Навігація
Головна
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Мокра пилеочистка

Процес мокрого пиловловлення заснований на контакті запиленого газового потоку з рідиною, яка захоплює зважені частинки. Існують наступні варіанти процесу мокрою пилеочісткі:

уловлювання краплями рідини, двигающимися через газ;

уловлювання циліндрами (зазвичай твердими, типу проюлок);

уловлювання плівками рідини (зазвичай поточними по твердих поверхнях);

уловлювання в міхурах газу (зазвичай піднімаються в рідині);

уловлювання при ударі газових струменів про рідкі або тверді поверхні.

Рис. 6.11. Рівновага частинки пилу на поверхні плівки рідини

Дія різних сил на частку пилу, підведену до поверхні рідини, показано на рис. 6.11. Підсумуємо дію всіх вертикальних складають цих сил:

При кожному варіанті мокрою пилеочісткі частинки відділяються від газу завдяки одному або декільком механізмам уловлювання: гравітаційної седиментації, відцентровому осадженню, інерції і торкання, броунівський дифузії, термофорез, діффузіофорезу, електростатичного осадження. Швидкість осадження може бути збільшена завдяки укрупненню часток унаслідок агломерації та конденсаційного росту.

Осадження пилових частинок на плівку рідини. Змочування поверхонь, призначених для осадження частинок, є засобом підвищення ефективності фільтрів і пиловловлювачів.

(6.50)

де F u - зовнішня сила, Н; l - довжина периметра змочування, м; α - рівноважний кут, град; S ч - площа частинки на рівні трифазної кордону, м 2; h - різниця висот рівня рідини і периметра змочування, м; m ч - маса частинки, кг; m ж - маса витісненої частинкою рідини, кг. З іншого боку, α = θ - β (θ і β - відповідно кут змочування і форми, град).

Величина h в рівнянні (6.50) є функцією кута а, яка визначається формою поверхні рідини. У міру зменшення розмірів погружаемого тіла ця форма наближається до циліндричної і для невеликих за величиною частинок пилу можна скористатися формулою

(6.51)

де r - радіус циліндра, м.

Згідно рівнянням (6.50) і (6.51), кут "зменшується зі зменшенням зовнішньої сили Fu і маси частинки. Для частинок, розміри яких за всіма трьома напраатеніям не перевищують 100 мкм, при = 0 кут α практично дорівнює 0 і відповідно θ - β = 0.

Здатність пилу смачиваться робить істотний вплив на ефективність її уловлювання. Деякі речовини гідрофобні через особливості молекулярної структури їх поверхні. Іноді гидрофобностью володіє пил гідрофільних матеріалів внаслідок утворення на поверхнях її частинок електричного заряду одного знака із зарядом на поверхні води або адсорбції на поверхнях її частинок міцного шару молекул повітря, що перешкоджають їх змочуванню.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Відомо, що змочуваність твердих тіл зменшується із збільшенням їх дисперсності - навіть такий гранично гідрофільний мінерал, як кварц, після роздроблення стає важко змочуваним. Можна вважати, що частинки розміром менше 10 мкм і особливо менше 5 мкм ставляться до несмачіваемих незалежно від їх складу.

Для вловлювання гідрофобних частинок необхідно, щоб їх кінетична енергія перевищувала роботу занурення частинки у воду, тобто роботу подолання сил поверхневого натягу. Ця умова здійснюється тільки при великих швидкостях зіткнення. Підвищення ефективності пиловловлювання в цьому випадку досягається зменшенням поверхневого натягу води шляхом введення "змочувачів", підігріву і т.п.

Добре змочувані частинки, у яких кут θ дуже малий, плавають цілком занурені в рідину. Несмачіваемих частинки (θ> 90 °) знаходяться в газовому середовищі. Зі збільшенням зовнішньої сили рівноважний кут а зростає до деякого максимального значення, після чого частка тоне в рідині. Змочують частинка тоне при α = θ max. Для частинок кубічної форми розміром менше 100 мкм сила, необхідна для занурення смачиваемой частинки в рідину, може бути визначена за формулою

(6.52)

де α - сторона куба, м.

Частинка, не змочується рідиною, тоне в ній, коли α = 90 °, a F max = 4аσ. При зануренні частинки в рідину необхідно здійснити роботу занурення А (Дж):

(6.53)

де H - шлях, прохідний частинкою при її зануренні в рідину, м.

Для змочуваних частинок невеликого розміру

(6.54)

а для несмачіваемих

де

(6.55)

Прирівнюючи роботу занурення кульовий частинки з еквівалентним діаметром d е її кінетичної енергії (де w ч.п - швидкість занурення, м / с), можна визначити мінімальну нормальну швидкість, з якою повинна вдаритися частинка об поверхню рідини, щоб потонути в ній:

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

(6.56)

Розрахунком встановлено, що при товщині плівки рідини, більшою поперечного розміру частинки, робота відриву частинки значно перевершує роботу, необхідну для її занурення в шар рідини. Тому для запобігання вторинного віднесення частинок пилу газовим потоком після удару їх об вільну поверхню рідкої плівки товщина плівки повинна становити не менше 0,2 ... 0,3 мм.

Якщо товщина плівки рідини більше розміру частинки, то остання може зануритися в рідину повністю. Потовщені плівки і шари рідини необхідні для надійного уловлювання пилу при її підвищеної концентрації, особливо за наявності в ній великих часток. Такі умови прагнуть створити при очищенні повітряних викидів в мокрих пиловловлювачах, при цьому, як правило, використовують циркулює в пиловловлювачах воду.

