При объемно-жидкостном способе поток запыленного газа пропускают через определенный объем жидкости. Для этой цели используют пенные пылеуловители с провальными тарелками или тарельчатые скрубберы, эффективность которых может достигать 90-95%. На рис. 10 представлен тарельчатый скруббер.

Улавливание пыли пленками жидкости характеризуется тем, что контакт газа и жидкости происходит на границе двух сред без перемешивания. Захват (собственно улавливание) твердых частиц тонкими пленками жидкости происходит на поверхностях конструктивных элементов. К этой группе устройств относятся скрубберы с насадкой, мокрые циклоны, ротоклоны и т.п. На рис. 11 показана схема пылеуловителя вентиляционного мокрого (ПВМ).

Улавливание пыли распыленной жидкостью заключается в том, что орошающая жидкость вводится в запыленный объем (поток) газа в распыленном или дисперсном виде. Распыление орошающей жидкости производится с помощью форсунок под давлением или за счет энергии самого потока газа. Первый способ распыления используется в полых скрубберах (рис. 12), второй - в турбулентных промывателях и скрубберах Вентури (рис. 13).

Скрубберы Вентури (сочетание трубы с каплеуловителем центробежного типа) обеспечивают очистку газов от частиц пыли практически любого дисперсного состава. В зависимости от физико-химических свойств улавливаемой пыли, состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Скорость газа в горловине может быть 30-200 м/с, а удельное орошение 0,1-6 м3/м³. Эффективность очистки от пыли зависит от гидравлического сопротивления. Скрубберы Вентури эффективно работают при допустимой запыленности очищаемых газов 30 г/м³, предельной температуре очищаемого газа 400 °С, удельном орошении 0,5-2,5 м3/м³ и гидравлическом сопротивлении 6-12 кПа.

Характеристика труб типа ГВПВ (газопромыватель Вентури прямоточный высоконапорный) приведена в табл. 3. Конструкция часто дополняется каплеуловителем циклонного типа (КЦ7), который обеспечивает улавливание капель при содержании жидкости не более 1 м3/м³, температуре не выше 80°С, концентрации капельной влаги после сепарации 70 мг/м³. Гидравлическое сопротивление 350 Па и производительность КЦТ 1700-82500 м3/ч.

Таблица 3. Технические характеристики скруббера Вентури

Скрубберы Вентури типа СВ-Кк (комплект скруббер-сепаратор, один или два) имеют следующие характеристики:

Созданы скрубберы центробежные, вертикальные, батарейные СЦВБ-20, обеспечивающие производительность по газу 9000-20000 м3/ч при температуре не выше 60 °С, запыленности не более 10 г/м³ и гидравлическом сопротивлении скрубберов 1,7 кПа.

Мокрую очистку газов с частицами 2-3 мкм можно проводить в скрубберах центробежного типа СЦВП, в которых жидкость дробится непосредственно запыленным газом. Шлам, оседающий в нижней части скруббера, выводится эрлифтом в контейнер, а осветленная жидкость вновь возвращается в скруббер. Производительность таких аппаратов 5000-20000 м /ч, допустимая запыленность 2 г/м³, температура газов 80 "С, гидравлическое сопротивление 2,4 кПа, расход воды на очистку 0,05 м3/м³.

Разработаны скрубберы ударно-инерционного типа с пылеуловителями вентиляционными мокрыми. Производительность таких скрубберов 3000-40000 м3/ч. Запыленность газов 10 г/м , гидравлическое сопротивление аппарата 0,8-2 кПа, расход воды 10-40 г на 1 м³ очищаемого воздуха.

Для химической очистки газов от соединений фтора с содержанием до 1 г/м³ можно рекомендовать скрубберы с шаровой подвижной насадкой и полые. Очистку производят растворами гидроксида или карбоната натрия.

