Абсорбер – эффективный аппарат для промышленной очистки воздуха и газов от вредных или нежелательных включений

Мощный технологический всплеск, озаривший эпоху индустриального Ренессанса 18-19 века, закономерно подтолкнул исследователей и ученых к разработке целого пантеона новых газоочистных устройств, особое место среди которых занял абсорбер – универсальный аппарат для эффективного улавливания нежелательных и опасных газовых и микромеханических включений.

Задать вопрос или запросить стоимость оборудования

Отличие от скрубберов

Несмотря на то, что оба типа установок относятся к мокрому типу оборудования для очистки газов и воздуха, на практике между ними, как правило, проводится некоторое разграничение.

Скруббер – он же газопромыватель – используется, в основном приложении, как комплексный, высокопроизводительный промышленный пылегазоуловитель (захват микромеханического партикулята ≥0.5 мкм + химически реактивные газы), в то время как основное назначение реагентного или водяного абсорбера – химическая или околохимическая очистка газо- и воздухопотоков, (хотя он также способен на улавливание ультрамелкодисперсной механической пыли).

В целом же, принципы действия агрегатов обоих видов настолько схожи, что нередко различие заключается только в наименовании.

Добро пожаловать в каталог газоочистителей мокрого типа

Абсорбер или адсорбер: что это, как правильно или извечная путаница терминов

Правилен и первый, и второй вариант. Смотря, что имеется в виду. Оба понятия – «абсорбция» и «адсорбция» – представляют собой два из трех частных случаев такого физико-химического процесса как сорбция (поглощение одного вещества другим). Третья «ипостась» сорбции – ионный обмен.

Этимологически оба слова восходят к старому латинскому корню sorbeo, что значит поглощать, захватывать, всасывать, вбирать.

Физико-химический принцип диффузионной сорбции

Если рассматривать физическую сорбцию на молекулярном уровне, то силами, ответственными за диффузию (проникновение одного вещества в другое), являются силы Ван-дер-Ваальса, названные в честь своего первооткрывателя – голландского физика Йоханнеса Дидерика Ван-дер-Ваальса.

Не погружаясь в мистические глубины квантовой физики, следует, все же, уточнить, что физиосорбционные взаимодействия обусловлены магнитным притяжением молекулярных диполей, которые, поляризуясь (ориентируясь) в трехмерной сетке пространственных координат, начинают взаимно притягиваться, пытаясь обеспечить электрическое уравновешивание поверхностных потенциалов.

Повседневные проявления диффузии

Каждый из нас писал пальцем на стекле, а затем дышал на поверхность, волшебным образом проявляя написанные буквы.

Этот забавный процесс также напрямую задействует физиосорбцию: тончайшая пелёночка кожного жира покрывает химически инертное стекло, образуя межфазный слой, обладающий слабой и непродолжительной активностью.

^{Буквы на стекле}

Горячее дыхание, содержащее активный кислород, углекислый газ и водяной пар образует над поверхностью букв межфазное газовое уплотнение, которое постепенно поглощается жировой пленкой и / или уносится от написанных слов микропотоками воздуха, заставляя буквы медленно исчезать.

Хемосорбция

Помимо взаимного физического (диффузионного) захвата, вещества могут взаимно контактировать с образованием на поверхности новых или разрывом имеющихся химических связей. В этом случае имеет место т.н. хемосорбция (химическая абсорбция).

Особенностью химической абсорбции является непременное изменение температуры межфазного слоя: обычно – нагрев (экзотермическая реакция), редко – охлаждение зоны взаимодействия (эктотермическая реакция).

^{Аудиостатья о сурфактной хемосорбции (английский язык с субтитрами)}

В разрезе взглядов на производство систем очистки воздуха увеличение температуры внутри рабочего отсека аппарата может накладывать дополнительные требования к термостойкости конструкционных или термофутеровочных (защитных) материалов.

Отходы / Шламы после мокрых абсорберов

Помимо прочего, хемосорбционные интеракции, результат которых в наши дни с достаточной точностью прогнозируется, могут быть использованы для получения жидких шламов / пульп с определенным химическим составом.

