IMPIANTO DEPURAZIONE ARIA CONTENENTE POLVERI Depurazioe gas caldo contenente polveri con contemporaneo recupero di calore

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1 IMPIANTO DEPURAZIONE ARIA CONTENENTE POLVERI Depurazioe gas caldo contenente polveri con contemporaneo recupero di calore Premessa La seguente relazione ha lo scopo di illustrare il metodo da usare per definire lo schema di Processo (PFD) e il relativo quantificato, indispensabili per procedere alla progettazione di un impianto. L impianto preso in considerazione è un unità di purificazione di aria calda, proveniente da un essiccamento fanghi da depuratore, quindi contenente inquinanti vari e polveri. Dal fatto che l impianto viene alimentato con aria calda e che la depurazione avviene a temperature più basse, consegue che necessariamente deve essere prelevato del calore, il quale può essere utilizzato come fonte di energia per altri impianti. Questo vuol dire che siamo in presenza di un recupero di calore da un sistema di depurazione effluenti, quello che si dice in lingua inglese un waste heat recovery. La funzione dell impianto è anche quella di recuperare il calore contenuto in effluenti di spurgo per destinarlo a usi di qualità. Nei paragrafi seguenti si trova la descrizione delle sue funzioni e delle scelte effettuate per la sua definizione. L impianto descritto riguarda soprattutto la depurazione dell aria dalle polveri, prevedendo che gli altri inquinanti possano essere eliminati da una filtrazione biologica posta a valle, la quale richiede una temperatura inferiore ai 40 C. Evidentemente qualora fosse richiesta la depurazione per ridurre la concentrazione di inquinanti gassosi solubili in acqua, la configurazione impiantistica presentata rimane comunque valida. 1-Funzioni dell impianto e dati di progetto L impianto ha la funzione duplice di abbattere le polveri contenute nell aria e di recuperare calore dall aria stessa. L aria calda proviene da un essiccatore di fanghi scaricati da depuratori di rifiuti urbani e industriali. Sarebbe necessario avere una granulometria delle polveri e conoscerne le proprietà chimico-fisiche, ma in mancanza di questi dati supporremo di avere a che fare con una polvere difficile da abbattere in colonne di lavaggio e da separare per decantazione. I dati progetto sono i seguenti: Aria alimentata: Portata totale: 4942 Kg/h Composizione: Aria secca 2500 Kg/h, vapor d acqua 2442 Kg/h, polveri 1 Kg/h. Temperatura: 90 C Pressione: si presuppone che a monte dell impianto sia presente un ventilatore che fornisca la pressione sufficiente per far circolare l aria nell impianto. Si precisa che l aria in arrivo all impianto non è satura, dato che il contenuto di vapor d acqua dovrebbe essere circa 3900 Kg/h per saturarla a 90 C. Aria trattata in uscita: deve avere una temperatura di 35 C per essere inviata in una unità di filtrazione biologica; sarà satura di vapor d acqua e priva di polveri. Acqua di raffreddamento E disponibile acqua industriale trattata a 15 C utilizzabile sia per il raffreddamento, sia per il reintegro come acqua di processo. Da ciò consegue che, essendo usata come refrigerante, è di grande interesse 1

2 restituirla ai limiti di batteria alla temperatura più alta possibile, in modo da costituire una fonte di calore per altri impianti. Pertanto questo impianto può essere anche visto come un recuperatore di calore da un waste system. La portata di acqua di raffreddamento al refrigerante E-2 viene fissato a 4000 kg/h. infatti si è considerato che tale valore consente di limitare lo scarico di acqua fangosa all esterno e permettere un buon recupero di calore. Temperatura del fluido circolante in ingresso colonna Poiché è fissata la temperatura dell aria trattata a 35 C, si può stabilire la temperatura del fluido circolante in ingresso alla testa della colonna C-2. Essa sarà di 30 C. Portata d acqua al Venturi Scrubber V-1 Viene fissata una portata d acqua pari a Kg/h. Ovviamente in fase di progetto definitivo bisognerà fissare questa portata in base all esigenze del fornitore dello Scrubber Venturi. 