Распылительная башня (или распылительная колонна или распылительная камера ) представляет собой газожидкостный контактор, используемый для достижения массо- и теплопередачи между непрерывной газовой фазой (которая может содержать диспергированные твердые частицы) и диспергированной жидкой фазой. Он состоит из пустого цилиндрического сосуда, изготовленного из стали или пластика, и форсунок, которые распыляют жидкость в сосуд. Входной газовый поток обычно поступает в нижнюю часть башни и движется вверх, в то время как жидкость распыляется вниз с одного или нескольких уровней. Этот поток входного газа и жидкости в противоположных направлениях называется противоточным потоком .
Этот тип технологии может использоваться, например, в качестве мокрого скруббера для контроля загрязнения воздуха. Противоточный поток подвергает выходной газ с самой низкой концентрацией загрязняющих веществ воздействию самой свежей очищающей жидкости. Множество форсунок размещено по всей башне на разной высоте для распыления всего газа по мере его продвижения вверх по башне. Причина использования множества форсунок заключается в том, чтобы максимизировать количество мелких капель, воздействующих на частицы загрязняющих веществ, и обеспечить большую площадь поверхности для поглощения газа.
Теоретически, чем меньше образующиеся капли, тем выше эффективность сбора как газообразных, так и твердых загрязняющих веществ . Однако капли жидкости должны быть достаточно большими, чтобы не выноситься из скруббера очищенным выходным газовым потоком. Поэтому в распылительных башнях используются форсунки, которые производят капли диаметром обычно 500–1000 мкм. Несмотря на небольшой размер, эти капли велики по сравнению с каплями, создаваемыми в скрубберах Вентури , размер которых составляет 10–50 мкм. Скорость газа поддерживается низкой, от 0,3 до 1,2 м/с (1–4 фута/с), чтобы предотвратить вынос из башни избыточных капель.
Чтобы поддерживать низкие скорости газа, распылительные башни должны быть больше, чем другие скрубберы , которые обрабатывают аналогичные скорости потока газа. Другая проблема, возникающая в распылительных башнях, заключается в том, что после падения капель на небольшое расстояние они имеют тенденцию агломерироваться или ударяться о стенки башни. Следовательно, общая площадь поверхности жидкости для контакта уменьшается, что снижает эффективность сбора скруббера.
Помимо противоточной конфигурации, поток в распылительных башнях может быть как прямоточным, так и перекрестным.
В прямоточных распылительных башнях впускной газ и жидкость текут в одном направлении. Поскольку поток газа не «толкает» распыляемые жидкости, скорости газа через сосуды выше, чем в противоточных распылительных башнях. Следовательно, прямоточные распылительные башни меньше противоточных распылительных башен, обрабатывающих тот же объем выхлопного потока. В перекрестноточных распылительных башнях, также называемых скрубберами с горизонтальным распылением, газ и жидкость текут в направлениях, перпендикулярных друг другу.
В этом сосуде газ течет горизонтально через ряд распылительных секций. Количество и качество жидкости, распыляемой в каждой секции, можно варьировать, обычно самая чистая жидкость (если используется переработанная жидкость) распыляется в последнем наборе распылителей.
Распылительные башни являются скрубберами с низким потреблением энергии . Контактная мощность намного ниже, чем в скрубберах Вентури , а перепады давления в таких системах обычно составляют менее 2,5 см (1 дюйм) водяного столба. Эффективность сбора мелких частиц соответственно ниже, чем в более энергоемких устройствах. Они подходят для сбора крупных частиц диаметром более 10–25 мкм, хотя при повышенном давлении на входе жидкости в сопло можно собирать частицы диаметром 2,0 мкм.
Более мелкие капли могут быть сформированы более высоким давлением жидкости в сопле. Самая высокая эффективность сбора достигается при образовании мелких капель и большой разнице между скоростью капли и скоростью движущихся вверх частиц. Однако мелкие капли имеют малые скорости осаждения , поэтому существует оптимальный диапазон размеров капель для скрубберов, работающих по этому механизму.
Этот диапазон размеров капель составляет от 500 до 1000 мкм для башен с гравитационным распылением (противоток). [1] Впрыск воды при очень высоком давлении — 2070–3100 кПа (300–450 фунтов на кв. дюйм) — создает туман из очень мелких капель. В таких случаях можно достичь более высокой эффективности сбора частиц, поскольку применяются механизмы сбора, отличные от инерционного удара. [2] Однако эти распылительные форсунки могут использовать больше мощности для формирования капель, чем форсунки Вентури, работающие с той же эффективностью сбора.
Распылительные башни могут использоваться для поглощения газа , но они не так эффективны, как насадочные или пластинчатые башни. Распылительные башни могут быть очень эффективны для удаления загрязняющих веществ, если загрязняющие вещества хорошо растворимы или если в жидкость добавлен химический реагент.
Например, распылительные башни используются для удаления газа HCl из отходящих газов при производстве соляной кислоты . При производстве суперфосфата , используемого в производстве удобрений , газы SiF 4 и HF выбрасываются из различных точек процесса. Распылительные башни используются для удаления этих высокорастворимых соединений. Распылительные башни также используются для удаления запаха в отраслях по производству костной муки и жира путем очистки отходящих газов раствором KMnO 4 .
Благодаря своей способности обрабатывать большие объемы газа в коррозионной среде распылительные башни также используются в ряде систем десульфурации дымовых газов в качестве первой или второй ступени в процессе удаления загрязняющих веществ .
В распылительной башне поглощение может быть увеличено за счет уменьшения размера капель жидкости и/или увеличения соотношения жидкости к газу (Ж/Г). Однако для достижения любого из этих результатов требуется увеличение как потребляемой мощности, так и эксплуатационных расходов. Кроме того, физический размер распылительной башни ограничит количество жидкости и размер капель, которые могут быть использованы.
Главным преимуществом распылительных башен перед другими скрубберами является их полностью открытая конструкция; у них нет внутренних частей, кроме распылительных форсунок. Эта особенность устраняет многие проблемы с накоплением накипи и засорением, связанные с другими скрубберами. Основными проблемами технического обслуживания являются засорение или эрозия распылительных форсунок, особенно при использовании рециркулированной скрубберной жидкости. Для уменьшения этих проблем используется система осаждения или фильтрации для удаления абразивных частиц из рециркулированной скрубберной жидкости перед ее обратной закачкой в форсунки.
Распылительные башни — это недорогие устройства управления, которые в основном используются для кондиционирования газа (охлаждения или увлажнения) или для удаления частиц или газа на первом этапе. Они также используются во многих системах десульфурации дымовых газов для уменьшения засорения и образования накипи загрязняющими веществами.
Во многих системах очистки распыляются либо до, либо в нижней части первичного скруббера, чтобы удалить крупные частицы, которые могут засорить его.
Распылительные башни эффективно используются для удаления крупных частиц и высокорастворимых газов. Перепад давления на башнях очень мал — обычно менее 2,5 см (1,0 дюйма) воды; таким образом, эксплуатационные расходы скруббера относительно низки. Однако расходы на перекачку жидкости могут быть очень высокими.
Распылительные башни строятся в различных размерах – маленькие для обработки небольших газовых потоков 0,05 м 3 /с (106 футов 3 /мин) или меньше, и большие для обработки больших потоков выхлопных газов 50 м 3 /с (106 000 м 3 /мин) или больше. Из-за низкой требуемой скорости газа, установки, обрабатывающие большие скорости газового потока, как правило, имеют большие размеры. Рабочие характеристики распылительных башен представлены в следующей таблице. [3]