У розглянутому випадку кінетична енергія частинки повинна бути достатня для подолання опору води при ударі об її поверхню і при зануренні в неї. Важливо з'ясувати також, якою повинна бути мінімальна товщина шару води, щоб велика частка, що рухається через воду з великою швидкістю, не змогла знову повернутися в повітряний потік, відскочивши у воді від твердої стінки.

При нерівномірному русі частинки в воді не можна нехтувати приєднаної масою, як це робиться при дослідженні руху частинки в повітрі. Крім того, зважаючи більшої в'язкості води значення Re на початку руху виявляється більше 1 навіть при русі з малими швидкостями і дуже невеликих розмірах частинок.

З урахуванням цього рівняння руху сферичної частинки діаметром d ч має вигляд

(6.57)

де ζ - коефіцієнт опору сфери.

У даному випадку для визначення коефіцієнта опору сфери зручно застосувати формулу (6.2). Маючи на увазі цю формулу, а також те, що залучена маса сферичної частинки дорівнює половині маси рідини в обсязі сфери, після перетворення отримаємо з виразу (6.57)

(6.58)

Рішення (6.58) дає результат

і відповідно

(6.59)

де при х = 0 маємо w = w 0; Re = Re 0.

Відповідно до викладеного, для утримання на поверхні води добре смачиваемой частинки достатньо їх точкового контакту. Змочуються погано частинки, включаючи всі дрібні, будуть схоплені в тому випадку, якщо глибина занурення в рідину їх центру перевищує їх радіус r ч (x / d ч> 0,5), так як при цьому можна очікувати захлопування каверни за поринулої часткою. Цій умові відповідають значення Re> 5. Для гальмування крупних частинок потрібна велика товщина плівки води. Наприклад, змочують частинка (ρ ≈ π / 2) розміром 40 мкм, вдарившись об поверхню води зі швидкістю 18 м / с, що цілком реально для умов пиловловлення, пройде у воді до повної втрати швидкості шлях, рівний близько 16 d ч. Уявімо, що товщина шару води дорівнює 0,3 мм, як це має місце у відцентрових скрубберах. Пройшовши через такий шар води, частинка вдариться об поверхню металевої стінки зі швидкістю 5,2 м / с. Нехтуючи втратами енергії частки при ударі її об тверду стінку, отримаємо, що вона залишає поверхню води зі швидкістю приблизно 0,6 м / с.

Вилетіла з води частинка може бути підхоплена повітряним потоком і винесена з пиловловлювача.

Плівками води в мокрих пиловловлювачах надійно утримуються частинки, рух яких характеризується значенням Re> 5. Частинки малих розмірів і частинки, соударяющихся з поверхнею плівки води з малими швидкостями, занурюються у воду на глибину менш величини г ч і, якщо вони погано змочуються водою, можуть бути зірвані повітряними потоками. При значенні Re> 1000 і товщині плівки води менше 20 r ч можливий відскік частинок від твердої стінки, покритої плівкою, і вторинний вихід частинки в повітряний потік.

Осадження на краплині рідини. При обтіканні газопиловим потоком кульовий краплі рідини траєкторії руху газу і пилових часток розходяться внаслідок різної величини сил інерції, що діють на газ і на частинки з різною масою (див. Рис. 6.5). Великі частинки в меншій мірі, ніж газ, змінюють свій напрямок при підході до краплі і осідають на ній. Схема близька до процесу інерційного осадження та фільтраційного осадження частинок на елементах волокнистого фільтра, що мають циліндричну форму. Пояснюється це тим, що в цих випадках розглядається двофазний потік і діють сили інерції.

Дрібні частинки, слідуючи разом з газом, огинають краплю і йдуть з потоком газу. У цих частинок інерція недостатня для подолання опору газу.

Ефективність інерційного осадження пилових частинок на краплині рідини залежить від критерію Стокса. Дія сил інерції реально проявляється щодо часток діаметром понад 1 мкм.

Для кульових частинок пилу розміром d ч ефективність інерційного осадження на краплях може бути виражена залежністю

(6.60)

де v c - швидкість потоку, м / с; μ 0 - динамічна в'язкість газу, Па · с; d до - діаметр крапель, м.

Крім інерційного, на краплях має місце осадження диффузионное і під дією електростатичних сил. Проте їх роль в порівнянні з інерційним осадженням дуже незначна, а для часток розміром більше 0,2 мкм може не враховуватися.

Для порівняння величини дифузійного осадження з інерційним вводиться поняття ефективного коефіцієнта осадження ηл, який визначається як відношення дифузійного потоку до потоку осаждающихся частинок при прямолінійному русі.

Для випадку осадження на краплині (кулі) маємо

(6.61)

де G ч - масова швидкість частинок, кг / с; ζ - концентрація часток в потоці, кг / м 3.

При розмірі часток значно меншому 1 мкм ефективність дифузійного осадження порівнянна з інерційним.

Краплі рідини, що рухаються в газовому потоці, можуть дробитися на більш дрібні в тому випадку, коли зовнішні сили, що діють на краплю, долають сили поверхневого натягу.

Дроблення одиночних крапель, що падають в газовому середовищі, починається при діаметрі крапель більше 0,6 ... 0,7 см. Оцінити величину критичного діаметра краплі d Кp (м) можна за формулою

(6.62)

де ν кр - критична швидкість газу, при якій настає дроблення, м / с.

Діаметр краплі d до (м), що утворюється при дробленні, може бути визначений з рівняння

(6.63)

де k f - коефіцієнт, що показує, яка частина динамічного напору, обумовленого зміною пульсаційних швидкостей по довжині краплі, передається поверхні краплі w від - відносна швидкість краплі, м / с); l - лінійний масштаб потоку, м.

При малих швидкостях потоку дроблення крапель не відбувається. Лише із збільшенням швидкості крапля втрачає стійкість і починає дробитися.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук