Sprühturm - Spray tower

Ein Sprühturm (oder Spalte besprühen oder Kammerspritz ) ist , Gas-Flüssigkeits - Kontaktor verwendet zu erreichen Masse und Wärmeübertragung zwischen einer kontinuierlichen Gasphase (das feste Teilchen enthalten kann , dispergiert) und eine dispergierte flüssige Phase. Es besteht aus einem leeren zylindrischen Gefäß aus Stahl oder Kunststoff und Düsen, die Flüssigkeit in das Gefäß sprühen. Der Einlassgasstrom tritt normalerweise am Boden des Turms ein und bewegt sich nach oben, während die Flüssigkeit von einer oder mehreren Ebenen nach unten gesprüht wird. Diese Strömung von Einlassgas und Flüssigkeit in entgegengesetzten Richtungen wird als Gegenstromströmung bezeichnet .

Überblick

Diese Technologie kann beispielsweise als Nasswäscher zur Luftreinhaltung eingesetzt werden. Im Gegenstrom wird das Austrittsgas mit der niedrigsten Schadstoffkonzentration der frischesten Waschflüssigkeit ausgesetzt . Viele Düsen sind in unterschiedlichen Höhen über den Turm verteilt, um das gesamte Gas zu versprühen, während es sich durch den Turm nach oben bewegt. Der Grund für die Verwendung vieler Düsen besteht darin, die Anzahl feiner Tröpfchen, die auf die Schadstoffpartikel auftreffen, zu maximieren und eine große Oberfläche zum Absorbieren von Gas bereitzustellen .

Theoretisch gilt: Je kleiner die gebildeten Tröpfchen sind, desto höher ist die erzielte Sammeleffizienz sowohl für gasförmige als auch für partikelförmige Schadstoffe . Die Flüssigkeitströpfchen müssen jedoch groß genug sein, um nicht durch den gewaschenen Austrittsgasstrom aus dem Wäscher herausgetragen zu werden. Daher verwenden Sprühtürme Düsen, die Tröpfchen erzeugen, die normalerweise einen Durchmesser von 500–1000 µm haben. Obwohl sie klein sind, sind diese Tröpfchen groß im Vergleich zu denen, die in Venturi-Wäschern mit einer Größe von 10–50 µm erzeugt werden. Die Gasgeschwindigkeit wird niedrig gehalten, von 0,3 bis 1,2 m/s (1–4 ft/s), um zu verhindern, dass überschüssige Tröpfchen aus dem Turm getragen werden.

Um niedrige Gasgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, müssen Sprühtürme größer sein als andere Wäscher , die ähnliche Gasstrom-Durchflussraten handhaben. Ein weiteres Problem, das bei Sprühtürmen auftritt, besteht darin, dass die Tröpfchen, nachdem sie eine kurze Strecke gefallen sind, dazu neigen, zu agglomerieren oder auf die Wände des Turms zu treffen. Folglich wird die gesamte Flüssigkeitsoberfläche für den Kontakt verringert, wodurch die Sammeleffizienz des Wäschers verringert wird.

Zusätzlich zu einer Gegenstromkonfiguration kann die Strömung in Sprühtürmen entweder ein Gleichstrom- oder Querstrom in der Konfiguration.

In Gleichstromsprühtürmen strömen das Einlassgas und die Flüssigkeit in die gleiche Richtung. Da der Gasstrom nicht gegen die Flüssigkeitssprays "drückt", sind die Gasgeschwindigkeiten durch die Behälter höher als in Gegenstrom-Sprühtürmen. Folglich sind Gleichstromsprühtürme kleiner als Gegenstromsprühtürme, die die gleiche Menge an Abgasstrom behandeln. In Querstrom-Sprühtürmen, auch Horizontal-Sprühwäscher genannt, strömen Gas und Flüssigkeit in zueinander senkrechten Richtungen.

