6 thiết bị hàng đầu để loại bỏ chất gây ô nhiễm Gas-Borne

Bài viết này đưa ra ánh sáng trên sáu thiết bị hàng đầu để loại bỏ các chất ô nhiễm sinh ra từ khí. Các thiết bị là: 1. Bộ tách trọng lực 2. Bộ tách quán tính 3. Bộ tách ly tâm 4. Bộ lọc 5. Bộ lọc bụi tĩnh điện và 6. Máy chà sàn.

Thiết bị số 1. Bộ định vị trọng lực:

Khi một luồng khí đầy bụi chảy qua một buồng, các hạt bụi trải qua các lực sau theo hướng thẳng đứng:

(i) Một lực hấp dẫn tác động xuống dưới,

(ii) Một lực nổi đang tác động lên và

(iii) Một lực kéo theo hướng ngược với hướng chuyển động của các hạt.

Kết quả là các hạt đạt được vận tốc hướng xuống ròng, trong điều kiện trạng thái ổn định được gọi là vận tốc cuối, U r . Các hạt cũng trải qua một vận tốc theo hướng ngang, sẽ giống như của khí mang (giả sử không có trượt tại giao diện hạt khí Gas).

Các hạt bụi, được giữ lại trong buồng, được tách ra khỏi dòng khí mang và phần còn lại được mang đi. Một buồng như vậy được gọi là một người định cư trọng lực.

Mức độ loại bỏ bụi từ dòng khí trong thiết bị lắng trọng lực phụ thuộc vào các yếu tố sau:

(i) Vận tốc khí trong buồng,

(ii) Phân bố kích thước hạt,

(iii) Vận tốc cuối của các hạt, lần lượt phụ thuộc vào kích thước hạt, mật độ hạt, vận tốc khí (chất mang) và mật độ khí.

(iv) Chiều dài buồng và

(v) Chiều cao buồng.

Người định cư trọng lực có hai loại:

(i) Buồng đơn (không có khay bên trong) và

(2) Buồng nhiều khay (còn được gọi là người định cư Howard).

Hình 4.2 cho thấy bản phác thảo của người định cư trọng lực.

Xây dựng một buồng duy nhất là rẻ nhất. Các hạt bụi được giữ lại được thu thập trong phễu / phễu tại cơ sở từ đó các hạt được loại bỏ theo thời gian. Một buồng nhiều khay sẽ đắt hơn và sẽ có một số khay hơi nghiêng có một khoảng cách đồng đều ở giữa các khay. Các khay được cung cấp một thiết bị cơ học phù hợp để các lớp bụi tích lũy trên các khay có thể được loại bỏ mà không có bất kỳ sự gián đoạn nào của quá trình dòng chảy.

Các thiết bị lắng có thể được làm bằng bất kỳ kim loại nào, có khả năng chịu được nhiệt độ khí, môi trường ăn mòn và mài mòn của các hạt. Không có giới hạn áp suất và nhiệt độ cho đến khi có liên quan đến khí vào. Có thể cần phải cách nhiệt một thiết bị lắng để ngăn chặn việc làm mát khí ảnh hưởng dưới điểm sương và ngưng tụ hơi do đó.

Trong một bộ lắng lắng các hạt lớn hơn 40 (có thể được loại bỏ hiệu quả trong khi buồng đa khay được thiết kế đúng có thể loại bỏ các hạt nhỏ đến 10 giờ tối. Một trong những ưu điểm chính của bộ lắng trọng lực là giảm áp suất thấp.

Việc giảm áp suất tổng thể có thể được tính bằng cách thêm các mức giảm áp do:

(i) Mở rộng lối vào,

(ii) Mất ma sát trong buồng và

(iii) Thoát co.

Phương pháp thiết kế Gravity Settler:

Để thiết kế bộ lắng trọng lực, các thông tin sau được yêu cầu trong các đơn vị nhất quán:

1. Tốc độ dòng khí thể tích,

2. Kích thước hạt bụi và phân tích phân phối khối lượng (dpi so với m dpi ),

3. Mật độ hạt trung bình, P p,

4. Mật độ và độ nhớt của khí, PG, p g, và

5. Hiệu suất loại bỏ mong muốn (ᶯ dpi ) của kích thước hạt mục tiêu.

Nó đã được đề cập trước đó rằng một hạt có đường kính dpi đạt vận tốc cuối U t, dpi là kết quả của các lực (đã được liệt kê) tác dụng lên nó. Biểu thức cho U t, . dpj làm việc để được

Các hạt, mà thông thường người ta sẽ quan tâm đến việc loại bỏ trong bộ lắng trọng lực sẽ không quá mịn, do đó , các hạt như vậy có thể được tính bằng cách sử dụng phương trình. (4.7), thu được bằng cách giả sử

và thay thế tương tự trong phương trình. (4.2)

Cần phải đề cập ở đây rằng với mục đích thiết kế, người ta cho rằng các hạt sẽ đạt được vận tốc đầu cuối tương ứng ngay sau khi vào buồng lắng.

Kích thước của một bộ lắng trọng lực có thể được thực hiện thông qua các bước sau:

Bước I:

Đánh giá u t, dpi cho tất cả các kích thước hạt bằng các phương trình. (4.2) đến (4.6) hoặc phương trình. (4.7) tùy thuộc vào dp.

Bước II:

Chọn vận tốc khí tuyến tính U phù hợp thông qua bộ lắng được đề xuất. Theo quy tắc chung, U dao động trong khoảng 0, 3-3 m / s. Thông thường nó được lấy là 0, 3 đến 0, 6 m / s.

Bước III:

Quyết định độ dài của bộ định cư L. Nó được quyết định dựa trên không gian có sẵn để lắp đặt bộ giải quyết hoặc để đáp ứng giảm áp suất cho phép trên bộ giải quyết hoặc để đáp ứng cả hai.

Bước IV:

Đánh giá thời gian cư trú trong buồng, τ

trong đó τ = L / U

Bước V:

Ước tính chiều cao của bộ định cư H. Các phương trình / quan hệ được sử dụng để ước tính H phụ thuộc vào việc người định cư được đề xuất là người định cư buồng đơn hay người định cư nhiều khay và dòng chảy bên trong thiết bị lắng là tầng hay hỗn loạn.

