Condensator (separator)
Un condensator este un dispozitiv de tratare a vaporilor contaminat care folosește fenomenul condensului pentru a îndepărta elementele poluante dintr-un flux de aer. Odată condensate, acești contaminanți sunt ușor separați și pot fi transformați în substanțe mai puțin periculoase, eliminați sau reutilizați în ciclul de producție.
Mecanism
Condensarea poate fi obținută printr-o creștere a presiunii sau o reducere a temperaturii și, în unele cazuri, printr-o combinație a celor două procese. Având în vedere costurile de funcționare și întreținere ale sistemelor de compresie, majoritatea condensatoarelor profită de reducerea temperaturii, printr-o substanță numită „răcire”, pentru a efectua procesul de condensare.
Condensarea poate apărea prin contact direct dacă substanța de răcire interacționează direct cu fluxul de aer de purificat sau prin contact indirect dacă există o barieră de separare care împiedică amestecarea.
Tipuri de condensatoare
Există trei tipuri de condensatori, împărțiți pe baza substanțelor utilizate pentru a realiza scăderea temperaturii:
- Condensatoare convenționale
- Condensatoare de refrigerare
- Condensatoare criogenice
Cele trei sisteme diferite de condensare sunt prezentate în detaliu mai jos.
Condensatoare convenționale
Condensatoarele convenționale sunt dispozitive de reducere relativ simple care utilizează apă (sau, eventual, aer) pentru a reduce temperatura fluxului de purificat. În general, temperatura este adusă la valori de 4 ° C, dar cu utilizarea substanțelor adecvate poate ajunge chiar la -15 ° C. Condensatorii convenționali pot fi:
- în contact direct sau în amestec , atunci când lichidul de răcire (de obicei apa) este în contact direct cu fluxul de gaz de tratat. Aceste dispozitive au avantajul de a fi simple și au costuri de operare reduse, dar pe de altă parte au dezavantajul considerabil de a amesteca contaminanții condensați cu lichidul de spălare. Aceasta implică tratarea în continuare a apelor uzate. În plus, duzele difuzoarelor utilizate pentru injectarea lichidului de răcire pot fi supuse coroziunii datorită acțiunii contaminanților.
- la suprafață , în acest caz se folosește un schimbător de căldură [1] care permite răcirea fluxului de vapori poluați fără contact direct cu lichidul contaminat. Condensatoarele de suprafață sunt mai scumpe decât condensatoarele de contact atât în construcție, cât și în întreținere. Acestea sunt utilizate atunci când vaporii sunt foarte corozivi sau toxici și, prin urmare, nu pot fi amestecați cu apă sau atunci când costul tratamentului amestecului de evacuare nu este neglijabil. Cu toate acestea, trebuie acordată o atenție deosebită posibilelor blocaje datorate acumulării de particule din aer.
Condensatoare de refrigerare
Sistemele de condensare frigorifice sunt de tipul suprafeței, lichidul frigorific curgând în interiorul tuburilor într-un schimbător de căldură. Aceste condensatoare utilizează agenți frigorifici comprimați și funcționează la temperaturi mult mai scăzute decât condensatoarele convenționale (chiar și sub -60 ° C). Procesul de tratare a poluanților poate fi descris prin următorii pași:
- fluxul de abur contaminat este injectat în schimbător unde apare condensarea compușilor organici poluanți
- căldura absorbită determină trecerea lichidului de răcire în faza de vapori. Pentru a-l readuce în stare lichidă, acesta este comprimat și trecut printr-un schimbător suplimentar, astfel încât să-l răcească
- lichidul frigorific revenit la starea inițială este transportat în prima etapă a condensatorului pentru a reporni ciclul.
Datorită temperaturii extrem de scăzute, există posibilitatea ca umiditatea prezentă în fluxul de aer în timpul procesului de răcire să se transforme în gheață și să se așeze pe suprafața internă a schimbătorului. Formarea gheții duce la o reducere a eficacității reducerii poluanților și poate provoca daune sistemului. Pentru a rezolva problema, este posibil să se utilizeze un schimbător suplimentar care efectuează un pretratare a aerului, astfel încât să se condenseze umiditatea înainte ca fluxul să treacă în condensatorul de refrigerare.
Condensatoare criogenice
Condensatoarele criogenice spre deosebire de precedentele folosesc gaze lichefiate, cum ar fi azotul molecular sau dioxidul de carbon. Aceste substanțe permit atingerea temperaturilor sub -160 ° C și au caracteristica de a se dispersa în atmosferă după utilizarea lor. În acest fel, problema de amestecare care apare în condensatoarele convenționale este eliminată. Temperaturile extrem de scăzute permit o eficiență a tratamentului chiar mai mare de 99%. Pot fi identificate trei tipuri de sisteme care utilizează condensarea criogenică:
- Sistem simplu : un schimbător de căldură este utilizat pentru a efectua condensarea contaminanților, în acest caz agentul frigorific lichefiat care trece în stare gazoasă este dispersat în atmosferă. La aceste temperaturi extrem de scăzute, este posibil ca poluantul să se acumuleze înghețat pe pereții externi ai schimbătorului. Pentru a preveni acest lucru, este posibil să se utilizeze un pre-schimbător ca în cazul condensatoarelor frigorifice.
