Torres de aspersión

Torres de aspersión o cámaras de aspersión son una forma de tecnología de control de la contaminación. Consisten en recipientes cilíndricos vacíos de acero o de plástico y boquillas la aplicación de líquido en los vasos. La corriente de gas de entrada por lo general entra en la parte inferior de la torre y se mueve hacia arriba, mientras que el líquido se pulveriza hacia abajo desde uno o más niveles. Este flujo de gas de entrada y el líquido en la dirección opuesta se llama flujo en contracorriente. La fi gura 1 muestra una típica torre de pulverización de flujo a contracorriente. Este tipo de tecnología es una parte del grupo de controles de la contaminación del aire que se refiere colectivamente como depuradores húmedos. Flujo de contracorriente expone al gas de salida con la concentración de los contaminantes más bajo hasta el líquido de lavado más actualizado. Muchas boquillas se colocan a través de la torre a diferentes alturas para pulverizar todo el gas a medida que se mueve hacia arriba a través de l a torre. Las razones para el uso de muchas boquillas es maximizar el número de finas gotitas que impactan las partículas contaminantes y para proporcionar una gran área superficial para la absorción de gas. Teóricamente, el más pequeño de las gotitas forma das, la mayor eficiencia de la recogida obtenido para contaminantes tanto gases y partículas. Sin embargo, las gotitas de líquido deben ser lo suficientemente grandes como para no ser llevado a cabo del lavador de gases por la corriente de gas de salida de fregado. Por lo tanto, las torres de aspersión utilizan boquillas para producir gotitas que son generalmente 500-1000 m de diámetro. Aunque pequeño en tamaño, estas gotitas son grandes en comparación con los creados en las lavadores Venturi que son 10-50 m de tamaño. La velocidad del gas se mantiene baja de 0,3 hasta 1,2 m/s para evitar el exceso de gotitas de ser llevado a cabo de la torre. Con el fin de mantener bajas velocidades de gas, torres de aspersión deben ser más grandes que otros lavadores que s e encargan de las tasas de flujo de la corriente gaseosa similares. Otro de los problemas que ocurren en spray torres es que después de que las gotitas caigan distancias cortas, tienden a aglomerarse o golpean las paredes de la torre. En consecuencia, se reduce el área total de la superficie del líquido para el contacto, la reducción de la eficiencia de recolección del lavador de gases. Además de una configuración de flujo en contracorriente, el flujo en las torres de aspersión puede ser o bien una corrient e paralela o contracorriente en la configuración. En las torres de aspersión de flujo a favor de corriente, el gas de entrada y el flujo de líquido en la misma dirección. Debido a que la corriente de gas no "empujar" contra los aerosoles líquidos, las velo cidades de los gases a través de los vasos son más altos que en las torres de aspersión de flujo en contracorriente. Por consiguiente, las torres de aspersión de flujo a favor de corriente son más pequeñas que las torres de pulverización de flujo en

contracorriente el tratamiento de la misma cantidad de flujo de escape. En las torres de aspersión de flujo de contracorriente, también llamado lavadores horizontales de pulverización, el gas y el flujo de líquido en direcciones perpendiculares entre sí. En este recipiente, el gas fluye horizontalmente a través de un número de secciones de pulverización. La cantidad y la calidad de líquido pulverizado en cada sección se pueden variar, por lo general con el líquido más limpio rociado en el último conjunto de aerosoles.

Recogida de partículas Torres de aspersión son depuradores de baja energía. La potencia de contacto es mucho menor que en lavadores Venturi, y la presión cae a través de tales sistemas son por lo general menos de 2,5 cm de agua de. La eficiencia de recolección para las partículas pequeñas es proporcionalmente menor que en los dispositivos más intensivos en energía. Ellos son adecuados para la recogida de partículas gruesas de más de 10 -25 m de diámetro, aunque con un aumento de presiones en la boquill a de entrada de líquidos, partículas con diámetros de 2,0 m se pueden recoger. Gotitas más pequeñas se pueden formar por presiones de líquido de más altas en la boquilla. Las más altas eficiencias de recolección se consiguen cuando se producen pequeñas gotas y la diferencia entre la velocidad de la gotita y la velocidad de las partículas que se mueven hacia arriba es alta. Las gotas pequeñas, sin embargo, tienen pequeñas velocidades de sedimentación, por lo que hay un intervalo óptimo de tamaño de gota para los depuradores que el trabajo de este mecanismo. Esta gama de tamaños de gota es de entre 500 y 1.000 m para torres de la gravedad de pulverización. La inyección de agua, a muy altas presiones 2070-3100 kPa - crea una niebla de gotitas muy finas. Mayor es eficiencias de recolección de partículas se puede lograr en este tipo de casos, ya que se producen los mecanismos de recaudación sean impactación inercial. Sin embargo, estas boquillas de pulverización pueden consumir más energía para formar gotitas de lo que sería un venturi de funcionamiento en la misma eficiencia de recolección.