Bước VI:

Độ rộng W của buồng được ước tính bằng cách sử dụng mối quan hệ W = Q / HU, thu được bằng cách cân bằng tốc độ dòng thể tích,

Trong đó Q = tốc độ dòng thể tích của khí mang.

(A) Một Settler buồng đơn, Điều kiện dòng chảy tầng:

Chiều cao của bộ lắng, H, được ước tính dựa trên hiệu quả loại bỏ mong muốn của kích thước hạt mục tiêu, dpi, sử dụng mối quan hệ.

Đối với các hạt có kích thước khác dpi, hiệu quả loại bỏ được tính bằng cách sử dụng mối quan hệ.

Sử dụng thông tin thu được cho đến nay hiệu quả tổng thể của người giải quyết được ước tính với sự giúp đỡ của mối quan hệ.

Cần lưu ý rằng η dp có thể có giá trị tối đa là 1.0.

Trong trường hợp giá trị tính toán của η tổng thể không đáp ứng hiệu suất mong muốn của bộ giải quyết, các phương trình. (4.8) đến (4.10) sẽ được làm lại dựa trên dpi mới (giả định) hoặc dpj mới hoặc một bộ dpi mới và η dpi cho đến khi tiêu chí hiệu suất mong muốn được thỏa mãn.

(B) Settler buồng đơn, Điều kiện dòng chảy hỗn loạn:

Chiều cao của bộ lắng H được ước tính dựa trên kích thước hạt mục tiêu dpi và giả sử hiệu suất tách η dpi = 1 = 1 bằng cách sử dụng mối quan hệ

,

Đối với mỗi hạt khác có đường kính dp ǂ dpi, chiều cao lắng h dp được tính bằng phương trình. (4. 12).

Tiếp theo, hiệu quả loại bỏ của từng kích thước hạt khác nhau có dp <dpi được tính bằng phương trình. (4.13)

Hiệu suất tách của các hạt có dp> dpi được lấy là 1.0. Hiệu suất loại bỏ hoàn toàn của tất cả các hạt cuối cùng được đánh giá bằng phương trình. (4.10).

Trong trường hợp hiệu suất tổng thể được tính toán dựa trên phương trình. (4.10) không phù hợp với hiệu suất mong muốn của các phương trình. (4.10), (4.11), (4.112) và (4.13) được làm lại khi chọn một kích thước hạt mục tiêu khác dpi cho đến khi đạt được hiệu suất mong muốn.

(C) Thiết kế Settler nhiều khay :

Trong trường hợp bộ giải quyết nhiều khay, khoảng cách giữa hai khay liên tiếp H r có tầm quan trọng. Nó thường có thứ tự 30 cm. Số lượng khay trong buồng, N, được ước tính bằng cách sử dụng mối quan hệ,

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

Sắp xếp lại phương trình. (4.14) chiều cao buồng có thể được biểu thị bằng

Rõ ràng là để ước tính H, H t và N được chọn trước.

Khi H t được cố định, hiệu suất tổng thể của bộ giải quyết nhiều khay phải được ước tính bằng các phương trình thích hợp. (4.2) đến (4.13) tùy thuộc vào việc dòng chảy có khả năng là tầng hay hỗn loạn. Mối quan hệ được sử dụng để ước tính W sẽ là

W = Q / NH, U

Nếu hiệu suất của bộ giải quyết được đề xuất là không thỏa đáng, vấn đề sẽ được xử lý lại khi giả sử một chữ N mới.

Hạt có kích thước tối thiểu sẽ được loại bỏ đến một mức độ mong muốn trong một bộ định cư xác định có thể được biểu thị như

Trong đó g = gia tốc do trọng lực.

Cần chỉ ra ở đây rằng hiệu quả thực tế của một người định cư sẽ thấp hơn so với tính toán sử dụng phương trình. (4.10), vì các lý do sau:

(i) Tái kết hợp các hạt đã lắng,

(ii) Các hạt không đạt được vận tốc cuối của chúng ngay sau khi vào thiết bị định cư và

(iii) Hình dạng không hình cầu của các hạt.

Ví dụ 4.1:

Nó được đề xuất để cài đặt một bộ lắng trọng lực để loại bỏ hoàn toàn các hạt bụi có đường kính 40 pm từ khí mang.

Các thông tin thích hợp khác là:

Tốc độ dòng khí mang = 21, 600 m 3 / giờ. ở 50 ° C và áp suất hơi trên 1 atm,

Mật độ hạt (p p ) = 2, 5 g / cm 3 .

Các tính chất vật lý của khí mang có thể được lấy là không khí ở điều kiện vận hành.

Tìm thấy:

(a) Kích thước phù hợp của thiết bị lắng một buồng giả định dòng chảy tầng trong buồng,

(b) Hiệu quả loại bỏ của cùng một thiết bị lắng nếu dòng chảy trong buồng bị nhiễu,

(c) Nếu cùng một thiết bị lắng được lắp các khay cách nhau khoảng 30 cm, hạt nào có kích thước tối thiểu có thể được loại bỏ với hiệu suất 100 phần trăm?

Dung dịch:

(a) Các giả định của người định cư buồng đơn:

(i) Dòng chảy bên trong thiết bị lắng sẽ là tầng,

(ii) Giải quyết số Reynold hạt (Re p ) sẽ nhỏ hơn 2,

(iii) Vận tốc khí mang qua thiết bị lắng, U = 0, 4 m / s.

Mật độ khí mang (p g ) ở 50 ° C và 1 atm.

Kích thước của một bộ định cư có thể được ước tính bằng cách sử dụng các mối quan hệ sau nếu dòng chảy trong bộ định cư là tầng.

Vì r không được chỉ định, một số giá trị của x được giả sử và các giá trị tương ứng của L, H và W được tính như được liệt kê dưới đây:

Kích thước của một bộ định cư phù hợp sẽ phụ thuộc vào không gian có sẵn để cài đặt. Đặt kích thước bộ định cư được đề xuất là

L = 8 m, H = 2, 29 m và W = 6, 55 m tương ứng với r = 20 s

Bây giờ nó phải được kiểm tra xem dòng chảy bên trong thiết bị lắng sẽ là tầng hay hỗn loạn bằng cách tính số Reynold,

Do đó dòng chảy bên trong khu định cư sẽ hỗn loạn.