2.Il processo e la configurazione dell impianto Si descrive il processo in dettaglio, riferendosi allo Scema di Processo allegato. Per quanto detto nel paragrafo precedente sulla polvere non è pensabile per il suo abbattimento ricorrere a una semplice filtrazione, che non sarebbe sufficientemente selettiva e in più i filtri avrebbero seri problemi di sporcamento e neppure si può pensare a un lavaggio con acqua in colonne a piatti o a riempimento. Pertanto si è pensato di introdurre l aria umida calda contenente le polveri, corrente 1, in un Venturi Scrubber V-1, nel quale viene iniettato con la pompa P-1 un adeguato quantitativo d acqua (corrente 2) contenente anch esso polveri (ma in quantità minore rispetto alla corrente 4 perché riciclato dalla vasca S-2). Tale flusso d acqua si miscela nel Venturi scrubber con l aria alimentata e trattiene la quasi totalità delle polveri presenti in essa. L effluente dallo scrubber (corrente 3) si divide in due parti: Una parte gassosa (corrente 5) contenente l aria satura con particelle liquide e particelle solide in quantitativo molto inferiore a quello contenuto nell aria in entrata all impianto. L altra parte liquida fluisce nella vasca S-1, per formare con la corrente 6, che proviene dalla colonna C-1, la corrente 4. Questa parte liquida è acqua contenente praticamente tutte le polveri nell aria d ingresso. L acqua fangosa della corrente 4 viene inviata in una vasca S-4 munita di un fascio tubiero E-2, nel quale viene introdotta acqua fredda a 15 C (corrente 13), che poi esce riscaldata (corrente 14) e viene unita alla corrente fredda 10. Le due correnti insieme sono poi inviate alla colonna C-1 (vedere corrente 12). Dal punto di vista costruttivo la vasca S-4 potrebbe essere integrata con la vasca S-1, in modo da costituire una sorta di mammella nella quale viene raccolta l acqua fangosa; il serpentino E-2 che porta l acqua fredda potrebbe attraversare quindi la stessa vasca S-4. Parte dell acqua presente in S-1 passa alla vasca S-2 attraverso una camera di contatto con la corrente 6 e uno stramazzo (tali passaggi facilitano la diminuzione del fango in questa acqua) da qui è ripresa dalla pompa P-1 che la ricicla allo Scrubber Venturi. La funzione quindi della vasca S-2 è quella di ricevere dalla vasca S-1 un flusso d acqua che contiene meno fanghi rispetto a quelli presenti nella vasca S-1. Il livello nella vasca S-2 è tenuto da un controllore che agisce su una valvola di controllo installata sulla linea di scarico dei fanghi (corrente 4). 2

3 Le polveri residue eventualmente non trattenute nel Venturi presenti nella corrente 5 vengono abbattute nella colonna C-1 a lame liquide stramazzanti. Dal fondo esce la corrente di acqua 6 che ricade nella vasca S-1 mediante l installazione di uno speciale downcomer, le cui funzioni si vedono bene nello Schema di Impianto. L aria della corrente 5 passa attraverso i piatti a lame liquide stramazzanti della colonna C-1, che consentono un ulteriore abbattimento delle polveri, mediante l acqua (corrente 12), costituita in parte dall acqua riscaldata proveniente dal refrigerante E-2 e in parte dalla circolazione fredda uscente dal refrigerante E-1 (corrente 10). Nella colonna C-1 l aria si raffredda sensibilmente, ma non come avverrebbe in un piatto teorico nel quale la corrente 7 sarebbe in equilibrio con la corrente 6, comunque viene liberata praticamente da quasi tutte le polveri trascinate. Salendo ancora l aria (corrente 7) passa alla colonna C-2 a riempimento da cui esce dal fondo la corrente 8, che è acqua praticamente priva di polveri, pertanto utilizzabile nel circuito di raffreddamento attraverso lo scambiatore a piastre E-1. La corrente 8 viene raccolta nella vasca S-3, separata dalle altre due vasche, perché è