I primi 6 dispositivi per rimuovere gli inquinanti trasportati dal gas

Questo articolo getta luce sui primi sei dispositivi per rimuovere gli inquinanti trasportati dal gas. I dispositivi sono: 1. Gravity Settler 2. Separatore inerziale 3. Separatore centrifugo 4. Filtri 5. Precipitatore elettrostatico e 6. Scrubber.

Device # 1. Gravity Settler:

Quando una corrente di gas carica di polvere fluisce attraverso una camera, le particelle di polvere subiscono le seguenti forze nella direzione verticale:

(i) Una forza gravitazionale che agisce verso il basso,

(ii) Una forza di galleggiamento che agisce verso l'alto, e

(iii) Una forza di trascinamento nella direzione opposta alla direzione di movimento delle particelle.

Come risultato, le particelle raggiungono una velocità discendente netta, che in condizioni di stato stazionario è definita come velocità terminale, U r . Le particelle sperimentano anche una velocità nella direzione orizzontale, che sarebbe la stessa di quella del gas di trasporto (assumendo non slittamento all'interfaccia gas-particella).

Le particelle di polvere, che sono trattenute nella camera, vengono separate dalla corrente di gas di trasporto e il resto viene portato via. Tale camera è definita come un colono gravitazionale.

Il grado di rimozione della polvere da una corrente di gas in un colono gravitazionale dipende dai seguenti fattori:

(i) Velocità del gas nella camera,

(ii) distribuzione delle dimensioni delle particelle,

(iii) Le velocità terminali delle particelle, che a loro volta dipendono dalle dimensioni delle particelle, dalla densità delle particelle, dalla velocità del gas (vettore) e dalla densità del gas.

(iv) La lunghezza della camera, e

(v) L'altezza della camera.

I coloni gravitazionali sono di due tipi:

(i) Camera singola (senza vassoio interno) e

(2) Camera a più vassoi (nota anche come colono Howard).

La figura 4.2 mostra schizzi di coloni gravitazionali.

Per quanto riguarda la costruzione, una camera singola è la più economica. Le particelle di polvere trattenute vengono raccolte in una tramoggia / tramogge alla base da cui le particelle vengono rimosse di volta in volta. Una camera a più vassoi sarebbe più costosa e avrebbe diversi vassoi leggermente inclinati con uno spazio uniforme tra i vassoi. I vassoi sono dotati di un dispositivo meccanico adatto in modo che gli strati di polvere accumulati sui vassoi possano essere rimossi senza alcuna interruzione del processo di flusso.

I coloni possono essere fatti di qualsiasi metallo, che sarebbe in grado di sopportare la temperatura del gas, l'ambiente corrosivo e l'abrasione delle particelle. Non ci sono limiti di pressione e temperatura per quanto riguarda il gas in ingresso. Potrebbe essere necessario isolare un colono per impedire il raffreddamento del gas influente al di sotto del suo punto di rugiada e la conseguente condensazione del vapore.

In una camera singola particelle più grandi di 40 (am può essere rimosso in modo efficiente mentre una camera multi-tray progettata correttamente può rimuovere particelle piccole come 10 pm. Uno dei principali vantaggi di un colono gravitazionale è la sua caduta a bassa pressione.

La caduta di pressione complessiva può essere calcolata sommando le perdite di carico dovute a:

(i) Espansione dell'entrata,

(ii) Perdita di attrito nella camera stessa e

(iii) contrazione dell'uscita.

Approccio alla progettazione del colesterolo Gravity:

Per progettare un colono gravitazionale sono necessarie le seguenti informazioni in unità coerenti:

1. Portata del gas volumetrico,

2. Analisi delle dimensioni delle particelle di polvere e della distribuzione di massa (dpi vs. m dpi ),

3. Densità media delle particelle, P p,

4. Densità e viscosità del gas, Pg, p g, e

5. L'efficienza di rimozione desiderata (ᶯ dpi ) della dimensione della particella target.

È stato menzionato in precedenza che una particella avente un diametro dpi raggiunge una velocità terminale U t, dpi come risultato delle forze (già elencate) che agiscono su di esso. L'espressione per U t, . dpj funziona per essere

Le particelle, che normalmente uno sarebbe interessato a rimuovere in un colono gravitazionale non sarebbe troppo fine, quindi U t, dpi di tali particelle possono essere calcolate usando l'Eq. (4.7), che si ottiene assumendo

e sostituendo lo stesso in Eq. (4.2)

Si dovrebbe qui ricordare che per scopi progettuali si suppone che le particelle raggiungano le loro rispettive velocità terminali immediatamente dopo essere entrate in una camera di sedimentazione.

La dimensione di un colonizzatore di gravità può essere raggiunta attraverso le seguenti fasi:

Passo I:

Valutare u t, dpi per tutte le dimensioni delle particelle usando le Eq. (4.2) a (4.6) o Eq. (4.7) a seconda del dp.

Fase II:

Selezionare una velocità del gas lineare U adeguata attraverso il colono proposto. Come regola generale, U varia tra 0, 3-3 m / s. Di solito è preso da 0, 3 a 0, 6 m / s.

Passaggio III:

Decidi la lunghezza del colono L. Viene deciso in base allo spazio disponibile per l'installazione del colono o per soddisfare la caduta di pressione ammissibile attraverso il colono o per soddisfare entrambi.

Step IV:

Valuta il tempo di permanenza nella camera, τ

dove τ = L / U

Passo V:

Stima l'altezza del colono H. Le equazioni / relazioni da utilizzare per la stima di H dipendono dal fatto che il sedativo proposto sia un sedimentatore a camera singola o un sedimentatore a più vassoi e se il flusso all'interno del colonizzatore sia laminare o turbolento.

