Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Разница в значениях константы, полученных для других аэрозолей, которая всегда больше теоретической величины, объяснястся следующими причинами: а) аэрозоли мс м<гноднсперсны, поэтому значснп< и несколько увеличивается; Ь) частицы аэрозоля несут электрический заряд, что может привести к значительному увеличению и; с) наличие влажности ведет к уменьшению скорости коагуляции до тех пор, пока при очень высокой влажности (относительиая влажность более 60%) не возникает противоположное явление. Если же аэрозоль состоит из частиц примерно одного размера, что чаще всего наблюдается на практике, то это влияние намного меньше: г)зт ......
1:1 От1;1ло2;1 Сп 1:!ло5:1 От!:1да8:1 гг~ -1- г1а) 1,0 1,гб 1,19 1,27 агина Значения, приведенные выше, были рассчитаны на основе предположения, что рассматриваемые частицы представляют собой группы одинакового размера в соотношении от 1: 1 до 1: 8 (от 1 до 8 диаметров). Если частицы малы (менее 0,5 мкм), то поправка первого порядка, вводимая лоправочным коэффициентом Каннингхема, становится значительной и в более простом виде может быть записана в виде: С = 1 + 2Ааул гас Ь вЂ” длина свободного пробега молекул газа; / 1,1с! А = 1,257+0,400 еаР— ~ 2л ) Она может рассматриваться как приблизительно постоянная величина в поправке первого порядка. Это выражение может быть иве!!ено в интегральную форму уравнения скорости коагуляции: 1 1 45Т 7 2зА! — = — + — 1+ — ' с се 3)г (Х1.7) Отсюда видно, что константа коагуляции и в действительности ие является постоянной величиной, а уменьшается в процессе коагуляции; значение С тоже уменьшается и приближается к единице.
Экспериментально это было показано, как и следовало ожидать, только для очень малсньких ча< тиц. 5!7 Для смесей маленьких и крупных частиц дыма было отмечено, ч!о малснькис частицы исчсзают вследствие их агломерации с !,Руппыми частицами. На это в уравнении (Х1.4) указывает член, годсржащий размеры частиц. Изменсние скорости агломсрацин может быть рассчитано из отношения (А+!!з) з/Аг(з, которое равно единице для монодисперсного аэрозоля. Если аэрозоль состоит из двух групп различных час!иц и отношение их диаметров очень велико, например г1, !с(з= .—.1:50, то влияние на скорость коагуляции весьма значительно )(до) размер частицы, сталкивающейся с частицей единичного размера... 1 2 5 10 25 50 100 1,ГО 1,!3 1,80 3,02 6,76 !2,74 25,5 4пзаз К~ ~ГО и м са оо Ьм ю,рг йг 1,ст усу млт уисло НтуАсуга Рис.
ХРЦ Иамеисиис скоро сти коагуляции частиц числом Киулсеиа [3651: 2 — Паттерсон и Канул: 2 — Ка вуи и Войтлоу — Грэй; а Стокс — Каннннтасм; а - Фукс; 5 — ты рнн снободнык молекул; 5 — расширение теории свобод. ныт молекул. Вторым фактором, влияющим на константу коагуляции к и приводящим к несколько более высоким ее значениям по сравнению с рассчитанными по классическому уравнению Смолуховского, является наличие между частицами сил Ван-дер-Ваальса.
Однако влияние, оказываемое этими силами, исчисляется величиной, не более нескольких процентов (самое большое — 102)ь) (3!4), поэтому в большинстве расчетов газоочистительного оборудования ею можно пренебречь, Теория Смолуховского (в которой среда считается сплошной) и ес модификация для частиц малых размеров, диаметр которых составляет пе более половины средней длины свободного пробега молскул газа Л, хорошо соответствует экспериментальным данным для чисел Кнудсена (2Л/с() вплоть до 5. Попытки видоизменить теорию были предприняты Фридлапдером 1277), Забелем (960), Фуксом (28о1 и Хайди и Броком [345]. Фридландер предположил, что эти очень маленькие частицы должны диффундировать как молекулы газа, поэтому,коэффиааиент диффузии Стокса — Эйнштейна необходимо заменить коэффициентом молекулярнойдиффузии газа.
С другой, стороны, Зебсль 19601 допупкал, что среда повсюду постоянна за исключением области, непосредственно прилсгающей к частице в пределах расстояния Л. Как подчеркнули Хайди и Брок (365), в этой области нс учитывастся столкновение с другими молекулами газа, что приводит к получению ошибочных результатов из-за слишком упрощенного описания явления. Фукс исходил из тех же предпосылок, что и Зебель, однако он предполагал, что в пограничном слос аэрозоля сушествует скачок концснтрации частиц. Фукс (285) применил эмпирический подход. используя известные пограничные условия для больших и малых чисел Кнудссна с тем, чтобы полученные им результаты совпадали с этими значениями.
Хайди и Брак 13651 использовали кинетическую тсорию газов. На рис. Х1-1 представлены результаты, отражающие видоизмененную теорию Смолуховского, теорию Фукса и теорию свободных молскул Хайди и Брока, а также показаны экспсримептальныс данные для скорости коагуляции, полученные Паттерсоном, Кавудом и Вайтлоу — Грэсль.
