Una torre de pulverización (o columna de pulverización o cámara de pulverización ) es un contactor gas-líquido que se utiliza para lograr la transferencia de masa y calor entre una fase gaseosa continua (que puede contener partículas sólidas dispersas) y una fase líquida dispersa . Consiste en un recipiente cilíndrico vacío hecho de acero o plástico, y boquillas que pulverizan líquido en el recipiente. La corriente de gas de entrada generalmente ingresa por 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 y líquido de entrada en direcciones opuestas se llama flujo a contracorriente .
Este tipo de tecnología se puede utilizar, por ejemplo, como depurador húmedo para el control de la contaminación del aire. El flujo en contracorriente expone el gas de salida con la menor concentración de contaminantes al líquido depurador más fresco. Se colocan muchas boquillas a lo largo de la torre a diferentes alturas para rociar todo el gas a medida que sube por la torre. La razón para utilizar muchas boquillas es maximizar la cantidad de gotas finas que impactan en las partículas contaminantes y proporcionar una gran superficie para absorber el gas.
En teoría, cuanto más pequeñas sean las gotas formadas, mayor será la eficiencia de recolección lograda para los contaminantes gaseosos y particulados . Sin embargo, las gotas de líquido deben ser lo suficientemente grandes como para que no sean arrastradas fuera del depurador por la corriente de gas de salida depurada. Por lo tanto, las torres de pulverización utilizan boquillas que producen gotas que suelen tener un diámetro de 500 a 1000 μm. Aunque son pequeñas en tamaño, estas gotas son grandes en comparación con las creadas en los depuradores Venturi que tienen un tamaño de 10 a 50 μm. La velocidad del gas se mantiene baja, de 0,3 a 1,2 m/s (1 a 4 pies/s), para evitar que el exceso de gotas salga de la torre.
Para mantener bajas velocidades de gas, las torres de aspersión deben ser más grandes que otros depuradores que manejan caudales de gas similares. Otro problema que ocurre en las torres de aspersión es que, después de que las gotas han caído una corta distancia, tienden a aglomerarse o golpear las paredes de la torre. En consecuencia, la superficie total del líquido para el contacto se reduce, lo que reduce la eficiencia de recolección del depurador.
Además de una configuración de flujo contracorriente, el flujo en las torres de pulverización puede tener una configuración de corriente paralela o de corriente cruzada.
En las torres de pulverización de flujo en paralelo, el gas de entrada y el líquido fluyen en la misma dirección. Debido a que la corriente de gas no "empuja" contra los chorros de líquido, las velocidades del gas a través de los recipientes son mayores que en las torres de pulverización de flujo en contracorriente. En consecuencia, las torres de pulverización de flujo en paralelo son más pequeñas que las torres de pulverización de flujo en contracorriente que tratan la misma cantidad de flujo de escape. En las torres de pulverización de flujo cruzado, también llamadas depuradores de pulverización horizontal, el gas y el líquido fluyen en direcciones perpendiculares entre sí.
En este recipiente, el gas fluye horizontalmente a través de varias secciones de pulverización. La cantidad y la calidad del líquido pulverizado en cada sección se pueden variar, normalmente el líquido más limpio (si se utiliza líquido reciclado) se pulveriza en la última serie de pulverizaciones.
Las torres de pulverización son depuradores de bajo consumo energético . La potencia de contacto es mucho menor que en los depuradores Venturi y las caídas de presión en dichos sistemas son generalmente inferiores a 2,5 cm (1 pulgada) de agua. La eficiencia de recolección de partículas pequeñas es correspondientemente menor que en dispositivos que consumen más energía. Son adecuadas para la recolección de partículas gruesas de más de 10–25 μm de diámetro, aunque con mayores presiones en la boquilla de entrada de líquido, se pueden recolectar partículas con diámetros de 2,0 μm.
Se pueden formar gotas más pequeñas mediante presiones de líquido más altas en la boquilla. Las mayores eficiencias de recolección se logran cuando se producen gotas pequeñas y la diferencia entre la velocidad de la gota y la velocidad de las partículas que se mueven hacia arriba es alta. Sin embargo, las gotas pequeñas tienen velocidades de sedimentación pequeñas , por lo que existe un rango óptimo de tamaños de gota para los depuradores que funcionan mediante este mecanismo.
