Коагуляция взвешенных частиц

Увеличение среднего размера частиц в результате коагуляции (процесс слияния частиц при соприкосновении друг с другом) зна­чительно облегчает последующее их осаждение. Сближение ча­стиц может происходить за счет броуновского движения (тепловая коагуляция) или под действием гидродинамических, электриче­ских, гравитационных и других сил, которые накладываются на броуновское движение и упорядочивают движение частиц.

Скорость коагуляции многих аэрозольных частиц подчиняется следующему закону:

где n- концентрация частиц в некоторый момент времени т, 1/м³; К - констан­та коагуляции, м³/с.

Скорость убывания счетной концентрации частиц в результате процесса коагуляции может быть определена из выражения

где N - скорость коагуляции - величина, соответствующая числу встреч частиц в единице объема в единицу времени, 1/(м³·с).

Согласно выражению (3.2), в начальный момент времени, ког­да счетная концентрация частиц велика, коагуляция протекает с большой скоростью, но затем скорость ее быстро падает.

Тепловая коагуляция

Константа тепловой коагуляции К_бр(в м³/с) может быть рассчитана по формуле

В тех случаях, когда средняя длина пробега газовых молекул соизмерима с размером частиц, в выражение (3.3) вводится по­правка Кинингема - Мелликена:

При сравнении экспериментальных величин констант тепловой коагуляции было установлено, что процесс коагуляции мало зависит от природы аэрозоля. Согласно теоретическим и экс­периментальным данным, полидисперсные аэрозоли коагулируют быстрее монодисперсных. Особенно быстро происходит поглоще­ние мелких частиц крупными, однако увеличение скорости коагу­ляции за счет полидисперсности не превышает 10%.

Скорость броуновской коагуляции в 1/(м³·с) может быть подсчитана по формуле

Как следует из выражения (3.5), скорость тепловой коагуля­ции растет с увеличением температуры газов Т_г. Но, поскольку вязкость газов, влияющая на величину D_ч, также растет с повышением температуры, будет увеличивать­ся не прямо пропорционально Т_г. Скорость коагуляции малых час­тиц возрастает также с понижением давления (благодаря увели­чению С_K).

Броуновская коагуляция имеет существенное значение в самый начальный момент образования высокодисперсного аэрозоля, так как способствует практически мгновенному укрупнению частиц. За счет броуновской коагуляции дисперсный состав пыли в техноло­гических газах, поступающих на газоочистку, практически всегда характеризуется большей крупностью частиц, чем в момент их об­разования в реакторе (источнике пылеобразования).

Средняя масса частиц m_ч(кг) в момент времени τ при К=const может быть определена по формуле [8]:

где z- массовая концентрация частиц, кг/м³.

Градиентная коагуляция

При наличии поперечного градиента скорости газов в потоке происходит градиентная коагуляция. В ка­честве примера можно привести течение газов у твердой стенки. Частица, находящаяся ближе к стенке, движется с меньшей ско­ростью, чем частица, расположенная дальше от нее. Если при этом расстояние между ними меньше суммы их размеров, то частицы должны встретиться.

Скорость градиентной коагуляции (в 1/м³·с) может быть определена по формуле

где Г- градиент скорости, 1/с.

Отношение скоростей градиентной и тепловой коагуляции для монодисперсного аэрозоля равно

При d_ч=1мкм и Г=20 1/с отношение / = , т. е. эффект градиентной коагуляции ничтожен. У грубодисперсного аэрозоля ( = 20 мкм) при том же значении Г, равном 20 1/с, отношение / = 16, т. е. коагуляция происходит даже при не­большом градиенте.

Градиентная коагуляция весьма интенсивна в при стенном слое при турбулентном движении газового потока. Значение градиен­та у стенки составляет

где Г_ст- градиент скорости у стенки, 1/с.

