Top 6 enheder til fjernelse af gasforurenende forurenende stoffer
Denne artikel kaster lys på de seks øverste enheder for at fjerne gasbårne forurenende stoffer. Indretningerne er: 1. Gravity Settler 2. Inertial Separator 3. Centrifugal Separator 4. Filtre 5. Elektrostatisk Precipitator og 6. Scrubbers.
Enhed # 1. Gravity Settler:
Når en støvbelastet gasstrøm strømmer gennem et kammer, oplever støvpartiklerne følgende kræfter i lodret retning:
(i) En tyngdekraft, der virker nedad,
(ii) En flydende kraft, der virker opad, og
(iii) En trækkraft i retningen modsat partikelretningens bevægelsesretning.
Som et resultat opnår partiklerne en netto nedadgående hastighed, som under steady state tilstand betegnes som terminalhastigheden U r . Partiklerne oplever også en hastighed i vandret retning, hvilket ville være det samme som for bæregassen (forudsat ingen glide ved gas-partikelgrænsefladen).
Støvpartiklerne, som fastholdes i kammeret, adskilles fra bæregasstrømmen, og resten bæres væk. Et sådant kammer betegnes som en tyngdekraftsregulator.
Graden af støvfjernelse fra en gasstrøm i en gravitationskolleger afhænger af følgende faktorer:
(i) Gashastighed i kammeret,
(ii) Partikelstørrelsesfordeling,
(iii) Terminalhastighederne af partiklerne, der igen afhænger af partikelstørrelserne, partikeldensiteterne, gas (bærehastigheden) og gasdensiteten.
iv) kammerlængden og
(v) Kammerhøjden.
Gravity nybyggere er af to typer:
(i) Enkelt kammer (uden bakke indeni) og
(2) Multi-bakke kammer (også kendt som Howard bosætter).
Figur 4.2 viser skitser af gravitationskollegerne.
Konstruktivt et enkelt kammer er den billigste. De tilbageholdte støvpartikler opsamles i en beholder / beholdere ved bunden, hvorfra partiklerne fjernes fra tid til anden. Et multi-bakke kammer ville være dyrere og ville have flere lidt skrå bakker med et ensartet mellemrum mellem bakkerne. Bakkerne er forsynet med en egnet mekanisk anordning, således at de akkumulerede støvlag på bakkerne kan fjernes uden afbrydelse af strømningsprocessen.
Bosætterne kan være fremstillet af ethvert metal, som ville være i stand til at modstå gastemperaturen, det ætsende miljø og slid af partikler. Der er ingen tryk- og temperaturbegrænsninger for så vidt angår indgangsgassen. Det kan være nødvendigt at isolere en bosætter for at forhindre afkøling af den påvirkende gas under dens dugpunkt og følgelig dampkondensation.
I et enkelt kammer kan sedlerpartikler større end 40 (am blive fjernet effektivt, mens et korrekt designet flerbakke kammer kan fjerne partikler så små som 10 pm. En af de største fordele ved en tyngdekraftsnedlægger er dens lavtryksfald.
Det samlede trykfald kan beregnes ved at tilføje trykfaldene på grund af:
(i) Entréudvidelse,
(ii) Friktionstab i selve kammeret og
(iii) Udgangskontraktion.
Gravity Settler Design Approach:
Til udformning af en tyngdekraftsregulator kræves følgende oplysninger i ensartede enheder:
1. Volumetrisk gasstrømningshastighed,
2. Støvpartikelstørrelse og massefordelingsanalyse (dpi vs. m dpi ),
3. Gennemsnitlig partikeldensitet, Pp,
4. Gasdensitet og viskositet, Pg, p g og
5. Den ønskede fjernelse effektivitet ( dpi ) af målpartikelstørrelsen.
Det er tidligere blevet nævnt, at en partikel med en diameter dpi opnår en terminalhastighed U t, dpi som et resultat af de kræfter (allerede opført), der virker på den. Udtrykket for U t. dpj virker for at være
Partiklerne, som normalt ville være interesserede i fjernelse i en tyngdekraft-sedimenter, ville ikke være for fine, derfor kan dpi af sådanne partikler beregnes ved anvendelse af Eq. (4.7), som opnås ved at antage
Det skal her nævnes, at for formålet med formålet antages det, at partiklerne vil nå deres respektive terminalhastigheder umiddelbart efter at de er kommet ind i et sedimenteringsrum.
Størrelsen af en tyngdekraftsborger kan ankommes ved følgende trin:
Trin I:
Vurdere u t, dpi for alle partikelstørrelser ved hjælp af Eqs. (4.2) til (4.6) eller Eq. (4.7) afhængigt af dp.
Trin II:
Vælg en passende lineær gashastighed U gennem den foreslåede bosætter. Generelt ligger U mellem 0, 3-3 m / s. Normalt er det taget som 0, 3 til 0, 6 m / s.
Trin III:
Beslut bosætterlængden L. Det afgøres ud fra enten det ledige plads til installation af bosætteren eller for at imødekomme det tilladte trykfald over bosætteren eller for at tilfredsstille begge.
Trin IV:
Evaluer opholdstiden i kammeret, τ
hvor τ = L / U
Trin V:
Anslå bosættelseshøjden H. De ligninger / relationer, der skal anvendes til estimering af H, afhænger af, om den foreslåede bosætter er en enkeltkammer-bosætter eller en multi-bakker, og om strømmen inde i sedimenteren er laminær eller turbulent.
Trin VI:
Kammerets bredde W skal estimeres ved hjælp af forholdet W = Q / HU, opnået ved at balancere volumetrisk strømningshastighed,
hvor Q = volumetrisk strømningshastighed af bæregassen.
(A) En enkeltkammeret, Laminar Flow Tilstand:
Sommerhøjden H, estimeres på baggrund af den ønskede fjernelseseffektivitet af målpartikelstørrelsen, dpi, ved anvendelse af relationen.
For partiklerne, der har andre størrelser end dpi, beregnes fjerningseffektiviteten under anvendelse af relationen.
Ved hjælp af de opnåede oplysninger hidtil er den samlede effektivitet af bosætteren estimeret ved hjælp af forholdet.
Det skal bemærkes, at η dp kan have en maksimal værdi på 1, 0.
Hvis den beregnede værdi af η samlet ikke opfylder den ønskede udførelsesform for bosætteren, er Eqs. (4.8) til (4.10) skal omarbejdes på basis af en ny (antaget) dpi eller et nyt (antaget) η dpj eller et nyt sæt dpi og η dpi, indtil det ønskede resultatkriterium er opfyldt.
(B) Enkeltkammeret, Turbulent Flow Tilstand:
Settlerhøjden H estimeres ud fra målpartikelstørrelsen dpi og antager en separationseffektivitet η dpi = 1 = 1 ved anvendelse af relationen
For hver af de andre partikler, der har diameter dp dpi, beregnes sedimenteringshøjden h dp ved anvendelse af Eq. (4, 12).
Dernæst beregnes fjerningseffektiviteten af hver af de forskellige partikelstørrelser med dp <dpi ved anvendelse af Eq. (4.13)
Adskillelseseffektiviteten af partiklerne med dp> dpi er taget som 1, 0. Den totale fjernelseffektivitet af alle partiklerne evalueres endelig ved anvendelse af Eq. (4.10).