(b) Vì dòng chảy bên trong thiết bị lắng sẽ bị nhiễu loạn nên hiệu quả của nó phải được ước tính bằng phương trình. (4.13)

(c) Nếu thiết bị lắng được đề xuất được lắp các khay cách nhau khoảng 30 cm, số lượng khay bên trong thiết bị định cư sẽ là

Điều này sẽ dẫn đến khoảng cách giữa các khay, H t = 2, 29 / 8 = 0, 28 m

Vận tốc tuyến tính của khí trong thiết bị lắng sẽ là

Do đó, dòng chảy sẽ hỗn loạn.

Vì dòng chảy bên trong bộ lắng đa khay sẽ bị nhiễu, các hạt có kích thước tối thiểu sẽ bị loại bỏ hoàn toàn có thể được tính bằng phương trình. (4.16)

Loại bỏ hoàn toàn có nghĩa là n dpi = 1, tuy nhiên thay thế n dpi = 1 trong phương trình trên sẽ dẫn đến một dpi không xác định. Do đó η dpi được lấy là 0, 999 và dpi được tính bằng phương trình. (4.16).

Thiết bị # 2. Máy tách quán tính:

Các hạt rắn lơ lửng mang theo dòng khí đạt được vận tốc gần như tương tự như dòng khí. Kết quả là động lượng và do đó quán tính (của chuyển động) của các hạt lớn hơn và đậm đặc hơn so với các hạt nhẹ hơn và mịn hơn. Khi một luồng khí như vậy thay đổi hướng dòng chảy bên trong một thiết bị, hướng dòng chảy của các hạt có quán tính cao hơn tiếp tục theo hướng cũ (trước đó) và cuối cùng dừng lại sau khi chạm vào bề mặt nào đó.

Các hạt nhẹ hơn và mịn hơn được mang đi bởi chính dòng khí khi lực kéo vượt qua quán tính. Một thiết bị như vậy được gọi là "dải phân cách quán tính". Hiệu quả loại bỏ bụi của thiết bị tách quán tính chỉ có thể được cải thiện bằng cách giảm lực kéo lên các hạt. Điều này có thể đạt được bằng cách hạ thấp vận tốc khí trong vùng phân tách. Dải phân cách quán tính có nhiều loại khác nhau. Hình 4.3 cho thấy bản phác thảo của một số loại dải phân cách quán tính.

Vận tốc khí đi vào trong thiết bị phân tách quán tính có thể khoảng 10 m / s và trong thiết bị phân tách thông thường khoảng 1 m / s. Kích thước của một bộ tách quán tính thường nhỏ hơn bộ lắng trọng lực có công suất và hiệu quả tương tự, nhưng độ sụt áp sẽ cao hơn. Đối với thiết bị phân tách quán tính không có giới hạn áp suất và nhiệt độ.

Thiết bị số 3. Máy tách ly tâm:

Máy phân ly tâm thường được gọi là máy phân ly lốc xoáy. Nó là một loại dải phân cách quán tính, tuy nhiên, lực mang lại sự phân tách, là ly tâm. Phần trên của nó là hình trụ, trong khi phần dưới là hình nón bị cắt ngược. Khí bụi bay vào xi lanh gần đỉnh hoặc thông qua một bên mở hoặc dọc qua đỉnh với vận tốc tiếp tuyến. Khí sạch thoát ra ở phía trên thông qua một ổ cắm tròn ở giữa. Các hạt rắn tách ra được thải qua một ổ cắm trung tâm ở phía dưới.

Trong trường hợp lốc xoáy vào bên, đầu vào của lốc xoáy được đặt tiếp tuyến và do đó khí đi vào có được vận tốc tiếp tuyến. Các lốc xoáy vào trục được gắn các van để truyền vận tốc tiếp tuyến cho khí đi vào.

Khí bụi sau khi đi vào một cơn bão di chuyển xuống dưới như một cơn lốc bên ngoài giảm dần vì vận tốc tiếp tuyến của nó, chạm tới đỉnh hình nón và sau đó nó đảo ngược hướng của nó, di chuyển lên trên như một cơn lốc bên trong tăng dần. Cuối cùng, khí rời khỏi lốc xoáy thông qua một cửa ra ở trung tâm ở phía trên.

Các hạt bụi lớn hơn và nặng hơn trong khi di chuyển xuống dưới cùng với dòng khí chuyển động xoắn ốc trải qua một lực ly tâm, do đó chúng di chuyển về phía tường. Cuối cùng, họ trượt xuống phía dưới ổ cắm dưới, thường được trang bị một van quay. Các hạt mịn hơn và nhẹ hơn được mang đi bởi dòng khí đi.

Lực ly tâm tác dụng lên một hạt có khối lượng m có thể được biểu thị như sau:

Từ phương trình. (4.18) hiển nhiên là đối với một hạt có đường kính P p và mật độ p p thì lực ly tâm tác dụng lên nó tỷ lệ thuận với u tan và tỷ lệ nghịch với R. Do đó, hiệu quả loại bỏ của nó trong lốc xoáy sẽ tăng lên khi tăng trong U tan giảm với sự gia tăng R.

Lốc xoáy có đường kính từ 1 m trở lên có thể xử lý tốc độ dòng khí cao hơn nhưng kém hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các hạt mịn hơn 30 giờ chiều. Áp suất giảm trên một cơn bão như vậy có thể là khoảng 2, 5-15 cm nước. Lốc xoáy có đường kính từ 30 cm trở xuống được gọi là lốc xoáy hiệu quả cao.

Khả năng xử lý khí của chúng ít hơn nhưng chúng khá hiệu quả trong việc loại bỏ các hạt nhỏ đến 10 giờ tối. Áp suất giảm trên một cơn bão nhỏ thường khoảng 10 cm đến 30 cm nước. Do khả năng xử lý khí thấp, một số lốc xoáy thường được vận hành song song và được đặt trong một vỏ. Một hội đồng như vậy được gọi là một cơn bão đa.