Как уже указывалось выше, в гладких трубах при Re_г<10⁵ значение может быть найдено из выражения (1.9). Причем отно­шение при Re_г = 300 - 100000 находится в пределах 14 - 28.

Отсюда при =10 м/с и ν_г=15-10^-6 м²/с значение Г_ст=10⁴1/с.

В этом случае для частиц размером d_ч=10^-7м (D_ч = 6,1··10^-10 м²/с) отношение N_гр/N_бр= 0,07, а для частиц размером d_ч=10^-6 м составляет N_гр/N_бр= 160, т. е. в при стенном слое значи­тельное ускорение градиентной коагуляции наблюдается уже при: d_ч = 1мкм.

Градиентная коагуляция ограничена в основном тонким при­ стенном слоем и поэтому оказывает существенное влияние при движении потока по длинным трубам или при развитой поверхно­сти контакта.

Турбулентная коагуляция

При турбулент­ном движении газового потока решающую роль в организации встреч частиц играют турбулентные пульсации. В турбулентном потоке возможны два механизма коагуляции. Первый реализуется при полном увлечении частиц аэрозо­ля турбулентными пульсациями. Этот механизм имеет преимуще­ственное распространение при плотности частиц, мало отличаю­щейся от плотности потока. В случае аэрозольных частиц, плот­ность которых примерно в 10³ раза больше плотности газов пол­ного увлечения частиц не происходит. Поэтому для аэрозольных частиц этот механизм имеет второстепенное значение. Наибольший коагуляционный эффект в турбулентном газопылевом потоке осу­ществляется благодаря второму механизму, получившему назва­ние механизм ускорения.

Коагуляция за счет механизма ускорения осуществляется бла­годаря различию в плотности газового потока и частиц аэрозоля. Скорости, приобретаемые частицами, зависят от их массы и имеют существенное различие в полидисперсных системах. Благодаря различию в скоростях движения частиц и происходит встреча этих частиц, сопровождающихся их коагуляцией.

Скорость турбулентной коагуляции по первому механизму мо­жет быть выражена в виде формулы

Подставляя значение ε_т в формулу (3.10), получим для случая движения потока по трубе ( =D_тр)

Формулы (3.10) и (3.11) справедливы при условии, что до самого соприкосновения частиц преобладает турбулентная диффу­зия, т. е. D_т>D_ч, для чего необходимо соблюдение неравенства

При несоблюдении неравенства (3.12) даже в турбулентном потоке коагуляция определяется формулой (3.5).

Расчеты показывают, что при скорости воздуха 10 м/с, диамет­ре трубы 1 м и температуре 20°С ( =15-10^-6 м²/с) неравенство (3.12) будет иметь место для частиц размером d_ч≥10^-6м. Более мелкие частицы порядка d_ч=10^-7м коагулируют исключительно за счет броуновской коагуляции.

Скорость турбулентной коагуляции по второму механизму (ме­ханизму ускорения) определяется по формуле [2]

где - коэффициент, характеризующий распределение частиц по размерам; - средний размер частиц, м.

Как уже указывалось, подобный механизм коагуляции возмо­жен только в случае полидисперсного аэрозоля. Подставляя в формулу (3.14) значение ε_т, получим

Таким образом, при прочих равных условиях скорость коагуля­ции за счет механизма ускорения в значительной степени опреде­ляется скоростью газового потока( ).

При турбулентном дви­жении сильнее искажаются линии тока мелких частиц аэрозоля, движущихся мимо более крупной частицы, чем инерционные силы. Поэтому при рассмотрении турбулентной коагуляции, каждая встреча, рассчитанная на основе прямолинейных траекторий, при­водит к коагуляции.