Este rango de tamaños de gotas está entre 500 y 1000 μm para torres de pulverización por gravedad (contracorriente). [1] La inyección de agua a presiones muy altas (2070–3100 kPa, 300–450 psi) crea una niebla de gotas muy finas. En estos casos, se pueden lograr mayores eficiencias de recolección de partículas, ya que se utilizan mecanismos de recolección distintos del impacto inercial. [2] Sin embargo, estas boquillas de pulverización pueden utilizar más energía para formar gotas que un venturi que funcione con la misma eficiencia de recolección.
Las torres de pulverización se pueden utilizar para la absorción de gases , pero no son tan eficaces como las torres de placas o de relleno . Las torres de pulverización pueden ser muy eficaces para eliminar contaminantes si estos son muy solubles o si se añade un reactivo químico al líquido.
Por ejemplo, las torres de pulverización se utilizan para eliminar el gas HCl de los gases de escape en la fabricación de ácido clorhídrico . En la producción de superfosfato utilizado en la fabricación de fertilizantes , los gases SiF4 y HF se ventilan desde varios puntos de los procesos. Las torres de pulverización se han utilizado para eliminar estos compuestos altamente solubles. Las torres de pulverización también se utilizan para la eliminación de olores en las industrias de fabricación de harina de huesos y sebo mediante 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, las torres de aspersión también se utilizan en varios sistemas de desulfuración de gases de combustión como primera o segunda etapa en el proceso de eliminación de contaminantes .
En una torre de pulverización, la absorción se puede aumentar disminuyendo el tamaño de las gotas de líquido y/o aumentando la relación líquido-gas (L/G). Sin embargo, para lograr cualquiera de estas dos cosas, se requiere un aumento tanto en el consumo de energía como en el costo operativo. Además, el tamaño físico de la torre de pulverización limitará la cantidad de líquido y el tamaño de las gotas que se pueden utilizar.
La principal ventaja de las torres de pulverización sobre otros depuradores es su diseño completamente abierto; no tienen partes internas excepto las boquillas de pulverización. Esta característica elimina muchos de los problemas de acumulación de incrustaciones y obstrucciones asociados con otros depuradores. Los principales problemas de mantenimiento son la obstrucción o erosión de las boquillas de pulverización, especialmente cuando se utiliza líquido depurador reciclado. Para reducir estos problemas, se utiliza un sistema de sedimentación o filtración para eliminar las partículas abrasivas del líquido depurador reciclado antes de bombearlo nuevamente a las boquillas.
Las torres de pulverización son dispositivos de control económicos que se utilizan principalmente para el acondicionamiento de gases (refrigeración o humidificación) o para la eliminación de partículas o gases en la primera etapa. También se utilizan en muchos sistemas de desulfuración de gases de combustión para reducir la obstrucción y la acumulación de incrustaciones causadas por contaminantes.
Muchos sistemas de depuración utilizan aerosoles antes o en la parte inferior del depurador primario para eliminar partículas grandes que podrían obstruirlo.
Las torres de pulverización se han utilizado con eficacia para eliminar partículas grandes y gases muy solubles. La caída de presión en las torres es muy baja (normalmente, menos de 2,5 cm (1,0 in) de agua), por lo que los costes de funcionamiento del depurador son relativamente bajos. Sin embargo, los costes de bombeo de líquidos pueden ser muy elevados.
Las torres de pulverización se construyen en varios tamaños: las pequeñas para manejar pequeños flujos de gas de 0,05 m 3 /s (106 ft 3 /min) o menos, y las grandes para manejar grandes flujos de escape de 50 m 3 /s (106.000 m 3 /min) o más. Debido a la baja velocidad del gas requerida, las unidades que manejan grandes caudales de gas tienden a ser de gran tamaño. Las características operativas de las torres de pulverización se presentan en la siguiente tabla. [3]