Старк С.Б. - Пылеулавливание и очистка газов в металлургии, страница 7

Под скоростью фильтрации (шф, м'с) понимают условную скорость, получаемую как отношение объемного расхода газа г'„ проходящего через фильтр, к полной площади фильтрующей перегородки Р. Численно скорость фильтрации равна газовой нагрузке фильтра, т.

е. объему газа, проходящего через единицу поверхности фильтра в единицу времени, мз~(м'.с). Фактическая скорость в поровых каналах существенно больше скорости фильтрации ш и зависит от пористости фильтрующей перегородки е: ше:= шф(е. (5-6) Важной характеристикой пористой перегородки является пылеемкость, которая представляет собой количество пыли, задерживаемое фильтром за период непрерывной работы, т. е. между двумя очередными регенерациями. Критерием пылеемкости является интенсивность роста удельного сопротивления (5-7) гг —. (АРг — АР1)'М1 где Лр,, Аре — начальное и конечное сопротивление фильтра, Па; М, — удельная запыленность фильтра, кто', М, = = — М1Р;М вЂ” количество уловленной пыли, кг; Р— рабочая поверхность фильтра, м'.

При заданном предельном сопротивлении АР, пылеемкость фильтра рассчитывают по формуле (5-8' При улавливании мелких частиц пылеемкость фильтра ока зывается всегда меньше, чем при улавливании крупной пыли й 16. МЕХАНИЗМЪ| ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ Осаждение частиц пыли на твердых элементах пористой пере городки происходит в силу различных факторов, вызывающи столкновение движущейся в потоке частицы пыли с элементам фильтрующего слоя. Эффективность действия того или иног механизма осаждения определяется коэффициентом захвата.

,((ля одиночного изолированного фильтрующего элемента коэ~) фициент захвата определяется как отношение площади сечения У набегающего потока, из которого все частицы полностью осам даются на элементе, к площади проекции фильтрующего элемент: Р, на плоскость, нормальную к направлению движения поток; Чз = ~'аУ в (5-! Для аналитического определения коэффициентов захвата необходимо использовать данные о поле скоростей при обтекании фильтрующего элемента. Такие данные имеются только для тел простейшей формы — шара, пластины, цилиндра.

В большинстве случаев коэффициенты захваты определяют по формулам, использующим как теоретические, так и экспериментальные данные. При определении коэффициентов захвата считают, что частица пыли, коснувшаяся фильтрующего элемента, удерживается на нем. Механизм касания (прямого зацепления). Если частица дви- з е жется по линии, проходящей около ф твердого элемента фильтра на расстоянии, меньшем радиуса частицы с или равном ему, она непременно коснется этого элемента и удер- — Уз жится на нем (рис. 17). Определяющим параметром эффекта касания является отношение размера Г ( частицы г к размеру твердого элемента фильтра г,: )с =- г!го.

Рис !1 Механизм процесса фильтра Нии 1 — механизм «асании, 1 — инерцнон иый механизм, 3 — диффузионный ме хапнем, 4 — злемтростатичесний ме каннам Рассматривая обтекание одиночного цилиндра потоком газа, применительно к волокнистым фильтрам можно получить формулы для определения коэффициента захвата за счет касания: а) для вязкого обтекания Чя =9 9 ! й (2(1+ Я)1п(1+ й') — (1+ 4тз) + ! й1; (5-10) б) для потенциального обтекания Чн (!+Я) !+ц (5-11) 39 где Ке — число Рейнольдса, отнесенное к обтекаемому цилиндру. Инерг(ионнь4й механизм.

Механизм захвата за счет инерции тем эффективнее, чем выше скорость фильтрации и больше масса частицы. При обтекании твердого элемента фильтра цилиндра (волокна) или шара (зерна) линии тока искривляются, а частица пыли, стремясь, в силу инерции, сохранить движение прямолинейным, смещается с линии тока и направляется к поверхности твердого элемента, на котором н оседает (см. рис. 17). Определяющим параметром инерционного осаждения является критерий Стокса, характеризующий отношение инерционной силы, дей- ствующей на частицу, к силе сопротивления среды: огн = аз !ер„/18ра„ (5-12) где а' — диаметр частицы, м; !е — скорость обтекания препятствия, м/с; р„— плотность пыли, кг!м'! р — вязкость газа, Н с~м'! и, — определяющий размер твердого элемента фильтра, и.

Коэффициент захвата за счет инерции для одиночного цилиндра (волокна) можно выразить следующей формулой: х!~ з т! ! 6!Ьз + ! 645!Ьз + 1 76 (5-13) Коэффициент диффузии Р резко уменьшается с увеличеииеь размеров частиц, вследствие чего диффузионный эффект доста точно значителен лишь для частиц размером менее 0,1 мкм. Используя теорию случайных блужданий, Ленгмюр получи7 для коэффициента захвата за счет молекулярной диффузии дл! одиночного цилиндра (волокна) следующее выражение: (5-14 где Ре — критерий Пекле, характеризующий относительную рол конвекции и диффузии в подводе частицы к поверхност цилиндра и выводе ее из движущегося потока аэрозоля Ре = 2г,пУ~Р. Величина, обратная критерию Пекле, П = 1!Ре, называетс диффузионным параметром. Из приведенных уравнений вытекает, что эффективность ди!) фузионного осаждения возрастает с уменьшением размеров части и скорости фильтрации.