l accumulatore dell acqua pulita. Nella colonna C-2 l aria scambia calore con la corrente d acqua 11 in uscita dallo scambiatore E-1. La pompa P-2 raccoglie l acqua dalla vasca S-3 (corrente 9), la invia al refrigerante E-1 dove si raffredda ad opera dell acqua refrigerante a 15 C. La corrente 11 quindi entra in testa alla colonna C-2. Infine l aria esce dalla colonna C-2 satura a 35 C, depurata dalle polveri (corrente15). Si può prevede una filtrazione di guardia a monte dello scambiatore E-1 per impedire lo sporcamento della superficie dell apparecchio. Un controllore mantiene il livello nella vasca S-3 agendo sulla valvola di controllo posta sulla corrente 10. Il controllo della temperatura della corrente 15, cioè dell aria trattata, viene effettuato in cascata mediante il TIC-1 che regola il numero di giri della pompa P-2 mediante un inverter. Anche la temperatura dell acqua di processo in uscita da E-1 (corrente 17) viene controllata mediante il TIC-2, che agisce sulla valvola di controllo posta sulla linea di arrivo dell acqua di processo. 3. Bilanci Materiali e Termici 3.1- Bilancio materiale globale (overall mass balance) Per effettuare il bilancio materiale globale dell unità occorre partire da dati di base, cioè la portata dell aria alimentata 4943 kg/h, e la portata dell aria depurata e satura, il cui calcolo è di seguito riportato. La portata dell acqua di raffreddamento allo scambiatore E-2 è fissata a 4000 Kg/h. Per calcolare la portata dell aria in uscita all impianto bisogna partire dalla sua temperatura e considerare che essa è satura di vapor d acqua. In particolare la portata e il contenuto di vapor d acqua della corrente 15 si calcolano nel seguente modo: Tensione vapore Acqua a 35 C = 0,0573 Kg/cm 2 Pressione in testa colonna = 1 Atm = 1,033 Kg/cm 2 Frazione molare vapor d acqua = 0,0573/1,033 = 0,0554 Moli totali Aria + vapor d acqua = (2500/28,9)/(1-0,0554) = 91,58 Moli vapor d acqua = 91,58*0,0554 = 5,073 Kmoli/h Kg vapor d acqua in uscita = 5,073*18 = 91,32 Kg/h Perciò la portata totale della corrente 15 è: ,32 = 2591,32 Kg/h Passiamo a effettuare il bilancio materiale globale, elencando le varie voci nella tabella 1 seguente. 3

4 TAB-1 Posizione correnti ingresso uscita Nr correnti Denominazione Alimentazione aria Acqua reintegro Scarico fanghi Aria in uscita Componenti kg/h kg/h kg/h kg/h Aria 2500, ,00 Vapor d acqua 2442,00 91,32 Acqua 0, , ,68 0,00 Fanghi 1,00 1,00 0,00 Totale 4943, , , ,32 Da notare che nella tabella precedente le portate ponderali delle correnti sono note, mentre la portata della corrente 18 è stata ricavata dal bilancio materiale globale. La portata dei fanghi, o meglio dell acqua fangosa, viene calcolata con la somma algebrica delle portate delle correnti = = ,32 = 6351,68 Kg/h 3.2- Bilancio termico globale (overall heat balance) Questo bilancio viene eseguito trascurando le dispersioni termiche degli apparecchi, che sono coibentati. Si è assunto di utilizzare il calore recuperabile ricircolando dalla colonna l acqua calda ad uno scambiatore esterno E-1, vedere Schema di Processo, e si prevede di inviare l acqua fredda a 15 C nel refrigeratore dei fanghi E-2 e nello scambiatore E-1. Occorre procedere al calcolo delle entalpie delle correnti 1,13 e 15, prendendo come riferimento l aria e l acqua a 0 C Entalpia della aria in ingresso a 90 C (corrente 1). Entalpia aria = 2500*0,25*90 = kcal/h (0,25 è il Calore specifico a pressione costante dell aria) Entalpia specifica del vapor d acqua = 597,5+0,45*90 = 638 kcal/kg, essendo 597,5 il calore di vaporizzazione a 0 C dell acqua e 0,45 è il Calore specifico del vapore d acqua. Entalpia del vapore in ingresso = 638*2442 = kcal/h Entalpia totale dell aria in ingresso = = kcal/h Entalpia dell aria in uscita a 35 C (corrente 15). Entalpia aria = 2500*0,25*35 = kcal/h Entalpia specifica vapor d acqua = 597,5+0,45*35 = 613,25 kcal/kg Entalpia del vapore in uscita = 613,25*91,32 = kcal/h Entalpia totale dell aria in ingresso = kcal/h Entalpia dell acqua fredda in ingresso = 4000*15 = kcal/h La temperatura dei fanghi in uscita (corrente 18) viene fissata a 40 C, perciò è: Entalpia dei fanghi in uscita = 6351,68*40 = kcal/h. Possiamo quindi compilare la seguente tabella del bilancio termico globale. 4