Step VI:

La larghezza W della camera deve essere stimata utilizzando la relazione W = Q / HU, ottenuta mediante il bilanciamento della portata volumetrica,

dove Q = portata volumetrica del gas di trasporto.

(A) Un colono a camera singola, condizioni di flusso laminare:

L'altezza del colono, H, è stimata in base all'efficienza di rimozione desiderata della dimensione della particella bersaglio, dpi, usando la relazione.

Per le particelle di dimensioni diverse da dpi, l'efficienza di rimozione viene calcolata utilizzando la relazione.

Utilizzando le informazioni ottenute finora l'efficienza complessiva del colono è stimata con l'aiuto della relazione.

Va notato che η dp può avere un valore massimo di 1.0.

Nel caso in cui il valore calcolato di η complessivo non soddisfi le prestazioni desiderate del colono, le Eq. (4.8) a (4.10) devono essere rielaborati sulla base di un nuovo (presunto) dpi o di un nuovo (presunto) η dpj o di una nuova serie di dpi e η dpi fino a quando il criterio di prestazione desiderato è soddisfatto.

(B) Colono a camera singola, condizioni di flusso turbolento:

L'altezza del colono H è stimata in base alla dimensione della particella target dpi e assumendo un'efficienza di separazione η dpi = 1 = 1 usando la relazione

,

Per ciascuna delle altre particelle con diametro dp ǂ dpi, l'altezza di assestamento h dp viene calcolata utilizzando l'Eq. (4. 12).

Successivamente l'efficienza di rimozione di ciascuna delle diverse dimensioni delle particelle con dp <dpi viene calcolata utilizzando l'Eq. (4.13)

L'efficienza di separazione delle particelle con dp> dpi viene presa come 1.0. L'efficienza di rimozione totale di tutte le particelle viene infine valutata usando l'Eq. (4.10).

Nel caso in cui la prestazione complessiva calcolata in base all'Eq. (4.10) non corrisponde alle prestazioni desiderate delle Eq. (4.10), (4.11), (4, 12) e (4.13) vengono rielaborati scegliendo una dimensione della particella target diversa fino a quando non viene soddisfatta la prestazione desiderata.

(C) Progettazione di coltri multi-vassoio :

Nel caso di un colono multi-vassoio la distanza tra due vassoi consecutivi H r è importante. Generalmente è dell'ordine di 30 cm. Il numero di vassoi in una camera, N, è stimato usando la relazione,

N = (H / H t ). (4.14)

Riordinando l'Eq. (4.14) l'altezza della camera può essere espressa come

È evidente che per la stima di H, H t e N devono essere preselezionati.

Una volta che H è stato corretto, le prestazioni complessive di un sedimentatore a più vassoi devono essere stimate utilizzando le Eq appropriate. Da (4.2) a (4.13) a seconda che il flusso sia verosimilmente laminare o turbolento. La relazione da utilizzare per la stima di W sarebbe

W = Q / NH, U

Se la prestazione del colono proposto risulta insoddisfacente, il problema dovrebbe essere rielaborato assumendo un nuovo N.

La particella di dimensioni minime che sarebbe rimossa in una misura desiderata in un settler specificato può essere espressa come

Dove g = accelerazione dovuta alla gravità.

Dovrebbe essere sottolineato qui che l'efficienza effettiva di un colono sarà inferiore a quella calcolata usando l'Eq. (4.10), per i seguenti motivi:

(i) Ri-trascinamento delle particelle sedimentate,

(ii) Le particelle non raggiungono le loro velocità terminali subito dopo essere entrati in un colono, e

(iii) Forma non sferica delle particelle.

Esempio 4.1:

Si propone di installare un decantatore a gravità per la rimozione completa delle particelle di polvere aventi un diametro di 40 pm da un gas di trasporto.

Le altre informazioni pertinenti sono:

Portata del gas portante = 21, 600 m 3 / ora. a 50 ° C e pressione leggermente superiore a 1 atm,

Densità delle particelle (p p ) = 2, 5 g / cm 3 .

Le proprietà fisiche del gas di trasporto possono essere considerate come quelle dell'aria alla condizione operativa.

Trova:

(a) Dimensioni adatte di un sedimentatore a camera singola assumendo il flusso laminare nella camera,

(b) l'efficienza di rimozione dello stesso colono se il flusso nella camera è turbolento,

(c) Se lo stesso sedimentatore è dotato di vassoi distanti circa 30 cm, quali particelle di dimensioni minime possono essere rimosse con un'efficienza del 100%?

Soluzione:

(a) ipotesi di insediamento di camere singole:

(i) il flusso all'interno del colonizzatore sarebbe laminare,

(ii) La sedimentazione del numero di Reynolds (Re p ) sarebbe inferiore a 2,

(iii) Velocità del gas di trasporto attraverso il sedimentatore, U = 0, 4 m / s.

Densità del gas portante (p g ) a 50 ° C e 1 atm.

Le dimensioni di un colonizzatore possono essere stimate usando le seguenti relazioni se il flusso nel colonizzatore è laminare.

Poiché r non è specificato, si assumono diversi valori di x e i valori corrispondenti di L, H e W sono calcolati come elencato di seguito:

Le dimensioni di un colono adatto dipendono dallo spazio disponibile per la sua installazione. Lascia che siano le dimensioni dei coloni proposti

L = 8 m, H = 2, 29 me W = 6, 55 m corrispondenti a r = 20 s

Ora si deve verificare se il flusso all'interno del colonizzatore sia laminare o turbolento calcolando il numero di Reynolds,

Quindi il flusso all'interno del colono sarebbe turbolento.

