§ 2. Расчет туманоуловителей

В основе работы туманоуловителей – принцип захвата волокнами жидких частиц при прохождении тумана через волокнистый слой и непрерывный отвод уловленной жидкости из него. Особенности работы волокнистых туманоуловителей подробно изложены в работах [16, 32].

Для улавливания туманов масел, кислот и других жидкостей применяют сеточные брызгоулсвители, если диаметр капель равен 5 мкм и более, и волокнистые туманоуловители при диаметре капель менее чем 5 мкм. Последние классифицируются на низкоскоростные (скорость фильтрации w_фот 5 до 20 см/с и высокоскоростныеw_ф 2...2,5 см/с). При небольших концентрациях жидкой дисперсной фазыg_ж< 0.5...1 мг/м³можно применять фальтроматериалы ФП. Допустимое предельное количество жидкости на квадратный метр поверхности фильтроэлемента для удовлетворительной работы у таких туманоуловителей не более чем 20...50 г.

Вторичный аэрозоль образуется при превышении некоторой величины скорости фильтрации газа, соответствующей перепаду давления на волокнистом фильтре, определяемому по формуле:

где – коэффициент поверхностного натяжения жидкости;

 – краевой угол смачивания;

_ –средний гидродинамический диаметр волокон;

 – доля объема слоя волокнистого фильтра, занятого волокнами;

 = 1- П, гдеП- пористость слоя.

В этом режиме туманоуловитель работает как укрупнитель частиц.

Этот эффект используют при создании двухступенчатых фильтров: на первой ступени стоит волокнистый фильтр для улавливания мелкодисперсных жидких частиц с высокой скоростью фильтрации, на второй – фильтроэлемент для улавливания укрупненных жидких частиц в простых сеточных брызгоуловителях [16].

Сеточные брызгоуловителиобычно используются при концентрацииg_ж жидкой фазы в тумане не выше, чем 100...120 г/м³.

Оптимальную скорость фильтрации туманов через такой сетчатый брызгоуловитель определяют [1] по формуле:

(2.1)

где _ж и_Г – плотность жидкости и газа соответственно.

Оптимальное значение скорости находится в пределах 0,9...6 м/с. Допускается отклонение скорости фильтрации от расчетного до 100 %.

Эффективность улавливания капель определяется по формуле:

(2.2)

H– толщина пакета, м;

S– удельная поверхность проволоки в фильтроэлементе, м²/м³;

n– число сеток в пакете;

_ –эффективность инерционного захвата капель определенного размера одной сеткой.

Значение _ определяется по зависимости рис. 2.1, где параметр определяется по формуле:

(2.3)

а критерий Стокса по формуле (2.4):

(2.4)

 – вязкость газа, Нс/м;

d_ч– диаметр частиц жидкости, м;

d_пр– диаметр проволоки, м;

C– поправка Кенмигема-Милликена, учитывающая повышение подвижности частиц, размер которых сравним или меньше средней длины свободного пробега газовых молекул. Поправка вычисляется по формуле:

(2.5)

Параметр  рассчитывается по формуле

где М– масса 1 кмоль, кг;

R_Г– газовая постоянная, Дж/кмольград.

Для воздуха при t= 20С и нормальном атмосферном давлении = 6,510^-8 м. В табл. 2.1 приведены значения поправки для диаметров частиц от 0,003 мкм до 10 мкм и более.

В расчетах принимают диаметр капель жидкости d_ч= 6...8 мкм, при этом считают, что извлечение из газа капель этого размера на сеточном брызгоуловителе происходит полностью, а общая эффективность очистки составляет не менее 0,80...0,90. На рис. 2.2 приведена фракционная эффективность брызгоуловителя из 92 сеток с проволокой диаметром 0,152 мм, пористостью 98,6 %, общей толщиной пакета 152 мм при значении комплекса:

Расчет сеточного брызгоуловителя.