- Sistem dublu de schimb de căldură : în acest caz, primul schimbător, care folosește gaz lichefiat, răcește un fluid care este utilizat în al doilea schimbător pentru a realiza reducerea poluanților. Lichidul revine apoi la primul schimbător pentru a fi readus la temperatura utilă. Cu acest sistem este posibilă reglarea temperaturii lichidului secundar pentru a evita formarea de gheață în interiorul schimbătorului.
- Sistem de contact : este format dintr-o cameră, izolată pentru a menține cele mai scăzute temperaturi posibile, în interiorul căreia sunt introduse „sisteme de pulverizare” care injectează gazul direct în contact cu fluxul de abur care urmează a fi tratat pentru a realiza condensarea contaminanților. Datorită caracteristicii agentului frigorific de dispersare în atmosferă, problema amestecării este eliminată. Dispozitivele termice speciale pot fi montate pe pereții exteriori ai camerei pentru îndepărtarea ocazională a gheții acumulate pe suprafețele interne.
Capacitatea operațională
Pentru a verifica capacitatea de funcționare a unui sistem de condensare, este recomandabil să verificați concentrația vaporilor organici prezenți în fluxul de aer purificat la ieșire. Trebuie examinate atât condițiile de eșantionare ale eșantioanelor analizate, cât și integritatea sistemului de eșantionare (trebuie examinate frecvențele și procedurile de calibrare ale instrumentului și înregistrările întreținerii relative ordinare și extraordinare). Utilizarea analizoarelor portabile nu este recomandată pentru aceste măsurători, de fapt este posibil ca, în timpul unei defecțiuni, fluxul de gaz ieșit să prezinte o concentrație explozivă de compuși; în acest caz, electricitatea statică a instrumentului portabil ar putea acționa ca un declanșator și ar putea genera o explozie.
Un indicator al eficienței sistemelor de condensare este dat de temperatura fluxului de aer. Se poate spune că:
- O temperatură mai ridicată decât norma indică o scădere a eficienței colectării, de fapt, dacă temperatura crește, există mai puțină condensare a substanțelor contaminate care, prin urmare, rămân în emisii. O cauză a acestei creșteri a temperaturii de ieșire poate fi acumularea de gheață sau compuși organici congelați în interiorul condensatorului. Aceste incrustații, pe lângă limitarea schimburilor de căldură, împiedică fizic fluxul de aer în interior și, prin urmare, trebuie eliminate periodic.
- O scădere a diferenței de temperatură a substanței utilizate pentru răcire, între punctul de intrare și punctul de ieșire, indică o reducere a schimbului de căldură din interiorul condensatorului care duce la o scădere a eficienței de reducere a poluanților.
Un indicator suplimentar este dat de debitul substanței de răcire, deoarece reducerea acesteia determină o eficiență mai mică a sistemului.
În cele din urmă, debitul de aer care urmează a fi tratat este un indicator pentru a evidenția:
- O pierdere în procesul de tratament
- Formarea de gheață sau acumularea de compuși organici congelați în interiorul condensatorului
Aplicații
Condensatoarele sunt utilizate în procese care implică emisii de vapori cu concentrații mari de poluanți, în special de natură organică și debituri mici. În majoritatea aplicațiilor industriale, unde poluanții sunt prezenți în emisiile care condensează particule foarte dure sau în aer, aceste dispozitive necesită sisteme suplimentare de reducere. În anumite cazuri, condensatoarele pot fi utilizate în schimb ca un singur sistem de tratare.
Eficiența generală a sistemelor de condensare depinde în esență de temperatura de funcționare și este în general mai mare de 90%. Cu utilizarea sistemelor criogenice, este de asemenea posibil să se atingă valori de eficiență mai mari de 99%.
Notă
- ^ Schimbător de căldură : aceste dispozitive constau de obicei dintr-o cameră cilindrică cu fascicule de tuburi în interior care se desfășoară paralel cu axa cilindrului. Substanța condensatoare curge în interiorul acestor tuburi, în timp ce fluxul de gaz care urmează să fie tratat este introdus în interiorul camerei. Procesul de condensare a contaminanților are loc prin contactul fluxului de abur cu suprafața rece a conductelor.
Bibliografie
- Acest text provine parțial sau integral din descrierea relativă a site-ului novambiente.it lansată sub licența Creative Commons CC-BY-3.0