(b) Poiché il flusso all'interno del colono sarebbe turbolento, la sua efficienza dovrebbe essere stimata usando l'Eq. (4.13)

(c) Se il colono proposto è dotato di vassoi a circa 30 cm di distanza, il numero di vassoi all'interno del colono sarebbe

Ciò comporterebbe una spaziatura del vassoio, H t = 2, 29 / 8 = 0, 28 m

La velocità lineare del gas nel colono sarebbe

Pertanto, il flusso sarebbe turbolento.

Poiché il flusso all'interno del sedimentatore multi-vassoio sarebbe turbolento, le particelle di dimensioni minime che sarebbero completamente rimosse possono essere calcolate usando l'Eq. (4.16)

Mezzi di rimozione completi n dpi = 1, tuttavia la sostituzione di n dpi = 1 nell'equazione precedente comporterebbe un dpi indeterminato. Quindi η dpi viene considerato come 0, 999 e dpi calcolato usando l'Eq. (4.16).

Dispositivo # 2. Separatore inerziale:

Le particelle solide sospese trasportate da una corrente di gas raggiungono quasi la stessa velocità del flusso di gas stesso. Di conseguenza la quantità di moto e quindi l'inerzia (del movimento) delle particelle più grandi e più dense sono più paragonate a quelle delle particelle più leggere e più fini. Quando una tale corrente di gas cambia la sua direzione di flusso all'interno di un'apparecchiatura, la direzione del flusso delle particelle con inerzia maggiore continua a seguire la vecchia (precedente) direzione e infine si ferma dopo l'impatto su una superficie.

Le particelle più leggere e più sottili vengono trascinate dal flusso del gas stesso mentre la forza di resistenza supera l'inerzia. Tale apparecchiatura è definita un "separatore inerziale". L'efficienza di rimozione della polvere di un separatore inerziale può essere migliorata solo riducendo la forza di trascinamento sulle particelle. Questo può essere ottenuto abbassando la velocità del gas nella zona di separazione. I separatori inerziali sono di diversi tipi. La figura 4.3 mostra schizzi di alcuni tipi di separatori inerziali.

La velocità del gas entrante in un separatore inerziale può essere di circa 10 m / se quella del separatore è normalmente di circa 1 m / s. La dimensione di un separatore inerziale è solitamente inferiore a quella di un colono gravitazionale con capacità ed efficienza simili, ma la caduta di pressione sarebbe più elevata. Per un separatore inerziale non vi è alcuna limitazione di pressione e temperatura.

Dispositivo n. 3. Separatore centrifugo:

Un separatore centrifugo è comunemente noto come separatore ciclonico. È un tipo di separatore inerziale, tuttavia la forza che determina la separazione è centrifuga. La sua parte superiore è cilindrica, mentre la parte inferiore è un tronco di cono rovesciato. Il gas pieno di polvere entra nel cilindro vicino alla parte superiore attraverso un'apertura laterale o assialmente attraverso la parte superiore con una velocità tangenziale. Il gas pulito fuoriesce nella parte superiore attraverso una presa circolare centrale. Le particelle solide separate vengono scaricate attraverso un'uscita centrale nella parte inferiore.

Nel caso di un ciclone con ingresso laterale, l'ingresso al ciclone viene posizionato tangenzialmente e quindi il gas in ingresso acquisisce una velocità tangenziale. I cicloni di entrata assiale sono dotati di palette in modo da impartire una velocità tangenziale al gas in ingresso.

Il gas carico di polvere dopo essere entrato in un ciclone si sposta verso il basso come un vortice esterno discendente a causa della sua velocità tangenziale, raggiunge quasi l'apice del cono e quindi inverte la sua direzione, spostandosi verso l'alto come un vortice interno ascendente. Alla fine il gas lascia il ciclone attraverso una presa centrale in alto.

Le particelle di polvere più grandi e più pesanti mentre si muovono verso il basso insieme al flusso di gas che si muove a spirale sperimentano una forza centrifuga, in conseguenza della quale migrano verso il muro. Infine scivolano verso il basso verso l'uscita inferiore, che è generalmente dotata di una valvola rotante. Le particelle più fini e più leggere vengono portate via dal flusso di gas in uscita.

La forza centrifuga che agisce su una particella di massa m può essere espressa come:

Dall'eq. (4.18) è evidente che per una particella avente un diametro P p e una densità p p la forza centrifuga che agisce su di esso è direttamente proporzionale all'abbronzatura e inversamente proporzionale a R. Quindi, la sua efficienza di rimozione in un ciclone aumenterebbe con l'aumento in U tan diminuire con l'aumento di R.

I cicloni con diametro pari o superiore a 1 m possono gestire portate di gas più elevate ma sono meno efficienti nella rimozione di particelle più sottili di 30 pm. La caduta di pressione su un tale ciclone può essere di circa 2, 5-15 cm di acqua. I cicloni aventi un diametro di 30 cm o inferiore sono indicati come cicloni ad alta efficienza.

La loro capacità di gestione del gas è inferiore ma sono abbastanza efficienti nella rimozione di particelle piccole come le 10 di sera. La caduta di pressione su un piccolo ciclone è in genere di circa 10 cm a 30 cm di acqua. A causa della loro bassa capacità di gestione del gas, diversi cicloni sono spesso gestiti in parallelo e sono collocati in un unico alloggiamento. Tale assemblaggio è indicato come un multi-ciclone.