Recogida de gases Torres de aspersión se pueden utilizar para la absorción de gas, pero que no son tan eficaces como las torres de placas o lleno. Las torres de aspersión pueden ser muy eficaces en la eliminación de contaminantes si los contaminantes son altamente solubles, o si un reactivo químico se añade al líquido.

Por ejemplo, las torres de aspersión se utilizan para eliminar el gas HCl a partir de los gases de escape de cola en la fabricación de gas de ácido clorhídrico. En la producción de superfosfato utilizado en la fabricación de fertilizantes, SiF4 HF y los gases se ventilan desde varios puntos en los procesos. Torres aerosol se han usado para eliminar estos compuest os altamente solubles. Las torres de aspersión también se utilizan para la eliminación de olores en las industrias de fabricación de sebo harina de hueso y por la depuración de los gases de escape con una solución de KMnO4. Debido a su capacidad para manejar grandes volúmenes de gas en atmósferas corrosivas, torres de aspersión se utilizan también en un número de sistemas de desulfuración de gases de combustión como la primera o segunda etapa en el proceso de eliminación de contaminantes. En una torre de pulverización, la absorción se puede aumentar al disminuir el tamaño de las gotitas de líquido y/o el aumento de la relación de líquido a gas. Sin embargo, para llevar a cabo cualquiera de éstos, se requiere un aumento tanto de la energía consumida y el cost o operativo. Además, el tamaño físico de la torre de pulverización limitará la cantidad de líquido y el tamaño de las gotitas que se pueden utilizar.

Los problemas de mantenimiento La principal ventaja de las torres de aspersión sobre otros depuradores es su diseño completamente abierta; que no tienen partes internas excepto para las boquillas de pulverización. Esta característica elimina muchos de la acumulación de sarro y problemas de taponamiento asociados con otros depuradores. Los principales problemas de mantenimiento son por aspersión boquilla de conectar o erosión, especialmente cuando se utiliza líquido lavador reciclado. Para reducir estos problemas, un sistema de sedimentación o filtración se utiliza para eliminar las partículas abrasivas desde el líquido de lavado reciclado antes de bombear de nuevo en las boquillas.

Resumen Las torres de aspersión son los dispositivos de control de bajo costo utilizados principalmente para el acondicionamiento del gas o de partículas de la primera etapa o la elim inación de gases. También se utilizan en muchos sistemas de desulfuración de gases de combustión para reducir el taponamiento y la escala de la acumulación de contaminantes. Muchos sistemas de lavado utilizan aerosoles, ya sea antes o en el fondo del depurador principal para eliminar las partículas grandes que pueden obstruir ella.

Las torres de aspersión se han utilizado eficazmente para eliminar las partículas grandes y gases altamente solubles. Las caídas de presión a través de las torres son muy bajos - generalmente menos de 2,5 cm de agua, por lo que los costos de operación de depuración son relativamente bajos. Sin embargo, los costes de bombeo de líquidos puede ser muy alta. Las torres de aspersión se construyen en varios tamaños - los pequeños para manejar los flujos de gas pequeñas de 0,05 m/s o menos, y grandes para manejar grandes flujos de escape de 50 m/s o mayor. Debido a la baja velocidad de gas requerido, unidades de tratamiento de grandes caudales de gas tienden a ser grandes en tamaño. Las características de operación de las torres de aspersión se presentan en la Tabla 1.

