Lavadores de gás via úmida

Processos industriais habitualmente geram emissões residuais, sejam sólidas, líquidas ou gasosas.
A importância na captação,  tratamento e destinação correta destas emissões não são importantes apenas para a preservação do meio ambiente mas também para a preservação patrimonial e ocupacional.

A SYBS atua neste segmento projetando, fabricando e instalando sistemas de Lavagem de Gases.

Lavadores de gás são equipamentos voltados à neutralização de vapores ( gases ) residuais provenientes de processos químicos , sejam reações provenientes de processos industriais, armazenagem ou reações biológicas em efluentes orgânicos ou aterros sanitários.

Os lavadores de gás por via úmida funcionam basicamente transferindo componentes do gás para o líquido ou propiciando a ocorrência de reações químicas no interior do equipamento onde também há transferência de contaminantes do gás para a solução de lavagem.

A quantidade de componentes gasosos que podem passar para a fase líquida é determinado pela capacidade destes componentes se dissolverem no líquido. A Lei de Henry é aplicável à solubilidade de gases em líquidos, para baixas concentrações e componentes com pressão parcial <1atm:

p = pressão parcial (Pa)
x = fração molar
H = constante de Henry (Pa)

Isto permite calcular a concentração máxima de um componente particular na água de lavagem, para a concentração final requerida. Isso também dá uma indicação sobre o uso da água nessas circunstâncias.

A concentração de equilíbrio na fase gasosa, que corresponde a uma certa concentração na fase líquida, é determinada pela temperatura – quanto maior a temperatura na fase líquida, maior a concentração de equilíbrio na fase gasosa. Assim, uma redução na temperatura tem um efeito favorável no rendimento do equipamento.

É possível aumentar a carga de componentes adicionando produtos químicos ao líquido de lavagem, o que ajuda a converter os componentes absorvidos. Assim, a adição de produtos químicos que reagem com os gases absorvidos tem um efeito positivo no rendimento de absorção.

Além da água os líquidos orgânicos também são usados ​​como meios de absorção. Em muitos casos, produtos químicos ou microrganismos são adicionados ao líquido de lavagem para converter ou neutralizar gases dissolvidos no líquido. Como resultado dessa conversão, a concentração na água é reduzida, o que permite que mais gás se dissolva (de acordo com a Lei de Henry).

Na prática, um lavador de gás é constituído de três partes: uma seção de absorção, um eliminador de gotas e um tanque de recirculação com bomba ( integrado ou independente).

Dados de design:

A relação líquido-gás (L / G) em um lavador  é a relação entre a taxa de fluxo do líquido de lavagem e a taxa de fluxo da corrente de gás. Para fins de dimensionamento e para avaliar o funcionamento de um lavador de gás , é importante saber quanto de  líquido é necessário em m³ para resultar na emissão residual necessária. A relação L / G não é apenas determinada pela emissão residual requerida, mas é também parcialmente determinada pela concentração da(s) substância(s) a ser(em) removida(s) no fluxo de gás e nos fluxos de líquido entrando e saindo. A relação L / G em uma determinada situação é, portanto, determinada pelo sistema de lavagem selecionado, as propriedades do gás a ser limpo, do líquido de lavagem e do(s) componente(s) a ser(em) removido e os requisitos definidos para emissões residuais.

Podemos classificar os sistemas de lavagem de gases tomando duas características principais :

  •  Direção do fluxo de gás e líquido, e
  • Configuração interna com ou sem dispositivos

Direção do fluxo de gás e líquido
Os lavadores podem ser distinguidos em termos da direção do fluxo do gás em relação ao líquido. É feita uma distinção entre lavadores  de contrafluxo, co-corrente e de fluxo cruzado.

Em contra-fluxo
O gás a ser lavado e o líquido percorrem direções opostas. A principal vantagem da lavagem em contra-fluxo é que quanto mais limpo o gás se torna, menor é a concentração de poluentes no líquido de lavagem – a força motriz é mantida por toda a coluna.
Este tipo de lavador é, por exemplo, particularmente adequado para emissões irregulares e de pico. A configuração de contra-fluxo  permite que picos de alta concentração sejam mais bem tratados.

Em co-corrente
O fluxo de gás e líquido se move na mesma direção. Eles são menos eficazes que os lavadores de contra-fluxo. No entanto, a vantagem que eles oferecem é que eles são adequados para altas cargas de gás e líquidos. Purificadores de co-corrente têm uma construção mais compacta e normalmente são adotados quando há espaço limitado disponível e um rendimento menor é aceitável. Além disso, eles são eficazes como um estágio de lavagem inicial para um depurador de contra-fluxo, por exemplo :  quando o fluxo de gás precisa ser resfriado ou parcialmente separado.

Corrente cruzada :
O gás e o líquido se movem em sentido perpendicular. O líquido fluirá normalmente para baixo e os gases fluirão horizontalmente.  Havendo também a configuração de Sprays de líquido horizontais com fluxo de gás ascendente, principalmente na situação de retenção de particulado. Esse tipo de lavador  é mais compacto do que um lavador de gás contracorrente, quando se trabalha com uma configuração de múltiplos  estágios,

Um lavador  de corrente cruzada é adequado para emissões com concentrações máximas conhecidas, permitindo assim que ele seja dimensionado adequadamente.

Com ou sem dispositivo interno

Os tipos de lavadores de gás também podem ser divididos pela configuração da seção de lavagem, podendo ser : Com enchimento randômico, com enchimento estruturado, com disco giratório, com lavagem em cascata, prato perfurado, lavagem apenas por spray ( lavador por pulverização ), etc.