La Figura 4.4 mostra uno schizzo di un ciclone standard. Le dimensioni delle diverse porzioni di un tale ciclone sono espresse come rapporti al suo diametro. Questi rapporti differiscono in qualche modo a seconda del tipo di ciclone. I cicloni sono classificati come ad alta efficienza, media efficienza e ciclone convenzionale. Nella Tabella 4.5 sono elencate le dimensioni relative dei tipi di cicloni sopra menzionati.

I vantaggi di un separatore a ciclone sono la sua semplicità nella costruzione e il minor costo. Poiché non vi sono parti mobili in un ciclone, il suo costo di manutenzione è basso. Richiede meno spazio sul pavimento. Un ciclone progettato correttamente può funzionare a una pressione di 500 atm e a una temperatura di 1000 ° C.

Approccio al design di un separatore a ciclone:

Per progettare un ciclone dovrebbe essere disponibile l'analisi dimensionale delle particelle di polvere presenti in un flusso di gas influente. Deve anche essere nota la dimensione del taglio delle particelle d 50 . d 5Q indica il diametro delle particelle, il cui 50% (in massa) deve essere rimosso da un flusso di gas pieno di polvere.

Una volta che queste informazioni sono note, si assume un diametro del ciclone D c, d 50 corrispondente a quello D c viene calcolato usando la procedura riportata di seguito. Se il valore di d 50 calcolato non corrisponde al d 50 desiderato, viene assunto un nuovo D c e il calcolo viene ripetuto.

Dopo aver stabilito la D c, le efficienze di rimozione delle particelle di polvere aventi diametri diversi da d 50 sono stimate usando un diagramma come mostrato in Fig. 4.5.

L'efficienza complessiva del ciclone proposto viene quindi calcolata utilizzando la relazione fornita nell'Eq. (4.10)

Ci sono due approcci nella progettazione di un separatore a ciclone:

(1) Approccio di Lapple e

(2) Approccio al bilancio di forza.

1. L'approccio di Lapple:

Questo approccio si basa sulla seguente espressione per d 50

dove N e = numero effettivo di giri nel vortice esterno discendente che generalmente varia tra 1 e 10 =

U I = immissione della velocità del gas che varia tra 6 e 24 m / s

Di solito è preso come 16 m / s.

L'espressione corrispondente per la caduta di pressione attraverso un ciclone è

La caduta di pressione dipende dal tipo di ciclone. Alcuni dati tipici sono elencati nella Tabella 4.6.

2. Approccio al bilanciamento forzato:

L'approccio del bilancio di forza si basa sui seguenti presupposti:

(i) Le particelle all'interno di un ciclone a una distanza R dall'asse subiscono una forza radiale netta, che è la differenza tra la forza di campo netta (forza centrifuga) e la forza di resistenza.

(ii) Le particelle aventi un diametro d 50 saranno soggette a una forza netta zero a

(v) Un'espressione per l' abbronzatura si ottiene equilibrando i momenti di forza del fluido all'entrata e all'uscita e la forza di taglio della parete attorno all'asse del ciclone.

dove fs è analogo al fattore di attrito = 1/200

A 1, è l'area della sezione trasversale del condotto di ingresso = B C H C

A è la superficie ciclonica esposta al

Gas di filatura

La procedura di progettazione consiste nel selezionare l'annuncio 50 e assumere un diametro del ciclone D c, Il diametro del ciclone D c deve essere scelto in modo che U I = Q / B c H c sia compreso nell'intervallo di velocità di ingresso operativo (6-24 m / s, di solito 16 m / s).

Il prossimo d 5Q viene calcolato utilizzando le Eq. (4.25), (4.24), (4.23) e (4.22). Nel caso in cui il d 50 calcolato non corrisponda al pre-selezionato d 50, i passaggi vengono ripetuti con un altro diametro del ciclone ipotizzato. Il processo viene ripetuto fino a trovare un diametro del ciclone che si traduce in un annuncio 50 vicino al d- 50 preselezionato.

La caduta di pressione attraverso un tale ciclone può essere calcolata usando la relazione.

Si dovrebbe notare qui che l'effettiva efficienza di separazione sarebbe inferiore a quella calcolata usando l'Eq. (4.10) a causa dei seguenti effetti:

1. Rimbalzo delle particelle dal muro nel vortice interno,

2. Le particelle vengono prelevate dall'apice del cono dal flusso della tramoggia e

3. Ri-trascinamento di particelle a causa di vortici.

Esempio 4.2 :

Un separatore ciclonico convenzionale deve essere progettato per rimuovere il 50 percento di particelle aventi un diametro di 5 pm e una densità di 2, 5 g / cm 3 da una corrente di gas (aria) che scorre ad una velocità di 7200 m 3 / ora a 30 ° C.

Soluzione:

Dalla letteratura, la viscosità dell'aria a 30 ° C è risultata di 0, 018 centipoise.

0, 018 centipoise = 1, 8 x 10 -4 g / cm = 1, 8 x 10 -5 kg / m s.

Una stima preliminare di un diametro del ciclone (D c ) per soddisfare il suddetto dovere è ottenuta utilizzando l'approccio di Lapple, Eq. (4.19) assumendo

Device # 4. Filtri:

A differenza degli altri tipi di dispositivi di separazione discussi in precedenza, l'operazione di filtrazione viene eseguita in modalità semi-batch. Durante la prima parte dell'operazione, particelle di polvere da una corrente di gas carico di polvere vengono arrestate nel dispositivo stesso e una corrente di gas relativamente pulita (senza polvere) fuoriesce. Il componente di un filtro, che in realtà arresta le particelle di polvere, viene definito un mezzo filtrante.

