66- 羽根板式除泡器の水洗塔・吸収塔の塔頂ガス除泡における適切な選定と設計の問題
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この投稿は最後にluoli519によって2023-10-2 14:58に編集されました。ガスの浄化処理においては、通常、スプレー洗浄やアルカリ洗浄といった方法が用いられ、ガス流から完成品や原料を回収したり、ガス中に含まれる可溶性の酸性ガスや粒子状物質などを削減したりします。気流に液滴を噴霧すると、気流中に多くの水滴や泡、そして溶解した塩分やアルカリが含まれるため、ガスが装置の出口を出る前にこれらを分離・除去する必要がある。洗浄塔用消泡器の設計選定について、メッシュ式、フィルター式、フィルターカートリッジ式、フィルター材式、膜メッシュ式、シェブロンブレード式、または羽根式の分離内部部品セットのどれを選ぶべきか？みんなで一緒に話し合いましょう。
この投稿は、2023年10月2日14時58分にluoli519によって最終的に編集されました。洗浄塔用の消泡器の設計選定については、大きく2つのカテゴリーに分けられます。第1のカテゴリーの消泡器は、構造がシンプルで、独立した液滴除去用の二次微細流路を持たないものです。この種の消泡器には、メッシュ式、フィルターエレメント式、フィルターネット式、膜ネット式、フィルター材式、および独立した降液システムを備えていないバッフル式がある。 第2種脱泡器とは、独立した降液用の二次微流路を設けた専用の脱泡器です。この種の消泡器は、羽根板式分離器が代表例です。
消泡器に独立した降液用の二次微細流路構造があるかどうかによって、気液分離の制御原理が異なり、分離効率と精度に本質的な違いが生じます。構造が性能を決定する！一部の消泡器は、その構造上、メッシュ式、フィルターエレメント式、フィルターネット式、膜ネット式、フィルター材式など、独立した降液用の二次微細流路を設けることが根本的に不可能である。
この投稿は、2016年12月28日09時29分にluoli519によって最終編集されました。独立した降液機能を持つ二段階のマイクロ流路構造が、脱泡分離器にとってなぜ重要なのかは、以下の気液分離プロセスの各段階を分析することで理解できます**。 気液除泡分離プロセスは、以下の2つの段階で構成される。第1の段階は、気流によって運ばれた液滴が内部部品内で成長する段階である。気流に運ばれた液滴は除泡部品の流路内に入り、多数の液滴同士や液滴と部品表面との間で衝突・凝集し合い、より大きなサイズの液滴を形成する。 第二段階、液沫と液滴の沈降分離段階、核心的な制御段階です。サイズが大きくなった液滴は、内部部品の材料の湿った表面における液滴の表面張力から逃れ、気流中に落ちて沈降する。気流の上昇によって液滴に上向きの吸引力が生じ、上昇速度成分が形成されるため、ある一定の臨界値以上の大きさを持つ液滴のみが、重力による下降速度成分が気流の上昇による上向きの吸引力によって生じる上昇速度成分を上回り、気流が装置の出口に到達する前に完全かつ十分に重力によって沈降分離されるのである！逆に、サイズが一定の臨界値以下の液滴においては、重力による下降沈降速度の成分が、気流の上向き流れが液滴に及ぼす上向きの粘着牽引力によって生じる上向き速度の成分以下となり、下降沈降する液滴は、気流が装置の出口に到達する前に完全かつ十分な重力沈降分離を達成することができない。
この投稿は、2023年10月2日14時59分にluoli519によって最終的に編集されました。独立した降液型二段微流路構造を持つ消泡器で、液滴は運動量変換により短距離構造から直接、独立した降液型二段微流路構造内に入ります。この独立した降液型二段微流路構造においては、液滴や液沫は浄化前後の気流と「二次的な接触」を起こさなくなり、液滴や液沫が受ける気流の粘着力による上向きの速度成分は完全に無視でき、液滴や液沫の下向き運動への抵抗も無視できる。そのため、成功裏に分離される液沫や液滴の臨界サイズは、第一種の単純な構造を持つ除沫器の数十分の一から百分の一程度まで小さくなる。 明らかに、第2種の羽根板式分離器は、独立した降液用二次マイクロ流路構造を持たない第1種の消泡器と比べて、分離効率および精度において本質的な優位性を有している。