In diesem Behälter strömt das Gas horizontal durch mehrere Sprühstrecken. Die Menge und Qualität der in jedem Abschnitt versprühten Flüssigkeit kann variiert werden, wobei normalerweise die sauberste Flüssigkeit (wenn recycelte Flüssigkeit verwendet wird) im letzten Sprühsatz versprüht wird.

Partikelsammlung

Sprühtürme sind energiesparende Wäscher . Die Kontaktierungsleistung ist viel geringer als bei Venturi-Wäschern , und die Druckverluste über solche Systeme betragen im Allgemeinen weniger als 2,5 cm (1 Zoll) Wasser. Die Sammeleffizienz für kleine Partikel ist entsprechend geringer als bei energieintensiveren Geräten. Sie sind ausreichend für das Sammeln von groben Partikeln mit einem Durchmesser von mehr als 10–25 µm, obwohl bei erhöhten Flüssigkeitseinlassdüsendrücken Partikel mit einem Durchmesser von 2,0 µm gesammelt werden können.

Kleinere Tröpfchen können durch höhere Flüssigkeitsdrücke an der Düse gebildet werden. Die höchsten Sammelwirkungsgrade werden erreicht, wenn kleine Tröpfchen erzeugt werden und der Unterschied zwischen der Geschwindigkeit des Tröpfchens und der Geschwindigkeit der sich aufwärts bewegenden Partikel groß ist. Kleine Tröpfchen haben jedoch kleine Absetzgeschwindigkeiten , daher gibt es einen optimalen Bereich von Tröpfchengrößen für Wäscher, die nach diesem Mechanismus arbeiten.

Dieser Bereich von Tröpfchengrößen liegt zwischen 500 und 1.000 µm für Schwerkraftsprühtürme (Gegenstrom). Die Injektion von Wasser mit sehr hohem Druck – 2070–3100 kPa (300–450 psi) – erzeugt einen Nebel aus sehr feinen Tröpfchen. In solchen Fällen können höhere Partikelsammeleffizienzen erreicht werden, da andere Sammelmechanismen als die Trägheitsimpfung auftreten. Diese Sprühdüsen können jedoch mehr Leistung verbrauchen, um Tröpfchen zu bilden, als ein Venturi , der mit der gleichen Sammeleffizienz arbeitet.

Gassammlung

Sprühtürme können zur Gasabsorption verwendet werden , sind jedoch nicht so effektiv wie Füllkörper- oder Plattentürme . Sprühtürme können Schadstoffe sehr effektiv entfernen, wenn die Schadstoffe sehr gut löslich sind oder wenn der Flüssigkeit ein chemisches Reagens zugesetzt wird.

Sprühtürme werden beispielsweise verwendet, um HCl- Gas aus dem Abgas bei der Herstellung von Salzsäure zu entfernen . Bei der Herstellung von Superphosphat zur Herstellung von Düngemitteln werden SiF ₄ und HF-Gase an verschiedenen Stellen des Prozesses abgelassen . Sprühtürme wurden verwendet, um diese hochlöslichen Verbindungen zu entfernen. Spray Türme sind auch für Geruchsbeseitigung in verwendeten Knochenmehl und Talg Unternehmen des produzierenden Gewerbes durch die Abgase mit einer Lösung von KMnO Schrubben ₄ .

Aufgrund ihrer Fähigkeit, große Gasmengen in korrosiven Atmosphären zu handhaben, werden Sprühtürme auch in einer Reihe von Rauchgasentschwefelungsanlagen als erste oder zweite Stufe der Schadstoffentfernung eingesetzt.

In einem Sprühturm kann die Absorption durch Verringern der Größe der Flüssigkeitströpfchen und/oder Erhöhen des Flüssigkeits-zu-Gas-Verhältnisses (L/G) erhöht werden . Um jedoch eines von beiden zu erreichen, ist eine Erhöhung sowohl des Energieverbrauchs als auch der Betriebskosten erforderlich. Außerdem begrenzt die physikalische Größe des Sprühturms die Flüssigkeitsmenge und die Größe der verwendbaren Tröpfchen.

