è concepita in modo tale da imporre al flusso di gas un moto a spirale. Sotto l'azione della forza centrifuga le particelle di polvere e le gocce di liquido urtano contro le pareti del separatore e vengono scaricate sotto forma di fango.
Tale depolveratore rappresenta una pompa a getto acqua di grandi dimensioni. Tale pompa aspira il gas polverato e lo inietta nell'acqua di lavaggio che scorre con un'alta velocità. Nella torre di lavaggio il gas che contiene le particelle di polvere si mescola intensivamente con l'acqua che ingloba circa il 90% di polvere.
Dato che i depolveratori utilizzano una grande quantità d'acqua, il liquido raccolto viene riciclato.
La versione ammodernata della torre di lavaggio a getto prevede l'uso del ciclone accoppiato al corpo con la flangia. Il ciclone serve per ottimizzare la precipitazione delle gocce d'acqua. Tale dispositivo è nominato scrubber Venturi.
La corrente di gas e polvere viene fatta passare attraverso l'apertura di ingresso nel condotto provvisto di ugelli, dove viene generato un moto turbolente che favorisce l'urto tra le particelle e le gocce di liquido. In questo dispositivo le gocce di liquido possono captare quasi il 98% delle particelle di polvere. Tale dispersione passa in seguito nella parte dello scrubber che rappresenta un ciclone. Per effetto della forza centrifuga, si ha il deposito delle gocce di liquido contenenti le particelle di polvere sulle pareti del ciclone. Il liquido con polvere captata viene scaricato sotto forma di fango, mentre il gas esce attraverso il tubo ad immersione.
I vantaggi di questo dispositivo sono dati dal basso consumo dell'acqua e dell'energia elettrica, un'alta efficienza di depurazione del gas e la soluzione costruttiva compatta.
I depolveratori ad umido sono largamente utilizzati nella depurazione fine dei gas già depurati dalle particelle di polveri grossolane. Tali dispositivi sono destinati alla rimozione delle particelle con granulometria fino a 0,1 µm. Il fango liquido formatosi in seguito alla separazione delle particelle di polvere va successivamente sottoposto al processo di condensamento.
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