НОУ ІНТУЇТ | лекція | Техніка і технологія захисту водного та повітряного середовища від забруднень

  1. Фізичні принципи очищення викидів і скидів від забруднень

Анотація: Принципи очищення від забруднень, екозахисних техніка та технологія, екологічна політика підприємств.

Фізичні принципи очищення викидів і скидів від забруднень

Робота будь-якого пристрою, що видаляє зважені частинки, заснована на використанні одного або декількох механізмів осадження. Основними з них є: гравітаційне осадження (седиментація); осадження під дією відцентрової сили; інерційний осадження: зачеплення (ефект торкання); електричне осадження.

Гравітаційне осадження відбувається в результаті вертикального осідання частинок при проходженні їх через знешкоджуючий пристрій. сила опору Гравітаційне осадження відбувається в результаті вертикального осідання частинок при проходженні їх через знешкоджуючий пристрій , Що діє на частинку діаметром при її русі в ламінарному режимі зі швидкістю в середовищі газу або рідини в'язкістю т, описується законом Стокса:

де де   - поправочний коефіцієнт на розмір часток: при діаметрі часток 0,1 мкм   = 2,9;  при 1,0 мкм   = 1,16;  при 10 мкм   = 1,0 - поправочний коефіцієнт на розмір часток: при діаметрі часток 0,1 мкм = 2,9; при 1,0 мкм = 1,16; при 10 мкм = 1,0.

При гравітаційному осадженні сила опору дорівнює вазі частинки в середовищі її знаходження з урахуванням сили Архімеда. Швидкість осадження сферичний в газоочисних апаратах, що використовують дію сили тяжіння, пропорційна квадрату діаметра частинок:

де де   - щільність частки;   - динамічна в'язкість газу (рідини) - щільність частки; - динамічна в'язкість газу (рідини).

Швидкість висхідного потоку, при якій частка нерухома, називається швидкістю витання ( Мал. 10.1 ). Це поняття важливо для систем пневмотранспорту, димових труб, аспірації і пиловловлювачів, де відбувається переміщення середовища з зваженими в ній частками.


Мал.10.1.

Номограма для визначення швидкості витання пилових частий

Відцентрове осадження відбувається при криволінійному русі дисперсного потоку, коли розвиваються відцентрові сили. Швидкість відцентрового осадження Відцентрове осадження відбувається при криволінійному русі дисперсного потоку, коли розвиваються відцентрові сили частинки масою , Що обертається в потоці по радіусу зі швидкістю можна розрахувати, прирівнюючи відцентрову силу і стоксово силу (10.1):

Величина швидкості відцентрового осадження більше швидкості гравітаційного осадження в ( Величина швидкості відцентрового осадження більше швидкості гравітаційного осадження в (   ) Раз ) Раз.

В апаратах, заснованих на використанні відцентрової сепарації, можуть застосовуватися два конструктивних рішення: потік обертається в нерухомому корпусі апарату; потік обертається разом з ротором. Перше рішення реалізується в циклонах, друге - в ротаційних пулеуловітелях.

Інерційний осадження відбувається в тому випадку, коли кінетична енергія частинки настільки велика, що вона не може слідувати уздовж викривленої лінії струму, а стикається з перешкодою і осідає на ньому ( Мал. 10.2 ).


Мал.10.2.

Осадження зважених в потоці частинок на обтічному кулі

Критерієм подібності інерційного осадження є критерій Стокса

де де   - швидкість потоку в деякій точці;   - характерний розмір обтічного тіла - швидкість потоку в деякій точці; - характерний розмір обтічного тіла.

Існує мінімальне значення числа Стокса, при якому інерція частки достатня, щоб вона досягла поверхні тіла і була їм захоплена. Коефіцієнт осадження з дисперсних частинок на кулі дорівнює нулю при Існує мінімальне значення числа Стокса, при якому інерція частки достатня, щоб вона досягла поверхні тіла і була їм захоплена . Захоплення частки можливий за умови . Інерційний осадження ефективно для частинок розміром понад 1 мкм.

на Мал. 10.3 наведені криві залежності коефіцієнта ефективності осадження частинок на кулі при його потенційному обтіканні потоком. Ці криві можна використовувати при розрахунках ефективності пилоуловлюючих установок, в яких осадження здійснюється на тілах сферичної форми (наприклад, на краплі).