Lavadores de gás sem dispositivo interno :

Lavadores por pulverização:
Neste tipo de lavador de gás a água é dispersa em gotículas finas, normalmente através de bicos spray no topo do lavador  enquanto o gás possui fluxo ascendente ( em contracorrente) . A configuração deste lavador também é possível em corrente contínua ou cruzada. Também pode ser usado para abatimento de poeira.

Lavadores a jato ( alta pressão ) :
Em um lavador a jato, o gás e o líquido de lavagem são colocados em contato um com o outro em co-corrente. Na seção de lavagem, o jato se divide em gotículas,que criam uma grande interface.Na próxima seção, o gás e o líquido são separados.

Lavador de Venturi:
Um lavador de venturi consiste em uma seção convergente, uma garganta (a parte mais estreita do tubo de venturi) e um difusor.
O gás flui através do tubo de venturi e atinge a velocidade máxima na seção da garganta. Depois disso, o gás passa para o difusor, onde a velocidade do gás cai mais uma vez.
O líquido é entra no fluxo de gás na garganta ou antes dela.
Uma mistura intensiva ocorre entre o gás e o líquido na seção da garganta do tubo de venturi.
Devido à alta velocidade  de impacto entre o gás e o líquido, a água é quebrada em gotículas finas de água.
Também pode ser usado como purificador de poeira


Lavador de gás com dispositivo interno :

Lavador de pratos.
Neste tipo de lavador a coluna é  dividida em segmentos por placas perfuradas. As perfurações têm como objetivo fazer o escoamento do líquido em fluxo descendente.
Este equipamento é dimensionado de forma que o gás a ser limpo borbulhe através de uma camada fina de líquido onde ocorre a absorção.

Torres de enchimento
O lavadores de gás do tipo torre de enchimento possuem a seção de lavagem preenchida com enchimento estruturados ou não estruturados.Este tipo de lavador possui uma área de superfície de contato alta o que significa que possui uma grande interface entre o gás e o liquido

Neste equipamento o líquido flui de maneira descendente e uniforme através de um dispositivo de distribuição  e o gás possui fluxo ascendente ( lavagem em contra- fluxo) passando entre os espaços vazios criados pelo enchimento e com amplo contato nas superfícies úmidas.
São normalmente usadas durante aplicações de absorção.
É preciso escolher entre um enchimento não estruturado e um estruturado.

Os enchimento estruturados são mais baratos, têm uma área superficial específica mais baixa e uma perda de carga menor.
Os enchimento não estruturados por outro lado, são um pouco mais caros, têm uma área superficial específica alta e perda de carga maior.

A escolha entre os dois tipos de enchimento é determinada pelo fluxo de gás a ser tratado. Se houver um risco considerável de bloqueio devido a poeira e / ou crescimento biológico, um enchimento estruturado (que é mais fácil de limpar)  é preferível. Em outros casos, um enchimento não estruturado que possui abertura menor e uma área de superfície específica mais alta será usado.

Lavador de rotação:
Nos lavadores de rotação, o líquido de lavagem é aspergido  através de um pulverizador de rotação rápida, dividido em gotículas, em que uma grande área de contato é criada entre gotículas e gás. Como resultado desta pulverização rotativa  as  partículas são forçadas para os lados do purificador e separadas.
Os lavadores de rotação são usados ​​principalmente com poeira

Lavadores de Ionização :
Lavadores de ionização  são uma forma modificada de filtros úmidos. Eles são purificadores com um fase de ionização incorporada.

Considerações Adicionais :
  • É importante observar que todo lavador de gás por via úmida gera efluentes que devem ter a destinação correta para tratamento e descarte.
  • Em algumas situações e projetos o efluente gerado pelos lavadores podem retornar ao processo. Estudos caso a caso devem ser efetuados.
  • A compatibilidade dos vários tipos de depuradores é determinada pelas propriedades do gás a ser limpo.
  • Há a  possibilidade de se instalar um sistema de lavagem multi estágio combinando vários modelos diferentes de lavadores, cada um adequado para retenção específica dos diversos tipos de contaminantes.
  • A vazão de gás necessária para o sistema de lavagem é dimensionada considerando as fontes geradoras, e o sistema de captação adotado nestas fontes.
  • Como pode-se observar, cada lavador é dimensionado e fabricado para uma situação específica, a alteração das fontes geradoras de poluente em sua composição e/ou vazão podem causar a ineficiência do sistema.

As pressões de insuflamento ou exaustão do lavador de gás ocorre sempre após o selecionamento do tipo de lavador, das vazões de líquido e gás para o balanceamento químico e da perda de carga para as vazões dimensionadas, tanque dentro do equipamento quanto da linha de captação.
Portanto, a pressão de trabalho do equipamento é sempre resultante.

Literatura recomendada :

  • Bethea, R. M. Air Pollution Control Technology., 1978
  • Breckenfeld, R.R., and Wilke, C.R., Chemical Engineering Progress, 1942
  • Macintyre, A.J., Ventilação Industrial e Controle da Poluição, 1990
  • Richards, J. R., Control of Particulate Emissions, 1995
  • Richards, J. R., Control of Gaseous Emissions, 1995
  • Seiberg, A.F., Humphrey, J.L., and Fair., Evaluation of Packings for Use in Liquid-Liquid Extraction Processes , University of Texas, 1985
  • Semrau, K. T.,Practical process design of particulate scrubbers. Chemical Engineering. 1977
  • Sherwood, T.K., Absorption and Extraction, 1937
  • Strigle, R.F, Random packing and packed towers, 1987

Alguns equipamentos SYBS para controle de poluição :

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