5 TAB-2 Correnti E-1 Denominazione Aria ingresso Acqua reintegro Fanghi uscita Aria in uscita Refrigerante Portata kg/h 4943, , ,32 Temperatura 90 C 15 C 40 C 35 C Entalpia kcal/h Totale Enalpia kcal/h (ingr./usc.) Per completare la tabella occorre determinare la duty del refrigerante E-1, la si ricava dal bilancio entalpico, ricavabile dalla tabella stessa. La duty di E-1 è determinata sottraendo alla somma delle entalpie delle correnti in ingresso 1 e 13 le entalpie delle correnti in uscita 15 e 18, cioè: = kcal/h. Da notare che la duty del refrigerante E-2 non può essere considerata entalpia in uscita dall impianto, in quanto l acqua riscaldata rientra in colonna con la corrente 14. Occorre giustificare l assunzione di 40 C per la temperatura di uscita dei fanghi. Dato l elevato valore dell entalpia dell aria in entrata all impianto, la temperatura dell acqua fangosa che esce dallo scrubber si aggira attorno a 86 C e non varia sensibilmente al variare della temperatura dell acqua di riciclo dalla vasca S-2. Necessariamente quindi la temperatura della S-2 è inferiore a 86 C, perché riceve l acqua più fredda dalla colonna C-1; questa temperatura è un altro parametro che dev essere scelto per procedere alla definizione di tutto il bilancio. Dopo vari tentativi nei quali si è posto che la temperatura di uscita dell acqua di raffreddamento deve avere un valore inferiore di circa 4 C rispetto alla temperatura della vasca per ovvie ragioni di scambio termico si è trovato che un valore idoneo è 76,2 C, cui corrisponde una duty dell E-2 pari a Kcal/hr e quindi una temperatura dei fanghi pari a 40 C. Avendo fissato per il refrigerante E-2 una duty di kcal/h, la T dell acqua riscaldata (corrente 14) è /4000= 72,5 C, valore che permette un adeguato T sul lato caldo dello scambiatore E Bilancio materiale e termico dello Scrubber Venturi V-1 Per definire questo bilancio occorre fissare la portata di acqua da inviare allo Scrubber, come riciclo dalla vasca S-2. Questa portata viene normalmente assunta dal fornitore dell apparecchiatura. Assumiamo per il calcolo una portata della corrente 2 di 12 m 3 /h; la temperatura è 76,2, come fissato al paragrafo precedente. Nella vasca S-1 entra non solo l acqua effluente dal Venturi, ma anche l acqua proveniente dalla colonna, corrente 6. Possiamo ora procedere al bilancio del Venturi nel modo seguente: Tenendo presente che la temperatura della vasca è 76,2 C come da paragrafo precedente. Entalpia in Entrata al Venturi = entalpia dell aria + entalpia dell acqua di riciclo = *76,2 = kcal/h Entalpia in uscita Venturi Dipende dalla temperatura del flusso in uscita, che non è nota. Il bilancio può essere effettuato per tentativi, introducendo diversi valori della temperatura fino a trovare quello che consente l uguaglianza delle entalpie in ingresso e uscita dal Venturi. Temperatura di primo tentativo in uscita venturi = 85 C Tensione vapore Acqua a 85 C = 0,5894 Kg/cm 2 ass. Frazione molare vapor d acqua = 0,5894/1,033 = 0,5706 5

6 Moli totali Aria + vapor d acqua = (2500/28,9)/(1-0,5706) = 201,45 Kmoli/h Moli vapor d acqua = 201,45*0,5706 = 114,94 Kmoli/h Kg/h vapor d acqua in uscita = 114,94*18 = 2068,92 Kg/h Acqua in uscita dal Venturi = ( ,92) = 12373,08 Kg/h Entalpia uscita Venturi = 12373,08* *0,25* ,92*(597,5+0,45*85) = Kcal/h La differenza tra entalpia in ingresso e quella in uscita è = kcal/h, cui corrisponde uno scostamento del 4,29 % non accettabile. Occorre allora continuare i tentativi, fissando temperature diverse. Si trova infine che una temperatura di 85,87 C dà un risultato soddisfacente, infatti: la tensione di vapore è 0,6095 e la frazione molare è 0,590. Quindi le kmoli/h totali sono: (2500/28,9)/(1-0,59) =211,00 kmoli/h. Le kmoli/h del vapor d acqua sono: 211*0,590 =124,50 cioè 2240,82 kg/h. I kg/h di acqua uscenti sono ,82 =12201,18 kg/h L entalpia d uscita del flusso dal Venturi V-1 è: 2500*0,25*85, ,18*85, ,82*(597,5+0,45*85,87) = kcal/h. Lo scostamento è 1783 kcal/h, cioè lo 0,07%, quindi la temperatura di 85,87 C in uscita dal Venturi può essere accettata Bilanci dell insieme vasche S-1+S-2+Venturi l bilancio materiale delle vasche S-1+S-2+Venturi relativo al contenuto acqua e di vapor d acqua è dato dalla uguaglianza delle portate delle correnti: 1+6 = 5+4, cioè la portata della corrente 6 deve essere = 5+4-1= 2240, , = 6149,5 Kg/h Per trovare la T della corrente 6 occorre effettuare il bilancio termico delle vasche e del Venturi = H6 = H5+H4-H1. Entalpia H5= 2500*0,25*85, ,82*(597,5+0,45*85,87) = kcal/h Entalpia H4 = 6351,68*76,2= kcal/h Entalpia H1 = kcal/h Quindi H6 = = kcal/h quindi la sua T deve essere = /6149,5 = 56,73 C. La seguente tabella 3 riassume i dati di bilancio TAB-3 Componenti Correnti in ingresso Correnti in uscita correnti Alimentazione aria al Acqua da colonna Acqua fangosa Denominazione C-1 Venturi V-1 aria a colonna C-1 Unità di misura Kg/h Kg/h Kg/h Kg/h Aria Vapor d acqua ,82 Acqua ,5 6350,68 Fanghi 1 1 Totale 4943, ,5 6351, ,82 Temperatura C 90 56,73 76,2 85,87 Entalpia kcal/h

7 3.5-Bilanci della colonna C-1 (a lame stramazzanti) Dai bilanci su esposti deriva che nei piatti a lame stramazzanti della colonna C-1 non può avvenire un apprezzabile scambio termico, quindi nemmeno una condensazione, ciò dipende dal fatto che l apporto di acqua della corrente 12 è limitato, perché la portata della corrente 6 è a sua volta ridotta per non accrescere la portata dell acqua fangosa in uscita (corrente 4). Anche la temperatura della 12 non può essere diminuita più di tanto perché deriva per la maggior parte dalla corrente calda 14. Pertanto si assume con sufficiente approssimazione che nella prima colonna non si abbia alcun scambio termico, quindi neppure scambio di materia tra la corrente di vapore ascendente e la corrente d acqua discendente. Perciò la corrente d acqua 12, che entra nella colonna C-1, dovrà avere una portata di 6149,5 kg/h e una T= 56,73 C. Tale corrente potrà essere costituita dall acqua proveniente dal refrigerante E-2 (corrente 14), che ha una T =72,5 C e da una corrente fredda a 30 C, la 10. La corrente 7 sarà eguale in tutto alla 5. Vale il bilancio materiale: W10+W14 = 6149,5 kg/h, per cui essendo W14= 4000 kg/h, W10 è 2149,5 Kg/h. La T della 12 è data da (4000*72,5+2149,5*30)/6149,5 = 57,6 C. Secondo i bilanci precedenti dovrebbe essere 56,73 C; data l approssimazione dei calcoli il divario tra i due valori può essere accettato. Pertanto la portata della corrente 12 risulta = 6149,5 e la sua temperatura 57,6 C. 3.6-Bilanci della colonna C-2 (a rempimento) Per calcolare la portata della corrente 9 e della 8 occorre fissarne la temperatura. Tenendo conto che la corrente 7 ha una temperatura di 85,87 C, possiamo fissare la T della 8 (e della 9) a 81 C. L acqua in circolazione in uscita dall E-1 ha una temperatura di 30 C. Perciò, essendo la duty di E-1= kcal/h, la corrente 9 dovrà avere una portata di /(81-30) = = kg/h. Nella colonna C-2 entra la corrente 11 a 30 C, che ha una portata = ,5 =24170,5 kg/h. Il bilancio materiale della colonna sarà dato da: W7+W11= W15+W8 W7 è uguale a W5 = 4740,82 kg/h W7+W11 = = kg/h W8 = W15 = = kg/h Il bilancio termico è dato da: H7+H11 = H15+ H8 H7 = H5 = kcal/h, per cui è H7+H11 = *30 = kcal/h H8 = H15 = = Kg/h e T8 = /26320 = 80,79 C T8 dovrebbe essere 81 C, come prima fissato, ma risulta 80,79. Lo scarto è minimo, pertanto il bilancio della colonna C-2 e il bilancio globale sono accettabili. La temperatura dell acqua di raffreddamento può essere fissata a 77 C, visto che l acqua di circolazione dalla colonna C-2 è 81 C. Pertanto la portata dell acqua di raffreddamento è /(77-15) = kg/h. 4-Considerazioni sul tipo d impianto proposto-discussione L effettuazione dei bilanci fornisce le grandezze necessarie per permettere il dimensionamento di tutti gli apparecchi. Evidentemente lo schema proposto può subire delle varianti con lo scopo di migliorare le prestazioni e l operabilità dell impianto. Al riguardo si possono prendere in considerazione tre varianti importanti: 7

