Старк С.Б. - Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве (1044944), страница 18
Текст из файла (страница 18)
1) а количество частиц, захваченных на единицу длины пути, йгй и к Лг1=- Чзш — 3. 4 Следовательно, количество частиц, захваченных 1 см' распыленной воды на том же участке пути, равно (7.2) гдс т — масса частицы диаметром и' и плотностью р„; т= =пйар,/6; ш — скорость отскока в предположении отсутствия гил адгезии (приближенно равна 0,8 от скорости при ударе). Ориентировочно можно принять Р„„.--0,012й и Е,„=:(Р, ЙЬ, где и — зазор между поверхностью стенки и частицей. В результате приближенного интегрирования выражения (7.5) можно найти граничное значение скорости удара, при ко- тором еще возможно прилипание частиц: ю 0,249~'д, где й — размер частицы, мкм.
При наличии на поверхности пленки жидкости условия при- липания существенно улучшаются (схема захвата дана на рис. 7.1, а). В этом случае сила адгезии может быть определена по формуле (7.7) 1 + 1я аа/2 (7.6) 88 Лг ' а =- — Чз1х — . ~а 6 3 г а=Чих — г а 2 (7.3) 4 пак ~а Как видно из формулы (7.3), эффективность улавливания при прочих равных условиях возрастает с уменьшением диаметра капли и может достичь высоких значений даже для мелких частиц. Захват частиц пыли пленкой жидкости.
При ударе частицы о твердую стенку возможны либо отскок частицы, либо прилипание к стенке за счет сил адгезии Р„. Отскок частицы возникает, если кинетическая энергия отражающейся частицы больше энергии адгезии Е„: ) Еам (7. 4) Рнс. 7З. Захват частиц пы. лн пленкой жндкастн: а — схема захвата; б— краевой угоЛ смачнваннв 86 где а — угол, определяющий смоченную часть поверхности частицы; гр — краевой угол смачивания, зависящий от физико- 7 химических свойств и дисперсности пыли 1 ==== — — — (рис.
7.1, б). Для хорошо смачиваемых материалов (10=0) при точечном контакте (а=О) величина силы адгезии равна Р,д — — 275 <Ы. (7. 8) Для минеральных масел при толщине пленки 8 = 0,5 1( Р,д — — - 1575(. (7.9) Сравнивая выражения (7.5) и (7.9), можно сделать вывод, что сила адгезии при поверхности, покрытой маслом, во много раз больше, чем при сухой поверхности. С теми же допущениями можно определить предельную скорость удара, см/с, обеспечивающую осаждение частиц: п7 = 7350/д. (7.10) При одинаковой скорости ш смоченной поверхностью будут удерживаться значительно более крупные частицы, чем сухой. Вследствие того что смачиваемость материалов ухудшается с уменьшением размеров, в технике пылеулавливания часто приходится иметь дело с гидрофобными частицами. Для улавливания таких частиц необходимо, чтобы их кинетическая энергия превышала работу погружения частицы в жидкость, т.
е. работу преодоления сил поверхностного натяжения. Из этих условий получено, что предельная скорость удара частицы, обеспечивающая ее погружение в жидкость, равна (7.11) север Ч Рп где чр — угол между направлением движения частицы и нормалью к поверхности жидкости в точке удара. При тр=О, т. е. движении частицы по нормали к поверхности жидкости, в= 2,83 ч/а7р~1. (7. 12) При больших углах чр частицы рикошетируют от поверхности и улавливание возможно только при высоких скоростях удара. Частицы при Бе<5 в момент удара погружаются в пленку жидкости не полностью и могут быть легко сорваны газовым потоком, так как поверхность жидкости после удара быстро выпрямляется, а удерживающие частицы силы адгезии (а в случае горизонтальной поверхности, то и силы тяжести) незначительны.
$3. Энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей Многими исследователями установлено, что эффективность работы мокрых пылеуловителей определяется в первую очередь затратами энергии на процесс очистки газа. При этом должна быть учтена как энергия, затраченная иа движение газа через пылеуловитель, так и энергия, израсходованная на подачу и диспергирование жидкости. В обоих случаях следует учитывать только энергию, затраченную в пределах аппарата. Главным энергетическим параметром мокрого пылеуловителя является суммарная энергия соприкосновения Кч, т. е.
расход энергии на обработку жидкостью определенного объема газов в единицу времени. Численную величину этого параметра определяют из следующего выражения, кДж/1000 м' газа: Кч = Лрап+ Рм)/ж/1'г, (7.13) 'гг 10 б 010'б 10' 1 й 0 0 10э, 1 Кт, «Дн/1000мэгауод Ич 10 0 1 710' 0 б г 10' г й б г 10" Кг, КДн71000мэ гаур0 Рнс.
