книги из ГПНТБ / Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций
..pdfНа молекулы газа в иенэлектроднои'пространстве оказывает меха ническое воздействие потов ионов, движущихся под действием элект рического поля к осадительному электроду. При этой возникает на правленное движение газа, называемое электрическим ветром.
Элентричѳсний ветер возникает не по всей высоте коронирукіщего электрода, а только в разрядных точнах.
Траектории дцржѳния газа под воздействием электрического ветра показаны на рио.ІЗ.
Молекулы газа, участвующие в электрическом ветре, вблизи норонирующего электрода движутся по направлению силовых линий поля. Так как электрический ветер действует не по всей длине электрода, то возникают газовые потони с различными скоростями. Б результате трения газовых потонов движение в межэлактродном пространстве становится вихревым, ва место уходящих масс гааа в район действия разрядных точен поступают новые. Возникает циркуляция от разрядных точек норонирующѳго электрода н осадительному электроду и обратно в вону, где действие разрядных точек проявляется слабее.
Снорость электрического ветра^ W3 достигает 0,5 - 1,0 м/сон
и для воэдуха может быть приближенно рассчитана |
по формуле Ладен- |
|
бурга. |
• |
' |
Ѵ/9*5.Ш0ш |
, |
(56) |
где Н - расстояние между коронирующим и ооадитьльным электро дами, м.
Под действием электрического ветра выравнивается концентрация ионов и взвешенных частиц в межэлентродиом пространстве и тем самым интенсифицируется процесс осаждения ионов на поверхности частиц.
Влияние электрического ветра зависит от размеров частиц. Так, скорость переноса электричесним ветром частицы диаметром I мни
может быть больше ее скорости движеніи |
под действием |
злоктричѳоного |
|||
поля. Для крупных частиц влияние |
электрического ветра |
на скорость |
|||
их движения незначительно. |
|
|
|
|
|
В мекэлѳнтродном пространстве частица, которая не успела ранее |
|||||
получить варяд, электризуется в результате действия |
элентричеоного |
||||
поля. Благодаря этому возникает сила взаимодействии |
|
Рц между |
|||
электрическим полем и частицей, |
заряды на которой |
индунтируются |
|||
этим полем (силы индукции). Величина этой силы |
с |
|
|
||
Fu^^3t£0~ z ^ |
------ilc Ä J L |
' |
|
|
|
*£9-2*4* 8 |
L ctx |
|
|
||
- 60 -
где - относительная диэлонтрическая проницаемость частицыі ОС - координата, совпадающая по направлению с силовыми
линиями злентричѳсного поля.
Напряненность поля значительно изменяется тольно в эоне корон ного разряда. Поэтому лишь в непосредственной близости от норони-
рующѳго электрода может проявляться действие |
силы Рц на час |
тицы, заставляя их двигаться к коронирующѳму |
электроду, |
"Для большей части внешней зоны коронного разряда напряженность поля изменяется слабо и с достаточной для практики точностью ее можно считать постоянной, т.е. -'У ~О,
Таним образом, сила индунции действует в крайне небольшой облас ти и ее влияние на характер движения взвешенной частицы практически можно не учитывать.
Рассмотрим дойствио силы тяжести на движение частицы в межэлентродном пространстве,
В процессе злѳктричесной очистки скорость движения газов состав
ляет 0,5-3,0 |
м/сен, а |
время пребывания частиц в можэлектродном |
||
пространстве |
- 10—15 сен. На приведенной |
на стр.7 |
таблицы I |
|
следует,' например, что |
снорость оседания |
частицы диаметром 10 ыны |
||
составляет 0,006-0,01 |
м/сон. Такая частица за время |
пребывания в |
||
межзлентродном пространстве падает ішд действием силы тяжести всего на 6-10 см. Поэтому практически влияние силы тяжести на характер движения частицы можно не учитывать.
