Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2241.pdf: 2175210 bytes, checksum: c200fbcf2fa5c50e9058c7cec77d02a7 (MD5) Previous issue date: 2009-02-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / Venturi scrubbers are widely used in industrial plants in the cleaning of gases. In these scrubbers, the cleaning elements are the droplets formed at the injection of a liquid in the gas containing pollutants. The droplets act as collectors, incorporating the element to be removed. The liquid is usually injected through several orifices that promote a distribution of the droplets in the gas duct. The number of experimental studies in the formation of droplets in the Venturi scrubber is scarce, especially those concerned with the variation of the droplet size with the number of orifices of liquid injection. Therefore, the present work focused on the experimental investigation of the effects of the liquid injection in multiple jets in the formation and distribution of droplets in a Venturi scrubber. A laboratory scale scrubber, with a throat of 27 by 40 mm of cross-sectional, horizontally placed, was investigated. The data on droplet size was obtained with the Malvern Spraytec analyser, that makes possible in situ measurements by the passing a laser beam through the throat of the scrubber. The droplet size was analyzed varying the number of orifices of injection of the liquid from 1 to 4, the liquid flow rate between 300 and 1200 mL/min and the gas velocity in the throat of 59, 64, 69 and 74 m/s (L/G between 0.07 and 0.3 L/m3). The axial positions for measurements along the scrubber were varied between 120 and 240 mm. The effect of the formation of liquid film in scrubber walls was also analyzed. The experimental results showed that the increase of the liquid flow rate allowed a better distribution of the liquid inside the throat and also caused a stronger interaction among the jets. The number of injection orifices showed significant influence in the measured droplet size inside the throat, with the increase of the drop size with the increase of the number of orifices in operation. The interaction between jets and their droplets showed to have influence in the final size of the measured drop, since these sizes were larger in jets with larger interactions. The increases in the liquid jet and in the gas velocities favored the atomization process, causing decrease in the droplet sizes. The fraction of liquid film deposited in the walls of the scrubber varied significantly with the number of orifices in operation and consequently with the different penetrations of the jets. In general, jets with excessive penetrations generated a larger film fraction deposited in the walls of the scrubber and a smaller size of droplets. Through the analysis of dimensionless parameters, it was possible to quantify the influence of each operational condition in the size of the droplets generated inside of the studied Venturi scrubber. / Lavadores Venturi são largamente utilizados industrialmente na limpeza de gases. Nesses lavadores, os elementos limpadores são as gotas formadas a partir da injeção de um líquido no gás contendo contaminantes. Tais gotas possuem a função de incorporar o elemento a ser removido. A injeção de líquido se dá normalmente através de vários orifícios, que promovem uma distribuição das gotas no duto. São raros os estudos experimentais que estudam a formação de gotas no lavador Venturi, principalmente no que diz respeito à variação do tamanho da gota com o número de orifícios de injeção de líquido. Dessa forma, o presente trabalhou realizou a investigação experimental dos efeitos que a injeção de líquido em múltiplos jatos exerce sobre a formação e distribuição de gotas num lavador Venturi. Utilizou-se no estudo um Venturi retangular em escala de laboratório, com uma garganta de 27 por 40 mm de secção transversal, situado horizontalmente. Para a medição de tamanho de gotas foi utilizado o equipamento Malvern Spraytec, que possibilita a medida in situ através da passagem de um laser pela garganta do lavador. Analisou-se o tamanho da gota variando o número de orifícios de injeção do líquido de 1 a 4, a vazão do líquido entre 300 e 1200 mL/min. e as velocidades do gás na garganta de 59, 64, 69 e 74 m/s (razões L/G de 0,07 a 0,3 L/m3). As posições axiais de medidas ao longo do lavador foram variadas entre 120 e 240 mm. Também se analisou o efeito destas variáveis operacionais na formação de filme líquido nas paredes do lavador. Os resultados experimentais mostraram que o aumento da vazão de líquido fez com que o líquido ficasse melhor distribuído no interior da garganta e também ocasionou a maior interação entre os jatos. O número de orifícios de injeção do líquido mostrou influência significativa no tamanho da gota medida na garganta do equipamento, ocorrendo o aumento do tamanho da gota com o aumento do número de orifícios em funcionamento. A interação entre jatos mostrou exercer influência no tamanho final da gota medida, já que os tamanhos das gotas foram maiores em jatos com maiores interações. Os aumentos na velocidade do jato líquido e do gás favoreceram o processo de atomização, fazendo com que os tamanhos das gotas diminuíssem. A fração de filme líquido depositada nas paredes do lavador Venturi também variou significativamente com o número de orifícios em funcionamento e conseqüentemente com as diferentes penetrações dos jatos. Em geral, jatos com penetrações excessivas geraram uma maior fração de filme depositada nas paredes do lavador e um menor tamanho de gotas. Através da análise de parâmetros adimensionais foi possível quantificar a influência de cada condição operacional nos tamanhos das gotas geradas no interior do lavador Venturi em estudo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1887.pdf: 2018694 bytes, checksum: e69f497fdcda59d43b28054bd04b9c45 (MD5) Previous issue date: 2008-07-10 / Universidade Federal de Minas Gerais / The study of the liquid film in the walls of a Venturi scrubber was chosen as the target of this work for representing one of the important phenomena that influence the collection efficiency of the equipment. Such efficiency decreases with the presence of the film once it has a superficial area per volume much smaller than the drops and, consequently, contributes very little in the removal of particles. Furthermore, the pressure drop on the Venturi depends on the energy spent to accelerate the drops and also of the attrition between the gas and the surface of the film. These two important parameters depend on the liquid fraction in the form of film. For these reasons, it is important for the project of Venturi scrubbers the quantification of the film fraction. The present work, therefore, carried out an experimental investigation of the effects that the liquid injection through multiple jets exerted in the formation of the liquid film in a Venturi scrubber of rectangular cross section. The behavior of the fraction of liquid film in each wall separately and of the total fraction of liquid film extracted were analyzed, varying the liquid flow rate from 0,3 to 1,2 l/min for gas velocities of 59, 64, 69 and 74 m/s. Throat lengths of 100, 160 and 220 mm were utilized. The results showed that the film fraction varies with the gas velocity, with the configuration of the liquid injection, with the liquid flow rate and with the axial distances along the throat. The analysis of the film extraction in the individual walls follows an asymmetric behavior in all operational conditions, showing a larger film deposition in the inferior wall independently of the injection configuration, thus indicating the effect of the gravity in the film deposition. Hence, the total fraction of liquid extracted from the four walls of the scrubber made possible a more satisfactory interpretation of the results. Within the experimental range investigated, the injection through four orifices at the gas velocity of 74 m/s at the higher liquid flow rates presented the smaller deposition of liquid in the scrubber walls. It was also evident that the deposition is dependent on the penetration of the jet: low penetrations tend to deposit in the jet injection wall while high penetrations deposit in the opposite wall. There is, therefore, a point of minimum deposition for the intermediate penetration of the jet. The best operational conditions, i.e. the smallest film fraction deposited in the walls, was obtained for the largest gas velocity and for the liquid being injected simultaneously through the four walls. / O estudo do filme líquido nas paredes de um lavador Venturi foi selecionado como alvo deste trabalho por representar um dos importantes fenômenos que influenciam a sua eficiência de coleta. Tal eficiência diminui pela presença do filme uma vez que este tem uma área superficial por volume muito menor do que as gotas e, com isso, contribui muito pouco na remoção de partículas. Além disso, perda de carga no Venturi depende da energia gasta para acelerar as gotas e também do atrito entre o gás e a superfície do filme. Esses dois importantes parâmetros dependem da fração de líquido na forma de filme. Por estes motivos é importante para o projeto de lavadores Venturi a quantificação da fração de filme. O presente trabalho realizou, portanto, uma investigação experimental dos efeitos que a injeção de líquido em múltiplos jatos exerce sobre a formação do filme líquido num lavador Venturi de seção retangular. Analisou-se o comportamento da fração de filme líquido em cada parede separadamente e da fração de filme líquido total extraído do lavador, variando a vazão do líquido entre 0,3 e 1,2 l/min para velocidade do gás de 59, 64, 69 e 74 m/s. Comprimentos da garganta de 100, 160 e 220 mm foram utilizados. Os resultados mostraram que a fração de filme varia com a velocidade do gás, com a configuração da injeção de líquido e com as vazões de líquido. A análise da extração de filme nas paredes individualmente segue um comportamento desigual diante de cada condição operacional, mostrando uma maior deposição de filme na parede inferior independentemente da configuração de injeção do líquido, indicando o efeito da gravidade na deposição de filme. Desse modo, a fração de líquido total extraída nas quatro paredes do lavador possibilitou uma interpretação mais satisfatória dos resultados. Nas condições operacionais investigadas neste trabalho, a configuração de injeção de líquido feita pelos quatro orifícios e a velocidade do gás de 74 m/s para as maiores vazões do líquido foram as que apresentaram a menor deposição de filme líquido nas paredes do lavador. Ficou também evidente que a deposição é dependente da penetração do jato: baixas penetrações tendem a depositar na própria parede de injeção enquanto altas penetrações depositam na parede oposta. Existe, portanto um ponto de mínima deposição, de penetração intermediária do jato. A melhor condição de operação, isto é, a menor fração de filme depositada nas paredes, foi obtida para a maior velocidade do gás e para