Poiché la quantità di particelle di polvere accumulate sul mezzo filtrante aumenta la resistenza al flusso di gas aumenta. Risulta in un aumento della differenza di pressione attraverso il filtro con il tempo. Infine, viene raggiunto uno stadio quando la differenza di pressione è uguale a un valore preimpostato.

A questo punto l'afflusso di gas viene interrotto e viene avviato lo stadio successivo dell'operazione che consiste nella rimozione delle particelle di polvere accumulate (pulizia). Dopo che una notevole quantità di polvere accumulata è stata rimossa, viene ripresa l'operazione di filtrazione (afflusso di gas a pieno carico). I filtri sono classificati in base al tipo di filtro utilizzato.

I media utilizzati sono:

1. Aggregato medio (ghiaia) e

2. Mezzo fibroso (carta, feltro fibroso, feltro, tessuti, ecc.).

Filtro ghiaia:

Il mezzo filtrante aggregato viene utilizzato per alte temperature e altre applicazioni speciali. Una tipica installazione del filtro consiste di diversi moduli filtro disposti in parallelo. Un modulo è mostrato in Fig. 4.6. Uno degli aspetti più interessanti di un filtro per ghiaia è la sua capacità di resistere alle alte temperature.

Si utilizzano ghiaie che si trovano nella formazione naturale. La sua selezione dipende dalla temperatura del gas influente. Le ghiaie al quarzo possono resistere a temperature di esercizio prossime agli 800 ° C. Tuttavia, la limitazione della temperatura operativa effettiva di un filtro ghiaioso dipende dal materiale strutturale utilizzato per la sua costruzione. Le parti mobili di un filtro ghiaia sono una valvola di retroazione e un meccanismo di rastrellatura.

Poiché questi vengono azionati a intermittenza, l'usura di queste parti è bassa. Il fondo del filtro funge da separatore ciclonico. Durante l'operazione di pulizia, l'aria o altri gas possono fluire nella direzione opposta e il meccanismo di rastrellamento viene attivato. Le particelle di polvere rimosse vengono raccolte nella tramoggia sottostante. Le particelle di polvere accumulate vengono rimosse di volta in volta dalla tramoggia. La caduta di pressione attraverso un filtro di ghiaia può variare tra 120 cm di acqua.

Filtro tessuto:

Alcuni materiali fibrosi, come la carta e il tappetino fibroso, sono difficili da pulire e riutilizzare e, di conseguenza, questi vengono solitamente eliminati dopo l'uso. Questi non sono adatti per la pulizia del gas industriale. I materiali fibrosi, come i tessuti e i tessuti in feltro sono ampiamente utilizzati per il recupero di materiali preziosi dai gas di scarico industriali e per controllare l'inquinamento atmosferico.

Un filtro in tessuto noto anche come filtro a maniche utilizza tubi (fatti di tessuto) aperti ad un'estremità e chiusi all'altro come mezzo filtrante. Diversi tubi sono sospesi verticalmente nell'alloggiamento da una struttura di filo con le estremità aperte situate nella parte inferiore. Il gas carico di polvere entra in un alloggiamento vicino al suo fondo e si muove verso l'alto attraverso le estremità aperte.

Il gas pulito scorre attraverso le superfici cilindriche dei tubi mentre le particelle di polvere vengono trattenute all'interno. Un meccanismo adatto è incorporato nell'alloggiamento per la rimozione (operazione di pulizia) delle particelle di polvere accumulate di volta in volta. Le operazioni di pulizia possono essere effettuate online o offline.

Pretrattamento:

I tessuti utilizzati non possono resistere alle alte temperature. Quindi è necessario raffreddare il gas in ingresso in modo da abbassare la sua temperatura al di sotto della temperatura massima operativa raccomandata del tessuto scelto. Si tenga presente che il gas in ingresso deve trovarsi entro 30 ° - 60 ° C sopra il suo punto di rugiada, altrimenti potrebbe formarsi condensa sulle superfici del sacchetto. La condensazione comporterebbe l'adesione di particelle solide umide al mezzo filtrante, che ostacolerebbe l'operazione di pulizia.

Per ridurre il carico su un filtro di tessuto sarebbe meglio effettuare una pre-pulizia del gas in ingresso usando un separatore a gravità / separatore a ciclone in modo da rimuovere particelle più grandi di 20-30 μm quando sono presenti quantità apprezzabili.

Meccanismo di filtrazione del tessuto:

Il particolato proveniente da un gas di trasporto viene rimosso dai tessuti mediante setacciatura, impattamento diretto, intercettazione dovuta alla forza di Van der Waal, alla diffusione del Brownian e all'attrazione elettrostatica. La generazione di carica elettrostatica può essere dovuta all'attrito tra gas e tessuti e tra le particelle e i tessuti.

I tessuti sono fatti tessendo filati. Quando nuovi, gli spazi tra i fili sono abbastanza grandi e alcune delle particelle penetrano facilmente nei pori. Alcune particelle vengono arrestate sul tessuto. Mentre la filtrazione continua, sempre più particelle di polvere si accumulano sul tessuto formando un "filtro". Il dolce ora funge da filtro ed è più efficace del tessuto stesso.

La stoffa in feltro viene prodotta spingendo gli aghi spinato attraverso due o più strati di tessuto e quindi combinandoli e quindi sgrossando lo strato superficiale. Lo strato interno conferisce robustezza e stabilità dimensionale, mentre i tessuti fini orientati casualmente sulla superficie forniscono un'elevata efficienza di raccolta per particelle piccole.

