В основе работы тарельчатых газопромывателей лежит взаимодействие газов с жидкостью на тарелках различной конструкции, причем характер взаимодействия в значительной степени определяется скоростью газового потока. При малых скоростях (приблизительно до 1 м/с) газы проникают через слой жидкости в виде пузырей - происходит барботаж. Эффективность пылеулавливания в этом случае достаточна велика лишь для частиц крупнее 5 мкм. Вследствие этого, а также вследствие невысокой производительности по газу барботажные пылеуловители в настоящее время
в промышленности практически не применяются.
С ростом скорости газов взаимодействие газового и жидкостного потоков протекает более інтенсивно и сопровождается образованием высокотурбулизованной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых пузырьков. Поэтому газопромыватели данного типа часто называют пенными аппаратами. С изменением характера контакта газов и жидкости чисто барботажный механизм улавливания частиц пыли переходит в более интенсивный турбулентно-инерционный механизм, благодаря которому возможно эффективное улавливание частиц пыли размерами более 2 мкм.
Существует целый ряд конструкций тарельчатых (пенных) газопромывателей, но наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками и пенные аппараты с переливными тарелками.
В аппарате с провальными тарелками применяются два вида тарелок: дырчатые и щелевые. Иногда щелевые тарелки изготавливаются сварными из трубок или пластин. Оптимальная с точки зрения гидравлического сопротивления тарелка должна иметь толщину 4-6 мм. Обычно диаметр отверстий пенного пылеуловителя d0 составляет 4-8 мм; ширина щели b = 45 мм, а доля свободного сечения s0 колеблется в пределах 0,2-0,25 м2/м2.
Гидравлическое сопротивление зоны контакта, т. е. тарелки со слоем пены, определяется выражением.
(3)
где Ат - параметр, зависящий от формы отверстий тарелки и режима взаимодействия газов и жидкости на тарелке (пенный или волновой); рs - гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения жидкости.
Значения параметра Ат для различных типов тарелок и режимов их работы определяются по формулам, приведенным в[5]. По данным того же источника, величина Dрs:
для щелевых тарелок
(4)
где s - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;
для дырчатых
(5)
Удельное орошение в пенных аппаратах обычно принимают равным 0,4-0,5 л/м3. В этом случае переход от пенного режима к волновому наблюдается при vг.кр = 2,02,3 м/с. Оптимальным для улавливания пыли считается пенный режим взаимодействия газов и жидкости на тарелке.
Диаметр мокрого пылеуловителя с провальными тарелками по конструктивным соображениям, связанным с распределением газов, не должен превышать 2,5 м. В случае большого количества очищаемых газов необходимо устанавливать несколько параллельных аппаратов.
Высота слоя пены на тарелке Нп может быть определена по формуле
(6)
где h0 - высота исходного слоя жидкости на тарелке, м;
(7)
где С0 - коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки; С0 = 1,61,7 для обычно применяемых в пенных аппаратах тарелок.
В пенных пылеуловителях с переливными тарелками обычно устанавливают только дырчатые тарелки с диаметром отверстий 3-8 мм и со свободным сечением 0,15-0,25 м2/м2.
Скорость газов в свободном сечении находится в интервале 1-3 м/с. Максимальный размер поперечного сечения аппарата определяется возможностью равномерного распределения газов перед тарелкой и обычно составляет 5-8 м2. Расход жидкости на орошение аппарата составляет 0,2-0,3 л/м3. Высота пены при указанных параметрах потоков газа и жидкости обычно равна 80-100 мм. Гидравлическое сопротивление тарелки со слоем пены составляет р = 3001000 Па.
В пенных аппаратах можно выделить следующие стадии процесса улавливания пыли:
инерционное осаждение частиц пыли в подрешеточном пространстве;
улавливание частиц при входе газового потока в слой пены на тарелке («механизм удара»);
инерционно-турбулентное осаждение частиц на поверхности раздела фаз газ-жидкость в пене.
Эффективность первой стадии значительна лишь при улавливании крупных частиц пыли (более 10 мкм). Результативность «механизма удара» при входе газового потока в жидкость на тарелке гораздо выше. Доказано, что этот механизм является преобладающим при работе пенных пылеуловителей. Эффективность третьей стадии тем выше, чем больше высота слоя пены на тарелке Hп и чем больше величина удельной поверхности контакта фаз газ-жидкость.
Аналогичные механизмы улавливания пыли наблюдаются и в пенных газопромывателях с подвижным слоем насадки. Шаровая насадка в таких аппаратах способствует некоторой интенсификации третьей стадии - осаждения частиц пыли в слое пены.[1]