Мокра очистка газів і область її застосування
ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МОКРОЮ ОЧИСТКИ ГАЗІВ
Пиловловлювачі мокрого типу набули широкого поширення в техніці. Відмінною їх особливістю є захоплення вловлюються частинок рідиною, яка забирає їх з апаратів у вигляді шламу.
Мокрі апарати мають такі переваги: простоту конструкції і порівняно невисоку вартість; більш високу ефективність у порівнянні з сухими механічними пиловловлювачами інерційного типу; менші габарити в порівнянні з тканинними фільтрами і електрофільтрами; можливість використання при високій температурі і підвищеній вологості газів; роботи на вибухонебезпечних газах; уловлювання разом з зваженими твердими частинками парів і газоподібних компонентів.
Однак мокрих пиловловлювачів властивий і ряд недоліків:
- значні витрати енергії при високих ступенях очищення;
- отримання уловленого продукту у вигляді шламу, що часто ускладнює і здорожує його подальше використання;
- необхідність організації оборотного циклу водопостачання (відстійники, які перекачують насосні, охолоджувачі і т. п.), що значно збільшує вартість системи газоочистки;
- утворенню відкладень в обладнанні та газопроводах при охолодженні газів до температури точки роси або краплинному віднесенні вологи з пиловловлювача;
- корозійний знос устаткування і газопроводів при очищенні газів, що містять агресивні компоненти;
- шкідливий вплив крапельної вологи, що міститься в газах, на стінки димарів;
- погіршення умов розсіювання пилу і шкідливих газів, що викидаються через димові труби в повітряний басейн.
Незважаючи на ці недоліки, мокрі апарати широко застосовують в металургії, особливо у випадках, коли поряд з очищенням потрібне охолоджування і зволоження газу. Мокрі апарати встановлюють також у разі відсутності місця для розміщення електрофільтрів або тканинних фільтрів. Рентабельність мокрого очищення газів значно підвищується в разі можливості приєднання її до існуючого водному господарству.
Для уловлювання пилу з використанням рідини застосовують два основних способи захоплення частинок пилу: краплями рідини і плівкою рідини. Для здійснення першого способу запилений потік промивають диспергує рідиною. Під час промивання частинки пилу захоплюються краплями рідини і виводяться з газового потоку. Залежно від режиму температур, тисків і вологості газу в процесі промивки може відбуватися випаровування крапель або конденсація парів з газового потоку. При відомих умовах частинки пилу можуть служити ядрами такої конденсації. Використання конденсаційного ефекту може значно поліпшити осадження пилу.
Другий спосіб осадження пилу здійснюють, направляючи потік частинок пилу на поверхню рідини, попередньо змочивши її рідиною стінку або плівку спеціально отриманих газових бульбашок.
Відповідно до способу захоплення мокрі пилоуловлювальні апарати можна розділити на дві групи: 1) з промиванням газу рідиною; 2) з осадженням пилу на плівку рідини.
Механізми захоплення частинок пилу рідиною ті ж, що і при захопленні пилу елементами фільтруючого шару.
Якщо механізм осадження частинок на краплі можна розглядати як чисто інерційний, то коефіцієнт захоплення визначається числом Стокса Stk і кількість захоплених частинок в одиницю часу Nt дорівнюватиме
а кількість частинок, захоплених на одиницю довжини шляху,
Отже, кількість частинок, захоплених 1 см 3 розпорошеної води на тій же ділянці шляху, так само
Як видно з формули (7.3), ефективність уловлювання при інших рівних умовах зростає зі зменшенням діаметра краплі і може досягти високих значень навіть для дрібних частинок.
Захоплення частинок пилу плівкою рідини. При ударі частки про тверду стінку можливі або відскік частки, або прилипання до стінки за рахунок сил адгезії Рад. Відскік частки виникає, якщо кінетична енергія відбивається частки більше енергії адгезії Еад:
де m - маса частинки діаметром d і щільністю Rч; m = pd 3 Rч / 6; w - швидкість відскоку в припущенні відсутності сил адгезії (приблизно дорівнює 0,8 від швидкості при ударі). Орієнтовно можна прийняти
де h - зазор між поверхнею стінки і часткою.
В результаті наближеного інтегрування виразу (7.5) можна знайти граничне значення швидкості удару, при якому ще можливо прилипання частинок:
де d - розмір частки, мкм.
При наявності на поверхні плівки рідини умови прилипання істотно поліпшуються (схема захоплення дана на рис. 7.1, а). В цьому випадку сила адгезії може бути визначена за формулою
де # 945; - кут, що визначає змочену частину поверхні частинки; # 966; - крайовий кут змочування, що залежить від фізико-хімічних властивостей і дисперсності пилу (рис. 7.1, б).
Для добре змочуваних матеріалів (# 966; ≈0) при точковому контакті (# 945; ≈0) величина сили адгезії дорівнює
Мал. 7.1. Захоплення частинок пилу плівкою рідини.
Для мінеральних масел при товщині плівки # 948; = 0,5d
Порівнюючи вирази (7.5) і (7.9), можна зробити висновок, що сила адгезії при поверхні, покритої маслом, у багато разів більше, ніж при сухій поверхні.
З тими ж припущеннями можна визначити граничну швидкість удару, см / с, що забезпечує осадження частинок:
При однаковій швидкості # 969; змоченою поверхнею будуть утримуватися значно більші частки, ніж сухий.
Внаслідок того, що смачиваемость матеріалів погіршується із зменшенням розмірів, в техніці пиловловлення часто доводиться мати справу з гідрофобними частинками. Для уловлювання таких часток необхідно, щоб їх кінетична енергія перевищувала роботу занурення частки в рідину, т. Е. Роботу подолання сил поверхневого натягу. З цих умов отримано, що гранична швидкість удару частинки, що забезпечує її занурення в рідину, дорівнює
де # 968; - кут між напрямком руху частинки і нормаллю до поверхні рідини в точці удару.
при # 968; = 0, т. Е. Русі частинки по нормалі до поверхні рідини,
При великих кутах # 968; частинки рікошетіруют від поверхні і уловлювання можливо тільки при високих швидкостях удару. Частинки при Re<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.