Hvis den beregnede samlede ydelse baseret på Eq. (4.10) svarer ikke til den ønskede ydeevne Eqs. (4, 10), (4, 11), (4, 12) og (4, 13) omarbejdes ved at vælge en anden målpartikelstørrelse dpi, indtil den ønskede ydelse er opfyldt.
(C) Multi-tray Settler Design :
I tilfælde af en multi-bakke sedimenter er afstanden mellem to på hinanden følgende bakker H r vigtig. Det er generelt i størrelsesordenen 30 cm. Antallet af bakker i et kammer, N, anslås ved hjælp af forholdet,
N = (H / H t ). (4, 14)
Omarrangering Æg. (4.14) kammerhøjden kan udtrykkes som
Det er tydeligt, at for estimering af H, H t og N skal vælges.
Når H t er fast, skal den samlede ydeevne af en multi-bakke sedimenter anslås ved hjælp af de egnede Eqs. (4.2) til (4.13) afhængigt af om strømmen sandsynligvis vil være laminær eller turbulent. Relationen der skal anvendes til estimering af W ville være
W = Q / NH, U
Hvis resultatet af den foreslåede bosætter er utilfredsstillende, bør problemet omarbejdes under forudsætning af en ny N.
Den mindste partikelstørrelse, som ville blive fjernet i ønsket omfang i en specificeret sedimenter, kan udtrykkes som
Hvor g = acceleration på grund af tyngdekraften.
Det skal her påpeges, at den faktiske effektivitet af en bosætter vil være mindre end den beregnede en ved anvendelse af Eq. (4.10) på grund af følgende grunde:
(i) Geninddragelse af de faste partikler,
(ii) Partikler opnår ikke deres terminalhastigheder kort efter indtræden af en bosætter, og
(iii) Partiklernes ikke-sfæriske form.
Eksempel 4.1:
Det foreslås at installere en tyngdekraft-sedimenter til fuldstændig fjernelse af støvpartikler med en diameter på 40 pm fra en bæregas.
De øvrige relevante oplysninger er:
Carriergasstrømningshastighed = 21, 600 m3 / time. ved 50 ° C og tryk lidt over 1 atm,
Partikeldensitet (p p ) = 2, 5 g / cm3.
De fysiske egenskaber af bæregasen kan tages som luften ved driftstilstanden.
Finde:
(a) Egnede dimensioner af en enkeltkammer-sedimenter, der antager laminær strømning i kammeret,
(b) Effektiviteten af den samme bosætter, hvis strømmen i kammeret er turbulent,
(c) Hvis den samme bosætter er forsynet med bakker ca. 30 cm fra hinanden, hvilke partikler med minimal størrelse kan fjernes med 100 procent effektivitet?
Opløsning:
(a) Forudsætninger for enkeltkammeret:
(i) Strøm inde i sedimenteren ville være laminær,
(ii) Afregning af partikel Reynolds-nummer (Re p ) ville være mindre end 2,
(iii) Carriergashastighed gennem sedimenteren, U = 0, 4 m / s.
Bæregasdensitet ( pg ) ved 50 ° C og 1 atm.
Dimensionerne af en bosætter kan estimeres ved hjælp af følgende relationer, hvis strømmen i sedimenteren er laminær.
Da r ikke er angivet, antages flere værdier af x, og de tilsvarende værdier af L, H og W beregnes som angivet nedenfor:
Dimensionerne af en egnet bosætter ville afhænge af det ledige plads til dets installation. Lad de foreslåede bosætningsmålinger være
L = 8 m, H = 2, 29 m og W = 6, 55 m svarende til r = 20 s
Nu skal det kontrolleres, om strømmen inde i sedimenteren ville være laminær eller turbulent ved at beregne Reynolds nummer,
Derfor vil strømmen inde i sedimenteren være turbulent.
(b) Da strømmen inde i sedimenteren ville være turbulent, bør effektiviteten estimeres ved anvendelse af Eq. (4.13)
c) Hvis den foreslåede bosætter er forsynet med bakker ca. 30 cm fra hinanden, ville antallet af bakker inde i bosætteren være
Dette ville resultere i en bakkeafstand, H t = 2, 29 / 8 = 0, 28 m
Den lineære hastighed af gas i bosætteren ville være
Derfor vil strømmen være turbulent.
Da strømmen inde i multi-bakke-sedimenteren ville være turbulent, kunne de minimumstørrelsespartikler, der fuldstændigt fjernes, beregnes under anvendelse af Eq. (4.16)
Komplet fjernelse betyder n dpi = 1, men substitution af n dpi = 1 i ovenstående ligning vil resultere i en ubestemt dpi. Derfor er η dpi taget som 0.999 og og dpi beregnet ved hjælp af Eq. (4.16).
Enhed # 2. Træghedsseparator:
Suspenderede faste partikler båret af en gasstrøm opnår næsten samme hastighed som selve gasstrømmen. Som følge heraf er momentumet og dermed inertien (af bevægelse) af de større og tættere partikler mere sammenlignet med dem af de lettere og finere partikler. Når en sådan gasstrøm ændrer strømningsretningen inde i et udstyr, fortsætter strømningsretningen af partiklerne med højere inerti at følge den gamle (tidligere) retning og endelig kommer til hvile efter at have ramt en eller anden overflade.
De lettere og finere partikler bliver båret væk af selve gasstrømmen, da trækkraften overvinder inertien. Et sådant udstyr betegnes som en "inertial separator". Støvfjernelseseffektiviteten af en inertialseparator kan kun forbedres ved at reducere trækkraften på partiklerne. Dette kan opnås ved at sænke gashastigheden i separationszonen. Trægtseparatorer er af forskellige typer. Figur 4.3 viser skitser af nogle typer inertialseparatorer.
Indgangsgashastigheden i en inertialseparator kan være omkring 10 m / s, og det er i separatoren normalt ca. 1 m / s. Størrelsen af en inertialseparator er sædvanligvis mindre end den for en tyngdekraftsnedlægger, der har lignende kapacitet og effektivitet, men trykfaldet ville være højere. For en inertialseparator er der ingen tryk- og temperaturbegrænsning.
Enhed nr. 3. Centrifugal separator:
En centrifugalseparator er almindeligvis kendt som en cyclonseparator. Det er en inertiel type separator, men den kraft, der medfører adskillelse, er centrifugal. Dens øverste del er cylindrisk, medens den nedre del er en inverteret afkortet kegle. Dustbelastet gas går ind i cylinderen nær toppen enten gennem en sideluft eller aksialt gennem toppen med tangential hastighed. Den rene gas kommer ud øverst gennem et centralt cirkulært udløb. De adskilte faste partikler udledes gennem en central udgang i bunden.
I tilfælde af en sideindgangcyklon indføres cyklons indløb tangentielt, og den indgående gas opnår således en tangential hastighed. De aksiale adgangscykloner er forsynet med skovle for at give en tangential hastighed til den indgående gas.
Den støvbelastede gas efter indtrængen af en cyklon bevæger sig nedad som en nedadgående ydre hvirvel på grund af dens tangentialhastighed, når næsten keglen apex, og så vender den sin retning og bevæger sig opad som en stigende indre hvirvel. Endelig forlader gassen cyklonen gennem et centralt placeret udløb øverst.
