Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
Все частицы, для которых было найдено хорошее соответствие между экспериментом и теорией, отличаются низкой теплопроводностью [порядка IO"2 Вт/(м-К)], которая не слишком отличается от теплопроводности воздуха. Для частиц хлорида натрия и особенно железа [727] соответствие намного меньше; эти частицы притягиваются к холодной поверхности с силой в 30 и 48 раз большей, чем значение, предсказываемое уравнением Эпштейна.
Принимая во внимание это явное расхождение между теорией и экспериментом, Брок [133] вновь рассмотрел проблему термоосаждения, но с полным набором классических граничных условий Максвелла, учитывая температурный скачок и проскальзывание, а также термическую ползучесть. В этом случае термофоретическая/ сила может быть определена по уравнению |
ЭярМ UrIx4 + Ct2K/d) dT J
----2рT ‘ (I + 3Cm2K/d)(l + 2>сг/хч + 4CtX/d) * dx
Постоянные Ct и Cm являются функциями константы термической и инерционной аккомодации, они имеют значения 1,875-<С*<! <2,48 и 1,00<;Ст< 1,27 [133]. Обычно пользуются значениями Ct=2,0 и Cm= 1,25, хотя Брок принимал значения Ct=2,5 и Cm-1 {133]. При нахождении скорости щ очень маленькой частицы в тепловом поле сопротивление трения газа определяют из уравнения Кнудсена — Вебера [450] с использованием числовых констант, найденных Милликеном [572]
F = 3лцсШ [1+2 (%/d) +0,8 (KId) exp (—1,74fc/d)] -» (XI. 44)
Комбинируя уравнения (XI.43) и (XI.44), получаем
[1+2,5 (к/d) +0,84 (KId) ехр (—1,74X/d)l (I + 2CtKx4Ixr) Зц dT Ut = (I + 6CmK/d) [1+2 (кг/хч + KtKld) ' 2рT ' dx
(XI.45)
?38
Брок показал, что эти уравнения учитывают не только скорость термического дрейфа частиц с низкой теплопроводностью, но и скорость частиц с хорошей теплопроводностью, причем точность составляет не менее 25% (133].
Дерягин и Баканов [218] предложили новый подход к решению задачи. Они отметили, что при учете газового распределения вблизи стенки значения коэффициента термического проскальзывания (Vss) намного меньше первоначального значения, найденного Максвеллом (Vs), поэтому они ввели понятие термического потока в газе, являющегося функцией локального давления. Авторы решили эту задачу с помощью преобразований, основанных на принципе взаимности Окзагера, и получили для термической скорости следующее выражение
Это уравнение проще, чем уравнение Брока; кроме того, здесь скорость частицы не стремится к нулю при больших X4, как это происходит в случае применения уравнения Эпштейна для частиц с большой теплопроводностью. Позже Дерягин и Яламов [220] расширили граничные условия и стали учитывать температурный скачок. При этом было получено выражение
Для очень маленьких частиц (d—>-0) уравнение упрощается
ut= f'~dx (XI.48)
Скорость частицы под действием термической силы, найденная из уравнения (XI.47), примерно ів діва раза больше, чем .рассчитанная из уравнения Брока (ХІ.45), но находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными, полученными Дерягиным и Рабиновичем [219] для частиц парафина и хлорида натрия. С другой стороны, Шмидт [733], измеряя скорость капель масла с низкой теплопроводностью (кч/хг= 1,2) при числе Кнудсена, равном 0,1, и принимая Ct = 2,16, нашел значение Ut в 1,9 раза большее, чем из уравнений Эпштейна. В то же время значение скорости, получаемое по уравнению Дерягина, в 2,7 раза больше, чем по уравнению Эпштейна. Таким образом, при соответствующем выборе основных подгоночных параметров можно получить очень хорошие оценочные значения скоростей частиц при действии термической силы Для широкого диапазона теплопроводностей.
Однако практического применения в промышленных газоочистительных установках процесс термоосаждения не нашел. Блактин проводил эксперименты, пропуская запыленные газы через нагретую тонкую металлическую сетку, которая отталкивала частицы,
(XI .46)
1 р, [1+8 (хг/хч) — AC J./d] dT
щ 2 рТ (I -f- 2 (хг/х„) + 4CtX/d] ' dx
(XI.47)
539
Wr
є -
H -
2 ‘
1,0 ; 0,6
* 0,4
fciS 0,2-
V 0,10"
0,05'
0,04-
ч
SOO 1200 1600 t,eC
Рис. XI-12. Расчетная зависимость термической силы от температуры [833] для частиц различного размера.
присутствовавшие в газе. При температуре сетки 85 °С эффективность, основанная на подсчете частиц, составляла в среднем около 94% (максимально—98%) при скорости прохода газа через поверхность сетки примерно 0,23 -M3/(iM2-с) [86, 87].
В другом патенте [767] предлагается очистка газа путем пропускания его по узким каналам между горячими и холодными ребрами, встроенными в газоход, причем ребра присоединены к раздельным нагревательным и охлаждающим элементам. Пыль подвергалась воздействию резкого температурного градиента и осаждалась на холодных ребрах.
Предполагали также, что процесс термоосаждения может быть использован для удаления частиц из горячих газов при пропускании их через холодный слой фильтрующего материала. Проходы в слое очень узкие, поэтому даже при разности температур 50 °С градиент температуры может достичь IO0C на 1 мм внутри прохода. Расчеты показывают, что при 500 °С в слое толщиной 0,2 м будет осаждаться 98,8% частиц диаметром 0,1 мкм [823]. В такой системе важную роль играет температурная зависимость термических сил, которая еще до сих пор экспериментально не изучена. Однако этот эффект можно рассчитать, если определить изменение отношения Utl (dT/dx) при изменении температуры, используя уравнение Эпштейна (XI.42) [833]. Из этого отношения видно