Так, например, очистка дымовых выбросов после сгорания органического топлива (SOx, NOx) с помощью углекислого кальция позволяет получить в шламном бункере чистый синтетический гипс, в то время как безопасный азот, водяной пар и углекислый газ отводятся в воздушный бассейн (или на рециркуляцию).

Сферы применения и назначение газовых абсорберов

Газовые распылительные абсорберы используются как основные или вспомогательные ступени в процедурах промышленной очистки газов от таких соединений как оксиды серы, оксиды азота, формальдегид, бензолы, фенолы, кетоны (ацетон), эфиры, летучие ароматические углеводороды, спирты, щелочи и кислоты (в виде паров и аэрозолей). Применяются они и в процедурах аминовой, карбомидной очистки.

Таблица: распределение и состав поллютантов в различных типах промышленности

Комплектность поставки, масса, размеры и габариты

Все аппараты имеют приблизительно одинаковую комплектность, которая может незначительно отличаться (в зависимости от конкретного исполнения).

Газовый распылительный абсорбер состоит из следующих функциональных узлов:

• Собственно башня, колонна или горизонтальная рама с массообменной секцией;
• Бак для воды или химагента, входной и выходной патрубки, насос подачи абсорбента, трубная обвязка и запорная арматура;
• Комплект насадочных тел (кольца Рашига, кольца Палля, седла Инталлокс или другие);
• Форсуночная секция и туманоуловитель;
• pH-метр, панель управления, силовые кабеля и электрическая оснастка;
• Шламоприемник (опционально может быть оборудован автоматическим скребково-конвеерным шламоудалителем);

Опционально абсорберная система может быть оборудована станцией нейтрализации кислых или щелочных стоков. Аппарат может быть также оснащен квенчинг-камерой для предварительного охлаждения потоков экстремально высокой температуры.

Масса, длина, высота и другие геометрические характеристики установки рассчитываются индивидуально, но для наглядности Вы можете ознакомиться с некоторыми габаритами аппаратов на этой странице.

^{Принципиальный чертеж-схема абсорбера колонного типа}

Устройство, типы и принципы работы абсорберов распылительного действия

Принцип работы всех газовых абсорберов колонного или горизонтального типа схож: основным функтором является жидкость в виде микропленки (в насадочных и тарельчатых моделях) или микротумана (в Вентури). Осаждение абсорбата происходит в межфазном слое (жидкость-газ) вследствие диффузионных или химических взаимодействий, описанных в предыдущих параграфах.

Полый распыливающий абсорбер Вентури

Исходя из того, что модели газоочистителей, в которых имплементирован принцип сужения / уменьшения диаметра рабочей зоны трубы, реализуют принцип промывки газов, такие аппараты технически правильнее называть скрубберами Вентури. Впрочем, иногда в технической литературе можно встретить это же устройство под именем турбулентный скоростной абсорбер.

Базовый принцип работы таких конструкций основан на использовании т.н. трубок или конусов Вентури. Джованни Вентури, базируясь на принципе Бернулли, открыл, что сужение просвета трубы, в которой движется воздушный или жидкостный поток, ведет к пропорциональному увеличению скорости струи в трубке Вентури.

Таким образом, в конфузоре рабочей трубы газовая фаза может разгоняться до сотен метров в секунду. На стыке конфузора и диффузорной (расширяющейся) секции установлен форсуночный блок, распыляющий жидкостный реагент.

Скоростной турбулентный поток разбивает орошающую жидкость в микротуман, на поверхности микрокапель которого происходит активное осаждение нежелательных и / или токсичных веществ газовой и механической природы.

^{Основной элемент агрегата – конус Вентури}

Параллельно с этим идет драматическое снижение скорости газовой среды, и, как результат, конденсация микротумана (с уловленным сорбатом) в более крупные жидкостные шламовые конгломераты, отводящиеся в шламоприемник.

Как и в других моделях мокрых газоочистных аппаратов, перед выходным патрубком Вентури установлен туманоуловитель, предотвращающий брызгоунос.

Особенностями абсорберов Вентури является способность обрабатывать потоки, обильно загрязненные липкой / цементирующейся пылью, что делает эти устройства незаменимыми в сферах пищевой (масла, аэрозоли, сиропы, крахмал), строительной (цемент, каменная пыль, сыпучие смеси), обрабатывающей, перерабатывающей, нефтехимической, химической и металлургической промышленности.

