Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Рис. 1Х-20. Диаиергирующий екруббер 1344) 413 Другим фактором, влияющим на эффективность скруббера, является конденсацнонный эффект. Если газы в зоне пониженного давления в горловине трубы полностью насыщены (нлн, что желательно, пересыщены), на твердых частицах (выступающнх в качестве ядер) пронсходнт конденсация в отсеке днффузора с более высоким давлением. Частицы увеличиваются в размере, а увлажненная поверхность частицы облегчает процесс агломерации н последующего улавливания. Скруббер с трубками Вентурн был впервые запатентован в !925 г. [345), однако современная модификация установки была внедрена в производство лишь спустя 20 лет, когда скруббер Вентури модели «Пнз-Энтонн» был использован в качестве опытной установки для извлечения сульфата натрия нз дымовых газов регенерационного агрегата фирмы «Крафт».
С этого времени скруббсры Вентури нашли широкое применение для абсорбционной очистки газов н удаления частнц нз дымовых газов в металлургической н химической промышленности. Теоретические основы процесса е скрубберах Вентура Механизм улавливания твердых частиц в скруббере с трубами Вентурн был детально исследован Джонстоуном н др. [403— 405), в недавнее время Бартом [50[, а также Страусом к Ланкастером [850). Джонстоун и Робертс [405) выяснило, что удельная поверхность капель жидкостн в скруббере, рассчитанная по уравнению (1Х.З), соотносятся с эффективностью улавливания частиц, а также с интенсивностью поглощения 80» нлн увлажнения воздуха (рнс.
1Х-21). Числа единиц переноса )уу [где )уу= — 1п(1 — у!), см. уравнение (1Х.9)1 для режима увлажуо нсння может быть найдено из графика на рис. 1Х-21. Эта кривая имеет большнй уклон, чем кривая поглощения 30», превышая его в 2,2 раза, что соответствует соотношению коэффициентов днффузни водяных паров н диоксида серы в воздухе.
Далее установлено, что в скруббере Вснтурн стандартной конструкции частице цы взаимодействуют по механизму янерцнонного столкновения [4041; приведенное ниже уравнение позволяет соотнести Рис. 1Х-21. Зввисвмость эффективности скрубберв Вентура от рвссчктннной удельной поверккоств в ур гр зе чу за вс ус капель Я 14051: Лвм /м лава г у — улввлнввнно ннлн; 2 — поглошснне ЗОВ Л вЂ” увлвув пенно. 414 Рнс. )Х-22. Завнснмость параметров скруббсра с трубами Вентура, установленная на основании характеркстнкн ннерцнонного столкновения [404): ) — частнцы днбутнлфталата размером )О л1км (Зкман); 2 — то же, размером О,зз мкм; 3 — частицы сульфнта аммония размером 1.22 мкм) а — частнцы хлорнла аммонна размером 0,27 мкм (Ь вЂ” расход мндкостн, л/и', Š— параметр нкерцнонного столкнонання).
йа цу ((в чх х а,7 а йа 6 Й ав Ь ох а) )7 дв ьа у,у га В уху; ~7дг рсзультаты, полученных экспериментально. Эффективность улав- ливания частиц выражается в виде следующего уравнения Ч = 1 — ехр( — А'л)74) ) (1Х. 4) где Х вЂ” постоянная, являющаяся функцией длины путя я удельной плошади поверхностн капель; л — содержание капель; я — показатель инерционного столкновения.
График корреляции экспериментальных результатов с расчетом по уравнению (1Х.4) дан на рис. 1Х-22. Дальнейшие эксперименты показали, что для эффективного улавливания частиц размером менее микрона необходимо создать высокую скорость газа при прохождении через горловину трубки Вснтури (от 100 до 130 м/с), однако для достижения указанной эффективности улавливания более крупных частиц достаточны и меньшие скорости прохождения газов при условии, что расход жидкости большой.
Основные механизмы, действующие в скрубберах с трубками Вентури, были исследованы как экспериментально, так и теоретически Ланкастером и Страуссом [830). В скрубберах наблюдаются два основных процесса взаимодействия между частицами и жидкостью. Первым нз иих являстся кондиционирование частиц, при котором увеличивается эффективный размер частиц и облегчается их улавливание.
Второй процесс заключается в осаждении частиц на поверхность промывной жидкости. Кондиционирование частиц может осуществляться либо путем агломерации частиц, либо путем конденсации паров на поверхности частиц, либо путем сочетания этих двух методов. Указанные методы, в свою очередь, являются комбинацией других основных процсссов. Так, например, кондиционирование частиц начинается с процесса образования активных центров, за которым следует рост капель и агломерация, в то время как улавливание частиц прел- 4)5 ставляет собой комбинацию инерционного столкновения и коагуляции, термофореза, сплошной диффузии (также именуемой диф. фузнофорезом и потопом Стефана) и поверхностных потерь капель жидкости.