De større og tyngre støvpartikler, mens de bevæger sig nedad sammen med den spiralformede gasstrøm, oplever en centrifugalkraft, som følge heraf de vandrer mod væggen. Endelig glider de ned mod bundudløbet, som generelt er forsynet med en roterende ventil. De finere og lettere partikler transporteres væk af den udgående gasstrøm.
Centrifugalkraften, der virker på en partikel med masse m, kan udtrykkes som:
Fra Eq. (4.18) er det klart, at for en partikel med en diameter Pp og densitet pp er den centrifugalkraft, der virker på den, direkte proportional med ufarvet og omvendt proportional med R. Derfor vil dens fjernelseffektivitet i en cyklon øges med stigningen i U tan fald med stigningen i R.
Cycloner med diametre 1 m eller derover kan håndtere højere gasstrømshastigheder, men er mindre effektive til at fjerne partikler, der er finere end 30 pm. Trykfald over en sådan cyklon kan være ca. 2, 5-15 cm vand. Cycloner med en diameter på 30 cm eller mindre betegnes som højeffektivcycloner.
Deres gashåndteringskapacitet er mindre, men de er ret effektive til at fjerne partikler så små som 10 pm. Trykfald over en lille cyklon er normalt omkring 10 cm til 30 cm vand. På grund af deres lave gashåndteringskapacitet drives flere cykloner parallelt og placeres i et enkelt hus. En sådan samling betegnes som en multicyklon.
Figur 4.4 viser en skitse af en standardcyklon. Dimensionerne af de forskellige dele af en sådan cyklon er udtrykt som forhold til dens diameter. Disse forhold varierer noget afhængigt af cyklon typen. Cycloner klassificeres som høj effektivitet, medium effektivitet og konventionel cyklon. I tabel 4.5 er de relative dimensioner af ovennævnte typer af cykloner anført.
Fordelene ved en cyklonseparator er dens enkelhed i konstruktion og lavere omkostninger. Da der ikke er bevægelige dele i en cyklon, er vedligeholdelsesomkostningerne lave. Det kræver mindre gulvplads. En korrekt designet cyklon kan drives ved et tryk så højt som 500 atm og temperatur så højt som 1000 ° C.
Designmetode for en cyklonseparator:
For at designe en cyklon bør størrelsesanalysen af støvpartiklerne, der er til stede i en tilstrømningsgasstrøm, være tilgængelig. Partikelskåret størrelse d50 skal også være kendt. d 5Q står for partikeldiameteren, hvoraf 50% (efter masse) skal fjernes fra en støvbelastet gasstrøm.
Når disse oplysninger er kendt, antages en cyklondiameter Dc, d50 svarende til, at Dc beregnes ved anvendelse af fremgangsmåden angivet nedenfor. Hvis den beregnede d50 ikke svarer til den ønskede d50, antages en ny Dc, og beregningen gentages.
Efter etablering af Dc beregnes fjernelseffektiviteten af støvpartiklerne med andre diametre end d50 under anvendelse af et plot som vist i figur 4.5.
Den samlede effektivitet af den foreslåede cyklon beregnes derefter under anvendelse af forholdet angivet i Eq. (4.10)
Der er to metoder til at designe en cyklonseparator:
(1) Lapples tilgang og
(2) Kraftbalance tilgang.
1. Lapples tilgang:
Denne tilgang er baseret på følgende udtryk for d50
hvor N e = effektivt antal omdrejninger i den nedadgående ydre hvirvel, som generelt ligger mellem 1 og 10 =
U I = indtastning af gashastighed, der ligger mellem 6 og 24 m / s
Normalt er det taget som 16 m / s.
Det tilsvarende udtryk for trykfald over en cyklon er
Trykfaldet afhænger af cyklon typen. Nogle typiske data er angivet i tabel 4.6.
2. Force Balance Approach:
Kraftbalancemetoden er baseret på følgende lokaler:
(i) Partiklerne inde i en cyklon på afstand R fra aksen oplever en net radialkraft, hvilket er forskellen mellem netfeltstyrken (centrifugalkraften) og trækstyrken.
(ii) Partikler med en diameter d50 vil blive udsat for et nettovægt nul ved
(v) Et udtryk for U- tan opnås ved at afbalancere væskens øjeblikke ved indløbet og udløbet, og væggen forskydes kraftigt omkring cyklonaksen.
hvor fs er analog med friktionsfaktoren = 1/200
A 1 er indløbskanals tværsnitsareal = B C H C
A s er cyclone overfladeareal udsat for
Spinning gas
Designproceduren er at vælge annoncen 50 og antage en cyklondiameter D c . Cyklondiameteren D c skal vælges således, at U I = Q / B c H c er inden for driftsomløbethastigheden (6-24 m / s, normalt 16 m / s).
Næste d 5Q beregnes under anvendelse af Eqs. (4.25), (4.24), (4.23) og (4.22). Hvis den beregnede d50 ikke svarer til den forudvalgte d50 gentages trinene med en anden antaget cyklondiameter. Processen gentages, indtil en cyklondiameter er fundet, hvilket resulterer i ad 50 tæt på den forud valgte d50.
Trykfald over en sådan cyklon kan beregnes ved hjælp af forholdet.
Det skal her påpeges, at den faktiske separationseffektivitet ville være mindre end den, der blev beregnet ved anvendelse af Eq. (4.10) på grund af følgende virkninger:
1. Springer tilbage af partikler fra væggen ind i den indre hvirvel,
2. Partikler bliver hentet fra kegleaksen ved hjælp af beholderstrømmen, og
3. Fornyelse af partikler på grund af eddier.
Eksempel 4.2 :
En konventionel cyklonseparator skal konstrueres til fjernelse af 50 procent af partikler med en diameter på 5 pm og en densitet på 2, 5 g / cm3 fra en gasstrøm (luft) strømme med en hastighed på 7200 m3 / time ved 30 ° C.
Opløsning:
Fra litteraturen er viskositeten af luft ved 30 ° C fundet at være 0, 018 centipoise.
0, 018 centipoise = 1, 8 x 10-4 g / cms = 1, 8 x 10 -5 kg / m s.
Et foreløbigt skøn over en cyklondiameter (Dc) for at opfylde ovennævnte pligt opnås ved anvendelse af Lapples tilgang, Eq. (4, 19) forudsat
Enhed # 4. Filtre:
I modsætning til de andre typer af separationsanordninger udføres tidligere filtreringsoperation i en semi-batch-tilstand. Under den første del af operationen bliver støvpartikler fra en støvbelastet gasstrøm anholdt i selve anordningen, og en relativt ren (støvfri) gasstrøm strømmer ud. Komponenten i et filter, som faktisk arresterer støvpartiklerne, omtales som et filtermedium.
Når mængden af akkumulerede støvpartikler på filtermediet øges, stiger modstanden mod gasstrømmen. Det resulterer i en stigning i trykforskellen på tværs af filteret med tiden. Endelig nås et stadium, når trykforskellen er lig med en forudindstillet værdi.
På dette tidspunkt stoppes gasinstrømningen, og den næste fase af operationen, der fjerner de akkumulerede støvpartikler (rengøring), startes. Efter at en betydelig mængde af det akkumulerede støv er fjernet genoptages filtreringsoperationen (tilstrømning af støvbelastet gas). Filtre klassificeres efter den anvendte type filtermedium.