Все взвешенные частицы, проходящие вместе с газовым потоком меяэлентродное пространство заряжаются и, в основном, под влиянием электрического поля получают направленное движение н осадительному ■электроду.
8аряненныо частицы, попадая на поверхность осадительного электро да должны раэрядиться и оставаться на электроде,Однако процесс раэрядки частиц зависит от их элѳнтричесного сопротивления.
Если проводимость твердой частицы велика и нонтактное сопротив ление (т.е,переходное сопротивление в месте контакта с поверхно стью электрода и соседними частицами) незначительно, то заряд от дается мгновенно. Частица получает заряд электрода и между ней и электродом возникает кулоновская cujia оттаскивания, ноторой проти водействует только сила адгезии (сцепления о поверхностью электро да), В случае, когда оила адгезии недоотаточна, частица может otтолннуться от электрода обратно я газовый погон, где получит за ряд оі> движущегося ионного потока. Вновь заряженная частица под
'с
- 61 -
действиеы сил электрического поля слова подойдет к осадительноиу электроду, разрядится, оттолкнется и этот процесс будет происхо дить до тех пор, пока частица не будет вынесена газовым потоком иа нежэлѳктродного пространства.
При ооажденни на поверхности осадительного электрода полностью непроводящих частиц, ноторыѳ не разряжаются и под действием оилы эяентричесного паля оказываются прижатыми н поверхности электрода на электроде образуется слой из заряжелных частиц* непрерывно поджимаемый силой поля и уплотняемый новыми оседающими частицами и ионами.
По мере увеличения толщины слоя на нем накапливаются заряды, про тивоположные по знаку заряду осадительного электрода, которые начи нают отталнивать вновь подходящие частицы,, имеющие одноименный заряд о образованным на электроде слоем. Заряженный слой твердых частиц осевших на электродах, противодействует основному полю и дальнейшее осаждение подобных частиц на электродах прекратится.
Рассмотренные случаи являются крайними. Практически не сущест вуют такие твердые частицы, у которых контактное сопротивление равнялось нулю или полностью’непроводящие частицы.
ФИЛЬТРАЦИЯ АЭРОЗОЛЕЙ
Фильтрацией аэрозолей называется процѳсо осаждения дисперсной фазы при прохождении аэроволей через пористые перегородки. При фильтрации дисперсная фаза (твердые или кидниѳ частицы) осакдаѳтоя на пористых пѳрѳгороднах (волоннах, нитях и т.д.), а дисперсионная среда (гавы) полностью проходит через них.
В качестве материала пористых перегородок могут применяться тканые материалы из естественных и искусственных волокон, нетканые волокнистые материалы, слои волокон, вязаные сетки и т.д*
Процесс фильтрации осуществляется в аппаратах называемых соот ветственно материалу пористой перегородки тнаневыми, волонниотыми и др,фильтрами. Принципиальная схема фильтра приведена на рис.14.
Аэрозоль поотупаѳт к пористой фильтрующей перегородке через йодной патрубок I. При прохождении внутри перегородки 2, і.ѳ .в объеме фильтрующего материала, аароаоль разделяется на множество струек,, обтекающих препятствия, например, волокна. Твердые или жидкие ча стицы; составляющие диспероную фазу аэрозоля ооаждаются на препят ствиях под действием различных механизмов. Пройдя пористую перѳгег родну гав, составляющий дисперсионную среду аэриотія, удаляется из
Важнейшими показателями работы фильтров являются эффективность очистки, гид равлическое сопротивление, скорость фильтрации, пылеѳмкость, плотность упаковки фильтра, продолжительность работы до замены или регенера ции.
Эффективность очистки в фильтре часто выражают ноэф'
фициѳнтоы проскока частиц К, который представляет собой отношение концентрации частиц аэрозоля за фильтром н их концентрации перед фильтром. Коэффициент проскока К (в $>) можно рассчитать по формуле,
|
К=(1~!і)100) |
(57) |
где |
“ степень очистки газов в фильтре, в долях от |
I. |
Основными вопросами процесса фильтрации являются установление зависимостей эффективности улавливания частиц, гидравлического со противления и продолжительности работы фильтра до замены, или ре генерации от режима течения газов, структурных особенностей пориотых перегородок, свойств частиц.