8 - Operare senza acqua di reintegro (la cui funzione è spiegata bene al paragrafo successivo 4.1) è possibile perché l impianto produce acqua, cioè il condensato che si forma nel processo. Non introducendo il reintegro e quindi raffreddando con l acqua refrigerante lo scambiatore E-2, che poi una volta riscaldata può confluire nella corrente 17 per il recupero di calore, la portata dell acqua fangosa (corrente 4) sarebbe molto ridotta e il recupero di calore aumentato. - Se l impianto fosse abbinato ad una unità di processo alla quale bisogna fornire calore con un salto termico inferiore a 77-15= 62 C, come rappresentato nel PFD, è possibile far circolare acqua in un circuito chiuso, in modo per esempio di innalzare la temperatura di ingresso a E-1 per adeguarla ai livelli termici dell unità alla quale bisogna fornire calore. Ovviamente se questa temperatura di ingresso dovesse essere molto vicina ai 30 C, occorrerebbe aumentarla e di conseguenza portare la T dell aria trattata a valori superiori a 35 C. - Occorre tener presente che la temperatura di uscita dell acqua dallo scambiatore E-1 risulta 77 C in quanto si è imposto un certo margine sui T nel dimensionamento dello scambiatore E-1 e della colonna C-2. Qualora tale margine fosse ridotto la T dell acqua refrigerante in uscita E-1 potrebbe essere maggiore di 2 o 3 gradi rispetto ai 77 C trovati. - Inoltre è evidente che, se si volesse aumentare ancora il recupero di calore, bisognerebbe diminuire la temperatura dell aria trattata, cosa possibile con l acqua refrigerante a 15 C. Ovviamente tale impostazione causerebbe un aumento delle dimensioni della colonna C-2 e dello scambiatore E-1 e di conseguenza dei costi di investimento a fronte di un incremento del recupero tra l 1 e il 2%. Occorre stabilire se vale la pena di maggiorare di così poco il recupero. Il processista ha l obbligo di vagliare e confrontare queste varianti con la soluzione scelta. 4.1 Necessità dell introduzione dell acqua di reintegro (Linea 13). L impianto stesso produce acqua derivante dalla condensazione del vapor d acqua contenuto nell aria alimentata, ma se si giudica necessaria una ridondanza della portata d acqua nell abbattimento delle polveri nei piatti a lame stramazzanti della colonna C-1, bisogna introdurre acqua fredda di reintegro. Bisogna tuttavia tener presente che l acqua fredda serve anche a raffreddare l acqua fangosa nello scambiatore E-2. Da considerare però che l introduzione di questa acqua aumenta la portata dell acqua fangosa in uscita, quindi bisogna moderarne la quantità. 4.2-Funzionamento del Venturi-Scrubber. Questo apparecchio viene introdotto perché dà più garanzie nell abbattimento di polveri sottili o peciose rispetto a una colonna di lavaggio con acqua. La portata del riciclo di acqua dalla vasca S-2 allo scrubber può essere variato a piacimento, in quanto le temperature e le portate delle correnti effluenti dalla parte d impianto, che comprende la prima sezione della colonna, lo scrubber e le vasche S-1 e S-2, risentono solo lievemente dell entità del riciclo. La quantità di acqua riciclata nello scrubber venturi cambia solo lievemente la temperatura dei fanghi scaricati dall impianto e la temperatura in ingresso allo scambiatore E-1, ma influenza unicamente alcune delle temperature nelle sezioni dell impianto 4.3-Flessibilità dell impianto. Occorre verificare anche la flessibilità dell impianto in base alla variabilità della portata e della composizione dell alimentazione. In generale nelle basi di progetto vi è una portata massima e una minima che bisogna garantire. Di solito la prima rientra nei calcoli per determinare le condizioni operative per il dimensionamento degli apparecchi. L impianto però deve lavorare anche con una portata minima ricavabile dal cosiddetto turndown ratio, cioè il rapporto tra la massima e la minima portata. 8