De anvendte medier er:
1. Aggregatmedium (grus) og
2. Fibermedium (papir, fibermat, filt, vævet stof osv.).
Grusfilter:
Samlet filtermedium anvendes til høj temperatur og andre specielle anvendelser. En typisk filterinstallation består af flere filtermoduler arrangeret parallelt. Et modul er vist i figur 4.6. Et af de mest tiltalende aspekter ved et grusfilter er dets evne til at modstå høj temperatur.
Gravels fundet i naturlig dannelse anvendes. Dens valg afhænger af indflydende gastemperatur. Quartz-graveler kan modstå en driftstemperatur tæt på 800 ° C. Den faktiske driftstemperaturbegrænsning af et grusfilter afhænger imidlertid af det strukturelle materiale, der anvendes til dets konstruktion. De bevægelige dele af et grusfilter er en tilbageslagsventil og en rakemekanisme.
Da disse drives intermitterende, er slid på disse dele lave. Filterets bund fungerer som en cyklonseparator. Under rengøringen får luft eller anden gas strømme i modsat retning, og rakemekanismen er tændt. De dislodged støvpartikler opsamles i tragten nedenfor. De akkumulerede støvpartikler fjernes fra tragten fra tid til anden. Trykfaldet over et grusfilter kan variere mellem 120 cm vand.
Stof filter:
Nogle fibrøse medier, såsom papir og fibermåtte er vanskelige at rengøre og genbruge, og derfor bliver de sædvanligvis bortskaffet efter brug. Disse er ikke egnede til industriel gasrensning. Fibermedier, som vævede og filtdækker anvendes i vid udstrækning til nyttiggørelse af værdifulde materialer fra industriaffaldgasser samt for at kontrollere luftforurening.
Et stoffilter, også kendt som et posefilter, anvender rør (lavet af klud) åbent i den ene ende og lukket på den anden som filtreringsmediet. Flere rør er ophængt lodret i huset fra en trådramme med de åbne ender placeret nederst. Dustbelastet gas går ind i et hus nær bunden og bevæger sig op gennem rørene gennem deres åbne ender.
Den rene gas strømmer ud gennem rørens cylindriske overflader, mens støvpartiklerne bevares indeni. En passende mekanisme indbygges i huset til fjernelse (rengøringsoperation) af de akkumulerede støvpartikler fra tid til anden. Rengøringen kan udføres online eller offline.
Forbehandling:
De anvendte stoffer kan ikke modstå høj temperatur. Derfor er det nødvendigt at afkøle den indgående gas for at nedbringe temperaturen under den anbefalede maksimale driftstemperatur for det valgte stof. Det skal huske på, at indgående gas skal ligge inden for 30 ° - 60 ° C over dugpunktet, da der ellers kan opstå kondens på posens overflader. Kondensering ville resultere i klamring af fugtige faste partikler til filtermediet, hvilket ville forhindre rengøringsoperationen.
For at reducere belastningen på et stoffilter, ville det være bedre at forrense den indgående gas ved anvendelse af en tyngdekraft-sedimenter / cyklonseparator for at fjerne partikler større end 20-30 μm, når mærkbare mængder af dem er til stede.
Stoffiltreringsmekanisme:
Partikelmateriale fra en bærergas fjernes ved hjælp af stoffer ved sigtning, direkte impaktion, aflytning på grund af Van der Waals kraft, Brownian diffusion og elektrostatisk attraktion. Elektrostatisk ladningsgenerering kan skyldes friktion mellem gas og stoffer og mellem partiklerne og stofferne.
Vævede klæder fremstilles ved vævning af garn. Når det er nyt, er hullerne mellem garnerne ret store, og nogle af partiklerne trænger let ind i porerne. Nogle partikler arresteres på kluden. Som filtrering fortsætter flere og flere støvpartikler akkumuleres på kluden og derved danner en "filterkage". Kagen fungerer nu som filtermediet, og det er mere effektivt end selve kluden.
Filt klud er lavet ved at skubbe tæver nåle gennem to eller flere lag vævet klud og dermed kombinere dem og derefter roughing up overflade lag. Indersiden giver styrke og dimensionel stabilitet, mens de tilfældigt orienterede fine stoffer på overfladen giver høj opsamlingseffektivitet for små partikler.
Stof materialer:
Filterposer er lavet af bomuld, uld, akryl, nylon, nomex, polyester, polypropylen, Teflon og glasfiber. Af de ni stoffer, der hedder de to første, er naturlige og resten er syntetiske. Mens du vælger et stof til en bestemt situation, skal der tages hensyn til følgende faktorer: driftstemperatur, bærergas surhedsgrad / alkalitet, slibning af partiklerne, luft-til-kludsforhold og endelig dets omkostninger. Karakteristikaene for de ovennævnte stoffer er anført i tabel 4.7.
Filterrensning:
Periodisk rengøring af filterposer er afgørende for at opretholde den ønskede gasstrømningshastighed. Rengøring kan opnås enten ved at bøje en pose og derved opbryde og fjerne støvlagene eller ved omvendt luftstrøm gennem poser eller ved en kombination af begge dele. Mekanisk omrystning af poser ved at bøje dem er ret effektiv i støvfjernelse, medmindre partiklerne er for dybt indlejret i stofferne.
Imidlertid resulterer mekanisk rystning i mere stofpleje. Vævet stof kan udholde sådan behandling. Fragile stoffer, såsom glasfiber og filt klud, må ikke udsættes for mekanisk rystning. Luftrensning kan ske på flere måder, såsom omvendt luftstrøm, pulsstråle og blæse-ring.
Reverse flow rensning udføres ved at tage off-stream et modul. Højvolumen lavtryksluft tillades at strømme modstrøm til den normale strømningsretning. På grund af omvendt flowbøjning af poser finder sted og støvlagene løsnes. Sonic generatorer bruges nogle gange til at øge rengøringen. Da denne proces ikke forårsager stor belastning på stoffet, kan den også bekvemt anvendes til skrøbelige stoffer.
Ved pulsstrålerensning indføres en luftstrømstrøm med en højtryksstrøm (op til ca. 9 kg / cm2) i en pose i toppen i en kort varighed (ca. 0, 1 sek eller mindre). Da strålen udvider posen oplever et chok og ryster. Den resulterende rengøring er ganske god. Pulsstråle rengøring kan anvendes til rengøring af alle typer stoffer end bomuld og glasfiber. Processen kan bruges online eller offline. En pulsstråler har ingen bevægelige dele.
En rensemiddel med rensningstype bruger en luftstråle, der udsender gennem en række åbninger på indersiden af en hul metalring, der tæt omgiver en taske. Ringen bevæges op og ned på ydersiden af en pose med en motoriseret kæde og tandhjulsarrangement. Luft fra en blæser er rettet mod ringen gennem en fleksibel slange.
Luftstrålen rammer en lille del af en pose og skubber den del indad. Filterkagen er brudt og løsrevet. Da de resterende dele af posen under denne type rengøringsoperation kan fortsætte med at fungere normalt, kan den udføres online.
Enhver type stof, vævet, filtet eller skrøbeligt kan renses ved hjælp af denne teknik, da de ikke er anstrengt meget. Denne type rengøringsarrangement anvendes ikke til store installationer på grund af dets høje omkostninger og komplicerede maskiner.