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAPRAR.pdf: 1123678 bytes, checksum: 08006e46754054a6402b0499737e23ca (MD5) Previous issue date: 2005-04-04 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work had for objective to study the influence of the variables liquid flow, throat length, number of orifices and gas velocity in the throat in the collection efficiency of a Venturi scrubber. As particulate matter to be removed from the gas, a phosphate concentrate of density 2.9 g/cm3 was used, fed at a mass flow rate of 3.16 g/min. The experimental system used in this work consisted of a Venturi scrubber of rectangular geometry operating horizontally, with liquid injection through 1 to 5 orifices with 1 diameter mm each, distributed in the scrubber throat. For the experiments, two experimental planning were used, with three factors in three different levels. In the first planning was studied the influence of the variables liquid flow in the range from 300 to 900 cm3/min, throat length in the range from 6.5 to 18.5 cm and number of orifices in the range from 1 to 5 holes; the gas velocity in the throat was kept constant at value of 69.33 m/s. In the second planning was studied the influence of the variable gas velocity in the throat in the range from 58.66 to 69.33 m/s, with the liquid injected by a single orifice. It was verified that the overall collection efficiency of the Venturi scrubber varied within the range from 50 to 91%, for the studied conditions in the first planning. A tendency of increase of the efficiency was observed with the increase of the liquid flow and of the throat length. As for the number of orifices, a better performance of the scrubber was verified when only 1 orifice was used. It was verified that the overall collection efficiency of the Venturi scrubber varied within the range from 52 to 93%, for the studied conditions in the second planning. Was observed that the increase in the gas velocity in the throat resulted in an increase in the overall collection efficiency. The predictions of the classical equations for collection efficiency of Johnstone et al. (1954), Calvert et al. (1972) and Leith and Cooper (1980) were compared to the experimental values. It was observed that both for the experimental results and for the models that the global efficiency increases with the increase of the liquid flow. However, it was verified that the models of Johnstone et al. and Calvert et al. underestimated the values of global efficiency obtained experimentally while the model of Leith and Cooper overestimated them. Therefore, it became necessary to adjust a model to the experimental points. It was taken as departure point the model of Calvert et al., for being a classic model and because it is widely used industrially. An adjustment equation for the empiric factor f using the experimental data was then performed. As it was verified in previous tests that the variable throat length is relevant in the collection efficiency and the same does not appear in the equation proposed by Calvert et al., it was decided to adjust an equation of f in function as a function of LG as f= 3005 , 0 . 5161 , 0 G L . The validity of the adjustment was verified by the good agreement of the experimental values of efficiency observed experimentally with the predicted values by the modified Calvert model. / Este trabalho teve por objetivo estudar a influência das variáveis vazão de líquido, comprimento da garganta, número de orifícios e velocidade do gás na garganta na eficiência de coleta de um lavador Venturi. Como material particulado a ser removido de uma corrente gasosa utilizou-se um concentrado fosfático de densidade 2,9 g/cm3 na vazão mássica de 3,16 g/min . O sistema experimental utilizado neste trabalho consistiu de um lavador Venturi de geometria retangular operando horizontalmente e com injeção de líquido através de 1 a 5 orifícios de 1 mm de diâmetro distribuídos na garganta do mesmo. Para a realização dos experimentos utilizou-se dois planejamentos experimentais do tipo completo, com três fatores em três diferentes níveis. No primeiro planejamento foi estudada a influência das variáveis vazão de líquido na faixa de 300 a 900 cm3/min, comprimento da garganta na faixa de 6,5 a 18,5 cm e número de orifícios na faixa de 1 a 5 orifícios, mantendo-se constante a velocidade do gás na garganta com um valor de 69,33 m/s. No segundo planejamento foi estudada a influência da variável velocidade do gás na garganta na faixa de 58,66 a 69,33 m/s, utilizando-se apenas 1 orifício para injeção de líquido. Verificou-se que os percentuais de eficiência de coleta no lavador Venturi ficaram na faixa de 50 a 91% para o primeiro planejamento. Observou-se uma tendência de aumento da eficiência de remoção de partículas com o aumento da vazão de líquido e do comprimento da garganta. Quanto ao fator número de orifícios verificou-se um melhor desempenho do lavador quando utilizou-se apenas 1 orifício. Verificou-se que os percentuais de eficiência de coleta no lavador Venturi ficaram na faixa de 52 a 93% para o segundo planejamento. Observou-se que o aumento da velocidade do gás na garganta provocou um aumento na eficiência de coleta. Comparou-se as predições das clássicas equações de eficiência de Johnstone et al. (1954), Calvert et. al. (1972) e Leith e Cooper (1980) com os valores experimentais. Observou-se que para os resultados experimentais e para os modelos avaliados que a eficiência global é crescente com o aumento da vazão de líquido. No entanto, verificou-se que os modelos de Johnstone et al. e Calvert et al. subestimaram os valores de eficiência global obtidos experimentalmente enquanto o modelo de Leith e Cooper superestimou os mesmos. Com isso, tornou-se necessário ter um modelo para ajustar aos pontos experimentais. Tomou-se como base o modelo de Calvert et al. por ser um modelo clássico e ser amplamente utilizado na indústria. Propôs-se então uma equação de ajuste para o fator empírico f utilizando os dados experimentais. Como verificou-se em testes anteriores que a variável comprimento de garganta é relevante na eficiência de coleta e a mesma não aparece na equação proposta por Calvert et al., decidiuse ajustar uma equação de f em função de LG da forma f= 3005 , 0 . 5161 , 0 G L . Verificou-se a validade do ajuste pela boa concordância dos valores experimentais de eficiência observados experimentalmente com os valores estimados pelo modelo de Calvert modificado.