Bibliografía 

Gilbert, W. J. 1977 - Jet venturi depuración de humos. En PN Cheremisinoff y RA Young, control de la contaminación atmosférica y el Manual Design. Part 2 - New York: Marcel Dekker.



Empresa McIlvaine. 1974 - El Manual Scrubber húmedo. Northbrook, IL: McIlvaine Company.



Richards, JR 1995 - Control de las emisiones de partículas. Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU..



Richards, JR 1995 - Control de Emisiones Gaseosas .. Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU..

http://www.uhu.es/sevirtual/ocw/politecnico/tecnicas-tratamientocontaminacion/material/010.pdf

Separadores húmedos

Contenidos: Introducción Tipos de separadores: - De baja energía - De media energía - De alta energía Parámetros que afectan al funcionamiento de una torre de limpieza. Características de las partículas Características del gas Pérdida de presión Velocidad del gas y sección de la garganta en el venturi Relación líquido-gas Tamaño de la gota Tiempo de residencia Modelado de una caja de aspersión: de flujo cruzado y a contraflujo. Introducción: Una torre de limpieza húmeda es un dispositivo de control de la contaminación del aire que remueve material particulado y gases ácidos de las corrientes de gases residuales de fuentes fijas. Este apartado se centra en la eliminación de partículas sólidas. La separación se realiza por medio de una corriente liquida pulverizada (gotas), que es inyectada dentro de una cámara por donde circulan el gas contaminado. Las partículas se ven arrastradas por la corriente líquida hacia la parte inferior del equipo, que será posteriormente recogido y tratado. El contacto de las partículas con el medio líquido puede efectuarse de diversos

modos, el equipo más común es el equipo tipo Venturi. La eficacia depende del grado de contacto e interacción que tengan las partículas con el líquido; es por ello que es muy importante la atomización del líquido y un adecuado tiempo de contacto.Los lavadores logran buenas eficiencias de captura para partículas de tamaño de 0.1 a 20 µm. Mecanismos de captación de partículas: Los contaminantes son removidos principalmente a través del impacto, difusión, intercepción y absorción del contaminante sobre pequeñas gotas de líquido, impactación centrífuga, efectos electrostáticos, etc. El impacto y la intercepción es el mecanismo de mayor importancia para partículas de mayor tamaño. Para partículas pequeñas predominará la difusión, la absorción y los efectos electrostáticos. Tipos de colectores húmedos: Hay tres tipos de colectores húmedos dependiendo de la cantidad de energía suministrada o utilizada en el sistema de limpieza. La eficiencia de remonición de partículas está directamente relacionada con la energía requerida por el separador húmedo: Colectores de baja energía. Son aquellos en los que el flujo de aire contaminado pasa por una niebla o cortina de agua. Son para atrapar partículas de más de 50 micras o para hacer reacciones químicas o térmicas con los contaminantes. Los más conocidos son las cajas de aspersión, en los que el flujo contaminado pasa por una cámara en la que se ponen en contacto el gas y el agua mediante la aspersión del líquido.

Lavadores de media energía. En ellos flujo de contaminantes pasa por una serie de mamparas con cortinas de agua o junto a las paredes húmedas de los lavadores, las partículas del contaminante se unen al agua y luego ésta es tratada para separarla de los contaminantes.

Separadores de alta energía. Son aquellos equipos que utilizan la energía para mezclar con gran eficiencia a las emisiones y el agua, los equipos más conocidos son los venturis de alta energía. Estos equipos logran capturar con 99% de eficiencia a partículas de 0.5 de micra. Para lograr estas eficiencias se llegan a tener caídas de presión hasta de 1000 mm de agua, lo que implica el uso de mucha potencia. En elseparador de Venturi el gas contaminado circula por un tubo que tiene un estrechamiento, esta constricción hace que el flujo de gas se acelere cuando aumenta la presión. El flujo de gas recibe un rocío de agua antes o durante la constricción en el tubo. La diferencia de velocidad y presión, y la turbulencia que resulta de la constricción hace que las partículas y el agua se mezclen y combinen. La reducción de la velocidad en la sección expandida del cuello permite que las gotas de agua con partículas caigan del flujo de gas.