Сравним оба механизма коагуляции в турбулентном потоке с броуновской коагуляцией. Согласно формулам (3.5) и (3.13), отношение между скоростью коагуляции, вызванной турбулентным перемешиванием, и скоростью коагуляции, происходящей благода­ря броуновской диффузии, можно представить в виде

При υ_г=10 м/с; D_тр=1 м; ν_г=15·10^-6 м²/с (воздух при темпе­ратуре 20°С) и d_ч=10^-7 м (D_ч=6,1·10^-10 м²/с) отношение N_т/N_бр≈0,007; при тех же условиях, но большем размере частицd_ч=10^-6 м (D_ч = 2,7-10^-11 м²/с), а N_т/N_бр≈15. Таким образом N_т>≈N_брдля частиц размером d_ч=10^-6м и более.

Сравнивая скорость коагуляции со скоростью коагуляции N_ти принимая ρ_ч/ρ_г≈10³, а β=1 получим:

Если сохранить принятые выше условия течения газа по трубе (диа­метром 1 м), то N_уск/N_т≈56·10⁶d_ч. Таким образом, второй меха­низм при турбулентной коагуляции частиц в газовом потоке являет­ся преобладающим даже для частиц диаметром d_ч=10^-7 м, когда коагуляция протекает в основном за счет броуновской диффузии. Для частиц же размером d_ч=10^-6м N_уск во много раз превосхо­дитN_т.

Сопоставим скорость турбулентной коагуляции, протекающей по второму механизму, со скоростью градиентной коагуляции в при стенном слое (при турбулентном движении потока). В этом случае при ρ_ч/ρ_г≈10³, а β=1

Если принять υ_г=10 м/с; Г=10⁴ 1/с; D_тр=1 м и ν_г= 15·10^-6 м²/с, то

Таким образом, можно сделать вывод, что механизм ускорения преобладает над градиентной коагуляцией уже при d_ч=10^-6 м.

Кинематическая коагуляция

Процесс ки­нематической коагуляции протекает при относительном движении частиц различного размера, возникающем под воздействием внеш­них сил и при разных скоростях. Наиболее распространенный при­мер кинематической коагуляции - осаждение частиц на каплях, падающих под действием силы тяжести (гравитационная коагуляция).

Теория кинематической коагуляции различна для крупных и мелких частиц, причем в первом случае можно пренебречь диффузией час­тиц. Если рассматривать процесс при свободном падении со скоро­стью υ_с крупной шарообразной ча­стицы (капли) через аэрозоль, со­стоящий из мелких частиц, ско­рость, падения которых незначи­тельна, то число мелких частиц, захваченных в 1 с крупной частицей (каплей), или другими словами скорость кинематической коа­гуляции может быть определена по формуле

где d_к- диаметр капли, м; - коэффициент захвата частиц.

В этом случае коэффициент захвата можно рассматривать как эффективность осаждения за счет инерционных сил. Соответству­ющая величина при потенциальном обтекании шарообразного тела в зависимости от критерия Stk приведена на рис. 2.6.

Для расчета величины при потенциальном обтекании можно воспользоваться также формулой (2.30).

Рисунок3.1 - Зависимость коэффициента за­хвата каплями частиц от отношения d_ч/d_кдля капель различных диаметров (мкм): 1 - 38; 2 - 40; 3 - 50; 4 - 60.

Если скоростью осаждения мелких частиц пренебречь нельзя, то расчеты следует вести по относительной скорости движения. В этом случае распределение скоростей в обтекающем крупную частицу газовом потоке и коэффициент захвата несколько изменя­ются, причем это изменение будет расти по мере сближения разме­ров крупных и мелких частиц. Значения коэффициента захвата падающими водяными каплями в случае вязкого течения при d_ч/d_к>0,2 приведены на рис. 3.1. Согласно данным, приведенным на этом рисунке, при d_к<36 мкм маленькие частицы ими не захватываются. Однако зна­чение не равно нулю для частиц любой величины. Ниже приво­дятся рассчитанные минимальные значения коэффициента захвата, отнесенные к поперечнику большой частицы:

dч/dк……………...	1,0	0,8	0,6	0,4	0,2	0,1	0,05	0,025
Коэффициент за­хвата :
при вязком течении………….	1,25	0,83	0,48	0,22	0,06	0,014	0,0036	0,001
при потенциальном течении…….	3,50	2,69	1,93	1,25	0,62	0,30	0,15	0,075

Действительные значения должны быть выше приведенных, что объясняется изменением линий движения мелких частиц при падении большой частицы.