Hình 4.4 cho thấy một bản phác thảo của một cơn bão tiêu chuẩn. Kích thước của các phần khác nhau của một cơn bão như vậy được biểu thị bằng tỷ lệ với đường kính của nó. Các tỷ lệ này khác nhau một chút tùy thuộc vào loại lốc xoáy. Lốc xoáy được phân loại là hiệu quả cao, hiệu quả trung bình và lốc xoáy thông thường. Trong Bảng 4.5, kích thước tương đối của các loại lốc xoáy được nêu ở trên được liệt kê.

Ưu điểm của máy phân ly lốc xoáy là sự đơn giản trong xây dựng và chi phí thấp hơn. Vì không có bộ phận chuyển động trong cơn bão nên chi phí bảo trì thấp. Nó đòi hỏi ít không gian sàn. Một cơn bão được thiết kế đúng có thể được vận hành ở áp suất cao tới 500 atm và nhiệt độ cao tới 1000 ° C.

Phương pháp thiết kế máy phân tách lốc xoáy:

Để thiết kế một cơn bão, cần phải có phân tích kích thước của các hạt bụi có trong dòng khí có ảnh hưởng. Kích thước cắt hạt d 50 cũng phải được biết. d 5Q là viết tắt của đường kính hạt, 50% (tính theo khối lượng) trong số đó cần phải được loại bỏ khỏi dòng khí đầy bụi.

Khi các thông tin này được biết có đường kính lốc xoáy D c được giả sử, d 50 tương ứng với D c được tính bằng cách sử dụng quy trình được đưa ra dưới đây. Nếu d 50 được tính toán không khớp với d 50 mong muốn, D c mới được giả sử và phép tính được lặp lại.

Sau khi thiết lập D c, hiệu quả loại bỏ của các hạt bụi có đường kính khác với d 50 được ước tính bằng cách sử dụng sơ đồ như trong hình 4.5.

Hiệu suất tổng thể của lốc xoáy được đề xuất sau đó được tính toán bằng cách sử dụng mối quan hệ được đưa ra trong biểu thức. (4.10)

Có hai cách tiếp cận trong việc thiết kế dải phân cách lốc xoáy:

(1) Cách tiếp cận của Lapple và

(2) Phương pháp cân bằng lực lượng.

1. Cách tiếp cận của Lapple:

Cách tiếp cận này dựa trên biểu thức sau cho d 50

Trong đó N e = số lượt hiệu quả trong vòng xoáy ngoài giảm dần, thường nằm trong khoảng từ 1 đến 10 =

U I = nhập vận tốc khí trong khoảng từ 6 đến 24 m / s

Thông thường nó được lấy là 16 m / s.

Biểu thức tương ứng cho sụt áp trên một cơn bão là

Việc giảm áp suất phụ thuộc vào loại lốc xoáy. Một số dữ liệu điển hình được liệt kê trong Bảng 4.6.

2. Phương pháp cân bằng lực lượng:

Phương pháp cân bằng lực lượng dựa trên các tiền đề sau:

(i) Các hạt bên trong lốc xoáy ở khoảng cách R từ trục trải qua một lực hướng tâm ròng, đó là sự khác biệt giữa lực trường trường (lực ly tâm) và lực kéo.

(ii) Các hạt có đường kính d 50 sẽ chịu lực bằng không tại

(v) Một biểu thức cho U tan có được bằng cách cân bằng các khoảnh khắc của lực của chất lỏng ở đầu vào và đầu ra và lực cắt tường về trục lốc xoáy.

trong đó fs tương tự như hệ số ma sát = 1/200

A 1, là diện tích mặt cắt ống dẫn vào = B C H C

Một s là diện tích bề mặt lốc xoáy tiếp xúc với

Khí quay

Quy trình thiết kế là chọn quảng cáo 50 và giả sử đường kính lốc xoáy D c, Đường kính lốc xoáy D c nên được chọn sao cho U I = Q / B c H c nằm trong phạm vi vận tốc đầu vào hoạt động (6 xăng24 m / s, thường là 16 m / s).

5Q tiếp theo được tính toán sử dụng các phương trình. (4.25), (4.24), (4.23) và (4.22). Trong trường hợp d 50 được tính toán không khớp với d 50 được chọn trước, các bước được lặp lại với đường kính lốc xoáy giả định khác. Quá trình được lặp lại cho đến khi tìm thấy đường kính lốc xoáy dẫn đến quảng cáo 50 gần với 50 được chọn trước.

Áp suất giảm trên một cơn bão như vậy có thể được tính bằng cách sử dụng mối quan hệ.

Cần chỉ ra ở đây rằng hiệu quả tách thực tế sẽ thấp hơn hiệu suất tính toán bằng phương trình. (4.10) vì các hiệu ứng sau:

1. Lùi lại các hạt từ tường vào xoáy bên trong,

2. Các hạt được nhặt từ đỉnh hình nón bằng dòng phễu và

3. Tái nhập các hạt vì eddies.

Ví dụ 4.2 :

Một thiết bị phân tách lốc xoáy thông thường sẽ được thiết kế để loại bỏ 50 phần trăm các hạt có đường kính 5 giờ chiều và mật độ 2, 5 g / cm 3 từ dòng khí (không khí) chảy với tốc độ 7200 m 3 / giờ ở 30 ° C.

Dung dịch:

Từ tài liệu, độ nhớt của không khí ở 30 ° C được tìm thấy là 0, 008 centip rùa.

0, 008 centip rùa = 1, 8 x 10 -4 g / cms = 1, 8 x 10 -5 kg / m s.

Ước tính sơ bộ về đường kính lốc xoáy (D c ) để đáp ứng nhiệm vụ đã đề cập ở trên có được bằng cách sử dụng phương pháp của Lapple, Eq. (4.19) giả sử

Thiết bị # 4. Bộ lọc:

Không giống như các loại thiết bị phân tách khác được thảo luận, hoạt động lọc trước đó được thực hiện ở chế độ nửa mẻ. Trong phần đầu tiên của hoạt động, các hạt bụi từ luồng khí đầy bụi bị bắt giữ trong chính thiết bị và một luồng khí tương đối sạch (không có bụi) chảy ra. Thành phần trong bộ lọc, thực sự bắt giữ các hạt bụi, được gọi là môi trường lọc.