Los parámetros que afectan el funcionamiento global de una torre de limpieza húmedas: No hay un método general para el diseño de un separador húmedo, habrá que ver los requerimientos del efluente y, mediante prueba y error, determinar el óptimo entre los costos, debidos sobre todo a la energía requerida, y la eficiencia de funcionamiento. Los cálculos de pérdida de presión y velocidad en la garganta están referidos exclusivamente a un separador de venturi. Mas adelante se valorará la eficiencia de una caja de aspersión, en la que el término de pérdida de presión es menos importante) Distribución de tamaño y carga de partículas. La eficiencia de un separador húmedo va a depender de forma directa de la distribución del tamaño de partícula. Los colectores húmedos van a tener una buena eficiencia para partículas grandes, de 5 a 10 µm con pérdidas de presión no muy elevadas. Para conseguir eficiencias elevadas en distribuciones de partícula menores, se requerirán de equipos de venturi con separador ciclónico, y altas pérdidas de presión. El aumento de la carga contaminante (mayor masa de partículas en el mismo volumen de aire) se compensará con una mayor relación líquido-gas para mantener la eficiencia de recolección. El instrumento que usualmente se usa para calcular la distribución del tamaño de partículas es el impactador en cascada, que separa las partículas por tamaños, pudiendo medirse posteriormente la masa de cada placa de impacto.

Donde: ηd = eficiencia de recolección total ηj = eficiencia fraccional para el rango de diámetro de partícula j mj = fracción masa para el rango de diámetro de partícula j j = el número de rangos de diámetros de partícula

Ptd = penetración total del dispositivo de colección = eficiencia de recolección total

ηd

Razón del flujo, temperatura y humedad del gas residual. Las características del efluente gaseoso contaminado influirán en el diseño del separador. A mayor flujo volumétrico de gas se necesitará un equipo más grande y un mayor volumen de líquido, el problema radica en que los separadores húmedos no operan a flujos volumétricos muy elevados, a diferencia de los filtros de mangas o los precipitadores electrostáticos que tienen mayor capacidad. La temperatura y humedad del gas residual de entrada van a determinar la evaporación de líquido, tendiendo a aumentar la relación líquido-gas con gases con poca humedad y alta temperatura, en ciertas ocasiones se deberá disponer de un equipo de acondicionamiento del gas de entrada, para disminuir la temperatura. Para calcular la necesidad de líquido en exceso para contrarrestar los efectos de la evaporación, debemos conocer y calcular algunos parámetros del gas residual a la entrada y la salida: El gas que pasa a través del separador sufre un proceso de enfriamiento adiabático, y a la salida se encuentra en el punto de saturación. Subíndices: m = mezcla de aire seco y vapor de agua a = aire seco wv = vapor de agua

Caudal másico de agua evaporada

Caudal másico de agua a la salida Caudal másico de agua a la entrada

Caudal volumétrico de agua evaporada. Éste deberá ser el volumen excedente de líquido que se suministre al equipo a causa de la evaporación producida por las condiciones de entrada del gas residual. Densidad del agua

Razón de mezcla. La razón de mezcla a la salida se corresponde con una situación de saturación del aire, se puede calcular mediante el uso de un ábaco psicrométrico, de manera que, partiendo de las condiciones iniciales del gas residual suponemos un enfriamiento adiabático hasta la saturación, situándonos en el punto de humedad y temperatura final del gas.

Caudal másico Caudal volumétrico Peso molecular del gas Volumen de un mol de aire (22,4 l en condiciones normales). Para calcular los diferentes estados de volumen y temperatura, podemos usar la ecuación de gas ideal.

Relación de humedad (V/V)

Pérdida de presión. La velocidad relativa entre el gas y las gotas de líquido aumenta la eficiencia de recolección, pero a mayor velocidad mayor es la caída de presión en el sistema. En los separadores de venturi el aumento de la velocidad se consigue con el estrechamiento de la garganta.

ΔP = caída de presión a través del venturi (mmH2O) v = velocidad de garganta (m/s) ρg = densidad del gas (Kg/m3) L/G = relación líquido a gas (l/m3) k = factor de correlación para un diseño específico de torre de limpieza. Una de las ecuaciones más aceptadas para un separador de venturi es la de Calvert, con K=5,2*10-6

Pt Penetración de partículas Ci y Co = concentración (masa sólido/masa aire) de partículas