На кинематической коагуляции основано осаждение частиц рас­пыленной водой в мокрых пылеуловителях. При этом капли либо движутся через аэрозоль только под действием силы тяжести (по­лые форсуночные скрубберы), либо вводятся в аэрозоль со ско­ростью, превосходящей скорость их седиментации (скрубберы Вентури).

Оценим первый случай, рассчитав скорость кинематической коагуляции при свободном падении капель жидкости размером 2·10^-4 м. При потенциальном обтекании капли газовым потоком величину коэффициента захвата можно рассчитать по формуле (1.30). Для принятых условий (μ_г= 18·10^-6 Па·с, υ_c = 0,7 м/с, ρ_ч= 2·10³) коэффициент можно считать реальным для частиц размером d_ч = 3·10^-6 м ( ≈0,14). С уменьшением размера частиц величина будет стремиться к нулю, и кинематическая коагуля­ция практически не протекает, учитывая, что отношение d_ч/d_кмало и эффектом зацепления можно пренебречь. Отношение N_кин/N_брв этом случае (d_ч=3·10^-6м, D_ч = 8,2 10^-12 м²/с) составит

а отношение N_кин/N_уск(при υ_г=10 м/с; D_тр=1 м; ρ_ч/р_г≈10³и β≈1) будет равно

Из формул (3.20) и (3.21) следует, что даже при такой не­значительной величине коэффициента захвата, как = 0,14, кине­матическая коагуляция доминирует как над броуновской, так и над турбулентной.

Для распространения эффекта кинематической коагуляции в направлении более мелких частиц (10^-6 м и менее) необходимо применять второй метод, т. е. создавать высокие относительные скорости между каплями и газом. Однако он связан со значитель­ными расходами энергии. Так, например, для достижения анало­гичной эффективности кинематической коагуляции при тех же ус­ловиях для частиц размером d_ч=10^-6м потребуется относитель­ная скорость 6,48 м/с, а для частиц d_ч=10^-7 м - 648 м/с (послед­нее, конечно, не реально).

Расчеты показывают, что при относительной скорости 100 м/с и сохранении исходных условий та же величина N_кинбудет сохра­няться для частиц размером d_ч=2,54·10^-7 м (D_ч=1,6·10^-10 м²/с). В этом случае (с учетом υ_г=100 м/с) преобладание кинематиче­ской коагуляции как над броуновской, так и над турбулентной бу­дет еще большим: N_кин/N_бр≈4,3·10⁸ и N_кин/N_уск≈10⁷.

Это указывает на более интенсивный характер кинематической коагуляции по сравнению с другими видами слияния частиц при соприкосновении за счет механических сил.

Электрическая коагуляция

Во многих слу­чаях взвешенные в газах частицы в зависимости от происхожде­ния и химического состава несут на себе положительный или отри­цательный электрический заряд.

Этот естественный электрический заряд взвешенных частиц ус­ловно носит название трибозаряда.

Электрические заряды можно сообщать взвешенным частицам и искусственно, путем, например, воздействия на газы различных ионизаторов, использования коронного разряда (электрофильт­ров), создания контакта с заряженными телами. В большинстве случаев неметаллические взвешенные частицы в естественных ус­ловиях заряжаются положительно, а металлические частицы - от­рицательно; соли заряжаются в зависимости от их химического состава. В промышленных газах число положительно заряженных частиц, получивших естественные электрические заряды, может быть равно числу отрицательно заряженных, что, как правило, на­блюдается для весьма мелких частиц при их однородном химиче­ском составе. В ряде случаев преобладают частицы, несущие заряд одного знака.