Systemet:
Et taskehus er generelt lavet af flere moduler, hvor hvert modul er en selvstændig enhed. I hvert modul er flere poser anbragt korrekt understøttet. Posens diameter kan variere mellem 7 til 30 cm. Generelt er det omkring 15 cm. Højden af en pose kan variere mellem 0, 75 m til 8 m.
Dustbelastet gas går ind i et modul gennem en indløbskanal. Indløbskanalerne på de forskellige moduler er forbundet med en fælles manifold. Meget ofte leveres baffler og diffusorer i en manifold til korrekt distribution af den støvbelastede gas. Under filtrering kan gas strømme fra indvendigt til udvendigt af en pose eller omvendt. Den rene gas kan udledes i atmosfæren direkte fra et modul eller ledes til et andet fælles manifold til yderligere behandling.
Hvert modul er forsynet med en passende pose rensning gadget, mekanisk eller pneumatisk som diskuteret tidligere. Hvert modul vil have en tragt til at modtage støvet løsrevet under rengøringsoperationen. Hver tragt er igen udstyret med en støvudladningsanordning, som f.eks. En dobbelt fangstventil eller en roterende luftlås.
Selv ikke-brændbare støv kan være eksplosive, og derfor er hvert modul forsynet med en beskyttelsesanordning / -anordninger, såsom eksplosionssikre elektriske beslag, eksplosionsventilator (eksplosionsdør / hængslet panel) og sprinklere til at tage sig af en nødsituation. Adgangsdøre leveres til udskiftning af defekte poser og andet vedligeholdelsesarbejde. Figur 4.7 viser et skematisk diagram af bagfiltermodulet.
Dimensionering af taske filter:
For at estimere det samlede (netto) kludområde kræves følgende grundlæggende oplysninger:
Gasstrømningshastighed, i m3 / min;
Gasfugtindhold i% R. H;
Gas temperatur, i ° C;
Partikelbelastning i g / m 3 af bæregas,
Partikelstørrelsesfordeling i μm;
SO 2 indhold (hvis det er tilfældet), i ppm;
Partikel (fast) densitet, i g / cm3;
Gassurhed / Alkalinitet.
På baggrund af ovenstående oplysninger skal man vælge et egnet stof og dets type, dvs. vævet / filtet. I overensstemmelse med det valgte stof og dets type skal der også vælges en rengøringsmetode. Herefter fastslås filtreringshastigheden udtrykt som luft-til-kludsforhold (A / C) under anvendelse af dataene angivet i tabel 4.8. Luft-til-kludsforholdet afhænger af støvpartiklernes sammensætning, rengøringsmetode, der skal anvendes såvel som om vævet / filtet stof er blevet valgt.
Air-to-Cloth-forholdet skal vælges ud fra producentens retningslinje. Normalt antages en lavere værdi for den vævede klud og en højere værdi for filt kluden.
Q gasstrømningshastighed, i m3 gas / min og F-faktor, der ligger mellem 1, 04 og 2.
1.04 For en meget stor værdi af A- net og 2 for en lille værdi af A- net .
Bag House Efficiency og trykfald :
Bag effektiviteten af huset afhænger af støvpartikelstørrelsen, partikelbelastningen, det anvendte stof og den anvendte rengøringsmetode. En korrekt designet enhed kan have en effektivitet på 99% eller mere for partikelstørrelse større end 1 μm. Trykfaldet er normalt i størrelsesordenen 7, 5 til 15 cm vand.
Enhed nr. 5. Elektrostatisk præcipitator (ESP):
Af de forskellige typer af tørpartikelseparatorer er elektrostatiske præcipitatorer det mest effektive. Processen består i det væsentlige af at føre en støvbelastet gas gennem en ledning, hvori et højspændings-dc-felt opretholdes. Støvpartiklerne bliver opladet og aflejres på den jordede (elektriske) overflade af ledningen, mens den rene gas strømmer ud af ledningen. Røret kan være vandret (består af to parallelle plader mod hinanden og lukket øverst) eller lodret (et rør).
Horisontal type ESP er mere almindelig. Præcis midtvejs mellem de to plader holdes flere metalstykker (trådstrimler) suspenderet. Disse tjener som udladningselektroderne og pladerne som samlerne. I tilfælde af et vertikalt rør tjener en ledning, der er ophængt lodret langs midterlinjen, som udløbselektroden, og rørets indre overflade fungerer som opsamler. De opsamlede støvpartikler fjernes periodisk ved at rappe, vibrere eller vaske kollektoroverfladerne.
Ved tør opsamling er støvopbygning på opsamleren tilladt op til ca. 6 mm eller derover og så kraftigt rappet, så støvet løsnes som store klumper, som ikke ville blive genindført. Svagere og hyppig rapning ville producere flager af fortrængt støv, som let kan genindføres. Våd støvopsamling kan opnås enten ved sprøjtning af vand intermitterende eller kontinuerligt på opsamleren eller ved hjælp af et vævearrangement. Afladningselektroderne skal også rengøres ved at rappe dem med intervaller.
Feltstyrke og elektroder:
En feltstyrke på ca. 3 til 6 kV / cm (dc) anvendes sædvanligvis ved hjælp af transformatorer koblet med siliciumlignere og automatiske spændingsregulatorer. På grund af det høje felt udføres koronaudladninger, der producerer højhastighedse-elektroner.
En negativ corona (corona på en negativ ledning) er mere effektiv, da den er mere stabil og effektiv. For effektiv drift er en optimal gnistningshastighed 50-100 gnister pr. Minut. Pulserende energi på en ESP med mellemrum på million eller micro sekunder forbedrer opsamlingseffektiviteten og reducerer strømforbruget.
I nogle mønstre er udladningselektroddiameteren ca. 3 mm, i andre er den stor. Uregelmæssige formede udladningselektroder med spidse fremspring udvikler højintensitet lokalt felt og initierer koronaudladning. Firkantede, trekantede og hakkede ledninger bruges nogle gange som afladningselektroder. Nogle producenter bruger metalstrimler i stedet for ledninger. Samlerplader kan have ribber / baffler for at forhindre geninddrivning af de afstivede støvpartikler og for at give dem mekanisk styrke.
Partikelresistivitet og ESP boliger:
Partikler med lav elektrisk resistivitet (10 4 -10 7 ohm-cm) har en tendens til at miste deres opladning nemt, slippe af pladen og blive genoptaget. Partikler med høj resistivitet (10 11 -10 13 ohm-cm) har tendens til at klæbe til kollektorpladen og isolere den. Støvbelastet gas indeholdende højt resistivitetsstøv kan konditioneres ved tilsætning af NH3, SO2, damp etc. til gasstrømmen.
Driftstrykket for et ESP kan variere mellem et lille vakuum til ca. 10 atm tryk og en temperatur så høj som 600 ° C. En ESP er anbragt i et gastæt hus af stål eller beton. Imidlertid kan huset, hvis det er nødvendigt, korrosionsvis være forsynet med bly eller plast. Når vandrensning af opsamleren er færdig, fjernes også tåge og nogle opløselige gasser sammen med støvpartiklerne.