また、第1種の消泡器はすべて、従来の遮断型消泡内部部品技術に属しており、20世紀初頭から今日に至るまで、大きな技術的進歩は見られていない。主に、内部部品の材料同士が互いに絡み合って形成される「橋架構」による多孔質構造を利用し、一定のサイズ範囲の液滴や霧を遮断して分離する。しかし、材料同士が互いに橋渡しをして形成される孔構造は**微小なガウス分布を示し、小さなサイズの液滴や霧はより小さい孔径によって遮断され分離される一方で、大きなサイズの液滴はより大きな孔構造を通過して逃げ出すことができる。したがって、従来の孔格子阻止型インターセプター式脱泡器では、所定のサイズの液滴・霧状液を所定の高効率で分離することは困難である。 また、第1種消泡器の流路は、気流によって運ばれる固体粒子やゲル状物質によって容易に詰まり、分離効率が急速に低下し、運転時の圧力損失が大きくなります。操作の柔軟性も低く、定期的に消泡器の内部部品をメンテナンスや交換する必要があり、運用・保守コストも高くなります。 しかし、これまでの消泡分離技術に対する認識の限界により、第1種の消泡器は各業界で広く使用されているが、気流中の液体量が多い状況や不安定な運転条件の場、固体粒子やゲル質、液滴を含んだ気流の消泡処理においては、深刻な運用・保守上の問題が生じている。
この投稿は、2016年12月28日09:34にluoli519によって最終的に編集されました。設計院やエンジニアリング会社の専門技術者たちとの交流を通じて、彼らが以前は国内のスクリーン式消泡器の業界標準に従って見積もりを行っていたことがわかりました。 例えば、HG/T21618のメッシュ式消泡器規格です。この基準の実際の運用には、以下のような明らかな欠点がある。1、スクリーン型消泡器の実際の流量速度を算出する際、水、油、アルコール、アンモニアなど、異なる液相物質間での粘度や表面張力の大きな違いを全く考慮しておらず、修正係数の範囲も非常に広い。そのため、算出された流速や流量面積が信頼できるかどうかについて、設計会社の専門エンジニアでさえも確信が持てないと述べている。 2、スクリーン型消泡器の内部部品の最大直径は5200mmまで？規格の起草者は、気流による消泡過程における流動パターンの収縮効果を考慮したのか？スクリーン型消泡器の内部部品の直径と気流出口管の直径との差が大きいほど、気流の収縮効果はより顕著になる。気流の収縮効果により、内部部品の中心から離れた周辺領域の内部部品が非効率的、あるいは全く機能しない状態になり、その結果、実際の運転領域での流量速度が上限を大幅に超えてしまい、消泡分離が悪化する。 3、この規格は、3～5マイクロメートルの液滴除去に使用できることを示している。前述の気液除泡分離制御工程の分析から明らかなように、重力沈降工程がメッシュ除泡器の除泡制御工程である。重力沈降の法則は、ストークスの層流法則式、アレンの遷移流法則式、ニュートンの乱流法則式という3つの法則しかない。どの法則式に運転条件データを代入しても、得られる臨界分離サイズは3～5マイクロメートルをはるかに上回る。重大な誤解を招く。海外の同業者たちは、この基準に対してずっと首を振り、目を見開いている。
この投稿は、2016年12月28日09:36にluoli519によって最終的に編集されました。国内の初期の分離技術分野の専門家たちは、海外で得られた分離曲線のデータをもとに研究を行い、気液除泡分離の効率が気流の速度と関連していることを明らかにし、気液分離時の気流速度に関する経験的な近似式の範囲を示しました。しかし、設計された気液除泡分離器の実際の運用効果は、設計要件と常に大きな差がある。
この投稿は、2016年12月28日09:39にluoli519によって最終的に編集されました。その後、国内のエンジニアたちが実際の運用を通じて次のことを発見しました。同じ消泡装置でも、低圧状態では消泡効率はまずまずですが、圧力が大幅に上昇すると消泡効率が著しく低下するのです。彼らは、気液分離効率と流体運動量の適合経験曲線も提案した。すなわち、気液分離は流体速度だけでなく、流体密度にも関連しているのである。
この投稿は、2016年12月28日09:41にluoli519によって最終的に編集されました。近年、国内ではさまざまな海外のプロセス技術が導入され、海外の専門企業と密接に協力する中で、国際的なプラットフォームを通じて動力学的分離技術のモデルについて詳しく研究した結果、気液分離は実際にはエネルギー変換と直接的に関連しており、つまり流体の密度や流体速度の二乗値と直接関係していることがわかりました。単位流体エネルギー閾値は、定量的かつ効率的な分離器設計における重要な制約条件となる。