21. Теоретические основы очистки воздуха от аэрозолей

В основу действия пылеулавливающего аппарата положен оп­ределенный физ-й механизм. В пылеулавливающих устрой­ствах находят применение следующие способы отделения (осаждение) взвеш-х частиц от взвешивающей среды, т. е. воздуха (газа): 1)Гравитационное - осажде­ние в гравит-м поле, при этом пылевые частицы осаждаются из потока запыленного воздуха под действием силы тяжести. Для этого необх-мо создать соответствующий режим дв-я запыленного воздуха в аппарате с учетом размера частиц, их плот­ности и т. д. 2)Инерционное - осаждение под действием сил инер­ции, кот-е основано на том, что пылевые ч-цы и взвешивающая среда ввиду зна­чительной разности плотностей обладают различной инерцией. Пылевые ч-цы, двигаясь по инерции, отделяются от газовой среды. 3)Центробежное -осаждение под действием центробежной силы происходит при криволинейном дв-и пылегазового потока отбрасывании ч-ц пыли на периферию аппарата и его осаждение. 4)Фильтрационное -осаждение на основе эффекта зацепления пыли в узких извилистых каналах и порах при прохождении через фильтровальный материал газового потока.

5)Электрическое - осаждение в электрическом поле, где ч-цы пыли получают электр-й заряд и двигаясь к электроду с противоположным знаком, осаждается на нем. 6)Мокрое -осаждение за счет смачивания поверх-ти элементов аппаратов водой или другой жид-ю и слипания частиц пыли. 7)Акустическое– осаждение в акустическом поле при прохождении через источник звука и ультразвука. 8)Термофорезное -отталкивание ч-ц нагретыми телами.

9)Фотофорезное – отталкивание ч-ц вследствие неравномерного освещения сторон частиц и их нагрев. 10)Магнитное -осаждение под действием магнитного поля и разницы электрического заряда.

11)Биологическое – осаждение за счет жизнедеятельности микроорганизмов.

Работа гравитац-х пылеулавливающих устройств осно­вана на законах гравитационного осаждения, т. е. осаждения пы­левых ч-ц под действием силы тяжести.

где μ_г — динамическая вязкость воздуха (газа), Па• с; d_ч — диаметр ч-цы,

Эта формула выражает закон Стокса: сила сопротивления, ис­пытываемая твердым шаровым телом при медленном движении в неограниченной вязкой среде, прямо пропорциональна скорости поступат-го движения, диаметру тела и вязкости среды.

Пылевые ч-цы малых размеров участвуют в броуновском движении -беспорядочном хаотическом перемещении ч-ц под действием ударов молекул. Скорость воздуха в восходящем потоке, при которой ч-ца неподвижна (или совершает колебательные движения), называет­ся скоростью витания. Т.о., постоянная скорость осаж­дения частицы пыли в неподвижном воздухе равна скорости ее витания.

Осаждение под действием центробежной силы. Этот метод отделения пыли от воздуха (газа) знач-но эф­ф-е гравитационного осаждения, так как возникающая цен­тробежная сила во много раз больше, чем сила тяжести. Центро­бежная сепарация может прим-ся по отношению к более мел­ким частицам.

Скорость центробежного осаждения шаровой ч-цы можно опр-ть по за­кону Стокса

где m_ч - масса ч-цы, кг; r_w- скорость вращения потока вокруг неподвижной оси, м/с; r - радиус вращения потока, м.

Т.о., скорость осаждения v_c взвешенных ч-ц в центробежных пылеуловителях прямо пропорциональна квадрату диаметра ч-цы.

В аппаратах, основ-х на исп-и центробежной сепа­рации, могут прим-ся два конструктивных ре­шения: пылегазовый поток враща­ется в неподвижном корпусе аппа­рата или поток движется во вращаю­щемся роторе. Первое решение при­менено в специальных пылеуловителях - циклонах, второе — в ро­тационных пылеуловителях.