Наиболее полно теория фильтрации разработана применительно К волокнистым фильтрам.
При фильтрации в волокнистых фильтрах частицы осаждаются из fa эов под действием механизмов зацепления, инерции, броуновсной диф фузии, силы тяжести,электрического осаждения.
Большинство пористых перегородок состоит И8 волокон, нитей, 'проволок, Поэтому за идеальные модели фильтрующих элементов прини мают цилиндры.
При изучении процесса фильтрации часто используют метод изоли рованного цилиндра, условия обтекания которого хорошо изучены.
Согх .сио этому методу фильтр рассматривается как однородная си стема, состоящая из отдельных волокон (цилиндров), расположенных перпендикулярно потону, достаточно далеко друг от друга. Сначала рассматривают гидро»инамиьу обтекания, изолированного цилиндра я используя уравнения движения частиц по линиям тока раосчитываюх коэффициенты эффективности осаждения, частиц Э На нем в результате
- 63 -
действия различных механизмов осаждения. Затем рассчитывают сум марный коэффициент эффективности осаждения частиц на изолированном цилиндре Э. Переходя далее н реальному волокнистому фильтру, в ко тором поля скоростей вокруг волокон отличаются от поля скоростей вонруг цилиндра вследствие взаимного влияния соседних волокон, вводят эмпирические поправни. Для этого используют данные экспе
риментов |
по величине гидравлического сопротивления фильтров |
||||||||||||
|
Обычно, зная |
йран, |
находят, ток |
называемый |
эффективный раз |
||||||||
мер волокон, |
|
а затем ухе рассчитывают эффективность очистки газов |
|||||||||||
в волоннистом фильтре. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Итак, |
сначала рассмотрим вопросы эффективности осаждения частиц |
|||||||||||
на изолированном цилиндре. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Рассмотрение будем вести только для трех механизмов осаждения: |
||||||||||||
эацѳплѳния, |
диффузии, инерции. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Коэффициент эффективности осаждения частиц на изолированном ци |
||||||||||||
линдре за счет механизма зацепления определяется по уравнению |
|||||||||||||
|
|
|
f r t ß - m |
P w |
b W |
- w |
* |
(57а) |
|||||
|
Отношение размеров частицы и цилиндра является определяющим |
||||||||||||
п араметром этого^ѳханизма |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
О - |
диаметр частицы; а - |
радиус |
|
цилиндра. |
|
|||||||
|
Коэффициент эффективности осаждения частиц на изолированном |
||||||||||||
цилиндре |
8а счет броуновской диффузии |
|
|
|
|
||||||||
|
OC.Q- толщина слоя прилегающего н |
|
|
|
<58) |
||||||||
где |
цилиндру, |
из которого диффу |
|||||||||||
|
|
зией удаляются все |
частицы. |
|
|
|
|
||||||
. |
Пользуясь уравнением Эйнштейна (I), |
Лэнгмюр получи:, выражение |
|||||||||||
для величины |
|
Хо |
Ъ Г - |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Время |
х 0 —- |
происходит |
диффузионное |
осаждение, |
|||||||||
L |
> за |
ноторое |
|||||||||||
определяется из уравнения |
„ |
. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
^ |
±U?(2 |
-ehRè) . |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
U-Xo1-о |
|
|
|
|
|
|
||
|
Подставив |
значение |
т .в |
выражение для |
|
решая его от |
|||||||
носительно |
|
Хо |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|||
-gr-LV a.’U J •
Зная отношение |
ОСо |
можно^рассчитать величину |
* 2 иа уравнения, |
|
-д — |
||||
Уравнение для расчета 3^ может быть представлено в другой |
||||
гт |
|
. й -% |
(59) |
|
3 j--2 ,> 6 f-2(2-6nRe. |
||||
|
||||
где |
|
- диффузионный критерий Пѳнлѳ |
||
Величина, обратная критерию Пѳнлѳ называется диффузионным пара- |
||||
нѳтрои и обозначается |
Д . |
|
||
Последнее уравнение поназывает, что эффективность осаждения час тиц на цилиндре за счет диффузии является функцией критериев Пекле И Рейнольдса.