Читайте подробнее о скрубберах Вентури на нашем сайте.

Насадочный абсорбер с неподвижным слоем

Если не указано иное, то обычно абсорбером именуется именно насадочная модель аппарата с т.н. неподвижным слоем. Важнейшие функциональные элементы насадочных моделей:

1. Неподвижная массообменная насадка, представляющая собой массив тел с высокой удельной поверхностью, уложенных хаотично, навалом (нерегулярная насадка) или с сохранением определенной пространственной структуры (регулярная насадка);
2. Химически активный абсорбент, чьи свойства выбираются на этапе расчета и проектирования и зависят от конкретных условий газоочистных мероприятий (нередко для обеспечения надлежащей эффективности воздухоочистки достаточно использования обычной технической воды).

Форсуночный блок непрерывно распыляет абсорбент на насадочные тела, создавая на их поверхности тонкий межфазный слой, где и происходит улавливание вредных, токсичных или технологически нежелательных компонентов газовой струи.

^{Видео абсорберной системы (коммерческая презентация)}

Шлам, содержащий захваченный абсорбат, удаляется в шламоприемник, а оставшийся жидкостный аэрозоль задерживается каплеуловителем. Выбросы абсорбера представляют собой безопасный белый пар, содержащий воду, азот, кислород (оксиген), углекислый газ и другие безопасные вещества.

Насадки

Насадки – геометрические тела определенной топологии, которые имеют большую удельную поверхность, то есть большую площадь поверхности при малом объеме. Среди наиболее эффективных насадочных тел для абсорберов – кольца Палля, кольца Рашига, седла Intallox, хорды, полухорды, спирали (тела) Левина.

^{Широкое разнообразие нерегулярных металлических насадочных тел}

Материалом насадки может быть как инертный полимер (полипропилен, полиэтилен), так и активные металлсодержащие пластмассы, металлы и сплавы – медь, никель, алюминиевые, магниевые и другие сплавы.

Барботажные, пенные и тарельчатые абсорберы

Другим типом устройств данной категории являются барботажные, пенные или тарельчатые абсорберы. Конструкция таких газоочистителей сильно напоминает насадочные колонны, но рабочая камера оборудована одним или несколькими ярусами с опорными перфорированными тарелками (друг над другом).

Загрязненный поток подается в рабочую камеру; параллельно с этим форсуночный блок орошает тарелки. Воздушная струя, проходящая через перфорацию, образует слой нестабильной пены, на поверхности пузырьков которой и происходит осаждение нежелательных составляющих газопотока. Такой процесс продувки со вспениванием называется барботажем.

^{Тарельчатая ректификационная колонна, работающая на барботажном принципе}

Излишки абсорбента переливаются через край тарелок и направляются либо на рециркуляцию, либо в шламоприемную секцию. В остальном, пенные тарельчатые абсорберы конструкционно и принципиально схожи с устройствами насадочного типа.

Полусухие / полувлажные абсорберы

Отдельно следует упомянуть полувлажные (полусухие) модели. Их принцип действия, в целом, коррелирует с принципом мокрых аппаратов очистки воздуха, с той разницей, что конденсации в видимую жидкость / пар в рабочей камере не происходит вообще, (несмотря на то, что в составе потока она присутствует).

Топливный автомобильный абсорбер

В автомобилестроении также используется технология сорбции. Автомобильный топливный абсорбер призван улавливать пары бензина, естественным образом испаряющегося из бензобака. Узел может работать в режиме захвата сорбата и продувки (десорбции).

1. Мотор выключен: испаряющийся в баке бензиновый аэрозоль сначала встречает на своем пути сепаратор, где топливо конденсируется и сливается обратно в бензобак, остаточные же пары попадают непосредственно в абсорбер, где и происходит их окончательное задержание.
2. Мотор работает: во время работы двигателя происходит обратная продувка – остаточные пары бензина «выдуваются» из узла воздушной струей и уносятся на впускной тракт для дожига.

Сигналом к замене топливно-абсорберного блока является непостоянство (гуляние) оборотов двигателя и повышение давления в бензобаке.

