Основные механизмы улавливания твердых частиц при фильтрации газа

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газов через пористую перегородку, когда твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

В настоящем пособии наиболее подробно рассмотрены рукавные фильтры, получившие широкое распространение в промышленности.

Основные механизмы, действующие при фильтрации газа через пористые перегородки на твердые частицы, следующие. Частицы осаждаются на поверхности или в объеме пористых сред за счет: Броуновской диффузии, эффекта касания или зацепления, инерционных, электростатических и гравитационных сил.

2.1.1. Броуновская диффузия – тепловое движение частиц, вызванное их столкновением с молекулами газа – этот механизм является преобладающим, если размеры частиц менее 0,5 мкм.

Броуновская диффузия характеризуется коэффициентом диффузии D. При справедливости закона Стокса, когда размер частиц больше среднего пути пробега молекул , коэффициент диффузии можно рассчитать по уравнению:

, (25)

где k_Б – постоянная Больцмана, равная 1,38×10^-23 Дж/К;

T – температура газа, K;

C_к – поправка Кенингема-Милликена учитывает повышение подвижности частиц, размер которых сравним со средней длиной пробега газовых молекул l;

m_г – вязкость газа, Па×с.

Поправку C_к можно рассчитать по уравнению

, (26) где l рассчитывают по уравнению

, (27)

где M_г – масса 1 кмоль газа, кг/кмоль;

R_г – универсальная газовая постоянная, равная

8314 Дж/кмоль×К.

Для воздуха при t = 20 °C и нормальном атмосферном давлении l = 6,5×10^{-8 м.}

Далее приведены значения поправки Кенингема-Мил­ли­кена для воздуха при нормальных условиях.

Таблица 6

dm, мкм	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0
Cк	90,0	24,5	7,9	2,9	1,57	1,16

Закон Стокса применим при ламинарном движении частиц в газе Re_г £ 2.

Эффективность диффузионного осаждения η_Д может быть представлена в виде эмпирической зависимости

, (28)

где A – эмпирический коэффициент, определяемый экспериментально.

Для расчета эффективности диффузионного осаждения на цилиндрических волокнах при их обтекании газом предложено критериальное уравнение:

, (29)

, (30)

. (31)

Эффективность осаждения за счет Броуновской диффузии необходимо учитывать при фильтрации газа с мелкими частицами через ультратонкие волокна. В рукавных фильтрах доля частиц, оседающих за счет диффузионного осаждения, ничтожно мала. Учитывая, что диаметры частиц, поступающих на фильтрацию в рукавные фильтры, находятся в диапазоне 1–10 мкм, то эффективностью осаждения их за счет гравитационных сил также можно пренебречь.