Инерционное осаждение частиц на цилиндре по аналогии с инерцион ным осаждением частиц на шаре (см.раздел "Осаждение частиц под дей-*- ствиѳм силы инерции") должно определяться нритерями Стонса и Рей нольдса, т.е.
B a f f s t, &).
Общий коэффициент эффективности осаждения частиц на цилиндре будет больше, чем коэффициент эффективности осаждения по любому бд~ ному механизму: зацепление, диффузия, инерция.
Величину Общего коэффициента эффективности осаждения Э можно рассчитать по формуле
Уравнение для выражения коэффициента эффективности осавдѳниД частиц на изолированном цилиндре с учетом совместного действия йсех трех механизмов через определяющие его нритерии представляют в сле дующем виде:
4 - 0,16[R+(0,25+0,^R)fSt$A)-0,0263(St+2flf]. ' (62)
При переходе от изолированного цилиндра н |
волснвистону фильтру |
|
устанавливают связь между коэффициентом эффективности осаждения |
||
частиц на единице длины волокна в фильтре |
Э |
и общей эффективностью |
осаждения частиц в волокнистом фильтре |
• Причем поскольку в фильт |
|
рах эффективность осаждения частиц принято характеризовать коэффи циентом проскока частиц К, то вышеуказанная связь устанавливается
между К и Э. |
|
Для этой связи получено следующее выражение: |
|
двбсінэ*. |
(63) |
Ч |
|
- 65 -
Для фильтрующих материалов с высокой пористостью член (I - ОІ ) приближается н единице и поэтому его опускают.
Уравнение для К называют основным законом улавливания частиц однородным фильтром и выражают в следующем виде
где |
|
К=е~гэ*, |
? |
- показатель структуры слоя, равный |
|
|
у» _ 2<3-И_ 2 ітіф |
|
|
|
|
где |
се |
я а. " я<?ма > |
- плотность упаковни; |
Н- толщина слоя волокон фильтра;
f r |
- |
плотность^материала волокон; |
|
|
т9 |
- |
масса I |
матѳриала волокон. |
|
Коэффициент эффективности осаждения |
в формуле (63) яв |
|||
ляется величиной неизвестной. Его нельзя приравнять коэффициенту Э£ так как поле снороогей вонруг волонон, даже при геометрически пра вильном расположении волонон в фильтре, значительно отличается от поля скоростей вонруг изолированного цилиндра.
Чем ближе друг к другу расположены волонна в фильтре, |
тем вели |
|||
чина Эг |
должна быть больше, т.к.характер |
ее изменения от меха |
||
низмов зацепления, |
диффузии и инерции такой |
же как и |
3^ . Сбли |
|
жение волокон ведет |
к уплотнению фильтра, к увеличению плотности |
|||
его упаковки, а это в свою очередь проявляется на изменении пере пада давления на фильтре^ Поэтому знание сопротивления фильтра &р
позволяет перейти |
от Э^ н |
и затем |
н |
К или £ . |
Применяя метод |
изолированного |
цилиндра |
к |
реальным волокнистым |
фильтра».', Лэнгмюр предположил, что присутствие соседних волокон вли
яет на величину |
входящую в уравнения |
(58) |
- |
(59). |
Велияние этой величины, |
обозначенной Лэнгмюр. через |
С£ |
» |
мож |
но оценить путем измерения перепада давления на фильтре. Используя уравнение Лэмба, Лэнгмюр выразил силу сопротивления
среды на единицу длины цилиндра, расположенного перпендикулярно обтекающему его потоку в виде
Fc - 8 x j* C'JL .