Khi lượng hạt bụi tích lũy trên môi trường lọc tăng khả năng chống lại dòng khí tăng. Nó dẫn đến sự gia tăng chênh lệch áp suất trên bộ lọc theo thời gian. Cuối cùng, một giai đoạn đạt được khi chênh lệch áp suất bằng với giá trị đặt trước.

Tại thời điểm này, dòng khí được dừng lại và giai đoạn tiếp theo của hoạt động loại bỏ các hạt bụi tích lũy (làm sạch) được bắt đầu. Sau khi một lượng đáng kể bụi tích lũy đã được loại bỏ, hoạt động lọc (dòng khí đầy bụi) được nối lại. Bộ lọc được phân loại theo loại phương tiện lọc được sử dụng.

Các phương tiện được sử dụng là:

1. Môi trường tổng hợp (sỏi) và

2. Môi trường sợi (giấy, thảm sợi, nỉ, vải dệt, v.v.).

Bộ lọc sỏi:

Môi trường lọc tổng hợp được sử dụng cho nhiệt độ cao và các ứng dụng đặc biệt khác. Một cài đặt bộ lọc điển hình bao gồm một số mô-đun bộ lọc được sắp xếp song song. Một mô-đun được hiển thị trong Hình 4.6. Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của bộ lọc sỏi là khả năng chịu được nhiệt độ cao.

Sỏi tìm thấy trong sự hình thành tự nhiên được sử dụng. Lựa chọn của nó phụ thuộc vào nhiệt độ khí ảnh hưởng. Sỏi thạch anh có thể chịu được nhiệt độ hoạt động gần 800 ° C. Tuy nhiên, giới hạn nhiệt độ hoạt động thực tế của bộ lọc sỏi phụ thuộc vào vật liệu cấu trúc được sử dụng để xây dựng. Các bộ phận chuyển động của bộ lọc sỏi là van flash phía sau và cơ cấu cào.

Vì chúng được vận hành không liên tục, độ mòn trên các bộ phận này thấp. Đáy của bộ lọc hoạt động như một dải phân cách lốc xoáy. Trong quá trình làm sạch không khí hoặc một số khí khác được phép chảy theo hướng ngược lại và cơ chế cào được bật. Các hạt bụi bị đánh bật được thu thập trong phễu bên dưới. Thỉnh thoảng các hạt bụi tích lũy được loại bỏ khỏi phễu. Áp suất giảm trên bộ lọc sỏi có thể nằm trong khoảng từ 120 cm nước.

Bộ lọc vải:

Một số phương tiện sợi, chẳng hạn như giấy và thảm sợi rất khó để làm sạch và tái sử dụng và do đó chúng thường bị loại bỏ sau khi sử dụng. Đây không phải là phù hợp để làm sạch khí công nghiệp. Phương tiện sợi, như vải dệt và nỉ được sử dụng rộng rãi để thu hồi các vật liệu có giá trị từ khí thải công nghiệp cũng như để kiểm tra ô nhiễm không khí.

Bộ lọc vải còn được gọi là bộ lọc túi sử dụng các ống (làm bằng vải) mở ở một đầu và đóng ở đầu kia làm môi trường lọc. Một số ống được treo thẳng đứng trong vỏ từ khung dây với các đầu mở nằm ở phía dưới. Khí bụi bay vào một nhà ở gần đáy của nó và di chuyển các ống thông qua các đầu mở của chúng.

Khí sạch chảy ra qua các bề mặt hình trụ của các ống trong khi các hạt bụi được giữ lại bên trong. Một cơ chế phù hợp được kết hợp trong vỏ để loại bỏ (hoạt động làm sạch) của các hạt bụi tích lũy theo thời gian. Hoạt động làm sạch có thể được thực hiện trực tuyến hoặc ngoại tuyến.

Điều trị trước:

Các loại vải được sử dụng không thể chịu được nhiệt độ cao. Do đó, cần phải làm mát khí đến để giảm nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ vận hành tối đa được đề nghị của vải được chọn. Cần lưu ý rằng khí đi vào phải nằm trong khoảng 30 ° - 60 ° C so với điểm sương của nó vì nếu không có thể xảy ra ngưng tụ trên bề mặt túi. Ngưng tụ sẽ dẫn đến việc bám các hạt rắn ẩm vào vật liệu lọc, điều này sẽ cản trở hoạt động làm sạch.

Để giảm tải cho bộ lọc vải, tốt hơn hết là làm sạch trước khí đi vào bằng thiết bị tách trọng lực / máy tách lốc để loại bỏ các hạt lớn hơn 20-3030m khi có lượng đáng kể.

Cơ chế lọc vải:

Vật chất hạt từ khí mang được loại bỏ bằng vải bằng cách sàng, thấm trực tiếp, chặn do lực Van der Waal, khuếch tán Brown và lực hút tĩnh điện. Sự tạo ra điện tĩnh có thể là do ma sát giữa khí và vải và giữa các hạt và vải.

Vải dệt được làm bằng cách dệt sợi. Khi mới, khoảng cách giữa các sợi khá lớn và một số hạt dễ dàng xâm nhập vào lỗ chân lông. Một số hạt bị bắt trên vải. Khi quá trình lọc tiếp tục, ngày càng nhiều các hạt bụi tích tụ trên vải và do đó tạo thành một 'bánh lọc'. Bánh bây giờ hoạt động như một phương tiện lọc và nó hiệu quả hơn so với chính vải.

Vải nỉ được làm bằng cách đẩy kim gai qua hai hoặc nhiều lớp vải dệt và do đó kết hợp chúng và sau đó làm nhám lớp bề mặt. Lớp bên trong mang lại sức mạnh và sự ổn định về chiều, trong khi các loại vải mịn được định hướng ngẫu nhiên trên bề mặt mang lại hiệu quả thu thập cao cho các hạt nhỏ.

