Закономерности пылеочистки в слое регулярной подвижной насадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закономерности пылеочистки в слое регулярной подвижной насадки

Охрана окружающей среды от загрязнения пылевыми выбросами ставит задачу создания высокоэффективного пылеочистного оборудования.

В настоящее время техника пылеулавливания располагает большим разнообразием типов аппаратов, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по способу осаждения взвешенных частиц. Поэтому выбор пылеуловителя в каждом конкретном случае происходит индивидуально.

Аппараты мокрого пылеулавливания чаще всего проще по конструкции и обладают эффективностью, присущей наиболее сложным сухим пылеуловителям. При использовании мокрых пылеуловителей не происходит вторичного пылевыделения, кроме того, в комбинированных схемах в этих же аппаратах осуществляется и процесс абсорбции, т.е. аппарат становится многофункциональным.

При проектировании мокрых пылеуловителей необходимо учитывать вяжущие свойства некоторых пылей, большую загрязненность газов и жидкостей, а также возможность образования различного рода отложений. Для предотвращения указанных явлений можно рекомендовать применение аппаратов с контактными устройствами, не подверженными зарастанию.

Перспективными в этом отношении являются аппараты с регулярной подвижной насадкой. Регулярное расположение элементов насадки на гибких струнах или жестких стержнях позволяет организовывать вихревые зоны с определенным заданным шагом как в продольном, так и в поперечном сечениях, обеспечивает равномерное распределение потоков и однородность газожидкостного слоя.

Осаждение частиц аэрозоля в аппарате с РПН происходит под действием двух механизмов осаждения: турбулентно-инерционного и диффузионного. При этом общая эффективность улавливания определяется [1]:

, (1)

где - эффективность турбулентно-инерционного и диффузинного осаждения соответственно.

Для описания процесса пылеочистки рассмотрим оба механизма осаждения аэрозоля.

1) частицы осаждаются только на каплях жидкости;

2) капли равномерно расположены по сечению аппарата

были получены зависимости для определения изменения концентрации пыли в газе по высоте аппарата (2), а также эффективности пылеулавливания за счет инерционного механизма осаждения (3):

, (2)

где , - конечная и начальная концентрации пыли в газе, кг/м³; - объемный расход жидкости и газа соответственно, м³/с; - скорость капли, м/с; - относительная скорость осаждения пыли, м/с; -высота зоны пылеулавливания, м; -диаметр капли, м.

. (3)

Применение уравнений (2) и (3) для расчета степени пылеулавливания связано с необходимостью определения скорости частиц и капель на различных участках аппарата, а также с определением коэффициента захвата.

Величина коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствие зависит от гидродинамического режима обтекания и критерия Стокса:

. (4)

При осаждении частиц аэрозоля наблюдается следующий механизм взаимодействия. Частица подходит к поверхности тела, затем в зависимости от величины сил, действующих на частицу и определяемых физико-химическими свойствами аэрозоля, наблюдается либо адгезионный захват, либо упругое отталкивание. Если же произошел захват, то в результате смачивания частицы имеет место третья стадия - внедрение в слой жидкости.

Для определения коэффициента захвата с учетом описанного механизма взаимодействия и безразмерного диаметра тела осаждения применяем подход, предложенный в работе [3]. В работе приведена зависимость для определения коэффициента захвата с учетом действия сил, определяемых физико-химическими свойствами частиц:

, (5)

где - коэффициент захвата, определяющий только подвод частиц к поверхности осаждения; - коэффициенты, учитывающие вероятность столкновения и влияние физико-химических свойств соответственно.

Величина определяется по зависимости Лэнгмюра [4]:

.(6)

В работах [5-6] на основании обработки экспериментальных данных показано, что численное значение отношения близко к единице.

С учетом этого уравнение (5) запишется в виде

. (7)

Для определения влияния физико-химических свойств частиц на коэффициент захвата рассмотрим механизм погружения частицы в каплю. Фотографические исследования столкновений частиц с различной степенью гидрофильности размером 5-100 мкм со скоростями от 0,5 до 12 м/с с водяной каплей диаметром 1-2 мм [7] показало, что на чистой поверхности капли все столкновения эффективны, т.е. приводят к осаждению частиц независимо от смачиваемости. Однако отмечается тот факт, что при осаждении гидрофобных частиц последние некоторое время остаются на поверхности. Скорость погружения гидрофильных частиц значительно выше, и она достаточно хорошо коррелирует с величиной краевого угла смачивания. Этим объясняется различная степень пылеулавливания частиц в диапазоне 1-10 мкм. При этом отскок и возвращение в поток плохо- и среднесмачиваемых частиц возможны из-за попадания на запыленную поверхность капли или отрыва ее с поверхности газовым потоком. Растворимость пыли начинает сказываться только для крупных фракций.