При коагуляции монодисперсных частиц, с зарядами q₁и q₂(одинакового или противоположного знака) си­лы электрического взаимодействия накладываются на броуновское движение, увеличивая или замедляя коагуляцию в зависимости от знака заряда частиц. Отношение скорости коагуляции частиц при наличии на них электрических зарядов N_E к скорости броуновской (тепловой) коагуляции N_бp можно представить в виде

β= N_E/N_бp (3.22)

Отбрасывая индукционные силы, как не оказывающие большо­го влияния, Н. А. Фукс получил достаточно простые формулы для расчета величины β в случае биполярной зарядки частиц при одноименных зарядах (отталкивание):

и при разноименных (притяжение):

Здесь величина находится из выражения

Так как на практике в большинстве случаев происходит сим­метричная биполярная зарядка, примем величину = 0,5. Тогда для разноименных зарядов β=1,271 и для одноименных -0,770, т. е. частицы с разноименными зарядами будут коагулировать не­сколько быстрее, а с одноименными - медленнее, чем нейтраль­ные частицы. Поскольку среднеарифметическое значение, состав­ляет 1,02, суммарный эффект зарядки на коагуляцию весьма не­значителен.

Обычно естественный заряд взвешенных частиц составляет от 1 до 10% искусственного заряда, который частица может полу­чить, например, в зоне коронного разряда.

В табл. 3.1 приведены результаты расчета предельного числа зарядов частиц разных размеров, находящихся в электрическом поле, заполненном ионами одного знака.

Таблица 3.1 - Предельное число элементарных зарядов, получаемых частицей в электрическом поле, заполненном ионами одного знака

Диаметр частицы, мкм	Относительные диэлектри­ческие свойства частицы	Число зарядов, получаемое частицей
ε		Воздействием поля Е, В/м	За счет ионной диффузии
1,5·105	3,0·105
0,4	∞
1,0	∞
2,0	∞
10,0	∞
20,0	∞

Когда частицы попадают в электрическое поле, на них инду­цируется заряд и скорость коагуляции значительно возрастает. Электрическое поле напряженностью Е возбуждает в находящих­ся в нем шаровых частицах с диаметром d_ч электрические диполи с моментом Р (Н/м), равным

Сила взаимодействия между двумя такими диполями, центры которых находятся на расстоянии друг от друга, определя­ется:

где - угол между направлением поля и линией центров частиц.

Частицы притягиваются в том случае, когда они расположены вдоль направления поля, и отталкиваются при расположении пер­пендикулярно к нему.

Строгое решение задачи коагуляции частиц в электрическом поле представляет значительные трудности. В случае упрощения, задачи (при отсутствии учета теплового движения частиц) ско­рость движения двух частиц навстречу друг другу, соответствую­щая максимальному притяжению ( =0), равняется

а время τ (в с), необходимое для соприкосновения частиц, находящихся в начальный момент τ’=0 на расстоянии , составит

Оценим продолжительность соприкосновения частиц по форму­ле (1.127) при следующих условиях: μ_г=18·10^-6 Па·с (воздух при 20°С), Е=3·10⁵ В/м, массовая концентрация пыли z= 5 г/м³; ρ_ч=10³ кг/м³. Тогда, счетная концентрация частиц размером d_ч=10^-7 м составит n=10¹⁶ 1/м³, а расстояние между ними (при рав­номерном распределении частиц в газовом потоке) = 5·10^-6 м. Для частиц размером =10^-6м соответственно получим n=10¹³ 1/м³ и = 5·10^-5м. Продолжительность соприкосновения для час­тиц обеих диаметров τ составит ≈5,6·10³ с.