9 Nel caso specifico di questo impianto dovrà essere verificata la flessibilità del Venturi Scrubber, anche variando l entità del riciclo. Il fornitore dell apparecchio dovrà garantire la sua flessibilità, cioè la sua efficienza alla massima e minima portata. Un discorso del tutto analogo può essere fatto per il contenuto di polveri: lo scrubber dovrà garantirne l abbattimento. Per quanto riguarda il contenuto di vapor d acqua nell aria alimentata è chiaro che un suo aumento potrebbe cambiare il bilancio termico, con la conseguenza di mettere in crisi gli apparecchi che scambiano calore; al contrario una sua diminuzione non potrebbe in alcun modo comprometterne il funzionamento. 5 - Descrizione del controllo strumentale La strumentazione deve essere realizzata tenendo presente che tra i dati di progetto è necessario mantenere costante a 77 C la temperatura dell Acqua refrigerante in uscita (corrente 17) dallo scambiatore E-1; inoltre dev essere garantita la temperatura dell aria in uscita (corrente 15) a 35 C. Bisogna tener presente che la strumentazione dovrà essere finalizzata al controllo della temperatura delle correnti 15 e 17. Il controllore di livello nel serbatoio S-2 (LIC/1) comanda lo scarico dell acqua + fanghi uscenti dalla vasca S-1 (corrente 4). Il controllore di livello (LIC/2) nella vasca S-3 agisce sulla valvola della corrente 10, che confluisce nella corrente 14 dei fanghi, per formare la corrente 11 che alimenta la testa della colonna C-2. L acqua fredda di reintegro (corrente 13) è regolata in portata dal FIC-2. La portata della corrente 9 è regolata dal TIC-1, posto sulla linea 15 dell aria trattata, il quale mediante un inverter agisce sul numero di giri della pompa P-2. La temperatura del flusso del mezzo refrigerante (corr.17) proveniente dallo scambiatore E-1 è controllata dal TIC-2, il quale agisce sulla valvola di controllo posta sulla linea 16, che è l ingresso allo scambiatore E-1. Nel caso tale temperatura fosse superiore o inferiore a 77 C, il TIC-2 provvederà a strozzare o ad aprire la valvola di controllo. Sulla corrente 14 proveniente dallo scambiatore E-2 confluisce la corrente 10 per regolare il livello della vasca S-3; la sua portata è in linea col bilancio materiale, cioè è uguale a tutto il vapore condensato meno quello che condensa nello scrubber venturi. Sono state previste le ulteriori indicazioni dei parametri di processo per facilitare la conduzione dell impianto: - L indicazione di temperatura TI-1 sulla linea 1 dell aria in alimentazione. - Indicazione della pressione PI-1 sulla stessa linea 1. - Indicazione della portata FI-1 sulla stessa linea 1. - Un analizzatore AI-1 che trasmette l analisi dell aria al PLC (process local computer) di cui in seguito parleremo. - L indicatore TI-2 che indica la T della corrente 4 e quindi della vasca S-1 - L indicatore TI-3 che indica la T dell acqua di reintegro a E-2 - L indicatore TI-4 che indica la T dell acqua fangosa corrente L indicatore TI-5 che indica la T dell acqua di reintegro in uscita E-2 - L indicatore TI-6 che indica la T delle correnti 10 e L indicatore TI-7, che indica la T della corrente 12 - L indicatore TI-8 che indica la T della corrente 8 proveniente dalla colonna C-2 - L indicatore TI-9 che indica la T sulla corrente L indicatore di portata FI-2 sull aria trattata corrente 15 - L indicatore di portata FI-3 sull acqua al Venturi corrente 2 9

