Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
В газоочистительных аппаратах (волокнистые фильтры или оросительные башни) частицы сталкиваются с улавливающими элементами при прохождении через аппарат. Процесс можно рассматривать в виде двух отдельных моделей. В одной из иих все элементы идентичны и действуют независимо друг от друга, а в другой будет рассмотрено влияние размеров, ориентации и интерференции различных элементов.
Примером модели первого типа является оросительная башня (глава IX), где образуется большое число практически одинаковых капель жидкости сферической формы. Они падают вниз, проходя через 'медленно поднимающийся газовый поток. После того
328
как будет определена комбинированная эффективность улавливания для единичной сферической капли tijcd, общую эффективность г)0 можно найти из выражения
Tb = I-(I-T)7co)" (VII.69)
где п — число улавливающих капель, встреченных частицей.
В большинстве случаев на практике п велико (более чем 25) и уравнение (VII.69) может быть видоизменено
Tlo=I -^lCD
Для оросительной башни значение п можно определить, зная расходы газа и промывной жидкости и средний размер частиц; и если предположить, что для эффективного столкновения капли должны целиком покрывать поперечное сечение башни
п = ^-. 3,93 103 (VII.71)
где Qc и Q — соответственно расход жидкости и газа, м3/с; H — высота башни, м; D — средний диаметр частиц, мкм.
Из уравнения (VII.71) видно, что значение п возрастает при уменьшении размера капель или увеличении расхода жидкости.
Подобным образом, если предположить, что волокнистый фильтр состоит из идентичных цилиндрических улавливающих элементов, расположенных на равном расстоянии друг от друга
без взаимного влияния волокон и под прямым углом к газовому
потоку, то можно воспользоваться уравнением (VII.69).
На самом деле волокнистые фильтры состоят из беспорядочно ориентированных волокон различного диаметра. Можно предположить, что в матерчатых (например, в рукавных фильтрах) и других промышленных фильтрах с низким сопротивлением газовому потоку волокна находятся относительно далеко друг от друга и расположены уступами. Рассмотрим элемент толщиной dh площади фильтра dA, расположенный под прямым углом к газовому потоку. Если скорость газового потока в свободном пространстве равна Vs и плотность упаковки фильтра а, то средняя скорость v газов внутри набивки фильтра равна
V = fs/(l — «) (VI 1.72)
Если средний диаметр волокона D, общая длина волокон L и
полная эффективность улавливания для волокна в слое (с учетом взаимодействия линий обтекания) т]а, то число частиц, задержанных волокнами в единицу времени, будет равно
V = NdAdhDL (VI 1.73)
где N — число частиц, входящих на единицу объема элемента фильтра.
329
Изменение концентрации частиц выражается как
-VgdAdN (VII .74)
Если вместо Vs подставить его значение в (VII.74) и сочетать его с (VII.73), получим
-IT=T1^dl (vii-75>
что после интегрирования дает
In N/N0 = TiaDL (VI1.76)
где H — глубина слоя; N0 и N — соответственно начальная и конечная концентрации.
Далее, реальный объем волокон в единице объема фильтра* т. е. плотность набивки фильтра, равен
а. = ZiD2LjA (VI 1.77)
Подставляя в (VII.76) вместо а его значение из (VII.77), получаем
N 4Я / а \
lnIVT-HS-(TTir) П. <vu-78>
Чек [156]подчерки1вает, что средний диаметр волокна D, используемый в уравнении (VII.78), можно определить из отношения D2sID, где Ds — поверхностный средний диаметр волокна (при рассмотрении всей площади поверхности) и D — средний арифметический диаметр.
Влияние взаимодействия волокон. Волокна в слое фильтра расположены близко друг к другу, причем чем больше плотность набивки фильтра, тем выше скорость. Кроме того, при взаимодействии соседних волокон произойдет изменение спектра потока, обтекающего данное волокно. Оба этих взаимодействия увеличивают
эффективность улавливания путем перехвата и инерционного
столкновения. Однако при повышенных скоростях потока уменьшается диффузионное улавливание, хотя сглаживание линий обтекания может несколько снизить этот эффект.
Для количественной оценки взаимного влияния волокон (эффект интерференции) Дэвис предположил, что оно будет одинаковым для всех механизмов. Чтобы определить поперечный сдвиг линий тока вблизи улавливающего элемента путем решения уравнения движения, Дэвис рассчитал, что эффективность улавливания путем перехвата для одного волокна в слое с плотностью набивки, а будет равна
T)a = R (0,16 + 10,9a+ 17а2) (VII.79)
Затем было предложено скомбинировать уравнения (VII.79) к (VII.46) и таким образом рассчитать комбинированную эффектив-
330
ность улавливания для единичного волокна, находящегося в слое фильтра:
Tja = (0,16 + 10,9а — 17a2) [«+(0,5 + 0,87?) (яр + 1/Ре) —
— 0,1052/? № + 1/Ре)] (VII.80)
Поскольку трудно определить с достаточной точностью средний диаметр волокна путем прямых измерений, предположили, что он может быть найден из соотношения перепада давлений, основанного на уравнениях Арси (VII.7) и (VII. 10).
