El término depurador húmedo describe una variedad de dispositivos que eliminan contaminantes de los gases de combustión de un horno o de otras corrientes de gas. En un depurador húmedo, la corriente de gas contaminado se pone en contacto con el líquido de lavado, rociándolo con el líquido, forzándolo a través de un charco de líquido o mediante algún otro método de contacto, para eliminar los contaminantes.
Los depuradores húmedos capturan partículas de polvo relativamente pequeñas con las grandes gotas de líquido del depurador húmedo. En la mayoría de los sistemas de lavado húmedo, las gotas producidas son generalmente mayores de 50 micrómetros (en el rango de 150 a 500 micrómetros). Como punto de referencia, el cabello humano tiene un diámetro de 50 a 100 micrómetros. La distribución del tamaño de las partículas a recolectar es específica de la fuente.
Por ejemplo, las partículas producidas por medios mecánicos (trituración o molienda) tienden a ser grandes (más de 10 micrómetros); mientras que las partículas producidas por combustión o una reacción química tendrán una porción sustancial de partículas pequeñas (menos de 5 micrómetros) y submicrométricas.
Las partículas de tamaño más crítico son aquellas en el rango de 0,1 a 0,5 micrómetros porque son las más difíciles de recolectar para los depuradores húmedos.
El diseño de depuradores húmedos o de cualquier dispositivo de control de la contaminación del aire depende de las condiciones del proceso industrial y de la naturaleza de los contaminantes del aire involucrados. Las características del gas de entrada y las propiedades del polvo (si hay partículas presentes) son de primordial importancia. Los depuradores pueden diseñarse para recolectar partículas y/o contaminantes gaseosos. La versatilidad de los depuradores húmedos permite construirlos en numerosas configuraciones, todas diseñadas para proporcionar un buen contacto entre la corriente de líquido y gas contaminado.
Los depuradores húmedos eliminan las partículas de polvo capturándolas en gotas de líquido. Luego se recogen las gotas y el líquido se disuelve o absorbe los gases contaminantes. Cualquier gota que se encuentre en el gas de entrada del depurador debe separarse de la corriente de gas de salida mediante otro dispositivo denominado eliminador de niebla o separador de arrastre (estos términos son intercambiables). Además, el líquido de lavado resultante debe tratarse antes de cualquier descarga final o de su reutilización en la planta.
La capacidad de un depurador húmedo para recolectar partículas pequeñas suele ser directamente proporcional a la potencia de entrada al depurador. Se utilizan dispositivos de baja energía, como torres de pulverización, para recoger partículas de más de 5 micrómetros. Para obtener una eliminación de alta eficiencia de partículas de 1 micrómetro (o menos) generalmente se requieren dispositivos de alta energía, como depuradores venturi o dispositivos aumentados, como depuradores de condensación. Además, un separador de arrastre o un eliminador de neblina diseñado y operado adecuadamente es importante para lograr altas eficiencias de eliminación. Cuanto mayor sea el número de gotas de líquido que no sean capturadas por el eliminador de niebla, mayores serán los niveles potenciales de emisión.
Los depuradores húmedos que eliminan contaminantes gaseosos se denominan absorbentes . Un buen contacto gas-líquido es esencial para obtener altas eficiencias de eliminación en los absorbentes. Se utilizan varios diseños de depuradores húmedos para eliminar contaminantes gaseosos, siendo los más comunes la torre empacada y la torre de placas .
Si la corriente de gas contiene tanto partículas como gases, los depuradores húmedos son generalmente el único dispositivo de control de la contaminación del aire que puede eliminar ambos contaminantes. Los depuradores húmedos pueden lograr altas eficiencias de eliminación de partículas o gases y, en algunos casos, pueden lograr una alta eficiencia de eliminación de ambos contaminantes en el mismo sistema. Sin embargo, en muchos casos, las mejores condiciones operativas para la recolección de partículas son las peores para la eliminación de gases.
En general, obtener altas eficiencias de eliminación simultánea de gases y partículas requiere que uno de ellos se recoja fácilmente (es decir, que los gases sean muy solubles en el líquido o que las partículas sean grandes y fáciles de capturar), o mediante el uso de un reactivo depurador. como la cal o el hidróxido de sodio .
Los gases "limpiados" normalmente pasan a través de un eliminador de niebla (almohadillas antivaho) para eliminar las gotas de agua de la corriente de gas. El agua sucia del sistema depurador se limpia y descarga o se recicla al depurador. El polvo se elimina del depurador en una unidad de clarificación o en un tanque de cadena de arrastre. En ambos sistemas el material sólido se deposita en el fondo del tanque. Un sistema transportador de cadena de arrastre elimina el lodo y lo deposita en un contenedor de basura o en una pila de almacenamiento.