Также, для улавливания остаточного выхлопа в автомобилях используются каталитические адсорберы или – в просторечии – катализаторы.

Классификация по гидравлическому сопротивлению

В международной газоочистной практике приняты следующие классификации абсорбционных колонн в зависимости от гидравлического сопротивления агрегатов / систем:

• Высоконапорные – сопротивление свыше 3700 Па (0.037 Бар);
• Средне- / Низконапорные – от 1200 до 3700 Па (0.012 –0.037 Бар);
• Эжекторные – сопротивление системы ниже или равно 1200 Па (0.012 Бар).

Осуществляя расчет и изготовление абсорберов колонного или горизонтального типа, мы, помимо прочего, стараемся создать аппараты с низким пневмогидравлическим сопротивлением.

Материалы

В зависимости от тонкостей газоочистного процесса (агрессивности и температуры очищаемой среды), абсорберы могут быть изготовлены как из полипропилена, фторопласта, полиэтилена, так и из стеклопластика, нержавеющей стали или титана.

^{Полипропиленовый пылегазоуловитель}

В целях продления срока службы агрегатов в условиях очистки воздуха или газа от экстремально кислых и / или высокотемпературных потоков рабочие камеры могут быть дополнительно зафутерованы кислотостойким бетоном.

Преимущества и недостатки абсорбционных установок

Как и любое оборудование, абсорбционные башни, имеют свои особенности, заключающиеся в определенном соответствии установок тем или иным газоочистным требованиям.

Среди очевидных плюсов абсорберных аппаратов и систем:

• Экономичность, способность к перенастройке под другие режимы воздухоочистки, низкие капитальные и минимальные эксплуатационные расходы;
• Широкая вариативность размеров, пространственных ориентаций, выливающаяся в повышенное удобство монтажа устройств даже в условиях ограниченных промышленных зон, а также возможность установки абсорберов в качестве ведущей воздухоочистной системы на морских судах;
• Работа с высоконасыщенными, а также горячими, взрывоопасными и пожароопасными газовыми средами;
• Химическая стабильность шлама в шламоприемной секции исключает вторичное загрязнение производственной / природной атмосферы, шламовая пульпа легко и безопасно транспортируется, (например, до участка переработки);
• Возможность получения экономически ценных шламов;
• Низкое пневмогидравлическое сопротивление позволяет практически без помех внедрять газоочистные блоки в существующую воздухоочистную инфраструктуру предприятия;
• Высокая стойкость к перепадам давления входящего потока (без потери производительности);
• Простота в обслуживании, возможность полной автоматизации очистных процедур.

Впрочем, применение абсорберов в технологическом цикле может порождать некоторые проблемы, (для каждой из которых, впрочем, есть рациональные решения):

• Недостаточная сопротивляемость коррозии, ведущая к ускоренному механическому износу внутренних стенок рабочей камеры (решается использованием стойких материалов или футерованием отсека с массообменной насадкой);
• У турбулентных абсорбционных агрегатов модели Вентури – повышенный износ при обработке абразивных пылей (решается футеровкой (лайнингом) или установкой сменных износостойких втулок (релайнингом);
• В некоторых случаях – затрудненный или невозможный выход полезного шлама, сложность эффективного дегидрирования шламов;
• При обработке агрессивных кислых или щелочных сред выявляются проблемы с утилизацией реактивных шламов (решается приобретением станции нейтрализации кислых или щелочных стоков);
• Для особо крупных производств – необходимость возведения отдельных очистных сооружений.

Заказ на расчет, проектирование, изготовление, доставку и монтаж абсорберов в России и за рубежом

По любым вопросам касаемо индивидуального расчета, проектирования и изготовления абсорберов, пожалуйста, не стесняйтесь контактировать с нами любым удобным способом: по телефону, е-мейлу или посредством заполнения анкеты Заказчика.

Мы также с радостью готовы доставить одинарные аппараты и многоступенчатые газоочистные станции до любой точки России, СНГ, Европы или Азии и, при необходимости, провести быстрый и профессиональный ввод оборудования в эксплуатацию. Мы открыты для плодотворного взаимовыгодного сотрудничества.

ООО «ПЗГО» – дышите легко!