Скрубберы
Скруббер — аппарат, предназначенный для промывки пыле-газовоздушной смеси водой или специальными растворами. Устройство помогает очистить газо-воздушный поток от пыли, газов и аэрозолей.
Слово "scrubber" — английского происхождения и в переводе на русский язык означает «удаление», «отмывание». Устройство современных скрубберов полностью соответствует средневековому значению этого слова. Технологический аппарат используется для промывания газовоздушных смесей, удаления из них различных примесей, химических и механических фракций и взвесей.
Один из первых типов скрубберов, который применяется и по сегодняшний день, это скруббер Вентури или еще ее часто называют как труба Вентури, был изобретен итальянским ученым Джова́нни Батти́ста Венту́ри (15 марта 1746 — 24 апреля 1822).
Типовые схемы скрубберов с применением труб Вентури
Скруббер имеет много названий, такие как газопромыватель, абсорбер, газоочистная установка (ГОУ) или газоочистная колонна.
Компания «УралАктив» из Екатеринбурга одна из первых в России, кто начал производить скрубберы (газопромыватели) из листового полипропилена для кислых, щелочных и других химических сред с температурой до 100 градусов цельсия. Оригинальные скрубберы защищены Российскими и международными патентами и продаются на рынке под товарным знаком ХИМВЕНТ.
Виды скрубберов
Существует большое количество различных типов скрубберов, каждый из которых рассчитан на различные типы загрязняющих веществ. Каждый агрегат отличается по конструкции и обладает определённым набором технических особенностей, но все они служат для одной и той же задачи – очистка воздуха от технологических процессов промышленных предприятий. Работа скруббера осуществляется по специальной схеме, которая может отличаться в зависимости от его вида, но всех их объединяет общая категория, все они относятся к аппаратам мокрой очистки.
Распространённые типы скрубберов:
- форсуночные (полые, поточные, противоточные) скрубберы;
- насадочные скрубберы;
- скрубберы Вентури;
- пенные(тарельчатые) скрубберы;
- центробежные;
- тарельчатые.
Форсуночный скруббер — простейший агрегат с небольшим гидравлическим сопротивлением. Он представлен противоточными и прямоточными орошением встречного потока. Форсунки в таком аппарате могут располагаться по периметру или группируются в центре. Тип и производительность форсунки будет зависеть от типа загрязнителей газовоздушной смеси и требуемой эффективности скруббера.
Насадочный скруббер комплектуется дополнительными масообменными насадками (кольца Палля, VSP, рашига…), которые установлены внутри насадочной камеры и увеличивают площадь поверхности контакта и эффективность очистки газовых смесей. Насадки обильно орошаются форсунками с поточным или противоточным расположением, на поверхности которых происходит реакция растворения и улавливания пыли, газов и аэрозолей. Применяют насадочные скрубберы в основном на гидрометаллургических предприятиях, заводах минеральных удобрений и других химических процессах.
Скрубберы Вентури работают по принципу трубы Вентури, которая сужается к середине и в разрезе похожа на песочные часы. Принцип работы скрубберов такого типа заключается в подаче загрязнённых газов и воды в верхнюю часть конуса. В средней части устройства поток газа и жидкости существенно ускоряется. Вода превращается в миллиарды мелких капель, обволакивающих собой твёрдые частички загрязнений в газовой смеси. Нижняя часть устройства — это диффузор. Здесь водный поток уменьшает свою скорость, а пылевые частицы склеиваются между собой и выводятся в специальный поддон. Очищенный воздух выводится из скруббера Вентури в атмосферу. Скруббер Вентури нашел широкое применение в средах с высокой пылевой составляющей, так же часто его применяют как первую ступень очистки в аппаратах многостадийной очистки.
Пенные скрубберы для очистки газов укомплектованы специальными решётками, в которых есть отверстия диаметром до 5 мм. Огромная скорость потока превращает жидкость на решётках в пену, которая и поглощает твёрдые частицы величиной более 5 мкм из воздуха. Пенные аппараты эффективны при работе с газами и аэрозолями и не эффективны в работе с большой запыленностью. Пенные скрубберы не нашли широкого применения из-за сложности методики расчетов.
Центробежные скрубберы схожи с работой мокрого циклона, центробежные скрубберы хороши тем, что равномерно перемешивают пылевой поток с жидкостью для орошения. Центробежная сила во время вращения газов в корпусе аппарата отводит тяжёлые твёрдые частицы ближе к стенкам, по которым они стекают в приёмники.
Как устроен вертикальный насадочный скруббер?
Устройство скруббера для очистки газов напрямую зависит от его типа. Такие конструкции обязательно включают в себя следующие элементы:
- Емкость для орошающего раствора с насосом, трубной обвязкой и форсунками;
- Насадочная колонна;
- Блок каплеуловителей на выходе
- Входной и выходной патрубки;
Входная секция пылегазоуловителей служит точкой ввода загрязнённых воздушных потоков. В моделях скрубберов, рассчитанных на работу с газами экстремально высокой температуры, предусмотрена охлаждающая камера. Есть в устройстве и рабочая камера, которая может быть полой или заполняется специальными насадками. Также устройство комплектуется циркуляционным баком, который заполнен водой или абсорбентом. Модели скрубберов с полузакрытым контуром оснащены системой рециркуляции. Ёмкость для приёма шлама в некоторых моделях устройств укомплектована скребковым транспортёром, который постоянно и тщательно перемешивает слипшиеся твёрдые частицы и не даёт им цементироваться.
Общий принцип работы мокрых скрубберов
Мокрый скруббер называется так потому, что в основу его работы положена жидкость (вода или активный абсорбирующий раствор). В пылегазоуловителях разных типов жидкость может быть представлена разными состояниями:
- «кипящий» слой (присутствует в скрубберах с подвижными насадками);
- Состояние пены;
- аэрозоль или микротуман (такой вариант жидкости преобладает в полых и вихревых моделях устройств, а также в скрубберах Вентури);
- микроплёнка (используется в насадочных скрубберах и аппаратах плёночного типа).
Принцип работы скруббера основывается на массообменном процессе в контакте газ-жидкость. Вода (раствор) обильно орошает газовоздушную смесь. Подача жидкости происходит через химический насос. Преодолев трубопровод и форсунки, вода смачивает находящийся в корпусе газ и тщательно вымывает из него твёрдые частицы и растворяет находящиеся в нем газы и аэрозоли. Грязная вода с частичками пыли перемещается в отстойник, а из него - в устройство для очистки.
Эксплуатационные характеристики скруббера с эффектом мокрой очистки наделяют аппарат следующими преимуществами:
- низкая цена;
- высокий уровень очистки воздуха;
- возможность получения готового продукта в емкости скруббера.
- универсальность (например, пылегазоуловители Вентури не только чистят воздух от загрязнений, но и дополнительно увлажняют и охлаждают его).
К мокрым улавливателям пыли относятся скрубберы нескольких видов, а именно — форсуночные (полые), барботажные или пенные, насадочные, скрубберы Вентури.
Технические характеристики оборудования
Технические характеристики пылеулавливателей определяются комплектацией оборудования. Производители разрабатывают схему скруббера под запросы каждого клиента. Характеристики оборудования определяются с учётом особенностей производства и характера пылевых частиц, газов и аэрозолей. Каждый параметр аппарата может быть изменён по требованию заказчика.
Если фильтр-скруббер необходим вам для очистки воздуха на производстве, то при его выборе обязательно обратите внимание на такие технические характеристики аппарата:
- производительность, измеряемая в м3/ч
- степень очистки (этот параметр может варьироваться от 70% до 99.9%);
- объём бака под активные растворы и циркуляцию воды;
- габариты и конфигурация скруббера (горизонтальный и вертикальный)
Принцип работы любого скруббера таков, что во время очистки примеси и твёрдые частицы никуда не исчезают, а только извлекаются аппаратом из грязного воздуха, преобразуясь в пасту, жидкий раствор или порошкообразную смесь.
Отходы со скрубберов нужно правильно утилизировать. К примеру, после очистки ртутной руды содержимое ёмкостей желательно «похоронить» в специальном ртутном могильнике.
Шлам, полученный при чистке скрубберов, может служить вторичным сырьём для производства стройматериалов. Такой вариант используют при очистке выбросов от электростанций. Твёрдые отходы после их очистки содержат в своём составе качественный синтетический гипс. Такой материал подходит для производства гипсокартона.
На гидрометаллургических предприятиях, при получении чистых металлов (золото, платина, серебро, цинк, медь, редкоземельные металлы) в аффинажных производствах полученный в результате очистки раствор представляет ценность так как в нем содержится большое количество ценных металлов. Данный раствор направляется на повторное извлечение ценных металлов в технологической цепочке.
Преимущества и недостатки скрубберов
Установка скрубберов на производстве и частных предприятиях имеет свои плюсы и минусы.
Очевидными преимуществами таких аппаратов являются:
- компактность, удобство размещения в производственных цехах;
- высокая мобильность аппаратов;
- доступные цены;
- нет вторичных источников пыли и загрязнений;
- упакованные отходы легко перевозятся без каких-либо утечек;
- устройство имеет высокий уровень пожарной безопасности и хорошо защищено от случайной детонации (вода, содержащаяся в корпусе, препятствует возгораниям и взрывам);
- универсальность (скруббер может работать с механическими и химическими загрязнителями газовоздушных сред, имеющих различную фракцию).
Основные минусы пылеуловителей:
- по мере эксплуатации на рабочих частях корпуса может формироваться коррозия (решить проблему помогает футеровка или изготовление скруббера из пластиковых материалов, например, полипропилен);
- если скруббер установлен в крупном промышленном комплексе, то часто возникает проблема загрязнения сточной воды (поэтому для грязных жидкостей оборудуют специальные отстойники или очистные сооружения);
- установки для очистки газов нуждаются в стабильном и качественном электроснабжении (захват твёрдых частиц происходит гораздо эффективнее при высоких перепадах давления, которые достигаются за счёт повышения расходов электроэнергии);
- выделить вторсырьё для производства стройматериалов из скрубберного шлама крайне затруднительно.
Уровень очистки загрязнённого воздуха напрямую зависит от размеров капель воды, контактирующих с поверхностью пылевых частиц. Чем они меньше, тем, соответственно, меньшие частицы пыли сможет намочить и убрать из потока воздуха.
Габариты и количество полок в устройстве рассчитываются с учётом примерного содержания пылевых частиц в воздухе. Расчёт скрубберов Вентури осуществляют по площади поперечного сечения устройству, диаметру форсунок, скорости потока воздуха.
Процедура расчёта включает в себя несколько этапов:
- На первой стадии процедуры нужно учесть, что скруббер не меняет температуру газовоздушной смеси во время удаления из неё пыли. Заказчики, указывая исходные данные, обозначают требования по уровню конечной очистки, а также характеристики загрязнителей. По этим параметрам можно рассчитать диаметр колонны с учётом гидравлического сопротивления трубы, а также размеры горловины.
- Второй этап расчётов предусматривает вычисление минимального расхода жидкости, диаметра, типа и размера насадки и количества форсунок. Полученная информация позволяет рассчитать гидравлическое сопротивление и подобрать соответствующий каплеуловитель. В связи с тем, что многие скрубберы не имеют универсальных закономерностей, их расчёт и производство стоит выполнять с последующими замерами в работе.
- Тепловые расчёты для скрубберов. Если агрегат будет выполнять очистку сильно нагретых газов, то при расчётах следует определить количество тепла, которое забирается у газовоздушной смеси. На основании этих параметров рассчитывается оптимальный объём подаваемой воды. При этом учитываются стандартные нормы объёмов воды, подаваемой на скруббер. Они составляют 40 дм3 на 1 м3 газовоздушной смеси. Расчёты помогают проектировщикам аппарата получить информацию о расходе воды, размерам, гидравлическому сопротивлению и качеству очистки воздуха. На основании расчётных данных изготавливается полипропиленовый скруббер.
Сфера применения скрубберов
Мокрые скрубберы и пылеуловители предназначены для очистки воздуха от пыли на промышленных предприятиях. Фильтром для отсеивания пыли в таких устройствах служит обычная вода или активный раствор. Перечень химических загрязнителей, которые способен улавливать скруббер, очень обширен. К ним принадлежат цианиды, аммиак, окислы азота, альдегиды, спирты, эфиры, оксиды серы, тиолы, меркаптаны, щелочные и кислые пары, галогены и галогениды, алканы, оксиды металлов.
Скрубберы и пылеуловители используют в разных отраслях промышленности. Газоочистные аппараты задействуются в гидрометаллургии, гальванических производствах, химических лабораториях, горнодобывающей промышленности, и в производстве минеральных удобрений.
Пылегазоуловители – это рациональные устройства для очистки дымовых газов от различных примесей и загрязнителей мокрым способом. Устройства прекрасно справляются с удалением из газов механических загрязнителей, а именно — копоти, пыли, золы, сажи и частиц пепла.
Газоочистные аппараты могут быть изготовлены из металла, нержавеющих сталей, листовых пластиков (полипропилен, полиэтилен, ПВХ) или стеклопластика.