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Fabio Montagnaro » 4.Depolveratori ad umido

Generalità

Gli scrubbers (o torri a pioggia) sono sistemi di depolverazione ad umido, mirati a trattare correnti gassose prevalentemente cariche di particelle solide più fini (all’incirca inferiori a 100 μm), poiché le più grossolane vengono in genere separate a monte da sistemi più semplici (ad es., cicloni).

In essi, vi è la generazione di gocce di liquido (in genere, acqua) di dimensioni intorno ai 100 μm, e la corrente gassosa in contatto con tali gocce di acqua cede loro le particelle solide, che vengono incorporate (essendo più fini) e poi catturate per gravità.

Si tratta di sistemi certamente efficaci, ma più costosi dei precedenti e generanti un fango e non un solido secco, che va quindi poi ulteriormente trattato.

Cattura di particelle solide in un depolveratore ad umido (I)

Le particelle più grandi di circa 10 μm vengono catturate per impatto inerziale (vedi Figura): le linee di flusso del gas divergono intorno alla goccia, ma la particella solida è sufficientemente grande da avere una sua inerzia e quindi può impattare contro la goccia, che la incorpora.

Meccanismi di cattura di particelle solide per impatto inerziale e moto Browniano.

Cattura di particelle solide in un depolveratore ad umido (II)

Per particelle molto fini (inferiori ad 1 μm) a prevalere è invece un meccanismo Browniano, poiché tali particelle posseggono un diffuso moto Browniano all’interno del gas, e ciò aumenta la possibilità di collisione con le gocce, pur non essendoci rilevante effetto inerziale (Figura).

La sommatoria dei due meccanismi fa sì che l’efficienza di depolverazione di tali sistemi risulti molto alta in un ampio intervallo granulometrico.

Meccanismi di cattura di particelle solide per impatto inerziale e moto Browniano.

Spray towers

Nelle torri a pioggia, il gas da trattare risale il sistema dotato di ugelli che spruzzano gocce d’acqua, che in controcorrente catturano il solido secondo i meccanismi visti in precedenza (Figura).

La velocità del gas non può eccedere determinati valori (intorno ad 1-2 m s^-1), altrimenti vi sarebbe pericolo di re-entrainment delle gocce d’acqua.

Schema di una torre a pioggia.

Depolveratori Venturi

Sistemi di depolverazione ad umido più raffinati sono quelli che si basano sull’effetto Venturi.

In essi è presente (Figura) una strozzatura (gola) nella sezione di passaggio del gas (che viene addotto dall’alto), dove vengono generate le gocce d’acqua e dove il gas raggiunge velocità molto elevate (sino a circa 100 m s^-1). L’elevata turbolenza che si verifica nella gola consente alte efficienze di depolverazione.

Schema di un Venturi scrubber.

Diametro delle gocce d’acqua

In un Venturi, il diametro delle gocce d’acqua può essere stimato mediante la relazione di Nukiyama-Tanasawa:

$d_{water}=\frac{16400}{v_{throat}}+1.45R^{1.5} \hspace{1 cm} \text{(1)}$

dove d_water è espresso in μm, la velocità del gas nella gola v_throat in ft s^-1, ed R si definisce come i galloni di liquido (1 gallone di liquido=3.78 L) usati per 1000 ft³ di gas.

Si osservi come d_water diminuisca quando R diminuisce e v_throat aumenta (la velocità del gas disperde le gocce di liquido).

Efficienza di depolverazione (I)

Il calcolo del diametro delle gocce d’acqua è essenziale per la valutazione della funzione efficienza di depolverazione, espressa mediante la relazione di Johnstone et al.:

$\eta\left(d_{i}\right)=1-exp\left(-0.2R\left(\psi\left(d_{i}\right)\right)^{0.5}\right) \hspace{1 cm} \text{(2)}$

dove ψ(d_i) è un parametro adimensionale:

$\psi\left(d_{i}\right)=\frac{d_{i} v_{throat} \rho_{p}}{9\mu}\frac{d_{i}}{d_{water}} \hspace{1 cm} \text{(3)}$

Efficienza di depolverazione (II)

Si osserva come l’efficienza di depolverazione sia una funzione crescente del parametro ausiliario ψ(d_i).

A sua volta, ψ(d_i) è una funzione crescente del diametro e della densità di particella, della velocità del gas nella vena contracta, e decrescente della viscosità del gas e del diametro delle gocce d’acqua.

More solito, la conoscenza della distribuzione granulometrica del solido in ingresso consentirà poi il calcolo dell’efficienza globale di depolverazione.