I en bestemt situation kan en kombination af nedenstående alternativer vælges til konstruktion / drift af en ESP:
(i) tør / våd nedbør
(ii) Vandret / lodret gasstrøm,
(iii) Enkelt / segmenteret plade type, og
(iv) Drift under tryk / vakuum,
ESP-mekanisme:
På grund af højspændingsforskellen mellem den centrale udladningselektrode og jordsamleren finder koronaudladning sted. Under koronaudladning udsendes elektroner, og de accelererer til høje hastigheder. Sådanne elektroner på påvirkning med gasmolekyler som O2 ioniserer dem og frigiver elektroner, som fortsætter processen med gasionisering.
De gasformige ioner oplader derefter de suspenderede støvpartikler i deres kvarter enten ved kollision (bombardement) eller ved diffusion. Partikler større end 1 μm er generelt ladet ved kollision, hvorimod finere partikler oplades ved diffusion. De ladede partikler migrerer derefter til jordsamleren og giver op på deres ladninger. Nogle geninddragelse af partikler kan forekomme i tilfælde af tørsamlere. I tilfælde af våde kollektorer er geninddragelse næsten fraværende.
Feltstyrken er så vedligeholdt, at der er begrænset gnistfrekvens. Under gnistning er der et øjeblikkeligt spændingsfald, hvilket resulterer i sammenbrud af det elektrostatiske felt og deraf følgende standsning af støvopsamling. Overdreven gnistning betyder tab af indgangseffekt i gniststrømmen. I en ESP udsættes en partikel for tyngdekraften, en trækkraft og en elektrisk feltkraft. Feltstyrken ville tiltrække partiklen mod kollektoren, mens trækkraften ville modsætte sin bevægelse mod kollektoren.
Den resulterende kraft ville få partiklen til at migrere mod opsamleren med en vis hastighed, hvilket betegnes som "drivhastigheden". Størrelsen af drivhastigheden af en partikel afhænger af faktorer, såsom tilstanden for partikelladning, partikelstørrelse, gashastighed, feltstyrke og partikelresistivitet mv.
Driftshastigheden af en partikel ladet ved bombardement kan beregnes under anvendelse af forholdet
U p, dp = 3.694 10 -6 E 2 p dp / μ (4, 29)
Men hvis opladningen foregår ved diffusion, kan drivhastigheden være omtrentlig som
U p, dp = 3-097 x 10-4 K mE / μ
hvor, U p dp = drifthastighed af partikler med en diameter dp, i m / s.
Typiske drifthastighedsdata for nogle specifikke partikler er anført i tabel 4.9.
Det skal her påpeges, at ESP-producenterne til designformål bruger deres feltoplevelse i stedet for at regne med drifthastighedsdata beregnet ud fra Eqs. (4, 29) og (4, 30).
Forbehandling:
For at reducere støvbelastningen på en ESP kan den indstrømmende gasstrøm være forbehandlet i en gravitets-sedimenter eller en centrifugalseparator (cyklon). I tilfælde af tør ESP bør den indledende gas være ved en temperatur, siger 25 ° -50 ° C over dugpunktet, og hvis det er nødvendigt, bør gassen forvarmes.
ESP-samlingseffektivitet:
Et skematisk diagram af en parallelpladeopsætning er vist i figur 4.8.
En støvbelastet bæregas, der bærer suspenderede partikler af forskellig størrelse, strømmer mellem to parallelle plader med en lineær hastighed U vandret. Partiklerne, når de er kommet ind i kanalen, bliver ladet og bevæger sig hen imod kollektorpladerne ved deres respektive drivhastigheder.
Lad os analysere de progressive ændringer i partiklernes koncentration (med en diameter dpi), når bæregassen bevæger sig fra indgangssiden til udgangsenden. En materialebalance over en elementær længde dL giver Eq. (4, 31)
hvor H = højde på en plade,
L I = Længde af en plade,
2 S = Pladelafstand,
U p dpj = Driftshastighed for partikler med en diameter dpi
U = Vandret gashastighed grundigt ESP,
A = Samlerareal på to plader = 2 L 1 H
q = Volumetrisk gasstrømningshastighed gennem en kanal mellem to plader = Q / n,
n = antal kanaler,
Q = Total volumetrisk gasstrømningshastighed.
Et udtryk for indsamling (fjernelse) effektivitet af en sådan enhed til partikler med en diameter dpi kan opnås ved at omarrangere Eq. (4, 32).
Though Eq. (4.33) is derived for a pair of parallel plates it is also valid for a tubular collector.
It has been reported that the experimental collection efficiency data fits Eq. (4.34) better than the theoretically derived Eq. (4.33).
Where the numerical value of m ranges between 0.4 to 0.7. The value of m may be approximated as 0.5
If it is desired to remove all the particles of a specific size dpi from a dust laden gas stream, then minimum length of a parallel plate collector (L dpj ) should be equal to SU/U p dpj so that the particles which are at the mid-plane between the plates at the entrance would be able to reach the plates before the carrier gas sweeps them away out of the channel.
Under this condition those particles having drift velocities greater than U p dpj would also be completely removed but those having lower drift velocities would be partially removed.
It is to be noted here that the particles take some time to get charged and acquire their drift velocities after entering a channel. The charging time 't c ' is about 0.3 sec. Hence the required minimum collector length for 100% removal of particles having a diameter dpi is
L dpi, (100%) = SU/U p.dpi + U× t c .
ESP Design Approach:
For estimating the dimensions of an ESP (L, H, S, and the number of parallel channels, n) the basic information required are particle size and mass distribution data, total volumetric gas-flow rate and the desired overall removal efficiency.
Based on these an ESP may be sized through the following steps:
Trin I:
A specific particle size dpi is chosen whose complete removal is desired.
Trin II:
Influent gas velocity (U), plate spacing (25), plate height (H) and field strength (E) are assumed.
Trin III:
The drift velocities of the dust particles are estimated using Eqs. (4.29) and (4.30).
Trin IV:
L dpj is calculated using Eqs. (4.33) and (4.35), whichever is larger should be accepted.
Trin V:
The removal efficiencies of the dust particles having a diameter other than dpi are estimated using Eq. (4.34).
Trin VI:
The overall collection efficiency of the proposed ESP is estimated using Eq. (4.10).
N overall = Σm dpi × n dpi /Σm dpi
If the estimated overall efficiency does not match the desired efficiency, then some of the parameters listed in step II are changed and the steps III, IV, V and VI are reworked till the estimated overall removal efficiency matches the desired one.
The ratio of the effective length to the effective height of an ESP is referred to as the Aspect Ratio (AR). It generally ranges between 0.5 to 2. For 99.5 + % removal efficiency the AR should be greater than 2.
The number of parallel channels in a module is estimated using the relation,
n = Q/q, (4.36)
where Q is the total volumetric gas-flow rate.
ESP Performance:
An ESP is used to remove particles ranging in size from 300 (am to 1pm and the overall removal efficiency may be as high as 99.9%. Since the efficiency is a logarithmic function of the collector area, the area required for 99 % collection is about twice that required for 90% collection. The efficiency may be more than 99% for particles larger than 2 pm. The pressure loss is less than 2.5 cm of water. Power consumption is about 75-750 kW per 10, 000 Nm 3 /min gas-flow rate.
The actual performance of an ESP may be poorer than the calculated one because of re-entrainment, improper electrical setting, badly adjusted rapper, excessive dust build-up, channeling of gas, high electrical resistivity, low SO 2 content of the carrier gas. Sectionalized units have higher efficiency.
