Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
Чек определил эффект взаимного влияния волокон экспериментальным путем для значений а<0,1. В этом случае
% = %(!+ 4,5a) (VII.81)
По этому уравнению получают меньшие значения для эффекта взаимного влияния волокон, чем рассчитанные из уравнения Дэвиса (VII.80). Ho оно основано на экспериментальных данных, поэтому уравнение (VII.81) следует применять для расчета волокнистых фильтров с низкой плотностью набивки.
10. УДЕРЖАНИЕ ЧАСТИЦ НА КОЛЛЕКТОРЕ
В предыдущих разделах постулировалось, что если частица сталкивается с улавливающим элементом, она крепко сцепляется с ним и в дальнейшем не уносится. Если частицей является капелька тумана, а улавливающим телом — жидкость той же природы либо смешивающаяся с каплей тумана, то произойдет их коа-лесценция с образованием единого тела. Если же улавливающим элементом является твердое вещество или жидкость, не смешивающаяся с капелькой тумана, то частица или капелька осядет на поверхности улавливающего элемента. В этом случае частица может остаться в точке захвата, скользить по поверхности до той точки, где она может зафиксироваться (например, в точке пересечения двух волокон), или может быть сорвана газовым потоком, движущимся через уловитель.
Биллингс [78]' сообщил о многочисленных экспериментах по улавливанию частиц полистирольного латекса (диаметр частиц около 1,3 мкм) на стеклянных волокнах диаметром около 10 мкм для нескольких чисел Рейнольдса ('Приблизительно от 0,1 до 0,4). После улавливания первых частиц дальнейшие из них собираются в виде цепочек или Y-образных структур. Это заставляет предположить, что в процессе улавливания и роста структур некоторую роль играют электростатические силы; подобное образование цепочек типично для дымовых газов, где частицы приобретают значительный заряд вследствие пламенной ионизации. Эти осажденные структуры, выступающие за пределы волокна, действуют как дополнительные центры улавливания и тем самым промотируют
331
дальнейший перехват частиц. Биллингс изобразил эту реальную эффективность улавливания \лг в «иде функции от 'начальной эффективности г)о и локальной аккумуляции частиц Z (число частиц на 1 мм2 волокна):
42 = %+?
где 5 — коэффициент аккумуляции частиц (для рассматриваемой системы частицы полистирольного латекса — стекловолокно) равен 1,36-IO-13 м2 на частицу.
Отсюда следует, что чем быстрее происходит аккумуляция частиц, тем более эффективный фильтр, хотя со временем это приводит к повышению сопротивления фильтра газовому потоку. На практике, когда это сопротивление возрастает слишком сильно, фильтры либо заменяют, либо очищают для повторного использования.
Фотографическое исследование столкновения капель показывает, что слипание частицы и капли относительно не зависит от скорости газа [300]. При низких скоростях лобовое сопротивление недостаточно для отрыва частиц, даже слабо сцепленных с поверхностью, а при высоких скоростях создается гораздо большая площадь контакта при столкновении, что обеспечивает хорошее сцепление.
Джиллеспай [297] предположил, что критическим параметром процесса удержания частиц является угол, под которым частица сталкивается с улавливающим элементом. Если угол столкновения больше некоторого определенного значения, частица не будет удерживаться коллектором. Это предположение включено в величину— коэффициент проскальзывания, характеризующий долю частиц, не задерживающихся при контакте. Теория коэффициента проскальзывания оказалась полезной при корреляции экспериментальных данных, хотя она может быть, и не основана на реалистической физической интерпретации процесса фильтрования [316].
Механизмы удержания частиц в фильтрах стали в последние годы предметом обширных исследований, проведенных Круппом [468]1, Корном [177], Леффлером [529] и Биллингсом [78], их работы были рассмотрены в обзоре [529]. Силы, удерживающие частицы в фильтрующей среде, являются сочетанием [461] сил Ван-дер-Ваальса, электростатического притяжения и капиллярного поверхностного натяжения (при определенной влажности). Найдено, что при высокой влажности капиллярные силы начинают играть большую роль: электростатические заряды стекают.
Силы Ван-дер-Ваальса
Первые попытки рассчитать адгезию частицы к поверхности твердого тела с помощью сил Ван-дер-Ваальса были осуществлены для микрочастиц (10 мкм), Лифшиц [512], а затем Крупп [468] разработали общую теорию макроскопического воздействия сил
332
сцепления Ван-дер-Ваальса, обозначаемых как ^вдв- Эта сила-для сферы на полупространстве (что соответствует частице на поверхности цилиндра) дается выражением
^ = (VII. 82)
где tiи — константа Ван-дер-Ваальса — Лифшица; Zo — расстояние между телами; « — радиус точки контакта.
Крупп [468] оценивал величину Z0 в 0,4 мкм, что соответствует постоянной кристаллической решетки для кристаллов с Ван-дер-Ваальсовскими связями, что подтверждено экспериментально. Крупп [467] подчеркивает также, что практически R не является просто «микроскопическим радиусом», а представляет собой функцию шероховатости поверхности, поскольку оба тела соприкасаются на выступающих участках шероховатой поверхности. Шпер-линг [787]' дает статистическую модель этого явления, основываясь на данных электронной микроскопии.