Сопротивление фильтра Лр движению среды Лэнггюр определил по
уравнению |
_ |
goL^HCj. |
, |
{°Й |
где -£ |
Ap=Fâ£H= |
- g f |
||
- общая длина волокон в единице |
объема фильтра; (Ха |
|||
Подставив в последнее уравнение экспериментальное значение |
||||
сопротивления |
определил |
О^ |
для волокон в |
|
- 66 -
слое |
// л Р ж '&■ |
8 0 LJIH
и далее предположил,ЛОЖИЛ чтоI коэффициент эффективности осавдепия на волокне может быть вычислен по уравнениям (57а) и ( 58 ) для ме ханизмов зацепления и диффузии при подстановке С^ вместо
„ |
cU=-3(2“ |
— ■ |
может оыть рассчитана по |
|
Далее величина |
К |
при известном |
||
формуле |
(63). |
|
|
|
Девис рассмотрелэффекта пооть осаждения в волокнистом фильтре под воздействием всех трек главных механизмов процесса фильтрации
зацепления, |
диффузии, инерции |
|
|
|
|
|
|
3 k |
= |
f |
c |
. |
(65) |
|
Метод Девиса позволяет рассчитать фракционную эффективность |
|||||
осаждения частиц в волоншістом фильтре. |
|
|
|
|||
Для определения эффективности фильтра.этим методом необходимо |
||||||
знать, так |
называемый эффективный |
диаметр волокон |
Q-Зрі который |
|||
подсчитывается по эмпирической Формуле |
ѵ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
( 66) |
где |
JU. - |
вязность газов, н.сек/м2» |
|
|
|
|
|
U - |
сноршль фильтрации, |
м/сек» |
|
|
|
|
Ьрж“ экспериментально определенное |
значение |
сопротивления |
|||
|
|
слоя волокон, н/м2.' |
|
|
|
|
|
Суммарный коэффициент эффективности осаждения частиц на единич |
|||||
ном |
волокне |
в фильтре при /?£ в 0,2, рассчитываемый для |
||||
каждого размера частиц, Девис предложил определять на основе урав нения (61) коэффициента эффективности осаждения на изолированном цилиндре
Э^=[я *{0,251-0, 4R)(St ^A )-0,02ö5(5t +2Д${0.і6Щ9АЧ$і& )
Множитель |
(0,І6 + IQ, (hl-!7d3) |
в уравнении (.67) учитывает |
|
влияние соседних волокон. |
|
||
Затем из |
уравнения |
(68) определяют величину коэффициента проско |
|
ка К и выражают его |
в ‘л. Зная К |
можно найти отѳнѳнь очистки |
|
газов в фильтре |
|
|
|
|
|
|
(6Ѳ) |
- 67 -
ЛИ Т Е Р А Т У Р А
1.Н.А.Фуко. Механика аэрозолей. Над.АН СССР, М., 1955-
2. Н.А.Фуко. Усйехи цеханики аэрозолей. Иад.АН СССР, U,, 1955. 8. К.Спурный и др. Аароаоли. Перевод с чеионого. Атомиадрт,
U., 1964.
4. Х.Грин, В^ЛеЙн, Аэрозоли - пыли, дыиы, туманы. Перевод с англИ Й оного. " Х и м и я " , Л., 1972.
5. П.А.Коуаов, Основы анализа дисперсного состава промышлен ных пылей и измельченных материалов. "Химия", М., 1971.
6.С.Е.Андреев, В.В.Товаров, В.А.Перов. Закономерности из мельчения и исчисления характеристик гранулометрического оостава. ГНТИ черной и цветной металлургии, И., 1959.
7.В.Н.Уюв, А.В.Вальдdaрг. Очиотка гаэов мокрыми фильтрами. "Химия", М., 1972.