Диффузионный механизм осаждения частиц. Рассмотрим диффузионный механизм осаждения частиц в вихревых зонах аппарата с РПН. Для описания процесса применяем ячеечную модель. Аппарат рассматриваем как ряд гипотетических тарелок, количество которых равно числу насадочных элементов по ходу движения газового потока. Количество переносимого вещества определяется аналогично процессу массопередачи.

При этом уравнение для описания диффузионного механизма осаждения частиц в вихревых зонах имеет вид

, (8)

где - коэффициент скорости пылеулавливания (аналог коэффициента массопередачи), с^-1; - удельная поверхность, м²/м³;

, (9)

- коэффициент молекулярной и турбулентной диффузии частицы соответственно; - вертикальный шаг расположения насадочных тел.

При осаждении аэрозоля в вихревых зонах , поэтому

. (10)

Решение уравнения (8) имеет вид

. (11)

Тогда

. (12)

Взаимосвязь коэффициента частиц с коэффициентом турбулентной диффузии среды выражается зависимостью

, (13)

где - степень увлечения частиц турбулентными пульсациями.

Коэффициент турбулентной диффузии среды является функцией пульсационной скорости и определяющего размера:

~. (14)

Так как вблизи поверхности осаждения скорость турбулентных пульсаций резко снижается, то движение пыли происходит со средней скоростью, равной пульсационной скорости. В этом случае путь, который проходит частица, составит длину инерционного пробега, принимаемую в качестве определяющего размера.

Для определения степени увлечения частицы рассмотрим ее пульсационное движение относительно несущего газа в пределах периода пульсаций. скорость частица диаметр

За промежуток времени вследствие пульсаций скорости степень увлечения частицы изменится на величину

, (15)

где - коэффициент, учитывающий осреднение скорости пульсаций по времени; - начальная и конечная степени увлечения частицы соответственно.

Рисунок 1 - Зависимость эффективности очистки от диаметра частиц: а) инерционный механизм пылеочистки; б) диффузионный механизм; в) общая эффективность

Перейдя к бесконечно малым приращениям, получим

. (16)

Решение уравнения (16) имеет вид

, (17)

где - частота пульсаций, с^-1.

Для контактной зоны аппарата частота пульсаций будет определяться частотой срыва вихрей с элементов насадки, которая в диапазоне 500<<10⁶ определяется по числу Струхаля:

. (18)

Анализ уравнений (1), (3), (12) позволил получить графическую зависимость эффективности очистки от диаметра частиц (рис. 1).

Анализируя рис.1, можно сделать вывод, что с ростом диаметра частиц растет эффективность инерционного механизма пылеочистки и снижается эффективность диффузионного механизма. Общая эффективность очистки растет до достижения частицей диаметра 8-10 мкм. Таким образом, аппараты с регулярной подвижной насадкой можно рекомендовать для эффективного улавливания твердых частиц диаметром от 0,5 до 10 мкм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Dawson Int. I. Heat. Mass. Transfer, 1972.- V.15.- P.1317 -1336.

2. Шарыгин М.П. Разработка и расчет устройств для разрушения отложений и пылеулавливания с управляемым вихревым потоком: Дис… д-ра техн. наук: 05.17.08.- Чимкент, 1992.- 480 с.

3. Шарыгин М.П., Балабеков О.С., Мусин Н.А. Модель инерционного осаждения частиц пыли в слое подвижной насадки// Современные машины и аппараты для обработки гетерогенных сред.- Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1984.- С.69-75.

4. Страус В. Промышленная очистка газов/Пер. с англ. - М.: Химия, 1981. - 616 с.

5. Фукс Н.А. Успехи механики аэрозолей. - М.: АН СССР, 1961. - 160 с.

6. Литвинов А.Т. О гидравлическом сопротивлении и эффективности действия турбулентного промывателя // Хим. пром. - 1964.- №8.- С.64-69.

7. Стулов Л.Д., Мурашкевич Ф.И., Фукс Н.А. Об эффективности столкновения твердых аэрозольных частиц с поверхностью воды //Коллоидный журнал.- 1978.-Т.40, №3.- С.513-517.

Размещено на Allbest.ru