Каплеуловители (каплеотделители)

Общее описание

Во многих технологических процессах необходимо удалять капли жидкости, уловленные потоком газа, для профилактики загрязнения окружающей среды. Капли образуются при диспергировании жидкостей (разрушение газовых пузырьков при пропускании газов через слой жидкости).

Для каплеулавливания используют как специальные аппараты — каплеуловители, так и каплеулавливающие устройства.

Схематично процесс каплеотделения в аппаратах представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема каплеотделения в оборудовании (вертикальном и горизонтальном)

Применение каплеуловителей

Каплеуловители применяются в таких отраслях промышленности как химическая, нефтяная, энергетика, фармацевтическая, легкая, применяют в металлургии и в других отраслях.

Каплеуловители обеспечивают эффективное решение проблем уноса жидкости во многих типах оборудования:

колонны очистки, абсорберы, отпарные или ректификационные колонны;
испарители;
конденсаторы с падающей пленкой;
каплеотбойники;
трехфазные сепараторы;
опреснительные установки;
охладительные установки;
установки осушки газа;
компрессорные системы;
теплообменные и другие аппараты.

Каплеулавливание осуществляется с целью предотвращения уноса жидкости (брызгоуноса) в элементах химико-технологического оборудования, защиты трубопроводов, аппаратов и тягодутьевых устройств (например, вентиляторов) от коррозии и эрозии для получения чистых продуктов, обеспечения осушки газов, повышения производительности и экономичности аппаратов.

Виды каплеулавливающих устройств (каплеуловителей, каплеотделителей, туманоуловителей)

Основными видами каплеуловителей (каплеотделителей), которые используются в промышленности являются: сетчатые (демистеры), лопастные и волоконные.

Сетчатые (демистеры)

Сетчатые (демистеры) являются наиболее распространенными каплеуловителями, которые применяются для удаления захваченных капель жидкости диаметром до 3 мм из газового потока со скоростью выше 0,35 м/с. Они представляют собой металлическую сетку с различным диаметром проволоки, в диапазоне от 0,1 мм до 0,5 мм. Листы сетки обычно накладываются друг на друга, образуя так называемый пакет, чтобы обеспечить большую площадь контакта. В пакетах сетка может быть уложена горизонтальными полосами, либо намотана в виде спирали.

Сетчатые каплеуловители чаще всего используются в вертикальных аппаратах, но могут также устанавливаться и в горизонтальных.

Демистеры используются для:

очистки газов от нежелательных примесей;
удаления капель жидкости, наличие которых может привести к поломке оборудования;
предотвращения опасных выбросов в окружающую среду.

Принцип работы

Газовый поток с частицами жидкости поднимается вверх. Проходя через сетку жидкость ударяется, капли укрупняются и стекают вниз под действием силы тяжести. Затем жидкость либо выводится из аппарата, либо возвращается в общий объем жидкого потока.

Основные преимущества демистеров:

простота установки и перемещения;
высокая эффективность процесса разделения при низком перепаде давления;
экономичность.

Недостатки сетчатых каплеуловителей:

создают больший перепад давления, чем лопастные каплеуловители;
неэффективны для отделения капель диаметром менее 3 мм;
сложность в обслуживании.

Волоконные каплеуловители

Волоконные каплеуловители (волоконные туманоуловители) — это высокоэффективные сепараторы, способные собирать капли на субмикронном уровне. Применяются для разделения газа и жидкости и идеально подходят для эффективного удаления аэрозолей.

Обычно имеют цилиндрическую форму и могут быть изготовлены из широкого спектра материалов. Фильтрующее полотно наматывается на основание и закрепляется сеткой, которая может быть изготовлена из нержавеющей стали, углеродистой стали, специальных сплавов, FRP, PVDF, PTFE, полипропилена и другого инертного материала.

Само фильтрующее полотно может быть изготовлено из химически стойких стеклянных, углеродных, металлических волокон, полиэстера и прочих материалов.

Волоконные каплеуловители эффективны для высоких расходов жидкости и для удаления капель диаметром менее 3 мм. Однако, применение волоконных каплеуловителей ограничено т. к. требуется поддержание скорости потока газа от 3 до 10 м/мин, а также могут вызвать большие перепады давления.

Волоконные каплеуловители предназначены для горизонтального, параллельного потока газа. Не применяются для восходящего потока.

Принцип работы

Схематично работа этого типа каплеуловителя выглядит следующим образом: поток газа проходит через две зоны фильтра. Первый в виде сетки предназначен для удаления твердых частиц и разбивания крупных капель жидкости. После этого газ проходит через волокно. Капли жидкости удерживаются волокном и со временем стекают вниз, при этом осушенный воздух поднимается вверх.

Преимущества:

захватывает капли диаметром менее 3 микрометров;
эффективность разделения от 95 до 99,9%;
большая площадь контакта позволяет удалять большие объемы жидкости.

Недостатки:

большой перепад давления;
может работать только с расходом газа не более 10 м / мин.;
недостаточная осушка каплеотделителей вызывает закупоривание пор;
поток газа может быть только горизонтальным.

Каплеотделители перегородочного типа

Каплеотделители перегородочного типа, также известные как шевронные или лопастные, изменяют направление потока газа, что заставляет капли жидкости собираться на поверхности перегородки. Контактирующая с газом поверхность может иметь форму жалюзи или лопастей.

Фильтры шевронного типа являются высокоскоростными каплеотделителями. Они могут быть специально разработаны для улавливания капель более 8 микронов в диаметре, но, как правило, они обычно используются для более крупных капель, 10 – 20 микрон или больше.

Каплеотделители шевронного типа изготовлены с использованием большого количества параллельных профилей лопасти (от 3 до 6 рядов) под углом от 30 ° до 60° к потоку, образующих блок, что позволяет газу проходить вертикально или горизонтально. Лопасти расставлены широко по отношению друг к другу, что обеспечивает высокообъемную пропускную способность с относительно низкой потерей давления. Также обладают высокой устойчивостью к закупорке твердыми частицами.

Принцип работы лопастных каплеотделителей представлен на рисунке.

Поток газа поднимается вверх с частицами жидкости или твердых частиц, проходя между перегородками. Лопасти укладываются под разными углами для обеспечения изменения направления потока газа. При этом частицы жидкости (твердые частицы) «ударяются» об поверхность перегородок и под силой тяжести опускаются вниз в общий поток либо выводятся из аппарата.