8.Лѳб Л. Ооновныѳ процессы элентричѳских разрядов в газах, Гостехиздат, U., 1952.
9.С.П.ХебровсниІ. Электрофильтры. Госанергоиздат, Ы.-Л., 1950.
10.М.Н.Лившиц, Ф.Т.Садовский/ Электронно-ионная очистка воз духа от пыли .в промышленности строительных материалов. Издатель стве литературы по строительству, U., 1968.
11.Г.К.Алиев, А.Е.Гонин. Электрооборудование и режимы питания, элѳитрофидьхров, "Энергія", М., 1971.
12.В.Н.Ужов. Очисяа промышленных гааов электрофильтрами. "Химия", М., 1967.
18.М«Н»Ливвшц, В.М.Моисеев. Электрические явления в аэрозолях
иих примепѳвие. "Энергия", U., 1965.
14, |
'Пѳйсахов Н.Л., Г.Н.Гордон. Пылеулавливание и очистка газ |
"Металлургия", U., 1968. |
|
15. |
Н.А.Йапцов. Коронный разряд и его применение в электрофильт |
рах. Гостехиздат, М., 1948. |
|
. 16. |
Л.Лѳб. Статичѳокая электризация. Госанергоиздат, М.,І9бЗ. |
17.Л.Б.Шнѳѳрсон. Ѳлектричесная очистка газов. Мѳталлургиздат, U., 1950.
18.В.Н.Уков, Б.И.Мягков. Очистка промышленных гаѳов фильтрами. "Химия", М., 1970.
-68 -
Ц,Ф И 8 И К О Х И М И Ч Е С К А Я Г И Д Р О Д И Н А М И К А А Б С О Р Б Ц И О Н Н Ы Х " П Р О Ц Е С С О В
КЛАССИФИКАЦИЯ АБСОРБЦИОННЫХПРОЦЕССОВ
Поглощение газа жидкий поглотителей, в ноторои газ растыории, называется абсорбцией. При абоорбции газообразное вещество перехо дит из одной фазы (газовой) в другую (жидную), поэтому для абсорб ции характерно наличие по нраИнѳй мера двух фаз.
Как правило абсорбции подвергается не отдельный газ, а газовая смесь, с целью поглощения из этой смеси одного или нескольких га зов. Эти поглощаемые газы носят название "компоненты'1. Напоглощае мая чаоть газовой фазы называется "инертными" газами.
Для абсорбции компонентов подбираетоя специальный поглотитель. Тан как в процессе абсорбции происходит насыщение поглотителя компо нентами, жидкая фаза представляет собой смеоь поглотителя и компо нентов.
В условиях целлюлозно-бумажной промышленности чаще применяется процесс абсорбции, сопровождающейся химическим взаимодействием в жидкой фазе между компонентами и активный веществом поглотителя.
Такой процесс, называется "хѳиосорбциѳй". Поглотитель, .Применяемый
для хемосорбции, |
представляет собой раствор активного |
компонента |
|
в растворителе. |
|
|
|
|
Инертный газ и |
поглотитель являются нчн бы носителями компонента |
|
в |
газовой и жидной фазах соответственно, в абсорбции |
не участвуют |
|
t |
не расходуются. |
|
|
|
Протекание абсорбционных процессов характеризуется отатиной |
||
и нинѳтикой. |
|
|
|
|
Одним из основных нинотичѳских уравнений абсорбции является |
||
уравнение ыаосопѳрѳдачи |
|
||
|
WA^A F K , |
т |
где" WA ~количество компонента передаваемое (абсорбируемое) |
||
|
в единицу времени, |
определяется иа материального |
Л |
баланса« |
|
- движущая сила, определяется -аконоиерноотями ота- |
||
|
тики абсорбции.. |
|
Величина й зависит от концентраций компонента в фазах, химических свойств поглотителя и компонента.
Статика абоорбции - облаоть, изучающая равновесное распредѳ-
- 69 -