Materiali in tessuto:

I sacchetti filtro sono realizzati in cotone, lana, acrilico, nylon, nomex, poliestere, polipropilene, teflon e fibra di vetro. Dei nove tessuti chiamati i primi due sono naturali e il resto è sintetico. Durante la selezione di un tessuto per una situazione specifica devono essere presi in considerazione i seguenti fattori: temperatura operativa, acidità del gas vettore / alcalinità, abrasività delle particelle, rapporto aria-tela e infine il suo costo. Le caratteristiche dei tessuti sopra citati sono elencate nella Tabella 4.7.

Pulizia del filtro:

La pulizia periodica dei sacchetti filtro è essenziale per mantenere la portata del gas desiderata. La pulizia può essere ottenuta sia flettendo una borsa e in tal modo rompendo e spostando gli strati di polvere o attraverso il flusso d'aria invertito attraverso i sacchetti o da una combinazione di entrambi. L'agitazione meccanica dei sacchi flettendoli è abbastanza efficace nella rimozione della polvere a meno che le particelle non siano profondamente incastrate nei tessuti.

Tuttavia, lo scuotimento meccanico si traduce in maggiore usura del tessuto. I tessuti possono resistere a tale trattamento. Tessuti fragili, come fibra di vetro e stoffa di feltro, non devono essere sottoposti a scuotimenti meccanici. La pulizia dell'aria può essere effettuata in diversi modi, come flusso d'aria inverso, getto a impulsi e soffione.

La pulizia del flusso inverso viene eseguita estraendo un modulo. L'aria a bassa pressione ad alto volume può far fluire la corrente contraria alla normale direzione del flusso. A causa della flessione del flusso inverso delle borse avviene e gli strati di polvere vengono spostati. Generatori sonici sono talvolta utilizzati per aumentare l'operazione di pulizia. Poiché questo processo non causa molto sforzo per il tessuto, può essere utilizzato anche per tessuti fragili.

Nella pulizia a getto di impulsi, un getto d'aria ad alta pressione (fino a circa 9 kg / cm 2 ) viene introdotto in un sacchetto nella parte superiore per un breve periodo (circa 0, 1 sec o meno). Mentre il jet si espande, la borsa subisce uno shock e trema. La pulizia risultante è abbastanza buona. Pulse-jet cleaning può essere utilizzato per la pulizia di tutti i tipi di tessuti diversi dal cotone e fibra di vetro. Il processo può essere utilizzato online o offline. Un pulitore a getto di impulsi non ha parti mobili.

Un pulitore di tipo ad anello di soffiaggio utilizza un getto d'aria che emette attraverso una serie di orifizi all'interno di un anello di metallo cavo, che circonda strettamente una borsa. L'anello viene spostato su e giù all'esterno di una borsa da una catena motorizzata e un pignone. L'aria proveniente da una soffiante viene diretta all'anello attraverso un tubo flessibile.

Il getto d'aria colpisce una piccola parte di una borsa e spinge quella parte verso l'interno. La torta del filtro è rotta e spostata. Poiché durante questo tipo di operazione di pulizia le parti rimanenti del sacchetto possono continuare a funzionare normalmente, possono essere eseguite online.

Qualsiasi tipo di tessuto, tessuto, infeltrito o fragile può essere pulito usando questa tecnica, in quanto non sono molto tesi. Questo tipo di dispositivo di pulizia non viene utilizzato per installazioni di grandi dimensioni a causa del suo costo elevato e di macchinari complicati.

Il sistema:

Una borsa di solito è composta da diversi moduli, ogni modulo è un'unità indipendente. In ogni modulo sono alloggiate diverse borse adeguatamente supportate. Il diametro del sacchetto può variare tra 7 e 30 cm. Generalmente è di circa 15 cm. L'altezza di una borsa può variare tra 0, 75 ma 8 m.

Il gas carico di polvere entra in un modulo attraverso un condotto di ingresso. I condotti di ingresso dei diversi moduli sono collegati a un comune collettore. Molto spesso deflettori e diffusori sono forniti in un collettore per una corretta distribuzione del gas carico di polvere. Durante la filtrazione il gas può fluire dall'interno all'esterno di una borsa o viceversa. Il gas pulito può essere scaricato nell'atmosfera direttamente da un modulo o condotto ad un altro collettore comune per un ulteriore trattamento.

Ogni modulo è dotato di un dispositivo per la pulizia del sacco adatto, meccanico o pneumatico, come discusso in precedenza. Ogni modulo avrebbe una tramoggia per ricevere la polvere rimossa durante l'operazione di pulizia. Ogni tramoggia a sua volta è dotata di un dispositivo di scarico della polvere, come una doppia valvola di intercettazione o un blocco dell'aria rotante.

Anche le polveri non infiammabili possono essere esplosivi e quindi ogni modulo è dotato di dispositivi / dispositivi di protezione, come raccordi elettrici a prova di esplosione, sfiato (porta antideflagrante / pannello incernierato) e irrigatori per la cura di una situazione di emergenza. Le porte di accesso sono fornite per la sostituzione di borse difettose e altri lavori di manutenzione. La figura 4.7 mostra un diagramma schematico del modulo del filtro a sacco.

Dimensionamento di un filtro a sacco:

Per stimare l'area di tessuto (netto) totale richiesta sono richieste le seguenti informazioni di base:

Portata del gas, in m 3 / min;

Contenuto di umidità del gas, in% R. H;

Temperatura del gas, in ° C;

Carico di particelle, in g / m 3 di gas di trasporto,

Distribuzione delle dimensioni delle particelle, in μm;

Contenuto SO 2 (se presente), in ppm;

Densità di particelle (solide), in g / cm 3 ;

Acidità / alcalinità del gas.