Эффективность очистки газов от пыли зависит от дисперсности, плотности, склонности к слипанию, сыпучести, абразивности, смачиваемости, гигроскопичности, растворимости и др. Однако основным параметром при выборе пылеуловителя является размер частиц. Необходимо знать дисперсный состав пыли, задаваемый в виде таблиц или интегральных кривых. Гранулометрический состав большинства видов пыли подчиняется нормально логарифмическому закону распределения частиц по размерам. Степень очистки газов определяют по формуле:

где х - диаметр частиц пыли, мкм; dso - диаметр частиц пыли, улавливаемых в аппарате на 50%; lg s_r -стандартное отклонение в функции распределения частиц по размерам; lg s_т - стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки.

Интеграл Ф(х) табулирован. В.Н. Ужовым и др. составлена таблица для определения значений Ф(х), соответствующих разным значениям х [10].

С достаточной точностью дисперсию (геометрическое стандартное отклонение) можно рассчитать по формуле:

где d₁₆, d₆₄ - диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и 84%.

Для нахождения значений lg s_h необходимо иметь опытные данные по очистке в пылеуловителях определенной конструкции двух видов различной пыли

Рис. 14. Номограмма для определения эффективности улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки газов

По номограмме (рис. 14) определяют эффективность улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки.

Номограмма построена для значений d_m и d₅₀ пыли стандартной плотности r_г = 1000 кг/м³. Пересчет значений d_m и d₅₀ от реальной плотности r_г к стандартной производят по формуле:

Установлена зависимость степени пылегазоочистки от энергозатрат [10]:

где Кг- удельная энергия соприкосновения, кДж/1000 м³ газов; b и к -константы, определяемые из дисперсного состава пыли, позволяет рассчитать эффективность улавливания пыли. Вероятностно-энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей основан на обобщенной зависимости:

полученной для стандартной плотности пыли рг = 1000 кг/м³ и вязкости газов m_r=18*10^-6Пас.

Эта зависимость может быть использована для выбора способов очистки и принципиальной конструкции скрубберов.

Для очистки или обезвреживания газообразных отходов или технологических газов с целью извлечения из них сопутствующих (полезных) газообразных компонентов широко используют метод абсорбции. Абсорбция основана на непосредственном взаимодействии газов с жидкостями. Различают физическую абсорбцию, основанную на растворении газа в жидкости, и хемосорбцию, в основе которой лежит химическая реакция между газом и жидким поглотителем.

Абсорбционной очистке подвергают газообразные отходы, содержащие один или несколько извлекаемых компонентов. В зависимости от используемого абсорбента (табл. 4) и его селективности можно выделить либо один компонент, либо последовательно несколько. В результате абсорбции получают очищенный газ и насыщенный раствор, который должен быть легко регенерируемым с целью извлечения из него полезных газов и возвращения его на стадию абсорбции [2].

Таблица 4. Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов

Требования, которым должна удовлетворять абсорбционная аппаратура, вытекают из физического представления явлений массопереноса в системах газ - жидкость. Так как процесс массопереноса протекает на поверхности раздела фаз, то в конструкциях аппаратов необходимо ее максимально развивать.

Для поверхностных абсорберов характерным является конструктивно образованная поверхность, по которой в пленочном режиме стекает абсорбент (жидкость). Наиболее распространенной конструкцией таких противоточных абсорберов являются хорошо известные насадочные. В качестве насадки применяют кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и другую насадку. Насадочные аппараты сложны, так как необходимо создать опорную решетку, оросители, обеспечить эффективное улавливание капель абсорбента.

В распиливающих абсорберах межфазная поверхность образуется мелкими каплями путем дробления, распыления жидкости. В объеме аппарата с помощью форсунок создаются капли, контактирующие с газовым потоком.

В механических абсорберах жидкость распыляется в результате подвода извне механической энергии, например, вращения валков или специальных распылителей. Эти конструкции достаточно сложны.

В поверхностных и распыливающих абсорберах сплошной фазой является газ, а распределенной - жидкость. В барботажных абсорберах в сплошном потоке жидкости распределяется газ, что достигается на так называемых тарелках. Режим, в котором работают такие абсорберы, называют барботажным.

