Torre de pulverização - Spray tower
Uma torre de pulverização (ou coluna de pulverização ou câmara de pulverização ) é um contator gás-líquido usado para obter massa e transferência de calor entre uma fase gasosa contínua (que pode conter partículas sólidas dispersas) e uma fase líquida dispersa . Consiste em um recipiente cilíndrico vazio feito de aço ou plástico e bocais que borrifam o líquido no recipiente. O fluxo de gás de entrada geralmente entra na parte inferior da torre e se move para cima, enquanto o líquido é pulverizado para baixo a partir de um ou mais níveis. Esse fluxo de entrada de gás e líquido em direções opostas é chamado de fluxo em contracorrente .
Visão geral
Este tipo de tecnologia pode ser usado, por exemplo, como um purificador úmido para controle de poluição do ar. O fluxo contracorrente expõe o gás de saída com a concentração de poluente mais baixa ao líquido de lavagem mais fresco. Muitos bicos são colocados na torre em diferentes alturas para pulverizar todo o gás à medida que ele sobe pela torre. A razão para usar muitos bicos é maximizar o número de gotículas finas que impactam as partículas poluentes e fornecer uma grande área de superfície para a absorção de gás.
Teoricamente, quanto menores forem as gotas formadas, maior será a eficiência de coleta alcançada para os poluentes gasosos e particulados . No entanto, as gotas de líquido devem ser grandes o suficiente para não serem transportadas para fora do depurador pela corrente de gás de saída depurada. Portanto, as torres de pulverização usam bicos que produzem gotas que geralmente têm 500–1000 µm de diâmetro. Embora pequenas em tamanho, essas gotículas são grandes em comparação com aquelas criadas em depuradores venturi com tamanho de 10–50 µm. A velocidade do gás é mantida baixa, de 0,3 a 1,2 m / s (1–4 pés / s), para evitar que o excesso de gotas seja levado para fora da torre.
Para manter baixas velocidades de gás, as torres de pulverização devem ser maiores do que outros depuradores que lidam com taxas de fluxo de gás semelhantes. Outro problema que ocorre nas torres de pulverização é que após as gotas caírem por uma curta distância, elas tendem a se aglomerar ou atingir as paredes da torre. Consequentemente, a área total da superfície do líquido para contato é reduzida, reduzindo a eficiência de coleta do purificador.
Além de uma configuração de fluxo em contracorrente, o fluxo em torres de pulverização pode ser uma co - corrente ou uma configuração de corrente cruzada .
Em torres de pulverização com fluxo de co-corrente , o gás de entrada e o líquido fluem na mesma direção. Como o fluxo de gás não "empurra" contra os sprays de líquido, as velocidades do gás através dos vasos são maiores do que em torres de spray de fluxo contracorrente. Consequentemente, as torres de pulverização de fluxo em co-corrente são menores do que as torres de pulverização de fluxo contracorrente tratando a mesma quantidade de fluxo de exaustão. Em torres de pulverização de fluxo cruzado, também chamadas de depuradores de pulverização horizontal, o gás e o líquido fluem em direções perpendiculares entre si.
Neste recipiente, o gás flui horizontalmente através de várias seções de pulverização. A quantidade e a qualidade do líquido pulverizado em cada seção podem ser variadas, geralmente com o líquido mais limpo (se for usado líquido reciclado) pulverizado no último conjunto de pulverizações.
Coleta de partículas
As torres de pulverização são depuradores de baixa energia . A energia de contato é muito mais baixa do que em purificadores venturi , e as quedas de pressão em tais sistemas são geralmente menos de 2,5 cm (1 pol.) De água. A eficiência de coleta de pequenas partículas é correspondentemente mais baixa do que em dispositivos com maior consumo de energia. Eles são adequados para a coleta de partículas grossas maiores que 10–25 µm de diâmetro, embora com pressões do bocal de entrada de líquido aumentadas, partículas com diâmetros de 2,0 µm possam ser coletadas.
Gotículas menores podem ser formadas por pressões de líquido mais altas no bico. As mais altas eficiências de coleta são obtidas quando pequenas gotas são produzidas e a diferença entre a velocidade da gota e a velocidade das partículas que se movem para cima é alta. Pequenas gotículas, no entanto, têm pequenas velocidades de sedimentação , portanto, há uma faixa ótima de tamanhos de gotículas para depuradores que funcionam por esse mecanismo.
Essa faixa de tamanhos de gotas está entre 500 e 1.000 µm para torres de spray por gravidade (contra-corrente). A injeção de água em pressões muito altas - 2070–3100 kPa (300–450 psi) - cria uma névoa de gotículas muito finas. Nesses casos, podem ser alcançadas eficiências de coleta de partículas mais altas, uma vez que ocorrem outros mecanismos de coleta que não a impactação inercial . No entanto, esses bicos de pulverização podem usar mais energia para formar gotas do que um venturi operando com a mesma eficiência de coleta.
Coleta de gás
As torres de pulverização podem ser usadas para absorção de gás , mas não são tão eficazes quanto as torres de placas ou embaladas . As torres de pulverização podem ser muito eficazes na remoção de poluentes se os poluentes forem altamente solúveis ou se um reagente químico for adicionado ao líquido.
Por exemplo, torres de pulverização são usadas para remover o gás HCl da exaustão do gás residual na fabricação de ácido clorídrico . Na produção de superfosfato utilizado na fabricação de fertilizantes , os gases SiF 4 e HF são liberados de vários pontos do processo. Torres de pulverização têm sido usadas para remover esses compostos altamente solúveis. As torres de pulverização também são usadas para remoção de odores nas indústrias de fabricação de farinha de osso e sebo esfregando os gases de exaustão com uma solução de KMnO 4 .
Devido à sua capacidade de lidar com grandes volumes de gás em atmosferas corrosivas, as torres de pulverização também são usadas em vários sistemas de dessulfurização de gases de combustão como primeiro ou segundo estágio no processo de remoção de poluentes .
Em uma torre de pulverização, a absorção pode ser aumentada diminuindo o tamanho das gotas de líquido e / ou aumentando a razão líquido-gás (L / G). No entanto, para realizar qualquer um deles, é necessário um aumento na energia consumida e no custo operacional. Além disso, o tamanho físico da torre de pulverização limitará a quantidade de líquido e o tamanho das gotas que podem ser usadas.
Problemas de manutenção
A principal vantagem das torres de pulverização em relação às outras lavadoras é seu design totalmente aberto; eles não têm peças internas, exceto para os bicos de pulverização . Esse recurso elimina muitos dos problemas de acúmulo de incrustações e entupimento associados a outros depuradores. Os principais problemas de manutenção são entupimento ou erosão do bico de pulverização, especialmente ao usar líquido de limpeza reciclado. Para reduzir esses problemas, um sistema de sedimentação ou filtração é usado para remover partículas abrasivas do líquido de lavagem reciclado antes de bombeá-lo de volta para os bicos.
Resumo
As torres de pulverização são dispositivos de controle baratos usados principalmente para o condicionamento de gás (resfriamento ou umidificação) ou para a remoção de partículas ou gases no primeiro estágio. Eles também são usados em muitos sistemas de dessulfurização de gases de combustão para reduzir o entupimento e o acúmulo de incrustações por poluentes.
Muitos sistemas de lavagem usam sprays antes ou no fundo do purificador primário para remover partículas grandes que podem obstruí-lo.
As torres de pulverização têm sido usadas com eficácia para remover partículas grandes e gases altamente solúveis. A queda de pressão nas torres é muito baixa - geralmente menos de 2,5 cm (1,0 pol.) De água; portanto, os custos operacionais do purificador são relativamente baixos. No entanto, os custos de bombeamento de líquido podem ser muito altos.
As torres de pulverização são construídas em vários tamanhos - pequenas para lidar com pequenos fluxos de gás de 0,05 m 3 / s (106 pés 3 / min) ou menos, e grandes para lidar com grandes fluxos de exaustão de 50 m 3 / s (106.000 m 3 / min) ou maior. Devido à baixa velocidade do gás necessária, as unidades que lidam com grandes taxas de fluxo de gás tendem a ser grandes. As características operacionais das torres de pulverização são apresentadas na tabela a seguir.
| Características operacionais das torres de pulverização | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Poluente | Queda de pressão (Δp) | Razão líquido-gás (L / G) | Pressão de entrada de líquido (p L ) | Eficiência de remoção | Formulários |
| Gases | 1,3-7,6 cm de água | 0,07–2,70 l / m 3 (0,5–20 gal / 1.000 pés 3 ) | 70–2800 kPa | 50-90 + % (alta eficiência apenas quando o gás é muito solúvel) | Indústrias de mineração Indústria de processos químicos Caldeiras e incineradores Indústria de ferro e aço |
| Partículas | 0,5–3,0 pol de água | 5 gal / 1.000 pés 3 é normal; > 10 ao usar sprays de pressão | 10-400 psig | Diâmetro de 2–8 µm | |
Referências
Bibliografia
- Gilbert, JW 1977. Jet venturi fume scrubbing. Em PN Cheremisinoff e RA Young (Eds.), Air Pollution Control and Design Handbook. Parte 2. Nova York: Marcel Dekker.
- McIlvaine Company. 1974. The Wet Scrubber Handbook. Northbrook, IL: McIlvaine Company.
- Richards, JR 1995. Control of Particulate Emissions (APTI Course 413). Agência de Proteção Ambiental dos EUA.
- Richards, JR 1995. Control of Gaseous Emissions. (Curso APTI 415). Agência de Proteção Ambiental dos EUA.