Вступ

Апарати мокрого пиловловлення знайшли широке застосування на промислових підприємствах гірничо-металургійної, хімічної та інших галузей народного господарства. Деякі апарати цього типу використовують не тільки для очистки повітря від пилу, але й для очистки повітря від шкідливих газів та крапель, а також для охолодження шкідливих викидів. Апарати мокрого пиловловлення застосовують, переважно, для первинної очистки і підготовки газів для очистки в апаратах інших типів, в тому числі сухих (наприклад, в рукавних фільтрах, електрофільтрах тощо).

Пиловловлення в апаратах мокрої очистки газів відбувається в результаті контакту часток пилового потоку з рідиною. В якості рідини найчастіше застосовують воду. Мокре пиловловлювання здійснюється, як правило, двома способами захвату часток пилу: краплями рідини або плівкою рідини.

Мета роботи – дослідити процес взаємодії пилових часток і водяних крапель.

Задача роботи – визначити ефективність пиловловлення в камері зрошення.

Фізичні основи взаємодії пилових часток і водяних крапель

Захват часток пилу краплями досягається шляхом промивання потоку запиленого повітря дисперсійною рідиною. Під час промивання, частки пилу захоплюються краплями рідини, в результаті чого повітря очищується.

Захват часток пилу краплями рідини може бути обумовлений дією різних сил: інерційних, броунівської (теплової) дифузії, турбулентної дифузії, електростатичних сил.

Захват часток пилу краплями рідини від дії сил інерції полягає в тому, що при обтіканні краплі кулеподібної форми запиленим повітрям, найкрупніші частки пилу, в силу своєї більшої інерційності, відхиляються від траєкторії руху повітряного потоку і зіштовхуються з поверхнею краплі (рис. 1).

Рис. 1 Структура руху запиленого повітря при обтіканні краплі рідини

(пунктиром показана траєкторія руху часток пилу)

Дрібні частки не мають достатньої кінетичної енергії для подолання сил опору газу, тому рухаються разом з повітрям, обминаючи краплю рідини. Розрахункові і експериментальні данні стверджують, що під дією сил інерції ефективно осідають на краплях розпиленої води частки пилу розміром d_ч >1мкм, а частки пилу розміром d_ч < 1мкм – з краплями води практично не зіштовхуються [1–с.66, 2–с.166, 3–с.70]. Вірогідність осадження частки на краплі під дією сил інерції зростає із збільшенням маси частки і швидкості її руху по відношенню до краплі, а зменшується, при збільшенні діаметра краплі і опору повітря:

(1)

де m – маса частки, кг;

ω - швидкість руху частки по відношенню до краплі, м/с;

k – параметр опору середовища,руху частки, який залежить від типу обтікання;

d_кр – діаметр краплі, м.

Для кулеподібних часток у межах дії закону Стокса

(2)

ρ – густина повітря, кг/м³;

μ – кінематична в’язкість повітря, Н·с/м².

З формули (2) видно, що ефективність захвата часток пилу краплями води збільшується при зменшенні діаметра краплі.

Максимальна ефективність при інерційному захваті часток пилу краплями води, які падають під дією сили тяжіння в нерухомому повітрі (не залежно від розміру часток), досягається при d_кр = 0,6-1 мм.

Захват часток пилу краплями рідини також може відбуватися від дії теплового руху газових молекул (броунівської дифузії). Але дія цих сил розповсюджується тільки для часток пилу розміром d_ч < 1мкм, які рухаються подібно газовим молекулам. Кінетична енергія руху газових молекул, в даному випадку, превалює над силою земного тяжіння і частки пилу осаджуються на краплях рідини. В цьому випадку ефективність захвата часток пилу краплями води збільшується у разі зменшення швидкості потоку повітря і збільшення поверхні контакту.

Захват часток пилу краплями рідини, від дії турбулентної дифузії відбувається в забрудненому потоці, що рухається з високою швидкість (50 м/с і більше). В цьому випадку захват часток пилу краплями рідини обумовлюється турбулентними пульсаціями, які виникають в потоці. При цьому, ламінарні газові шари на межі частка-крапля становляться тонкішими, і частки пилу зіштовхуються з краплями.

Захват часток пилу краплями рідини від дії електростатичних сил обумовлюється взаємодією зарядів твердих часток і крапель. Дрібні частки пилу можуть мати електричний заряд, який вони отримують або під час виділення, або у разі тертя під час руху в повітрі (трибозаряд). В цьому випадку ефективність захвата часток пилу краплями води залежить від величини електричних сил, які діють лише при близькому наближенні частки і краплі, та при малих швидкостях руху газового потоку.

Найбільш значущими в переважній більшості випадків є процеси захвата часток пилу краплями рідини від дії сил інерції і броунівської дифузії [2–с.168].