При создании промышленных систем очистки газов абсорбционными методами необходимо различать схемы с одно- и многократным использованием абсорбента. В последней схеме абсорбция сочетается с десорбционными процессами. Однократное использование абсорбента характерно для процессов с низкой стоимостью поглотителя или когда после поглощения образуется готовый (целевой) продукт. Так как в очищаемом газе содержится незначительное количество улавливаемого компонента, то осуществляется циркуляция абсорбента, но без его регенерации.

Расчет процессов абсорбции основывается на материальном балансе, из которого определяют расходные параметры по абсорбенту и размеры аппаратов. Объем очищаемого газа Gi известен, известна также и начальная концентрация поглощаемого компонента в газовом потоке yi и в абсорбенте, подаваемом на очистку, x₁. Необходимо знать конечную концентрацию x₂ абсорбента, то есть степень насыщения потока абсорбента L поглощаемым компонентом. Тогда количество поглощаемого компонента G_k определяют по формуле:

где у2 - концентрация компонента в отходящем газовом потоке. Общее уравнение материального баланса имеет вид:

Конечное содержание поглощаемого компонента у2 в газовом потоке должно быть согласовано с равновесной концентрацией его в жидкости, которую определяют по формуле:

где Хг* - равновесная концентрация компонента в жидкости, отвечающая его содержанию в газовой фазе у2; т - константа фазового равновесия (константа Генри).

Определение эффективности реальных аппаратов должно быть основано на кинетических закономерностях процессов массопередачи, что можно записать через скорость растворения газа в жидкости за время через поверхность контакта фаз F, м²:

Каждая из независимых переменных (К - коэффициент массопередачи и А - движущая сила процесса) зависит от многих параметров (технологических режимов, конструкций аппаратов) и может измеряться в различных единицах. Широко применяют выражение для коэффициента массопередачи Ks как отношение его к площади поверхности контакта фаз или к площади насадки, тарелки. Если при этом движущая сила выражена через дельта, кг/м³, то единица измерения Ks - м/с.

Коэффициент массопередачи относят также к объему аппарата, получая объемный коэффициент массопередачи Кv, с-¹ или ч-¹:

где а - удельная поверхность контакта фаз.

Так как интенсивность переноса массы в газовой фазе (частный коэффициент массоотдачи вг) и в жидкой (частный коэффициент массоотдачи рж) различна, то значение b_г и b_ж определяют по разным зависимостям, и их соотношение для различных процессов также различно. Тогда выражение общего коэффициента массопередачи через частные имеет вид:

Соотношение между 1/b_г и 1/mb_ж позволяет определить долю сопротивления в газовой и жидкой фазе в зависимости от т, зависящей от абсорбента, степени его насыщения, температуры и др.

Значения b_г и b_ж находят по экспериментальным зависимостям, рекомендуемым для определенных конструкций массообменных аппаратов.

В случае прямолинейной равновесной зависимости и постоянства р_г и p_ж по высоте абсорбера количество переданной массы

или

Последнее выражение называют числом единиц переноса. По аналогии с записью коэффициентов массопередачи можно записать

где N_г и N_ж - число единиц переноса в газовой и жидкой фазах соответственно.

Число единиц переноса через объемные коэффициенты массопередачи:

где V_an - объем аппарата; S - площадь поперечного сечения; Н - высота аппарата.

Тогда высота аппарата

причем G/(Kv) отвечает высоте аппарата, для которого число единиц переноса равно единице и называется высотой единицы переноса.

Число единиц переноса N можно определить графически. Площадь, ограниченная кривой на таком графике, соответствует общему числу единиц переноса, а угол ее наклона позволяет определить константы b и к.

Существенным недостатком сорбционных методов очистки (абсорбционных и адсорбционных) выбросных газов является необходимость многократной регенерации поглощающих растворов или частичной замены твердого сорбента, что значительно усложняет технологическую схему, увеличивает капитальные вложения и затраты на эксплуатацию.