Chất liệu vải:

Túi lọc được làm từ cotton, len, acrylics, nylon, nomex, polyester, polypropylen, Teflon và sợi thủy tinh. Trong số chín loại vải có tên hai loại đầu tiên là tự nhiên và phần còn lại là tổng hợp. Trong khi lựa chọn vải cho một tình huống cụ thể, cần xem xét các yếu tố sau: nhiệt độ vận hành, độ axit / độ kiềm của chất mang, độ mài mòn của các hạt, tỷ lệ không khí trên vải và cuối cùng là giá thành của nó. Các đặc tính của các loại vải có tên ở trên được liệt kê trong Bảng 4.7.

Vệ sinh bộ lọc:

Làm sạch định kỳ túi lọc là cần thiết để duy trì tốc độ dòng khí mong muốn. Làm sạch có thể đạt được bằng cách uốn cong một cái túi và do đó phá vỡ và đánh bật các lớp bụi hoặc bằng luồng không khí đảo ngược qua túi hoặc bằng cách kết hợp cả hai. Lắc cơ học của túi bằng cách uốn cong chúng khá hiệu quả trong việc loại bỏ bụi trừ khi các hạt được nhúng quá sâu vào vải.

Tuy nhiên, rung cơ học dẫn đến hao mòn vải nhiều hơn. Vải dệt có thể chịu đựng điều trị như vậy. Các loại vải dễ vỡ, chẳng hạn như sợi thủy tinh và vải nỉ không nên bị rung lắc cơ học. Làm sạch không khí có thể được thực hiện theo một số cách, chẳng hạn như, luồng không khí đảo ngược, phản lực xung và vòng thổi.

Làm sạch dòng chảy ngược được thực hiện bằng cách lấy ra một mô-đun. Không khí áp suất thấp thể tích lớn được phép chảy ngược dòng với hướng dòng chảy thông thường. Bởi vì sự uốn cong dòng chảy ngược của túi diễn ra và các lớp bụi bị bong ra. Máy phát điện Sonic đôi khi được sử dụng để tăng cường hoạt động làm sạch. Vì quá trình này không gây ra nhiều căng thẳng cho vải, nó cũng có thể được sử dụng thuận tiện cho các loại vải dễ vỡ.

Trong máy bay phản lực làm sạch một luồng khí áp suất cao (lên đến khoảng 9 kg / cm 2 ) được đưa vào một túi ở đầu của nó trong một thời gian ngắn (khoảng 0, 1 giây hoặc ít hơn). Khi máy bay mở rộng, chiếc túi trải qua một cú sốc và rung lắc. Việc làm sạch kết quả là khá tốt. Làm sạch xung phản lực có thể được sử dụng để làm sạch tất cả các loại vải khác ngoài bông và sợi thủy tinh. Quá trình có thể được sử dụng trực tuyến hoặc ngoại tuyến. Một chất tẩy rửa xung không có bất kỳ bộ phận chuyển động.

Một máy làm sạch kiểu vòng thổi sử dụng một luồng khí thổi qua một loạt các lỗ ở bên trong một vòng kim loại rỗng, bao quanh một cái túi. Chiếc nhẫn được di chuyển lên xuống bên ngoài của một chiếc túi bằng cách sắp xếp dây xích và bánh xích. Không khí từ máy thổi được dẫn vào vòng qua một ống mềm.

Máy bay phản lực chạm vào một phần nhỏ của túi và đẩy phần đó vào trong. Bánh lọc bị vỡ và biến mất. Vì trong quá trình làm sạch kiểu này, các phần còn lại của túi có thể tiếp tục hoạt động bình thường, nó có thể được thực hiện trực tuyến.

Bất kỳ loại vải, dệt, nỉ hoặc dễ vỡ có thể được làm sạch bằng cách sử dụng kỹ thuật này, vì những loại vải không bị căng thẳng nhiều. Kiểu sắp xếp làm sạch này không được sử dụng cho các cài đặt lớn vì chi phí cao và máy móc phức tạp.

Hệ thống:

Một ngôi nhà túi thường được làm bằng nhiều mô-đun, mỗi mô-đun là một đơn vị độc lập. Trong mỗi mô-đun, một số túi được hỗ trợ đúng cách. Đường kính túi có thể nằm trong khoảng từ 7 đến 30 cm. Nói chung là khoảng 15 cm. Chiều cao của một chiếc túi có thể dao động trong khoảng 0, 75 m đến 8 m.

Khí bụi bay vào một mô-đun thông qua một ống dẫn vào. Các ống dẫn đầu vào của các mô-đun khác nhau được kết nối với một đa tạp chung. Rất thường các vách ngăn và bộ khuếch tán được cung cấp trong một ống góp để phân phối đúng cách khí bụi. Trong quá trình lọc khí có thể chảy từ trong ra ngoài túi hoặc cách khác. Khí sạch có thể được thải vào khí quyển trực tiếp từ một mô-đun hoặc dẫn đến một ống dẫn chung khác để xử lý tiếp.

Mỗi mô-đun được cung cấp một tiện ích làm sạch túi phù hợp, cơ khí hoặc khí nén như đã thảo luận trước đó. Mỗi mô-đun sẽ có một phễu để nhận bụi bị đánh bật trong quá trình làm sạch. Mỗi phễu lần lượt được trang bị một thiết bị xả bụi, chẳng hạn như van bẫy đôi hoặc khóa không khí quay.

Ngay cả các bụi không cháy cũng có thể gây nổ và do đó mỗi mô-đun được cung cấp một thiết bị / thiết bị bảo vệ, chẳng hạn như phụ kiện điện chống cháy nổ, lỗ thông hơi (cửa nổ / bảng điều khiển bản lề) và vòi phun nước để xử lý tình huống khẩn cấp. Cửa ra vào được cung cấp để thay thế túi bị lỗi và công việc bảo trì khác. Hình 4.7 cho thấy một sơ đồ nguyên lý của mô đun bộ lọc túi.

