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 contaminada se pone en contacto con el líquido depurador, rociándola con el líquido, forzándola a pasar 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 gotas de líquido de gran tamaño. En la mayoría de los sistemas de depuración húmeda, las gotas producidas suelen tener un tamaño superior a 50 micrómetros (en el rango de 150 a 500 micrómetros). Como punto de referencia, el diámetro del cabello humano varía de 50 a 100 micrómetros. La distribución del tamaño de las partículas que se van a recoger depende 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 a partir de la 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 los 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 importancia primordial. 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 el líquido y la corriente de gas contaminado.
Los depuradores húmedos eliminan las partículas de polvo capturándolas en gotitas de líquido. Luego, las gotitas se recogen y el líquido disuelve o absorbe los gases contaminantes. Las gotitas que se encuentran en el gas de entrada del depurador deben separarse de la corriente de gas de salida mediante otro dispositivo denominado eliminador de neblina o separador de arrastre (estos términos son intercambiables). Además, el líquido depurador 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 en el depurador. Se utilizan dispositivos de bajo consumo, como torres de pulverización, para recolectar 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 mejorados, como depuradores de condensación. Además, es importante contar con un separador de arrastre o un eliminador de neblina bien diseñado y operado para lograr una alta eficiencia de eliminación. Cuanto mayor sea el número de gotas de líquido que no sean capturadas por el eliminador de neblina, mayores serán los niveles de emisión potenciales.
Los depuradores húmedos que eliminan contaminantes gaseosos se denominan absorbedores . Un buen contacto entre el gas y el líquido es esencial para obtener altas eficiencias de eliminación en los absorbedores. Se utilizan varios diseños de depuradores húmedos para eliminar contaminantes gaseosos, siendo la torre de relleno y la torre de placas los más comunes.
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 tanto de partículas como de 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 de funcionamiento para la recolección de partículas son las peores para la eliminación de gases.
En general, para obtener altas eficiencias de remoción simultánea de gases y partículas se requiere que uno de ellos sea fácilmente recolectado (es decir, que los gases sean muy solubles en el líquido o que las partículas sean grandes y fácilmente capturadas), o mediante el uso de un reactivo depurador como cal o hidróxido de sodio .
Los gases "limpiados" normalmente pasan a través de un eliminador de neblina (almohadillas desempañadoras) para eliminar las gotas de agua de la corriente de gas. El agua sucia del sistema de depuración se limpia y se 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 de transportador de cadena de arrastre elimina el lodo y lo deposita en un contenedor o en un depósito de almacenamiento.
Las gotitas se producen por varios métodos:
Estas gotitas recogen partículas mediante uno o más de varios mecanismos de recolección, como impacto, intercepción directa, difusión , atracción electrostática , condensación , fuerza centrífuga y gravedad . Sin embargo, el impacto y la difusión son los principales.
En un sistema de depuración húmeda, las partículas de polvo tienden a seguir las líneas de corriente de la corriente de escape . Sin embargo, cuando se introducen gotitas de líquido en la corriente de escape, las partículas no siempre pueden seguir estas líneas de corriente, ya que divergen alrededor de la gotita (Figura 1). La masa de la partícula hace que se separe de las líneas de corriente e impacte o golpee la gotita.
La impactación aumenta a medida que aumenta el diámetro de la partícula y la velocidad relativa entre la partícula y las gotas. A medida que las partículas se hacen más grandes, es menos probable que sigan las líneas de corriente de 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, las partículas con diámetros superiores a 1,0 μm se recogen mediante este mecanismo. La impactación también aumenta a medida que disminuye el tamaño de la gota de líquido, ya que la presencia de más gotas dentro del recipiente aumenta la probabilidad de que las partículas impacten contra las gotas.
Las partículas muy pequeñas (de menos de 0,1 μm de diámetro) experimentan un movimiento aleatorio en una corriente de escape. Estas partículas son tan diminutas que son golpeadas por las moléculas de gas a medida que se mueven en la corriente de escape. Este golpe, o bombardeo, hace que primero se muevan en una dirección y luego en otra de manera aleatoria, o que se difundan , a través del gas. Este movimiento irregular puede hacer que las partículas colisionen con una gota y se recolecten (Figura 2). Debido a esto, la difusión es el principal mecanismo de recolección en los depuradores húmedos para partículas más pequeñas 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 más pequeñas (menos de 0,1 μm).