Sulla base delle informazioni di cui sopra si deve selezionare un tessuto adatto e il suo tipo, cioè tessuto / infeltrito. Coerentemente con il tessuto selezionato e il suo tipo, è anche necessario selezionare un metodo di pulizia. Successivamente, la velocità di filtrazione espressa come rapporto aria-tela (A / C) viene accertata utilizzando i dati riportati nella Tabella 4.8. Il rapporto aria-tela dipende dalla composizione delle particelle di polvere, dal metodo di pulizia da utilizzare e dal fatto che sia stato scelto tessuto / tessuto in feltro.

Il rapporto aria-panno dovrebbe essere scelto in base alle linee guida del produttore. Normalmente si assume un valore inferiore per il tessuto e un valore più alto per il panno in feltro.

Portata del gas Q, in m 3 gas / min e fattore F compreso tra 1, 04 e 2.

1, 04 Per un valore molto grande di una rete e 2 per un valore basso di una rete .

Efficienza della borsa e caduta di pressione :

L'efficienza della sacca dipende dalle dimensioni delle particelle di polvere, dal carico di particelle, dal tessuto utilizzato e dal metodo di pulizia impiegato. Un'unità progettata correttamente può avere un'efficienza del 99% o superiore per particelle di dimensioni superiori a 1 μm. La caduta di pressione è normalmente dell'ordine di 7, 5-15 cm di acqua.

Dispositivo # 5. Precipitatore elettrostatico (ESP):

Tra i diversi tipi di separatori di particelle secche, i precipitatori elettrostatici sono i più efficienti. Il processo consiste essenzialmente nel far passare un gas carico di polvere attraverso un condotto in cui viene mantenuto un campo cc ad alta tensione. Le particelle di polvere si caricano e si depositano sulla superficie (elettricamente) messa a terra del condotto mentre il gas pulito fuoriesce dal condotto. Il condotto può essere orizzontale (composto da due piastre parallele rivolte l'una verso l'altra e chiuse in alto) o verticale (un tubo).

Il tipo orizzontale ESP è più comune. Esattamente a metà strada tra le due piastre vengono tenuti sospesi diversi pezzi di metallo (strisce di fili). Questi servono come elettrodi di scarica e le piastre come i collettori. Nel caso di un tubo verticale un filo sospeso verticalmente lungo la linea centrale funge da elettrodo di scarica e la superficie interna del tubo funge da collettore. Le particelle di polvere raccolte vengono periodicamente rimosse facendo vibrare o lavare le superfici del collettore.

Le particelle di polvere rimosse vengono infine raccolte in una tramoggia posta sotto il condotto e quelle vengono rimosse periodicamente con l'aiuto di un dispositivo meccanico adatto. Nel caso di un ESP orizzontale, il gas carico di polvere fluisce orizzontalmente tra le piastre da un'estremità all'altra, mentre in un ESP verticale il gas scorre verticalmente verso l'alto.

Per la raccolta a secco dell'accumulo di polvere sul collettore è permesso fino a circa 6 mm o più e quindi fortemente rapped in modo che la polvere è spostato come grossi grumi, che non sarebbe reinserito. Rapper più deboli e frequenti produrrebbero fiocchi di polvere rimossa, che potrebbero essere facilmente reinseriti. La raccolta di polvere bagnata può essere ottenuta spruzzando acqua in modo intermittente o continuo sul collettore o mediante una disposizione di sbarramento. Gli elettrodi di scarica devono essere puliti anche toccando quelli ad intervalli.

Intensità del campo ed elettrodi:

Una forza di campo di circa 3-6 kV / cm (cc) viene normalmente impiegata con l'aiuto di trasformatori accoppiati a raddrizzatori al silicio e regolatori di tensione automatici. A causa dell'elevata intensità di campo si verificano scariche a corona che producono elettroni ad alta velocità.

Una corona negativa (corona su un filo negativo) è più efficace in quanto è più stabile ed efficiente. Per un funzionamento efficiente, una velocità di emissione ottimale è di 50-100 scintille al minuto. L'energizzazione pulsata di un ESP a intervalli di milionesimo o micro secondi migliora l'efficienza della raccolta e riduce il consumo di energia.

In alcuni progetti il ​​diametro dell'elettrodo di scarica è di circa 3 mm, in altri è grande. Elettrodi di scarica di forma irregolare con protuberanze appuntite sviluppano un campo locale ad alta intensità e danno inizio alla scarica della corona. I fili quadrati, triangolari e spinati sono talvolta utilizzati come elettrodi di scarica. Alcuni produttori usano strisce di metallo anziché fili. Le piastre del collettore possono avere alette / deflettori per impedire il reinserimento delle particelle di polvere rimosse e conferire loro resistenza meccanica.

Resistività delle particelle e alloggiamento ESP:

Le particelle con bassa resistività elettrica (10 4 -10 7 ohm-cm) tendono a perdere facilmente la carica, a staccarsi dal piatto ea reinserirsi. Le particelle con elevata resistività (10 11 -10 13 ohm-cm) tendono ad aderire alla piastra del collettore e ad isolarla. Il gas pieno di polvere contenente polvere ad alta resistività può essere condizionato aggiungendo NH 3, SO 2, vapore ecc. Alla corrente di gas.