7.2. Завнснмостн числа единиц переноса длв раэлнчных пылей от главного энергетического параметра мокрого пылеуловнтелн 87 Т а б л н ц а 7.1. Характеристика некоторых видов пылей н туманов Номер прямой на уонс. .2 Виды пыли н тумана Конвертерная пыль (прн продувке кислородом сверху) Тальк Туман фосфорной кислоты Ваграночная пыль Мартеновская пьиь Колошннковая (доменная! пыль Пыль известковых печей Пыль, содержащая окислы цинка, нз печей, выплавляющнх латунь ГДелочной аэрозоль нз известковых печей Аэрозоль сульфата меди Дурнопахнущие вещества Пыль мартеновских печей, работающнх на ду- тье, обогащенном кислородом Пыль мартеновских печей, работающих на воз- душном дутье Пыль нз доменных печей Пыль, образующаяся прн выплавке 45 %-ного ферросилиция в закрытых электропечах Пьиь, образующаяся в печах прн пронзвод- стве целлюлозы Пыль производства черного щелока прн обра- ботке увлажненных газов То же, прн обработке сухих газов Частицы поташа нз МГД-установок открытого цикла Пыль, образующаяся прн выплавке снлнко- марганца в закрытых электропечах Пыль каолннового производства Сажа, образующаяся прн электрокрекннге ме- тана 988 !О а 0,206 1,34 !О ' 1,355 1О а 1,915.!0 а 6,6! 1О ' 65!О а 0,4663 0,3506 0,6312 0,6210 0,5688 0,891 1,0529 2 3 4 б б 7 8 2,34 1О а 5,53.!О-а 2,14 !О-' 1,09.10 ' 0,53!7 1,2295 1,0679 1,4!46 9 10 1! 12 1,565 !О а 1,619 1,74 10 а О, 1925 1,594 0,3255 14 15 2,42 !О ' 4.!О а 1,26 1,05 1,32 !0 а 93!О а 0,86! 0,86! 0,0! 6 0,554 6,9.!О а 2,34.10 а 0,67 1,115 21 22 !О а 1,36 где Лран — гидравлическое сопротивление аппарата, Па; р давление распыляемой жидкости при входе в аппарат, Па; !У и $',— объемные расходы соответственно жидкости и газа, из/с.
В соответствии с энергетическим методом расчета степень очистки газов в мокром пылеуловителе может быть определена по формуле и т(= 1 — е (7.14) где В и м — константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли. При высоких степенях очистки оценку эффективности работы аппарата удобнее выражать не степенью очистки т(, а числом единиц переноса А1,— понятием, используемым в теории тепло- и массообмена, связанным с т( следующей зависимостью: Л!„= !п (7. 16) 1 — т! Из сопоставления выражений (7.14) и (7.16) следует, что й(„=- ВК„'.
(7. 16) Зависимость (7.16) аппроксимируется в логарифмических координатах К,— А!, прямой линией, угол наклона которой к горизонту дает величину к, а величина В определяется как значение А(, при К;=1. На рис. 7.2 нанесены прямые, характеризующие зависимость (7.16) для некоторых пылей и туманов. Величины В и к, приведенные в табл. 7.1, могут быть определены только экспериментальным путем. Энергетический подход чрезвычайно упрощает расчет эффективности мокрых пылеуловителей и дает результаты, подтверждаемые опытом работы промышленных аппаратов. Эффективность очистки определяется в основном полезными энергозатратами.
9 4. Тепло- и массообмеи в мокрых пылеуловителях Мокрые пылеуловители представляют собой аппараты контактного типа, в которых газ и жидкость непосредственно соприкасаются друг с другом. Вследствие того что температуры газа и жидкости, а также парциальные давления пара в газе р, и над жидкостью Р„ в мокрых пылеуловителях, как правило, не одинаковы, одновременно с пылеулавливанием идут тепло- и массообменные процессы. Основным расчетным уравнением для определения количества тепла (,1!, Вт, передаваемого прямым теплообменом, является общеизвестное уравнение теплопередачи: -~ д,=- К,ГАт+д„„ где К, — коэффициент теплопередачи, Вт('(м' К); г' — поверхность, через которую происходит теплообмен, м'; АТ вЂ” средняя разность температур, К; аоот — потеря тепла в окружающую среду.
Уравнение массообмена имеет вид ~ Л М =- ().г (р„— рж), (7. 18) где бм — коэффициент массообмена, кг1'(мз с Па). Процессы массообмена сопровождаются выделением (при конденсации) или поглощением (при испарении) тепла Яш величину которого можно найти, зная теплоту парообразования: ~-. а = гДМ =- г().Г(р, — р.). (7.19) В приведенных уравнениях (7.17) и (7.18) знак «плюс» ставится в случаях перехода тепла и массы от газа к жидкости 89 (Тг>Тж и рг>р ), а знак «минус» в случаях перехода тепла и массы от жидкости к газу (Т,<Т и Р,<р ).
Так как отходящие газы металлургических агрегатов, подлежащие очистке, как правило, имеют высокие температуры, то в мокрых пыле- уловителях обычно протекают процессы охлаждения газа. Эти процессы могут проходить как с испарением воды, так и с конденсацией водяных паров, содержащихся в газе. В первом случае охлаждение называют испарительным, во втором — конденсационным.
Конденсационное охлаждение происходит, если горячий газ, насыщенный водяными парами, встречается с холодной водой ' (Тг> Т, рг>р ). При этом конденсируется часть водяного пара в газе, в результате чего газ подсушивается. Вода при этом нагревается, получая тепло в количестве Яз+Яй. Испарительное охлаждение происходит при взаимодействии горячего не насыщенного влагой газа с подогретой водой (Тг> >Т, рг<р ). При охлаждении газа одновременно увеличивается его влагосодержание за счет испаряющейся воды, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