Normally an ESP operates in the particle resistivity range of 10 4 -10 12 ohm-cm. For resistivity less than 10 4 the particles lose their charge easily and hence are not collected. For resistivity more than 5 x 10 10 particles are held rigidly to the collector. Strong rapping required for dislodging such particles results in re-entrainment.
Advantages and Disadvantages of an ESP :
Fordele:
1. Low pressure drop (draft loss),
2. Can handle gas at high temperature and pressure,
3. High collection efficiency even for small particles < 0.1 µm,
4. Variation of gas-flow rate and dust loading do not affect the efficiency much,
5. Can be operated both in dry and wet conditions,
6. Can handle corrosive gases,
7. Maintenance cost is low as there are fewer moving parts,
8. Low operating cost compared to other high efficiency dust removal systems.
Ulemper:
1. Initial cost is high,
2. More space is required,
3. It is not suitable for combustible dust and or gases,
4. Actual removal efficiency may be low if not operated properly,
5. Conditioning agents may be required for resistive particles.
In Table 4.10 the normal range of variation of the parameters of plate type commercial ESPs are listed.
Table 4.10 : Normal Range of Variation of Parameter Values of Plate Type Commercial ESPs
Example 4.3:
Design a suitable parallel plate electrostatic precipitator (ESP) for 99.5 percent removal of particles having a diameter 20 µm from a carrier gas (air) flowing at the rate of 30, 000 m 3 /hour at 30 °C.
Following data may be used for design purpose:
Opløsning:
Since U p dpi is given it is not necessary to calculate the same using either Eq. (4.29) or Eq. (4.30). From Eq (4. 33).
Device # 6. Scrubbers:
Scrubbers are widely used in industries for removal of dust particles, suspended liquid droplets and also for absorption of gaseous pollutants from effluent gas streams. In a scrubber a gas stream is brought in contact with a liquid stream (generally water) either in the form of a spray or a pool as a result of which the suspended particles are collected in the liquid stream and thereby form a slurry.
The treated gas saturated with water vapour and containing some water droplets comes out of the scrubber. The slurry often needs further treatment before its final disposal. In dry cleaners discussed earlier one does not encounter this problem.
In a scrubber the mechanism of collection of larger particles (dp > 0.3 pm) is predominantly interception and impingement, leading to agglomeration of particles. The finer particles (dp < 0.3pm) are mainly collected due to diffusion. If a gas stream cools down below its dew point coming in contact with the scrubbing liquid then the process of dust collection gets boosted.
One finds such a wide variety of industrial scrubbers that it becomes very difficult to classify them properly. All conceivable means of contacting gas and liquid streams have been and are being employed. A classification based on scrubber internals and scrubber liquid flow pattern is given in Table 4.11.
Scrubbers are also classified as 'low Energy' and 'high energy' type as listed below:
Some of the scrubbers listed in Table 4.11 are described hereunder. Their performance and other relevant data are tabulated in Table 4.12.
1. Plate Columns:
Sieve Plate:
In sieve plate columns the flow is countercurrent. The scrubbing liquid enters at the top and flows down. The gas enters near the bottom and flows up. Water flows over plates forming a pool about 2.5 cm deep on each plate. The dust-laden gas enters a plate through its perforations and bubbles through the liquid pool on it.
The mechanism of dust collection is interception and impingement. The pressure drop across such a column depends on the number of plates employed and the depth of liquid on each plate. The collection efficiency depends on the number of plates in a column, perforation diameter and gas velocity. It may be 90% or more for particle size 5 µm and larger.
Bubble Cap and Baffle Plate Column:
These scrubbers are vertical towers with one or more perforated plates mounted horizontally inside like the sieve plate columns. The difference lies in the fact that at a short distance above each perforation on a plate a cap or a baffle is placed submerged in the liquid pool on the plate. Because of impingement on the obstruction and subsequent change in direction of the flowing gas the collection efficiency is higher than that of a sieve plate column.
The efficiency increases as the holes diameter decreases. Decrease of gas velocity also increases the efficiency. The efficiency decreases with the decrease in the particle size. Because of improper removal of the collected particles from plates scaling and plugging of the perforations may take place.
2. Packed Scrubbers:
A packed bed scrubber is also a vertical tower in which the dirty gas generally enters at the bottom and flows up through a bed of pickings resting on a packing support. The scrubbing liquid is introduced at the top and is distributed throughout the cross section of the tower. As the gas flows up through the tortuous channels in between the pickings it comes in contact with wet packing surfaces where the particles are arrested due to inertial interception and impingement.
Packed scrubbers are of two types: fixed bed type and floating bed type.
A fixed bed may be either countercurrent or concurrent type. In a concurrent type both gas and liquid enter at the top. In a fixed bed the pickings are heavy and they rest on a packing support. Fixed beds are susceptible to choking at high dust load and low void age.
In floating type packed beds plastic balls made of polyethylene, polypropylene or other thermo plastic materials are generally used as they are resistant to corrosion and lighter than water. The packing's are confined between two perforated horizontal plates. The distance between the plates is normally about 0.5 m. A floating type bed is countercurrent type.
The gas enters at the bottom at a velocity of about 2 to 4 m/s. At low velocities the packing's form a fixed bed on the lower support plate, while at high gas velocities the packing's form a fixed bed below the restraining upper plate. At an intermediate velocity the packing would be floating and in turbulent motion.
For treatment of gases containing corrosive constituents FRP (glass fiber reinforced plastic) may be used for construction of such columns instead of rubber or plastic lined steel or such other materials. Collection efficiency increases as smaller packing's are used since they provide more surface area per unit packed volume. Use of smaller size packing would result in higher-pressure drop.
3. Fiber Bed:
A bed made of knitted plastic, fiber glass, metal wire or meshed fiber is used as a filter. Such a bed has a void percentage around 97-99%. The bed is kept wet and it is flushed with the scrubbing liquid. This helps in collecting particles and removing the collected particles in the form of a slurry.
Collection of particles due to impaction improves as fiber diameter decrease and gas velocity increases, whereas collection by diffusion increases as gas velocity decreases. The wire/fiber diameter should be small for efficient operation but must be able to provide sufficient mechanical strength so as to support its weight along with those of the collected particles and retained liquid.
4. Spray Contactors:
In these scrubbers a dust-laden gas is brought into contact with atomized liquid droplets. Atomization may be achieved by forcing the scrubbing liquid through nozzles or it may be induced by allowing the gas to flow at a high velocity (60-120 m/s) through a venturi or an orifice type device.
The liquid droplets collect the solid particles by inertial impaction and impingement. The removal efficiency is dependent on the particle size, liquid drop size, gas velocity and liquid to gas ratio. The dust laden droplets are separated from the gas by using gravity settlers or packed beds or cyclone type devices.
In spray scrubbers, where liquid droplets are removed by gravity settling the cut size is around 2 pm and the optimum droplet diameters for fine particle collection is 100 to 500 pm. For cut size around 0.7 pm high velocity sprays are more efficient. The liquid to gas ratio in spray scrubbers is in the range of 4000-14000 lit/1000 Nm 3 . Centrifugal Scrubber can recover particles smaller than those recovered by spray scrubbers. The cut diameter is between 2 to 3 pm. The collection efficiency is 97% or more for particles > 1 µm.