1. По заданным плотностям жидкости и газа, образующих туман, рассчитываем скорость фильтрации w_фпо формуле (2.1).

2. По заданному расходу тумана Qнм³/ч и скорости фильтрацииw_фрассчитываем площадь сеточного брызгоуловителя

3. Задаем диаметр проволоки d_пр(обычноd_пр=100...250 мкм), тип сетки (например, по ГОСТу 6613-73), пористость пакета сеток (в пределах 0,85...0,99). Рассчитываем удельную поверхность проволок в пакете по формуле:

4. Задаем толщину пакета H_м(в пределах 100…200 мм) и число слоев сеткиn.

5. По формулам (2.3) и (2.4) рассчитываем значения параметра  и критерия СтоксаSt; определяем по рис. 2.1 параметр_ .

6. Рассчитываем эффективность улавливания капель  по формуле (2.2).

7. Задавая геометрические размеры (произведения ширины на длину F₁– площадь одного пакета сеток), рассчитываем количество таких пакетов

Материалом проволоки могут служить коррозионностоикие стали, мягкие стали, мовель-металл, сплавы на основе титана и др. Сетки гофрируют и укладывают в плоские пакеты толщиной 100...200 мм или свертывают в цилиндрические элементы. Габариты пакетов (произведения ширины на длину) определяются из условия технологии изготовления пакетов сеток и условиями монтажных работ при установке пакетов.

Пример.Рассчитать сеточный брызгоуловитель для улавливания жидких частиц с концентрацией 60 г/нм³. Производительность по газуQ= 5000 нм³/г. Температура тумана 340 К. В расчетах принять плотность газа_Г = 1 кг/м³, жидкости_ж = 1,110³ кг/м³ , вязкость газа= 25010^-7 Нс/м, диаметр частиц туманаd_ч= 6 мкм.

1. Оптимальную скорость фильтрации газа через пакет сеток считаем по формуле (2.1).

2. Площадь фильтрации равна

3. Задаём диаметр проволоки d_пр= 150 мкм, пористость пакета сетокП=0,9. Тогда удельная поверхность проволок в пакете сеток равна

4. Задаём толщину пакета H= 0,1 м и число слоёв сеткиn= 70.

5. Для расчёта _ определяем сначала следующие параметры: параметр по формуле (2.3)

критерий Стокса по формуле (2.4), полагая с= 1,

По графику рис. 2.1 определяем эффективность инерционного захвата _= 0,55.

6. Рассчитываем по формуле (2.2) эффективность улавливания капель с размером d_ч= 6 мкм

7. Задаём ширину и длину пакета сеток

Число пакетов для заполнения площади F₁равно

Применяемые в СССР волокнистые низкоскоростные туманоуловители имеют следующие характеристики [2]:

– фильтрующий слой набивной: стекловолокно с d_в= 7...30 мкм; полимерные волокна (лавсан, ПВХ, полипропилен) сd_в= 12…40 мкм;

– толщина слоя Н= 5...15 см;

– скорость газа w_ф= 5...20 см/с;

– перепад сухих р_С= 200... 1000 Па;

– перепад в режиме самоочищения р_В=1200...2500 Па;

– плотность набивки 60...150 кг/м³, а для синтетических волокон меньше в соответствии с плотностью полимера.

На рис. 2.3 приведена конструкция самоочищающегося туманоуловителя для улавливания туманов и растворимых солевых аэрозолей. Для предотвращения солевых отложений в фильтр с газом вводится пар, обеспечивающий насыщение газов влагой и конденсацию влаги в слое [3].

На рис. 2.4 приведена схема высокоскоростного туманоуловителя [16] для улавливания тумана в производстве контактной серной кислоты, разработанного НИИУФом им. Я.В. Самойлова. Туманоуловитель устанавливается за башней-конденсатором (четыре слоя стекловолокна ВВ-К или 9 слоев ВВ-К) с диаметром волокон 15...18 мкм. В табл. 2.2 приведены технические данные таких фильтров.