Wartungsprobleme

Der Hauptvorteil von Sprühtürmen gegenüber anderen Wäschern ist ihre vollständig offene Bauweise; Sie haben außer den Sprühdüsen keine Innenteile . Diese Funktion beseitigt viele der Probleme mit Kalkablagerungen und Verstopfungen, die mit anderen Wäschern verbunden sind. Die primären Wartungsprobleme sind das Verstopfen oder Erodieren der Sprühdüsen, insbesondere wenn recycelte Wäscherflüssigkeit verwendet wird. Um diese Probleme zu reduzieren, wird ein Absetz- oder Filtersystem verwendet, um abrasive Partikel aus der recycelten Waschflüssigkeit zu entfernen, bevor sie zurück in die Düsen gepumpt wird.

Zusammenfassung

Sprühtürme sind kostengünstige Regelgeräte, die hauptsächlich zur Gaskonditionierung (Kühlung oder Befeuchtung) oder zur Partikel- oder Gasentfernung der ersten Stufe verwendet werden. Sie werden auch in vielen Rauchgasentschwefelungssystemen verwendet, um Verstopfungen und Kesselsteinbildung durch Schadstoffe zu reduzieren.

Viele Waschsysteme verwenden Sprays entweder vor oder am Boden des Primärwäschers, um große Partikel zu entfernen, die ihn verstopfen könnten.

Sprühtürme wurden effektiv verwendet, um große Partikel und hochlösliche Gase zu entfernen. Der Druckabfall über den Türmen ist sehr gering – normalerweise weniger als 2,5 cm (1,0 Zoll) Wasser; daher sind die Betriebskosten des Wäschers relativ niedrig. Die Kosten für das Pumpen der Flüssigkeit können jedoch sehr hoch sein.

Sprühtürme werden in verschiedenen Größen gebaut – kleine für kleine Gasströme von 0,05 m ³ /s (106 ft ³ /min) oder weniger und große für große Abgasströme von 50 m ³ /s (106.000 m ³ / min) oder größer. Wegen der erforderlichen geringen Gasgeschwindigkeit neigen Einheiten, die große Gasdurchsätze handhaben, dazu, groß zu sein. Die Betriebseigenschaften von Sprühtürmen sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Betriebseigenschaften von Sprühtürmen
Schadstoff	Druckabfall (Δp)	Flüssigkeit-zu-Gas-Verhältnis (L/G)	Flüssigkeitseinlassdruck (p L )	Abtragseffizienz	Anwendungen
Gase	1,3–7,6 cm Wasser	0,07–2,70 l/m 3 (0,5–20 gal/1.000 ft 3 )	70–2800 kPa	50–90 + % (hoher Wirkungsgrad nur wenn das Gas sehr gut löslich ist)	Bergbauindustrie Chemische Prozessindustrie Kessel- und Verbrennungsanlagen Eisen- und Stahlindustrie
Partikel	0,5-3,0 Zoll Wasser	5 gal/1.000 ft 3 ist normal; >10 bei Verwendung von Drucksprays	10–400 psig	2–8 µm Durchmesser

Verweise

Literaturverzeichnis

• Gilbert, JW 1977. Jet-Venturi-Dampfwäsche. In PN Cheremisinoff und RA Young (Hrsg.), Air Pollution Control and Design Handbook. Teil 2. New York: Marcel Dekker.
• McIlvaine-Unternehmen. 1974. Das Nasswäscher-Handbuch. Northbrook, IL: McIlvaine Company.
• Richards, JR 1995. Kontrolle von Partikelemissionen (APTI-Kurs 413). US-Umweltschutzbehörde.
• Richards, JR 1995. Kontrolle gasförmiger Emissionen. (APTI-Kurs 415). US-Umweltschutzbehörde.