Мал.10.3.

Інерційний осадження частинок на кулі при його потенційному обтіканні

Зачеплення частки на поверхні спостерігається, коли відстань частинки в потоці від обтічного тіла дорівнює або менше її радіусу. Ефект зачеплення стає значним при осадженні частинок на сферах з малим діаметром. Ефект зачеплення не залежить від швидкості набігаючого потоку газу.

Осадження зважених в повітрі частинок під дією електричного поля здійснюється після електричної зарядки частинок коронним розрядом. Коронний розряд - це особливий вид розряду в газах між електродами високої напруги, що мають різну кривизну ( Мал. 10.4 ).


Мал.10.4.

Механізм образованіея об'ємного заряду при коронному розряді

Близько дроти напруженість поля Близько дроти напруженість поля   має велику величину має велику величину. У цій зоні (чохол корони) утворюється коронний розряд, ця область починає світитися і потріскувати. Утворені тут електрони при русі в сторону плоского електрода вибивають з нейтральних молекул нові електрони. У цьому полягає суть пробою в газах. При виході з чохла корони електрони прилипають до молекул газу і зважених часток, утворюючи негативно заряджені іони.

Величина заряду (Кулон), придбаного проведеної сферичної часткою з діелектричної проникністю Величина заряду (Кулон), придбаного проведеної сферичної часткою з діелектричної проникністю   дорівнює дорівнює

де діелектрична проникність де діелектрична проникність .

У електрофільтрі зарядка часток відбувається швидко - за частки секунди. Прирівнюючи кулонівську силу силі Стокса, отримуємо швидкість осадження заряджених частинок

Швидкість руху частинок пилу діаметром понад 1 мкм в електричному полі (м / с) визначається за формулою

Осадження зважених часток пилу при контакті газового потоку з рідиною може здійснюватися на краплях, бульбашках і на поверхні рідини.

Уловлювання зважених часток краплями може відбуватися в спокійному режимі, коли аерозоль рухається з малою швидкістю - краплі падають під дією сили тяжіння, і коли потік сильно турбулізован - краплі інтенсивно диспергують. Переважним ефектом є інерційний. Дія сил інерції реально проявляється у ставленні частинок діаметром понад 1 мкм. Вирішальними є два фактори: швидкість потоку і питомий зрошення.

При питомій зрошенні При питомій зрошенні   і при значеннях критерію Стокса 1,0-170 ефективність осадження на краплях визначається за формулою і при значеннях критерію Стокса 1,0-170 ефективність осадження на краплях визначається за формулою

При русі бульбашок газу через шар рідини (барботаж) їх розмір коливається від 2,0 до 20 мм. При швидкості газового потоку до 4 м / с бульбашки надають рідини характер піни. Осадження частинок відбувається в основному за рахунок інерційного ефекту. Для збільшення ступеня очищення необхідно зменшувати розміри бульбашок.

При осадженні твердих частинок на поверхні рідини переважає інерційний ефект. При зіткненні з товстим шаром рідини частка або залишається на поверхні, або пробиває поверхню і занурюється в шар. Шлях, прохідний часткою в рідини по інерції (до релаксації) становить від декількох мікрон до 2 мм.

Фільтрація через пористі матеріали полягає в пропуску аерозолю через фільтрувальні перегородки, які пропускають повітря, але затримують аерозольні частинки. Частинки при зіткненні з циліндричними волокнами затримуються силами міжмолекулярної взаємодії ( Мал. 10.5 ). Відстань між волокнами в фільтрі в 5-10 разів перевищують розміри частинок.


Мал.10.5.

Механізм осадження частинок на волокні

При русі потоку через фільтрувальний матеріал газ огинає волокна, більші частки пилу зберігають прямолінійний напрямок руху, стикаються з волокнами і прилипають до них. Чим більше значення числа Стокса, тим більше відбувається зіткнень з поверхнею волокон фільтра. Дрібні частинки можуть прилипнути до волокон, беручи участь в броунівському русі або за рахунок ефекту зачеплення, а також дії електричних сил.

Ефективність очищення обернено пропорційна діаметру волокна. Фільтрувальний матеріал повинен виготовлятися з тонких (5-20 мкм) волокон. При відкладенні пилу зростає гідравлічний опір, зменшується продуктивність фільтра. Пил періодично видаляють - це процес називається регенерацією фільтра.