Относительная важность всех этих явлений до конца пока не выяснена. Кондиционирование частиц. Конденсирующиеся пары должны равномерно распределяться между частицами, выступающими в роли ядер, с тем, чтобы пары были использованы с наибольшей эффективностью. Это можст быть достигнуто тщательным перемешиваннем среды до начала конденсации по возможности путем адиабатического расширения паров и газов. Другим способом является впрыск струи паров в аэрозольную среду при давлении окружающей среды в расчете на гашение паров аэрозолем для усиления конденсации. В обоих указанных процессах образуются гомогенные активные центры, в которых из паров создаются сгустки, состоящие из 70— 80 молекул, и гетерогенные активные центры, когда частицы пыли, выступая в роли ядер, абсорбируют на своей поверхности тонкую пленку жидкости. При этом частица, покрытая жидкостью, ведет себя как капля эквивалентного размера.
Теория образования гомогенных активных центров в струе пара была изучена Лмелиным н Беляковым [17], Хигучи и О'Конски [368) и Левиным и Фридлендером [506). Последние разработали теорию перемешивания в струе пара для систем, в ноторых число Льюиса (Бе) (соотношение чисел Шмидта и Прандтля (.е=5с/Рг) относится н пару; это число аппроксимирует паровоздушную систему. На основании выводов Левина и Фридлендера [506) могут быть определены условия пересыщения, в которых образуются гомогснные активные центры.
Проведя эксперименты с использованием турбулентной струи паров глицерина, эти исследователи пришли к заключению, что для наблюдения данного эффекта необходимо обеспечить очень высокое пересыщение среды при скоростном процессе перемешивания. Присутствие ионов газа повышает концентрацию капель в струе паров на несколько порядков. Для процесса образования гетерогенных активных центров простейшее теоретическое уравнение иожет быть предста~алене соотношением Томпсона — Гиббса, однако оно не удовлетворяет условиям, поскольку было доказано, что пересыщенные пары не будут конденсироваться на плоской поверхности, на которой адсорбирован толстый слой жидкости. С другой стороны„ положения теории Вольмера [891), экспериментально проверенные Тумеем [873), доказывают, что насыщение по высоте аппарата возрастает при увеличении угла контакта между жидкостью и твердыми ча стицами. Качественные результаты свидетельствуют о том, что конденсация на увлажненной поверхности твердой частицы начинается прн точке росы, а на неувлажненной твердой поверхности — при переохлаждении на 0,015 — 0,020 С, что эквивалентно пересыщению около 101 74.
416 0 гтс и» с г(р (1Х.вл где с — концентрация паров; р — расстояние от центра капли. Для капли радиусом г ьг(с — с ) гМ, и— (1Х.7У »»гр Мп гзе с. — концентрация паров у поверхности капли; с — концентрация в парах (т. с. при р »о); Мо М„ — масса молекул газов и паров соответственно. Если газы, в которых диффундируют пары, содержат мелкие. частицы, они будут перемещаться вместе с потоком и примерно с такой же скоростью ир. Это явление было рассмотрено Вольдманном [896[ для маленьких сферических частиц (гс "я) на основании теории Чепмзна — Энскога (Мп)»2 сг Ф/» где у», у, — концентрация паров н газов соответственно. Голдсмит, Делафилд и Кокс [308[ зкспериментально доказали„ что скорости частиц размером менее микрона в парах, рассеянных в воздухе, соответствуют скорости, рассчитанной по данному уравнению. В ходе зкспериментов с высокой точностью контроля условий процесса, когда посредством регулирования температуры и концентрации газов, пара и жидкости были установлены механизмы 417 27 — 1144 Темпы роста капель при отсутствии потока Стефана и термофорсза могут быть выведены из закона Фнка [урзвнвние (111.1)1: '(+)7 ()в) где Йл/гтв — скорость роста массы; 7» — темны роста квазистационарной пары; 0 — коэффициент диффузии пара; 0 — время; г — радиус капли.
Агломерация частиц может быть рассчитана на основе теории Смолучовоиого для броуновокой коагуляцжи (см. с. 5!4 сл.). Влияние турбулентной агломерации в скрубберах незначительно. Улавливание частиц. Степень влияния термофореза или теплового осаждения может быть рассчитана по уравнениям, приведен,ым на с. 535 ел., в то время как влияние инерционного взаимодействия может быть выведено нз урацнонпй (1Х.й — 1Х.4). У поверхности, на которой конденсируются пары, наблюдается гвдродинамический поток газообразной среды, направленный в; сторону поверхности. Его называют потоком Стефана, диффузиофорезом, или сплошной диффузией. Вольдманн и Шмитт, а недавно и Спарке и Пилат [786) представили подробный обзор теории диффузиофореза [897).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