Las gotitas se producen mediante varios métodos:
Estas gotas recolectan partículas mediante el uso de uno o más de varios mecanismos de recolección, como impacto, interceptación directa, difusión , atracción electrostática , condensación , fuerza centrífuga y gravedad . Sin embargo, la impactación y la difusión son las principales.
En un sistema de lavado húmedo, las partículas de polvo tenderán a seguir las líneas de corriente de la corriente de escape . Sin embargo, cuando se introducen gotas de líquido en la corriente de escape, las partículas no siempre pueden seguir estas líneas de corriente ya que divergen alrededor de la gota (Figura 1). La masa de la partícula hace que se separe de las líneas de corriente e impacte o golpee la gota.
La impactación aumenta a medida que aumenta el diámetro de la partícula y a medida que aumenta la velocidad relativa entre la partícula y las gotas. A medida que las partículas crecen, es menos probable que sigan las líneas de corriente del gas alrededor de las gotas. Además, como las partículas se mueven más rápido en relación con la gota de líquido, existe una mayor probabilidad de que la partícula golpee una gota. La impactación es el mecanismo de recolección predominante para los depuradores que tienen velocidades de corriente de gas superiores a 0,3 m/s (1 pie/s) ( Perry 1973 ).
La mayoría de los depuradores funcionan con velocidades de corriente de gas muy superiores a 0,3 m/s. Por lo tanto, a estas velocidades, este mecanismo recoge partículas que tienen diámetros superiores a 1,0 µm. La impactación también aumenta a medida que disminuye el tamaño de la gota de líquido porque la presencia de más gotas dentro del recipiente aumenta la probabilidad de que las partículas impacten sobre las gotas.
Las partículas muy pequeñas (menos de 0,1 μm de diámetro) experimentan un movimiento aleatorio en una corriente de escape. Estas partículas son tan pequeñas que las moléculas de gas las golpean a medida que se mueven en la corriente de escape. Este choque, o bombardeo, hace que primero se muevan en una dirección y luego en otra de forma aleatoria, o que se difundan a través del gas. Este movimiento irregular puede hacer que las partículas choquen con una gota y se recojan (Figura 2). Debido a esto, la difusión es el principal mecanismo de recolección en los depuradores húmedos para partículas menores de 0,1 μm.
La velocidad de difusión depende de lo siguiente:
Tanto para la impactación como para la difusión, la eficiencia de recolección aumenta con un aumento en la velocidad relativa (entrada de presión de líquido o gas) y una disminución en el tamaño de las gotas de líquido.
Sin embargo, la recolección por difusión aumenta a medida que disminuye el tamaño de las partículas. Este mecanismo permite que ciertos depuradores eliminen eficazmente las partículas muy pequeñas (menos de 0,1 μm).
En el rango de tamaño de partícula de aproximadamente 0,1 a 1,0 µm no domina ninguno de estos dos mecanismos de recolección (impactación o difusión). Esta relación se ilustra en la Figura 3.
En los últimos años, algunos fabricantes de depuradores han utilizado otros mecanismos de recolección, como la atracción electrostática y la condensación, para mejorar la recolección de partículas sin aumentar el consumo de energía.
En la atracción electrostática , las partículas son capturadas induciendo primero una carga sobre ellas. Luego, las partículas cargadas se atraen entre sí, formando partículas más grandes y más fáciles de recolectar, o se acumulan en una superficie.
La condensación de vapor de agua sobre partículas promueve la recolección agregando masa a las partículas. Otros mecanismos como la gravedad , la fuerza centrífuga y la interceptación directa afectan ligeramente la recolección de partículas. [1]
Para el control de partículas, los depuradores húmedos (también conocidos como recolectores húmedos) se evalúan frente a filtros de tela y precipitadores electrostáticos (ESP). Algunas ventajas de las fregadoras húmedas sobre estos dispositivos son las siguientes:
Algunas desventajas de los depuradores húmedos incluyen la corrosión, la necesidad de separación del arrastre o eliminación de la niebla para obtener altas eficiencias y la necesidad de tratamiento o reutilización del líquido gastado.
Los depuradores húmedos se han utilizado en una variedad de industrias, como plantas de ácido, plantas de fertilizantes , acerías , plantas de asfalto y grandes plantas de energía .
Algunos componentes que son específicos del proceso de fregado húmedo incluyen:
Un sistema puede incluir uno o varios de estos componentes además de varios componentes de soporte, tales como:
Un proceso típico de lavado húmedo se puede describir de la siguiente manera:
Los depuradores húmedos se pueden clasificar según la forma en que se ponen en contacto las fases gaseosa y líquida. Los depuradores están diseñados para utilizar potencia o energía de la corriente de gas o de la corriente de líquido, o algún otro método para poner la corriente de gas contaminante en contacto con el líquido. Estas categorías se dan en la siguiente tabla. [2]
Existe una gran variedad de depuradores húmedos; sin embargo, todos tienen una de tres configuraciones básicas:
1. Humidificación con gas: el proceso de humidificación con gas aglomera las partículas finas, aumentando el volumen y facilitando la recolección.