En el rango de tamaño de partícula de aproximadamente 0,1 a 1,0 μm, ninguno de estos dos mecanismos de recolección (impactación o difusión) predomina. 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 se capturan 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 del vapor de agua sobre las partículas promueve la recolección al agregarles masa. Otros mecanismos, como la gravedad , la fuerza centrífuga y la intercepción directa, afectan levemente la recolección de partículas. [1]
Para el control de partículas, se evalúan los depuradores húmedos (también denominados colectores húmedos) frente a los filtros de tela y los precipitadores electrostáticos (ESP). Algunas ventajas de los depuradores húmedos frente a estos dispositivos son las siguientes:
Algunas desventajas de los depuradores húmedos incluyen la corrosión, la necesidad de separación por arrastre o eliminación de 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 , fábricas de acero , plantas de asfalto y grandes centrales eléctricas .
Algunos componentes específicos del proceso de fregado húmedo incluyen:
Un sistema puede incluir uno o varios de estos componentes además de varios componentes de apoyo como:
Un proceso típico de fregado 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 líquida y gaseosa. Los depuradores están diseñados para utilizar la 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 indican 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 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 posible de líquido y polvo. 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 se hacen más grandes, se depositan en un colector.
Dado que los depuradores húmedos varían mucho en complejidad y método de operación, diseñar categorías en las que todos ellos encajen perfectamente es extremadamente difícil. Los depuradores para la recolección de partículas generalmente se clasifican por la caída de presión del lado del gas del sistema. 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 tirado 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 pulverización se pueden clasificar según la caída de presión de la siguiente manera:
Sin embargo, la mayoría de los depuradores funcionan en un amplio rango de caídas de presión , dependiendo de su aplicación específica, lo que dificulta este tipo de categorización.
Debido a la gran cantidad de depuradores comerciales disponibles, no es posible describir aquí cada tipo individualmente. Sin embargo, las siguientes secciones brindan ejemplos de depuradores típicos de cada categoría.
En el depurador de torre de pulverización por gravedad, las gotas de líquido formadas por el líquido atomizado en las boquillas de pulverización caen a través de los gases de escape ascendentes. El agua sucia se drena por la parte inferior.
Estos depuradores funcionan con caídas de presión de 1 a 2 pulgadas de columna de agua (¼ a ½ kPa) y tienen una eficiencia de aproximadamente el 70 % con partículas de 10 μm. Su eficiencia es baja por debajo de 10 μm. Sin embargo, son capaces de tratar concentraciones de polvo relativamente altas sin obstruirse.
Los ciclones húmedos utilizan la fuerza centrífuga para hacer girar las partículas de polvo (de forma similar a un ciclón) y arrojarlas sobre las paredes húmedas del colector. El agua introducida desde arriba para humedecer las paredes del ciclón arrastra estas partículas. Las paredes húmedas 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 más.
Los depuradores de lecho empacado consisten en lechos de elementos de relleno, como coque, roca triturada, anillos, monturas u otros elementos manufacturados. El relleno descompone el flujo de líquido en una película de gran área superficial 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 de relleno. Estos depuradores tienen una buena eficiencia de recolección de polvo respirable.
Existen tres tipos de depuradores de lecho empacado:
La eficiencia se puede aumentar en gran medida minimizando el tamaño del objetivo, es decir, utilizando un alambre de acero inoxidable de 0,003 pulgadas (0,076 mm) de diámetro y aumentando la velocidad del gas a más de 1800 pies/min (9,14 m/s).
Los depuradores Venturi constan de una entrada y un separador en forma de Venturi. Los gases cargados de polvo entran en el depurador Venturi a través del Venturi y se aceleran a velocidades de entre 12.000 y 36.000 pies/min (60,97-182,83 m/s). Estas altas velocidades de los gases atomizan inmediatamente el chorro de agua gruesa, que se inyecta radialmente en la garganta del Venturi, en gotitas finas. La alta energía y la turbulencia extrema promueven la colisión entre las gotitas de agua y las partículas de polvo en la garganta. El proceso de aglomeración entre la partícula y la gotita continúa en la sección divergente del Venturi. Los grandes aglomerados formados en el Venturi se eliminan a continuación mediante un separador inercial.
Los depuradores Venturi logran eficiencias de recolección muy altas para el 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 según su uso : para recoger principalmente partículas o contaminantes gaseosos. Una vez más, esta distinción no siempre es clara, ya que los depuradores a menudo se pueden utilizar para eliminar ambos tipos de contaminantes.
La corrosión puede ser un problema importante asociado con los sistemas de depuración de la industria química. Los plásticos reforzados con fibra y las llaves dobles se utilizan a menudo como los materiales de construcción más fiables.