Venturi Scrubber :
Venturi Scrubbers are high efficiency wet scrubbers where particles even finer than 2 pm are effectively removed. These are as efficient as ESPs and fabric filters. Initial cost of a venturi scrubber is less than that of an ESP or a bag house, however the operating cost is high. If the particles to be removed are sticky/flammable/corrosive, a venturi scrubber is a better choice over an ESP or a bag house.
A venturi scrubber is basically a convergent-divergent duct with a throat where the cross section is the minimum. It may have a cylindrical or rectangular cross section. The gas enters the convergent section and the scrubbing liquid may be introduced either at the entrance of the convergent section or at the throat in the form of a spray.
When the gas and liquid droplets pass through the throat at a high velocity the particles are collected in the liquid droplets due to interception, impingement and diffusion. The collection efficiency increases as the throat length is increased with consequent increase in pressure drop. The optimum ratio of throat length to diameter is 3: 1.
The particle laden liquid droplets as they come out of the divergent sections are separated from the gas in a cyclone or a mist eliminator. When the influent gas is hot, the scrubbing liquid is introduced at the section where the convergent section starts, but when the gas temperature is not high or it is almost saturated with moisture the liquid is introduced at the throat.
The gas velocity at the throat ranges between 50-180 m/s at which it is most efficient. When the gas flow rate is high a rectangular venturi is used. The liquid to gas ratio normally ranges between 900-1400 lit/1000m 3 . A liquid flow rate of 400 lit/1000 m 3 is insufficient to cover the throat. The collection efficiency does not improve much beyond a liquid flow rate of 1400 lit/1000 m 3 . The converging angle is generally 25°- 28° and the diverging angle is 6°- 7°.
The pressure drop AP, across a venturi scrubber may be calculated using the relation,
∆P=1x 10 -5 V 2 L (4.37)
where, ∆P is in cm of water gauge, V= gas velocity at the throat, in m/s, and L = liquid flow rate in lit/1000 m 3 . At a liquid rate of 650 lit/1000 m 3 the ∆P calculated using Eq. (4.37) is quite accurate, but at a liquid rate of 1600 lit/1000 m 3 the calculated ∆P is higher than the actual.
Impingement and Entrainment Scrubbers :
In such scrubbers the gas to be scrubbed is passed through a trap partly or completely filled with water. The suspended particles are arrested by inertial impaction. The treated gas entrains some water droplets, which also help in removing some of the suspended particles.
Mechanically Aided Scrubbers:
This type of scrubbers use a motor driven device to bring about intimate contact between a dirty gas and liquid droplets. The motor driven device is often a fan, which moves the gas. The scrubbing liquid is introduced as a spray at the hub of the fan. The finer droplets move with the gas. The larger droplets hit the fan blades and wash the deposited particles. While leaving the blades at their tips the liquid gets atomized.
The dust-laden droplets are separated from the gas with the help of a suitable device. For producing liquid droplets (spray) the rotor may be partially submerged or Water may be injected between the rotor and stator. Such devices may experience high erosion, abrasion and Corrosion
In Table 4.12 the performance and other related information about some types of scrubbers are listed.
It is to be noted here that a scrubbed gas stream would invariably contain liquid droplets and its temperature would not be much higher than that of the influent scrubbing liquid. Hence the treated gas stream has to be freed from liquid droplets and mists and then reheated before purging the same to the atmosphere through a stack.
Yderligere Information:
Removal of Liquid Droplets and Mists:
The mechanisms by which suspended liquid droplets and mists may be removed are similar to those for solid particle removal. Removal of suspended liquid droplets is somewhat easier than that of solid particles. Liquid droplets coalesces easily on interception and drain off. Unlike solid particles, liquid droplets once separated are not re-entrained easily. Some of the devices, which are used, for removal of solid particles may also be used for removal of suspended liquid droplets.
The following types of devices are commonly employed for removal of gas-borne liquid droplets:
(a) Packed beds,
(b) Cyclones,
(c) Baffle system,
(d) ESP,
(e) Filter.
Packed beds and cyclones do not need any scrubbing liquid for arresting liquid droplets. Draining of collected liquid from an ESP collector surface occurs due to gravity and does not require any hammering. A special type of filter media is a pad made of knitted wire or fibrous mesh occupying the entire cross section of a vertical tower. It is very often used for filtering liquid droplets and mists. Such pads made of 0.3 to 1.5 mm diameter wire or fibre has high void volume and causes low pressure drop even at high gas velocities.
These devices are termed as 'mist eliminators' or 'demisters'. Very fine wires or fibres are not used for fabricating the pads and the pads are not densely packed as that would cause retention of more liquid and thereby finally block the flow channels.
The optimum gas velocity for such filters may be calculated using the relation
The numerical value of K in a given situation depends on factors like liquid density, liquid viscosity, surface tension, droplet size, etc.
Cooling and Condensation:
After removal of suspended solid particles from a gas stream using any device other than a scrubber it becomes necessary to cool the stream when any one of the following methods is to be employed for removal of the gaseous pollutants:
(i) Condensation of a vapour,
(ii) Absorption of gaseous pollutant (s),
(iii) Adsorption of gaseous pollutant (s),
(iv) Chemical reactions other than incineration.
Cooling of a gas stream may be carried out using either a direct contact heat exchanger or a surface (indirect contact) exchanger. In a direct contact exchanger a gas stream is brought into intimate contact with a large quantity of a liquid (generally water) at a temperature lower than the dew point of the gas..
The contacting equipment may be similar to any one of the wet scrubbers described earlier. As a result of heat exchange between the gas and the liquid, the gas stream may be cooled to the desired temperature and condensable vapour present, if any, may get condensed. This type of exchanger may be used when the condensable vapour is not having any economic value. The coolant temperature would rise during the process. Its rate may be calculated using Eq. (4.39) obtained by heat balancing.
If the gas is not cooled below its dew point then the gas would pick up some vapour (of the coolant) during the process. In such a situation the coolant rate may be calculated using Eq. (4.39a).
Indirect contact (surface) exchangers are generally shell and tube type. The tubes may be with or without fins. Of the two fluids (hot gas and coolant) one would flow through the tubes and the other would flow outside the tubes. The coolant may be either air or some other fluid depending upon whether the exchanger will act as a cooler or a cooler-cum-condenser. In Table 4.13 some guidelines for coolant selection and its inlet temperature are given.
Indirect Contact Exchanger Design Approach:
The basic design equation for a shell and tube heat exchanger is
Eq. [4.40] is applicable when cooling is accompanied by condensation of vapour. When there is no condensation the term Σʎ(y 1i – y 2i ) will be equal to zero. The symbols L, C pl, T L1 and T L2 refer to the coolant stream flow rate, specific heat of liquid, inlet and outlet temperatures.
Where q = rate of heat transfer,
U h = overall heat transfer coefficient,
A h = Heat transfer area, and
∆tm = mean temperature difference, a function of T L1, T L2, T g1 and T g2 .
The actual expression for evaluation of ∆tm depends on the flow arrangement of the fluids in an exchanger.
Figure 4.10 shows a sketch of a shell and tube type cooler-condenser.
The overall heat transfer co-efficient, U h, can be evaluated by combining the individual co-efficient using Eq. (4.41).
Typical values of the above named parameters are listed in Table 4.14.
For evaluation of U h in a specific situation the individual coefficient should be estimated using information and correlations available in standard books on Heat Transfer.