2. Contacto gas-líquido: este es uno de los factores más importantes que afectan la eficiencia de la recolección. La partícula y la gota entran en contacto mediante cuatro mecanismos principales:
3. Separación gas-líquido: independientemente del mecanismo de contacto utilizado, se debe eliminar la mayor cantidad de líquido y polvo posible. Una vez que se establece el contacto, las partículas de polvo y las gotas de agua se combinan para formar aglomerados. A medida que los aglomerados crecen, se asientan en un colector.
Dado que los depuradores húmedos varían mucho en complejidad y método de operación, es extremadamente difícil idear categorías en las que todos encajen perfectamente. Los depuradores para la recolección de partículas generalmente se clasifican según la caída de presión del sistema en el lado del gas. La caída de presión del lado del gas se refiere a la diferencia de presión, o caída de presión , que se produce cuando el gas de escape es empujado o arrastrado a través del depurador, sin tener en cuenta la presión que se usaría para bombear o rociar el líquido en el depurador.
Los depuradores húmedos con torre de aspersión pueden clasificarse según la caída de presión de la siguiente manera:
Sin embargo, la mayoría de los depuradores funcionan con una amplia gama de caídas de presión , según su aplicación específica, lo que dificulta este tipo de categorización.
Debido a la gran cantidad de fregadoras comerciales disponibles, no es posible describir aquí cada tipo individual. Sin embargo, las siguientes secciones proporcionan ejemplos de depuradores típicos en cada categoría.
En el simple depurador de torre de aspersión por gravedad, las gotas de líquido formadas por el líquido atomizado en boquillas de aspersión caen a través de los gases de escape ascendentes. El agua sucia se drena por el fondo.
Estos depuradores operaron con caídas de presión de 1 a 2 pulgadas de agua (¼ a ½ kPa) y tienen aproximadamente un 70% de eficiencia en partículas de 10 μm. Su eficiencia es pobre por debajo de 10 μm. Sin embargo, son capaces de tratar concentraciones de polvo relativamente altas sin obstruirse.
Los ciclones húmedos utilizan fuerza centrífuga para hacer girar las partículas de polvo (similar a un ciclón) y arrojar las partículas sobre las paredes mojadas del colector. El agua que se introduce desde arriba para mojar las paredes del ciclón se lleva estas partículas. Las paredes mojadas también evitan que el polvo vuelva a entrar.
Las caídas de presión para estos colectores varían de 2 a 8 pulgadas de agua (½ a 2 kPa) y la eficiencia de recolección es buena para partículas de 5 μm y superiores.
Los depuradores de lecho empacado consisten en lechos de elementos de empaque, tales como coque, roca rota, anillos, sillas u otros elementos manufacturados. El empaque descompone el flujo de líquido en una película de gran superficie de modo que las corrientes de gas polvoriento que pasan a través del lecho logran el máximo contacto con la película de líquido y se depositan en las superficies de los elementos del empaque. Estos depuradores tienen una buena eficiencia de recolección de polvo respirable.
Tres tipos de fregadoras de lecho compacto son:
La eficiencia se puede aumentar considerablemente minimizando el tamaño objetivo, es decir, utilizando alambre de acero inoxidable de 0,003 pulgadas (0,076 mm) de diámetro y aumentando la velocidad del gas a más de 1.800 pies/min (9,14 m/s).
Los depuradores Venturi constan de una entrada y un separador en forma de Venturi. El depurador venturi de gases cargados de polvo ingresa a través del venturi y se acelera a velocidades entre 12.000 y 36.000 pies/min (60,97-182,83 m/s). Estas altas velocidades del gas atomizan inmediatamente el rocío de agua grueso, que se inyecta radialmente en la garganta del venturi, en finas gotas. La alta energía y la turbulencia extrema promueven la colisión entre las gotas de agua y las partículas de polvo en la garganta. El proceso de aglomeración entre partícula y gota continúa en la sección divergente del venturi. A continuación, un separador inercial elimina los grandes aglomerados formados en el venturi.
Los depuradores Venturi logran eficiencias de recolección muy altas de polvo respirable. Dado que la eficiencia de un depurador venturi depende de la caída de presión, algunos fabricantes suministran un venturi de garganta variable para mantener la caída de presión con flujos de gas variables.
Otra forma de clasificar los depuradores húmedos es por su uso : recolectar principalmente partículas o contaminantes gaseosos. Una vez más, esta distinción no siempre es clara, ya que a menudo se pueden utilizar depuradores para eliminar ambos tipos de contaminantes.
La corrosión puede ser un problema importante asociado con los sistemas de depuración de la industria química. El plástico reforzado con fibra y las llaves dobles se utilizan a menudo como materiales de construcción más fiables.