10 - L indicatore di portata FI-4 sulla corrente 11 in ingresso C-2 - L indicatore di portata FI-5 sulla corrente 17 in uscita E-1 - L indicatore di pressione PI-2 sulla corrente L indicatore allarmato del P attraverso il filtro a monte dell E Il DCS con PLC. Considerando che l aria alimentata può avere tante variazioni sui parametri di processo, ad esempio portata, contenuto vapor d acqua e temperatura, che influenzano il bilancio materiale e termico dell impianto, è necessario dotare il DCS con un computer locale il cosiddetto PLC, che consente di eseguire in tempo reale i bilanci dell impianto, in modo d avere subito i set da dare agli strumenti di controllo. Il processore riceve come dati di input la temperatura, portata e composizione dell aria d ingresso, la portata e la temperatura del mezzo refrigerante in arrivo all E-1 indicati rispettivamente da FI-5 e da TI-11 sulla corrente 16, la temperatura dell acqua di reintegro corrente 13, la temperatura della corrente 9, che deve essere comunque superiore di 5 C a quella voluta della corrente 17, la temperatura dell acqua fangosa corrente 18. In base ai dati di input su riportati il processore interviene sui controllori inviando dei set per ottenere la temperatura della corrente 17 di 70 C, la temperatura dell acqua fangosa raffreddata corrente 18, inoltre la temperatura dell aria trattata in uscita a 60 C. Il processore contiene un software in grado di elaborare in tempo reale i bilanci dell impianto e stabilire duty di E-1, portata della corrente 9, temperatura corrente 11 variando i set dei controllori TIC-6 e FIC-2. 7) Tabella riassuntiva del Bilancio globale Numero corrente Titolo Alimentazione. aria Acqua al Venturi Uscita Venturi Acqua fangosa da Venturi Aria alla colonna C-1 Componenti kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h Aria 2500, ,00 Acqua 12000, , ,68 Vapor d acqua 2442, , ,82 Polveri o fanghi 1,00 1,80 (1) 1,8 1,00 Totale 4943, , ,8 6351, ,82 Temperatura C 90 76,20 85,87 76,20 85,87 Entalpia in kcal/h (1) - Portata dedotta dal fatto che la corrente 4 in uscita ha una % di fanghi pari a circa 0,015% Numero corrente Titolo Acqua dalla Aria alla Acqua dalla Acqua in Sfioro a valle colonna C-1 colonna C-2 colonna C-2 circolazione E-1 Componenti kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h Aria 2500 Acqua 6149, ,5 Vapor d acqua 2240,82 Polveri o fanghi Totale 6149, , ,5 Temperatura C 56,73 85,87 81,00 81,00 30 Entalpia in kcal/h

11 Numero corrente Titolo Acqua a Acqua a lame Acqua di Acqua refrig. Aria in uscita colonna C-2 stramazzanti reintegro da E-2 C-2 Componenti kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h Aria Acqua 24170,5 6149, Vapor d acqua 91,32 Polveri o fanghi Totale 24170,5 6149, ,32 Temperatura C 30 57, ,5 35 Entalpia in kcal/h Numero corrente Titolo Acqua refrig. a Acqua refrig. da Scarico fanghi E-1 E-1 Componenti kg/h kg/h kg/h Aria Acqua ,68 Vapor d acqua Polveri o fanghi 1,00 Totale 6351,68 Temperatura C Entalpia in kcal/h

12 Schema di Processo Nota Bene: Il fluido freddo (corrente 16) a 15 è stato assunto essere acqua ma può essere qualsiasi altro tipo di fluido. 8) - Osservazioni La temperatura dell aria trattata (corrente 15) in uscita è stata assunta pari a 35 C nell ipotesi che che in essa siano presenti dei composti organici volatili da trattare in un successivo filtro Biologico per essere eliminati ed evitare un inquinamento. Nel caso di poterla scaricare direttamente all aria la sua temperatura può essere ridotta anche a 20 C se si dispone di un fluido freddo a 15 C come assunto. In questo caso nello scambiatore E-1 si potrà avere un maggiore recupero di calore ed una maggiore temperatura del fluido riscaldato (corrente 17) in uscita dall impianto. Questa tecnologia di recupero calore e di purificazione mediante filtrazione Biologica dell aria in uscita dall Impianto trattare è stata sviluppata dalla società Air Clean che possiede il Know necessario acquisito in numerosi impianti funzionanti. 12