Для того, чтобы частицы соприкоснулись уже через 1 с, необ­ходимо частицы размером =10^-7 м сблизить на расстояние ≈1,4·10^-7 м, а частицы размером =10^-6 м - на расстояние ≈1,4·10^-6м.

Отсюда следует, что механизм коагуляции частиц в электриче­ском поле заключается в предварительном сближении их под дей­ствием диффузии на расстояние, достаточное для активного воз­действия на них электрических сил.

Что величина β в случае поляризации частиц в электрическом поле является функцией величины α₁, оп­ределяемой по формуле

Ниже приводятся данные, характеризующие влияние электри­ческого поля на скорость коагуляции туманов (в виде зависимости среднего значения от :

……
…….	1,0	0,95	1,07	1,7	3,4	6,8	Далее

Оценим величину при нормальной температуре (Т_г=293 К). В этом случае

При достаточно сильном электрическом поле Е = 3·10⁵ В/м для частиц размером d_ч=10^-6м величина ≈90, а для частиц разме­ром d_ч=10^-7м ≈0,09. Таким образом, для частиц порядка 1 мкм величина 30, а для частиц порядка 0,1 мкм она меньше 1.

1 - броуновский; 2 - турбулентный; 3 - электриче­ский (Е=3·10⁵ В/м); 4 - градиентный (градиент ско­рости у стенки 10⁴ 1/с"); 5 - ускорения; 6 - кинема­тический (относительная скорость газов и частиц υ_ог =0,7м/с; d_K=2·10^-4 м); 7 - кинематический (υ_ог =100 м/с; d_K=2·10^-4 м).

Условия: скорость газов в газоходе 10 м/с; диаметр газохода 1м; ρ_ч=1000 кг/м³.

Рисунок 3.2 - Сопоставление механизмов коагуля­ции (в воздухе при нормальных условиях).

Из приведенных выше расчетов следует, что заметное ускоре­ние электрической коагуляции достигается лишь при сильных электрических полях. Скорость электрической коагуляции резко падает с уменьшением размера частиц, и у частиц порядка 10^-7 м преобладает коагуляция за счет броуновской диффузии.

При коагуляции в электрическом поле твердых частиц образующийся «двойник» ориентируется своей длин­ной осью параллельно полю, и его дипольный момент в этом положении значительно больше, чем у первичных частиц. Коагуляция «двойника» с дру­гими частицами происходит преиму­щественно у его концов, благодаря чему он растет в длину. Ско­рость коагуляции при этом достаточно быстро возрастает, а полу­чаемые в результате коагуляции агрегаты приобретают форму ни­тей или цепочек.

Сравнительную оценку рассмотренных выше механизмов коа­гуляции можно сделать на основании рис. 3.2, где приводятся за­висимости N/(n')²от d_ч.

Помимо приведенных на рис. 3.2 можно перечислить и другие механизмы коагуляции частиц: акустический, магнитный, за счет вибрации частиц в вибрирующем газовом потоке и др. Из них наи­более изучена коагуляция частиц в ультразвуковом поле.

Акустическая коагуляция

Устройство, реализующее данный процесс состоит из камеры коагуляции, генератора звуковых волн и бункера для сбора наиболее крупных частиц пыли, осаждаемых из газа при коагуляции пыли. Для получения звуковых волн применяют электро­магнитные, электростатические, газоструйные, пьезоэле­ктрические и механические генераторы. Электростати­ческие и электромагнитные генераторы по принципу действия сходны с репродукторами с небольшой выход­ной мощностью. В промышленных установках большей частью применяют механические газоструй­ные генераторы, к которым относятся сирены, дающие возможность менять частоту колебания звуковых волн изменением числа оборотов ротора (рис. 3.3).

