8.4 Акустическая коагуляция взвешенных частиц

В последние годы актуальным стало использование ультразвука в промышленности. В ряде научно-исследовательских институтов проводятся исследования возможности использования ультразвука для коагуляции частиц, взвешенных в потоке газов.

Результаты таких исследований позволяют сделать следующие выводы. Для повышения эффективности пылеулавливания и обеспечения лучшей очистки газов целесообразно предварительно укрупнить (скоагулировать) содержащиеся в газах мелкие частицы пыли. Укрупненные частицы затем легко улавливаются в мокрых батарейных циклонах, центробежных скрубберах и др. С целью укрупнения частиц используется явление акустической коагуляции. В результате воздействия ультразвуковых колебаний на аэрозоли, мельчайшие частицы аэрозоля приходят в колебательное движение, сталкиваются друг с другом, слипаются и образуют крупные частицы.

Установлено, что на звуковую коагуляцию оказывают влияние следующие факторы: вибрация частиц в колеблющемся газе, гидродинамические силы между соседними частицами, давление звуковой радиации, акустические течения, возникающие у параллельных плоских стенок.

Вся установка для акустичеcкой коагуляции состоит из генератора звуковых или ультразвуковых колебаний и агломерационной камеры. В качестве генераторов акустических колебаний применяют в основном излучатели механического типа: сирены и свистки различных конструкций. Звуковая агломерационная камера обычно выполняется в виде вертикальной полой башни. В верхней части башни – генератор ультразвука.

Установлено следующее:

а) минимальная интенсивность звукового поля, ниже которой не происходит укрупнения частиц, 100–170 дб;

б) диапазон наиболее оптимальных частот от 1000 до 4000 Гц. Оптимальные области частот для различных аэрозолей различны. Так, для коагуляции частиц печной сажи оптимальная частота равна 3500 Гц, для частиц металлургических газов, образующихся при производстве ферромагнитных сплавов, оптимальная частота 1400–2000 Гц, а для частиц серной кислоты  1000–4000 Гц;

в) начальная концентрация частиц не должна быть меньше минимально допустимой, соответственно размерам частиц. В литературе имеются указания, что при размерах частиц от 1 до 10 мк минимально допустимая концентрация их составляет 2,3 г/м³; несколько меньшая величина применяется для аэрозолей с размерами частиц меньше 1 мк.

Если начальная концентрация аэрозолей слишком мала, то для получения эффективной звуковой коагуляции концентрацию аэрозоля увеличивают (например охлаждением газа, распылением жидкости и т. д.). Эффективная коагуляция аэрозолей возможна при начальных концентрациях до 230 г/м³;

г) размер укрупненных частиц зависит от их свойств и для сухих веществ достигает 100 мк и выше;

д) эффективность коагуляции зависит от времени озвучивания.

Практически продолжительность воздействия звукового поля на аэрозоль составляет 2–4 с;

е) температура газа не имеет существенного значения. По литературным данным, звуковая коагуляция применяется при температуре газа до 500–550 С.

Одним из недостатков применения ультразвука является необходимость звуковой изоляции камеры озвучивания, так как ультразвук при высоких мощностях звукового генератора оказывает вредное влияние на организм человека.