Можно видеть, что тсория свобод. ных молекул, вероятно, дает нанлучп|нс результаты для Кп=30, 2. УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ ттГЛОМЕРЛПИИ ПРИ ПЕРЕМЕШИВАНИИ Скорость агломерации частиц можст быть увеличена путем псремешивапия газа для обеспсчения турбулентности, при которой позрастаст число соударений.
Для сферических частиц диаметром г1, находящихся в срсдс с ламипарным тсчснисм и при градиенте скорости, перпендикулярном к линиям тока, с(р!с(х, скорость агломерации равна ос 4 пу — — Паса— сг 3 Дх 1х1.8) Показано, что при обдувке аэрозольного облака с помощью ш птилятора потери скорости обусловлсны комбинированным эффектом броуновской коагуляции и потерями на лопастях и па кожухе вснтилятора (2981 — ос = нса + Рс = — ~ сг ) — ( с! ) (Х1.9) слс р — константа потерь, индексы к н и относятся к членам, означавшим коа- ~у;впав н потери. 519 тогда как классическая тсорня применима при Кп 2.
В переходной области наиболее эффективной может быть теория Фукса 13651. Расчет поправочного коэффициснта С для больших чисел Кнудсена представляет трудности, но для приблизительных расчстов можно использовать значения из графиков на рис. Х1-1. Влияние заряда на скорость коагуляции частиц очень сложно, и экспериментальные данные по этому вопросу противоречивы. Если псс частицы несут заряды одинакового знака, это замедляет коагуляпию, тогда как разноимснпыс заряды, возникающие на частицах в сильном электрическом поле (299), ускоряют агломерацию. .Методы расчста с учстом электрических зарядов частиц можно найти в литсратурс (315).
Влиянис тсмпературы, давления и вязкости на скорость агломерации может быть рассчитана из изменения константы коагуляции и при изменении температуры, вязкостц и поправочного коэффициента Каиниигхсма (который прсдставляст собой сложную зависимость длины среднего свободного пробега зюлскул газа от тсмпературы, давления и вязкости), т, с. (4САТ/3)с) при 3=2. Брок и Хайди [134) и Зебсль !96Ц рассматривали влияние различных сил, включая элсктричсские, магнитные и центробежныс, а такжс нсоднороднос состояние окружающего газа, т.
е. градиенты температуры и давления и разрывы поля. К сожалснию, их результаты нсвозможно использовать непосредственно для конкретных расчетов, но псрвыс из этих исследователей подчеркивают, что направленное движение аэрозолей, обусловленное такими псравновсспыми факторами, может значительно влиять па скорость коагуляции даже для частиц маленьких размеров. Экспериментально показано, что значение и изменяется с течением времени приблизительно на 50%, тогда как значение р линейно растет во времени. Предполагают, что перемешиванпе можно использовать в качестве метода агломерации аэрозоля, тогда эти величины необходимо найти экспериментально. Конечно, в общем случае увеличение скорости перемешинания ведет не только к увеличению турбулентности; при этом появляются новыс поверхности, на которых могут оседать частицы аэрозоля. Поскольку эти частицы аэрозоля удаляются из газа прн любом контакте с лопастями вентилятора, то прп увеличении скорости его вращения будет достигнута ббльшая скорость удаления частиц.
Подобные рассуждения справедливы и в том случае, когда газовый поток пропускают через уплотненный слой насадочного материала с извилистыми проходами; при этом турбулентность газового потока возрастает и создаются новые поверхности осаждения при продувке газа через этн проходы. 3. УСКОРЕНИЕ АГЛОМЕРАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ЗВУКОВЫХ ВОЛН Возможно, наиболее эффективный метод быстрой агломерации частиц или капель в более крупные агрегированные единицы, ко торые затем можно осаждать в обычных пылеулавливающнх установках (например в циклонах), заключается в пропускании пылевого облака нлн тумана через колонну, в которой газ подвергается воздействию стоячих звуковых волн.
Когда через облако, помещенное в узкую трубку, пропускают звуковые волны низкой интенсивности, вначале дым появляется в виде колец, поскольку частицы начинают мигрировать к точкам пучностн волны. Затем флокуляция становится заметной и в дыме можно различить гранулы. Хлопья увеличиваются и либо оседают на стенках, либо собираются в анткнодальных плоскостях, образуя слоистые структуры, напоминающие отчасти столбики пыли, образующиеся в пучностях волн в классической трубке Купдта [720[. Наиболее обширный обзор работ по теории агломерации с помощью звуковых волн и практическому применению метода опубликован Медниковым [5671.
Механизм акустической флокуляции до конца не выяснен, но можно,предположить, что он сочетает следующие три фактора [1!9[: совместное колебание частиц и газа, так называемая ортокинетическая коагуляция [1141; давление звукового излучения [4381 н гидродинамическне силы притяжения и отталкивания между соседними частицами. Ортокинетическая коагуляция. При пропускании стоячих звуковых волн через газ, содержащий облако пыли, частицы в зависимости от нх размера и частоты колебаний могут колебаться вместе с газом, если частота звуковых колебанкй невелика, и будут отставать, если частота увеличивается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