Định cỡ bộ lọc túi:

Để ước tính tổng diện tích vải (lưới) cần có các thông tin cơ bản sau:

Tốc độ dòng khí, tính bằng m 3 / phút;

Độ ẩm khí, tính bằng% R. H;

Nhiệt độ khí, tính bằng ° C;

Tải trọng hạt, tính bằng g / m 3 của khí mang,

Phân bố kích thước hạt, trong vụ nổ;

Nội dung SO 2 (nếu có), tính bằng ppm;

Mật độ hạt (rắn), tính bằng g / cm 3 ;

Độ axit / độ kiềm của khí.

Dựa trên các thông tin được đề cập ở trên, người ta phải chọn một loại vải phù hợp và loại của nó, tức là dệt / nỉ. Phù hợp với loại vải được chọn và loại của nó, một phương pháp làm sạch cũng được chọn. Tiếp theo, tốc độ lọc được biểu thị bằng tỷ lệ không khí trên vải (A / C) được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu được đưa ra trong Bảng 4.8. Tỷ lệ không khí trên vải phụ thuộc vào thành phần của các hạt bụi, phương pháp làm sạch được sử dụng cũng như liệu vải dệt / nỉ đã được chọn.

Tỷ lệ không khí trên vải nên được lựa chọn dựa trên hướng dẫn của nhà sản xuất. Thông thường giá trị thấp hơn được giả sử cho vải dệt thoi và giá trị cao hơn cho vải nỉ.

Tốc độ dòng khí Q, tính bằng m 3 gas / phút và hệ số F nằm trong khoảng từ 1, 04 đến 2.

1.04 Cho giá trị rất lớn của A net và 2 cho một giá trị nhỏ của A net .

Hiệu quả của Bag House và giảm áp suất :

Hiệu quả nhà túi phụ thuộc vào kích thước hạt bụi, tải hạt, vải được sử dụng và phương pháp làm sạch được sử dụng. Một đơn vị được thiết kế đúng có thể có hiệu suất từ ​​99% trở lên đối với kích thước hạt lớn hơn 1 Thaym. Độ giảm áp thường là theo thứ tự 7, 5 đến 15 cm nước.

Thiết bị # 5. Bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP):

Trong số các loại khác nhau của máy tách hạt khô, lọc bụi tĩnh điện là hiệu quả nhất. Quá trình này về cơ bản bao gồm việc truyền một khí đầy bụi qua một ống dẫn trong đó trường điện áp cao được duy trì. Các hạt bụi được tích điện và đọng lại trên bề mặt nối đất (bằng điện) của ống dẫn trong khi khí sạch chảy ra khỏi ống dẫn. Các ống dẫn có thể nằm ngang (tạo thành hai tấm song song đối diện nhau và đóng ở trên cùng) hoặc dọc (một đường ống).

Kiểu ngang ESP là phổ biến hơn. Chính xác ở giữa hai tấm, một số miếng kim loại (dải dây) được giữ lơ lửng. Chúng đóng vai trò là các điện cực phóng điện và các tấm như các bộ thu. Trong trường hợp ống thẳng đứng, một dây treo thẳng đứng dọc theo đường trung tâm đóng vai trò là điện cực phóng điện và bề mặt bên trong của ống đóng vai trò là bộ thu. Các hạt bụi thu thập được đánh bật theo định kỳ bằng cách gõ, rung hoặc rửa các bề mặt của bộ thu.

Các hạt bụi bị đánh bật cuối cùng được thu thập trong một phễu đặt bên dưới ống dẫn và chúng được loại bỏ định kỳ với sự trợ giúp của một thiết bị cơ khí phù hợp. Trong trường hợp khí bụi bụi nằm ngang ESP chảy theo chiều ngang ở giữa các tấm từ đầu này sang đầu kia trong khi ở chế độ ESP thẳng đứng, khí sẽ chảy thẳng đứng lên trên.

Đối với bụi thu gom khô, tích tụ trên bộ thu được cho phép tối đa khoảng 6 mm trở lên và sau đó được tách mạnh để bụi được đánh bật thành các cụm lớn, sẽ không bị chặn lại. Yếu hơn và rap thường xuyên sẽ tạo ra những vệt bụi bị bong ra, có thể dễ dàng bị cuốn lại. Thu gom bụi ướt có thể đạt được bằng cách phun nước không liên tục hoặc liên tục lên bộ thu hoặc bằng cách bố trí đập. Các điện cực phóng điện cũng phải được làm sạch bằng cách gõ chúng theo các khoảng thời gian.

Cường độ trường và điện cực:

Cường độ trường khoảng 3 đến 6 kV / cm (dc) thường được sử dụng với sự trợ giúp của máy biến áp kết hợp với bộ chỉnh lưu silicon và bộ điều chỉnh điện áp tự động. Do sự phóng điện corona cường độ trường cao diễn ra, tạo ra các electron tốc độ cao.

Một corona âm (corona trên dây âm) sẽ hiệu quả hơn vì nó ổn định và hiệu quả hơn. Để hoạt động hiệu quả, tốc độ phát lửa tối ưu là 50 - 100 tia lửa mỗi phút. Năng lượng xung của một ESP trong các khoảng thời gian một phần triệu hoặc micro giây giúp cải thiện hiệu quả thu thập và giảm mức tiêu thụ điện năng.

Trong một số thiết kế, đường kính điện cực phóng điện khoảng 3 mm, trong những thiết kế khác thì lớn. Các điện cực phóng điện có hình dạng bất thường có các phần lồi nhọn phát triển trường địa phương cường độ cao và bắt đầu phóng điện corona. Dây vuông, tam giác và dây thép gai đôi khi được sử dụng làm điện cực phóng điện. Một số nhà sản xuất sử dụng dải kim loại thay vì dây. Các tấm collector có thể có vây / vách ngăn để ngăn chặn các hạt bụi bị đánh bật và tạo cho chúng độ bền cơ học.

Điện trở hạt và vỏ ESP:

Các hạt có điện trở suất thấp (10 4 -10 7 ohm-cm) có xu hướng mất điện tích dễ dàng, rơi ra khỏi tấm và bị cuốn lại. Các hạt có điện trở suất cao (10 11 -10 13 ohm-cm) có xu hướng bám vào tấm collector và cách điện nó. Bụi khí chứa bụi có điện trở suất cao có thể được điều hòa bằng cách thêm NH 3, SO 2, hơi, vv vào dòng khí.

Áp suất hoạt động của một máy bay phản lực có thể dao động trong khoảng từ chân không đến áp suất khoảng 10 atm và nhiệt độ cao tới 600 ° C. Một chiếc ESP được đặt trong vỏ kín khí làm bằng thép hoặc bê tông. Tuy nhiên, nếu cần thiết, từ quan điểm ăn mòn, vỏ có thể được lót bằng chì hoặc nhựa. Khi làm sạch nước của bộ thu được thực hiện, sương mù và một số khí hòa tan cũng được loại bỏ cùng với các hạt bụi.

Trong một tình huống cụ thể, sự kết hợp của các giải pháp thay thế được liệt kê dưới đây có thể được chọn để xây dựng / vận hành máy bay phản lực:

(i) Lượng mưa khô / ướt,

(ii) Lưu lượng khí ngang / dọc,

(iii) Loại tấm đơn / phân đoạn và

(iv) Hoạt động dưới áp suất / chân không,

Cơ chế ESP:

Do chênh lệch điện áp cao giữa điện cực phóng trung tâm và bộ thu đất, quá trình phóng điện corona diễn ra. Trong quá trình phóng điện tử corona được phát ra và chúng tăng tốc lên vận tốc cao. Các electron như vậy khi va chạm với các phân tử khí như, O 2, ion hóa chúng và giải phóng các electron tiếp tục quá trình ion hóa khí.

Các ion khí sau đó tích điện cho các hạt bụi lơ lửng trong khu vực của chúng bằng cách va chạm (bắn phá) hoặc bằng cách khuếch tán. Các hạt lớn hơn 1 Lời nói chung được tích điện do va chạm, trong khi các hạt mịn hơn được tích điện bằng khuếch tán. Các hạt tích điện sau đó di chuyển đến bộ thu đất và từ bỏ điện tích của chúng. Một số sự tái nhập của các hạt có thể xảy ra trong trường hợp thu gom khô. Trong trường hợp người thu gom ướt, sự tái nhập hầu như không có.

Cường độ trường được duy trì đến mức có tần số phát ra hạn chế. Trong quá trình châm ngòi, có sự sụt giảm điện áp tức thời dẫn đến sự sụp đổ của trường tĩnh điện và hậu quả là ngừng thu bụi. Quá nhiều tia lửa có nghĩa là mất năng lượng đầu vào trong dòng tia lửa. Trong một ESP, một hạt chịu tác dụng của lực hấp dẫn, lực kéo và lực điện trường. Lực trường sẽ thu hút hạt về phía người thu gom trong khi lực kéo sẽ phản đối chuyển động của nó đối với người thu.

Lực kết quả sẽ làm cho hạt di chuyển về phía bộ thu ở một vận tốc nào đó, được gọi là 'vận tốc trôi'. Độ lớn của tốc độ trôi của hạt phụ thuộc vào các yếu tố, chẳng hạn như chế độ nạp hạt, kích thước hạt, vận tốc khí, cường độ trường và điện trở suất của hạt, v.v.

Vận tốc trôi của một hạt tích điện do bắn phá có thể được tính bằng cách sử dụng mối quan hệ

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

Tuy nhiên, nếu quá trình sạc diễn ra bằng khuếch tán, tốc độ trôi có thể xấp xỉ bằng

U p, dp = 3-097 x 10 -4 K m E / Lọ

trong đó, U p dp = vận tốc trôi của các hạt có đường kính dp, tính bằng m / s.

Dữ liệu vận tốc trôi điển hình của một số hạt cụ thể được liệt kê trong Bảng 4.9.

Ở đây cần chỉ ra rằng với mục đích thiết kế, các nhà sản xuất ESP sử dụng kinh nghiệm thực địa của họ thay vì dựa vào dữ liệu vận tốc trôi được tính toán dựa trên các phương trình. (4.29) và (4.30).

Điều trị trước:

Để giảm tải bụi trên máy ESP, dòng khí có ảnh hưởng có thể được xử lý trước trong thiết bị lắng trọng lực hoặc máy tách ly tâm (lốc xoáy). Trong trường hợp ESP khô, khí ảnh hưởng phải ở nhiệt độ, ví dụ 25 ° -50 ° C so với điểm sương của nó, do đó, nếu cần, khí phải được làm nóng trước.

Hiệu quả của Bộ sưu tập ESP:

Một sơ đồ nguyên lý của thiết lập tấm song song được thể hiện trong hình 4.8.

Một khí mang bụi mang các hạt lơ lửng có kích thước khác nhau chảy giữa hai bản song song với vận tốc tuyến tính U theo chiều ngang. Các hạt sau khi vào kênh được tích điện và di chuyển về phía các tấm collector với vận tốc trôi tương ứng của chúng.

Hãy để chúng tôi phân tích sự thay đổi lũy tiến về nồng độ của các hạt (có đường kính dpi) khi khí mang di chuyển từ đầu vào đến đầu ra. Một sự cân bằng vật chất trên một chiều dài nguyên tố dL mang lại phương trình. (4.31)

Trong đó H = Chiều cao của một tấm,

L I = Chiều dài của một tấm,

2 S = Khoảng cách mảng,

U p dpj = Vận tốc trôi của các hạt có đường kính dpi

U = Vận tốc khí ngang qua ESP,

A = Diện tích bề mặt của hai tấm = 2 L 1 H

q = Tốc độ dòng khí thể tích qua một kênh giữa hai tấm = Q / n,

n = Số lượng kênh,

Q = Tổng tốc độ dòng khí thể tích.

Một biểu thức cho hiệu quả thu thập (loại bỏ) của một đơn vị như vậy đối với các hạt có đường kính dpi có thể thu được bằng cách sắp xếp lại phương trình. (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:

Bước I:

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

Bước II:

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

Bước III:

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

Bước IV:

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

Bước V:

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

Bước 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 :

Ưu điểm:

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.

Nhược điểm:

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:

Dung dịch:

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.

Additional 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

Phương trình [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.