Гравита!!ионный механизм. Захват частиц может осущест! ляться за счет осаждения их под действием силы тяжести. Коз~ При эксплуатации промышленных фильтров в большинстве случаев для частиц размером )1 мкм инерционный механизм захвата имеет решающее значение. Диффузионный механизм. За счет неуравновешенных ударов молекул, находящихся в броуновском движении, происходит смещение мелких частиц аэрозоля с линий тока и осаждение их на обтекаемых препятствиях. Чем меньше частицы и меньше скорость течения, тем резче выражен этот эффект.

Средний квадрат теплового смещения частицы в данном направлении х' за время ! пропорционален коэффициенту диффузии Р„и определяется уран. нением Эйнштейна: хз = 2Рд1. фициент захвата для одиночного горизонтально расположенного поперек потока цилиндра при вертикально направленном потоке газа может быть определен из выражения Чв= — = „, ' — = ~, =о ыо»о~рпС 2»ок 5И (5-15) где»а, — установившаяся скорость падения частицы; сс — скорость газового потока; Р» — критерий Фруда, характеризующий соотношение инерционных и гравитационных сил; Р» — -- шо12»од; д — ускорение свободного падения; д = 9,81 м/с', С вЂ” постоянный коэффициент; 6 — седиментационный параметр.

При горизонтальном течении газа Чв = Оо. В обычных условиях промышленной фильтрации гравитационный механизм играет очень незначительную роль и становится заметным лишь при очень низких скоростях фильтрации ((0,05 см/с). Электростатический механизм. В случае если волокно фильтра несет электростатический заряд или поляризовано внешним электрическим полем, оно создает вокруг себя неравномерное электрическое поле. Нейтральные частицы пыли поляризуются этим полем и притягиваются к поверхности волокна, причем знак заряда волокна в этом случае роли не играет.

Формула для определения коэффициента захвата для этого случая имеет вид Ео»2 6мн»о о где Е, — напряженность электрического поля у поверхности волокна. Коэффициент электростатического захвата растет с увеличением напряженности поля Е и размера частиц» и уменыпается с возрастанием скорости фильтрации. Суммарный коэффициент захвата. При обтекании одиночного цилиндра в той или иной степени могут проявляться все рассмотренные выше механизмы осаждения. Однако простое суммирование коэффициентов захвата по различным механизмам не дает точных результатов, так как не учитывает влияния одновременного действия нескольких механизмов на общий коэффициент захвата. Наилучшие результаты получаются при вычислении суммарного коэффициента захвата из выражения Ча = 1 (1 Чл) (1 Чио) (1 — Чо) (1 — Чз) (1 — Чв) (5-17) В конкретных условиях суммарный коэффициент захвата Ча определяют по наиболее вероятным механизмам осаждения, для которых величина Ч' максимальна.

Остальными второстепенными механизмами осаждения в первом приближении можно пренебречь. 4! В 17. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРИСТОГО ФИЛЬТРА При определении эффективности пористых фильтров основным параметром является суммарный коэффициент захвата частиц пыли и'- элементом фильтрующего слоя. Следует иметь в виду, что пз нельзя непосредственно определять по формулам, приведенным выше. Дело в том, что фильтрующий слой представляет собой совокупность фильтрующих элементов, близко и беспорядочно расположенных по отношению друг к другу. Вследствие этого поле скоростей в реальном, даже изотропном фильтре сильно отличается от поля скоростей вокруг изолированных фильтрующих элементов (цилиндра, шара).

Эффективность отдельных фильтрующих элементов, расположенных внутри фильтрующего слоя, может быть больше или меньше той, которая наблюдается для тех же элементов, расположенных изолированно. Для опре- делениЯ сУммаРных коэффициентов захвата Чв фильтРов Различного вида предложено много формул, основанных на различных, главным образом полуэмпирических теориях, которые будут приведены ниже при рассмотрении пористых фильтров различного типа. В общем виде коэффициент очистки можно определить, исходя из следующих рассуждений. Количество фильтрующих элементов в единице объема фильтрующего слоя толщиной Ь равно: Н = гхНЯ„ (5-!8) где и — плотность упаковки слоя; $', — объем одного фильтрующего элемента. Количество частиц, уловленных каждым фильтрующим элементом, может быть найдено из выражения А/, = Пхг',га'г, где Чх — сУммаРный коэффициент захвата фильтРУющего элемента в условиях фильтрующего слоя; г, — площадь сечения фильтрующего элемента, нормального к направлению движения потока; в' — действительная скорость газа в порах между фильтрующими элементами; ю' = гав!(1 — сс); г — количество частиц, содержащихся в единице объема газа (счетная концентрация), перед пористой перегородкой.