Инерционное осаждение При инерц-м осаждении запыленный поток, перемещаю­щийся со значит-й скоростью, изменяет направ-е дв-я. Движущиеся в потоке пылевые ч-цы вследствие большой инерции не следуют за потоком, а стремят­ся сохранить первоначальное на­прав-е дв-я, двигаясь в кот-м оседают на стенках, перегородках, сетках и др. элемен­тах аппарата.

Интенсивность инерционного осаждения характеризует критерий Стокса:

где l — геометрическая характеристика аппарата.

Критическое значение критерия Стокса St_Kp, показывает со­стояние пылегазовой системы, при котором инерция частицы до­статочна для преодоления сил увлекающего ее потока и частица может осесть на расположенной на ее пути поверхности.

Осаждение частиц пыли в электрическом поле. Принцип очистки воздуха (газов) от взвеш-х ч-ц за­ключается в зарядке ч-ц пыли с последующим их выделением под воздействием электр-го поля. При обычных условиях большая часть молекул газа нейтраль­на и не несет электр-го заряда того или иного знака, а вследствие действия различных физ-х факторов в газе всег­да имеется некоторое количество носителей электр-х заря­дов. К таким факторам относится сильный нагрев, радиоактивное излучение, трение, бомбардировка газа быстродвижущимися элек­тронами или ионами и др. Если в электр-м поле между электродами создать оп­ределенное напряжение, то носители зарядов, т. е. ионы и элек­троны, получают значительное ускорение, и при их столкнове­нии с молекулами происходит ионизация последних. В резуль­тате происходит превращение нейтральной молекулы в положи­тельный ион и свободные электроны. Этот процесс называется ударной ионизацией. Часть межэлектродного пространства, прилегающая к коронирующему электроду, в которой происходит ударная ионизация, назы­вается коронирующей областью. Остальная часть межэлектродного пространства, т. е. между коронирующими и осадительными, называется внешней областью. Носители электрических зарядов, перемещаясь под действием электрического поля, а также в результате броуновского движе­ния, сталкиваются с пылевыми частицами, взвешенными в газо­вом потоке, проходящем через электрофильтр, и передают им электрический заряд. Большая часть взвешенных частиц получает заряд, противоположный знаку осадительных электродов, перемещается к этим электродам и осаждается на них. Некоторая часть пылевых частиц получает заряд, противополож­ный знаку коронирующего электрода, и осаждается на этом элек­троде.

Фильтрация через пористые материалы

Фильтрация заключается в пропуске аэрозоля через фильтро­вальные перегородки, которые допускают прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные частицы. Процесс фильтрации в наиболее распространенных фильтрах можно представить, как движение частиц вблизи изолированного цилиндра (из волокнистого материала), расположенного поперек потока. Влиянием соседних волокон пренебрегают. Считают, что поток имеет безвихревое движение, а частицы — сферическую форму, частицы при соприкосновении с цилиндрическими волок­нами на их поверхности задерживаются силами межмолекулярно­го взаимодействия. Расстояния между волокна­ми в 5—10 раз превышают размеры частиц. Фильтрация запыленного потока через слой пористого мате­риала — весьма сложный процесс, включающий действие ситово­го эффекта, инерционного столкновения, броуновской диффузии, касания, действия гравитационных и электрических сил.Возможности осаждения за счет ситового эффекта, особенно при прохождении потока через чистую ткань, ограниченны, т. к. в боль­шинстве случаев размеры частиц значительно меньше размеров пор. Пыль при фильтровании в основном задерживается в резуль­тате столкновения частиц с волокнами и нитями фильтровального материала и прилипания частиц к волокнам. Со­бственно рабочим слоем при фильтрации является именно филь­тровальный материал с осажденными на нем пылевыми частица­ми. Он и определяет эффект-ть очистки. При отложении пыли возрастает гидравлическое сопротивление, уменьш-ся произво­дительность фильтра. По достижении некоторого значения сопро­тивления пыль периодически удаляют. Этот процесс называется регенерацией фильтра.