La pressione operativa di un ESP può variare tra un leggero vuoto a circa 10 atmosfere e una temperatura fino a 600 ° C. Un ESP è alloggiato in un alloggiamento a tenuta di gas in acciaio o cemento. Tuttavia, se necessario, dal punto di vista della corrosione l'alloggiamento può essere rivestito di piombo o plastica. Quando viene effettuata la pulizia dell'acqua del collettore, vengono eliminate anche la nebbia e alcuni gas solubili insieme alle particelle di polvere.

In una situazione specifica può essere scelta una combinazione delle alternative elencate di seguito per la costruzione / gestione di un ESP:

(i) Precipitazioni a secco / umido,

(ii) flusso di gas orizzontale / verticale,

(iii) Tipo di piastra singola / segmentata, e

(iv) Funzionamento sotto pressione / vuoto,

Meccanismo ESP:

A causa della differenza di alta tensione tra l'elettrodo di scarica centrale e il collettore di terra, si verifica lo scaricamento della corona. Durante la scarica corona gli elettroni vengono emessi e accelerano ad alte velocità. Tali elettroni all'impatto con molecole di gas come O 2 li ionizzano e rilasciano elettroni che continuano il processo di ionizzazione del gas.

Gli ioni gassosi caricano poi le particelle di polvere sospese nel loro vicinato per collisione (bombardamento) o per diffusione. Le particelle più grandi di 1 μm sono generalmente caricate dalla collisione, mentre le particelle più fini vengono caricate per diffusione. Le particelle cariche migrano quindi verso il raccoglitore di terra e abbandonano le loro cariche. Nel caso di collettori asciutti può verificarsi un rientro di particelle. Nel caso dei collettori umidi, il re-trascinamento è praticamente assente.

La forza del campo è così mantenuta che vi è una frequenza di scintilla limitata. Durante la scintilla vi è una caduta di tensione istantanea che provoca il collasso del campo elettrostatico e il conseguente arresto della raccolta della polvere. Scintille eccessive significa perdita di potenza in ingresso nella corrente di scintilla. In un ESP una particella viene sottoposta alla forza gravitazionale, una forza di trascinamento e una forza di campo elettrico. La forza di campo attirerebbe la particella verso il collettore mentre la forza di resistenza si opporrebbe al suo movimento verso il collettore.

La forza risultante indurrebbe la particella a migrare verso il collettore ad una certa velocità, che è definita come la "velocità di deriva". L'entità della velocità di deriva di una particella dipende da fattori quali la modalità di carica delle particelle, la dimensione delle particelle, la velocità del gas, l'intensità del campo e la resistività delle particelle, ecc.

La velocità di deriva di una particella caricata dal bombardamento può essere calcolata usando la relazione

U p, dp = 3.694 10 -6 E 2 p dp / μ (4.29)

Tuttavia, se la carica avviene per diffusione, la velocità di deriva può essere approssimata come

U p, dp = 3-097 x 10 -4 K m E / μ

dove, U p dp = velocità di deriva di particelle con diametro dp, in m / s.

I tipici dati di velocità di deriva di alcune particelle specifiche sono elencati nella Tabella 4.9.

Si deve qui notare che per i produttori di ESP il design utilizza la loro esperienza sul campo invece di basarsi sui dati della velocità di deriva calcolati in base alle Eq. (4.29) e (4.30).

Pretrattamento:

Per ridurre il carico di polvere su un ESP, la corrente di gas influente può essere pretrattata in un decantatore a gravità o in un separatore centrifugo (ciclone). In caso di ESP secco, il gas influente deve essere a una temperatura, ad esempio 25 ° -50 ° C sopra il suo punto di rugiada, quindi, se necessario, il gas deve essere preriscaldato.

Efficienza raccolta ESP:

Un diagramma schematico di una piastra parallela è mostrato in Fig. 4.8.

Un gas di trasporto carico di polvere che trasporta particelle sospese di dimensioni diverse scorre tra due piastre parallele ad una velocità lineare U orizzontalmente. Le particelle dopo essere entrate nel canale si caricano e si muovono verso le piastre del collettore alle rispettive velocità di deriva.

Analizziamo i cambiamenti progressivi di concentrazione delle particelle (aventi un diametro dpi) mentre il gas di trasporto si sposta dall'estremità di ingresso alla fine di uscita. Un equilibrio di materiale attraverso una lunghezza elementare dL produce l'Eq. (4.31)

dove H = Altezza di un piatto,

L I = Lunghezza di una piastra,

2 S = Distanza tra le placche,

U p dpj = Velocità di deriva di particelle con diametro dpi

U = velocità del gas orizzontale attraverso l'ESP,

A = Superficie del collettore di due piastre = 2 L 1 H

q = Portata volumetrica del gas attraverso un canale tra due piastre = Q / n,

n = numero di canali,

Q = Portata totale del gas volumetrico.

Un'espressione per l'efficienza di raccolta (rimozione) di tale unità per particelle aventi un diametro dpi può essere ottenuta riorganizzando l'Eq. (4.32).

Sebbene l'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:

Passo I:

A specific particle size dpi is chosen whose complete removal is desired.

Fase II:

Influent gas velocity (U), plate spacing (25), plate height (H) and field strength (E) are assumed.

Passaggio III:

The drift velocities of the dust particles are estimated using Eqs. (4.29) and (4.30).

Step IV:

L dpj is calculated using Eqs. (4.33) and (4.35), whichever is larger should be accepted.

Passo V:

The removal efficiencies of the dust particles having a diameter other than dpi are estimated using Eq. (4.34).

Step 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 :

vantaggi:

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.

svantaggi:

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:

Soluzione:

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.

Informazioni aggiuntive:

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.