Ротор таких сирен вращается со скоростью 12 -16 тыс. об/мин. Расход электроэнергии составляет 10 кВт на каждые 1000 м³ газа в 1 ч; давление возбуди­теля колебаний (воздух, газ, пар) 200 кН/м² (2 ат). Уровень силы звука для успешной коагуляции пыли должен быть равным 100 - 170 дБ. Эффективность коагуляции зависит как от частоты звука, так и его ин­тенсивности. Для коагуляции частиц пыли под воздействием звуковых волн основное значение имеют условия передачи колебаний от газовой среды к частицам пыли. В России применяют частоту колебаний звуковых волн равной 3 - 5 кГц при интенсивности звука 0,5 Вт/см² и продолжительности действия от 2 до 4 с. За рубежом частота излучения составляла от 1 до 30 кГц. При этом интенсивность звука составляла от 0,04 до 0,1 Вт/см².

1 - труба для ввода запы­ленного газа; 2 - камера коагуляции; 3 - генератор звука; 4 - трубопровод сжа­того воздуха; 5 - компрес­сор; 6 - труба для вывода газа

Рисунок 3.3 - Схема акустического пыле­уловителя.

Для обеспечения эффективной коагуляции частиц пы­ли необходимо, чтобы звуковые волны действовали на запыленный газовый поток определенное время. В част­ности, исследования показали, что при воздействии звуковых волн продолжительностью 2,8 -3,6 с степень коагуляции пыли составляла 65%. При повышении времени действия от 14 - 21 с она возросла до 70 - 95%. В Японии время действия звука на газовый поток составляло 10 с, а степень коагуляции пыли 89 - 98%.

Акустическая коагуляция проходит более интенсивно при высокой температуре газа.

Пылеулавливающие установки акустического дей­ствия отличаются простотой и компактностью. Они дают возможность улавливать частицы размером менее 1 мкм при высокой температуре газа. Акустические пылеуло­вители взрыво- и пожаробезопасны. К недостаткам акустических пылеуловителей следует отнести высо­кий расход энергии (0,7 - 2 кВт на 1000 м³ газа), боль­шой расход возбудителя колебаний (около 1 м³ воздуха на 1 м³ очищаемого газа), тяжелые условия труда обслу­живающего персонала.

МОКРОЕ ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ

Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запы­ленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взве­шенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки газов от пыли считается достаточно простым и в то же время весьма эффективным способом обеспыливания.

Мокрые пылеуловители имеют ряд преимуществ перед аппара­тами других типов.

1.Аппараты мокрого типа отличаются сравнительно неболь­шой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц по сравнению с сухими механическими пыле­уловителями.

2.Мокрые пылеуловители (например, скрубберы Вентури) мо­гут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм.

3.Мокрые пылеуловители не только могут успешно конкуриро­вать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как ру­кавные фильтры или электрофильтры, но и использоваться в тех случаях, когда эти аппараты обычно не применяются, например при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгораний и взрывов очищенных газов или улавливае­мой пыли.

4.Аппараты мокрого типа могут одновременно с очисткой газов от взвешенных частиц улавливать парообразные и газообразные компоненты, т. е. их можно использовать в качестве абсорберов, а также для охлаждения и увлажнения газов в качестве теплооб­менников смешения.

Однако метод мокрого обеспыливания имеет и ряд недостат­ков.

1. Улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделя­ется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточ­ных вод и, следовательно, с удорожанием процесса очистки.

2. При охлаждении очищаемых газов до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе из газоочистного аппарата газовым потоком капель жидкости пыль может осаж­даться в газопроводах, дымососах и дымовых трубах. Кроме того, брызгоунос приводит к безвозвратным потерям орошающей жид­кости.

В случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуни­кации необходимо защищать антикоррозионными материалами. В качестве орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях чаще всего применяется вода; при совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции.

Общепринятой классификации мокрых пылеуловителей до на­стоящего времени не имеется. Обычно они подразделяются на группы в зависимости от поверхности контакта или по способу действия:

1) полые газопромыватели (оросительные устройства; промывные камеры; полые, форсуночные скрубберы);

2) насадочные скрубберы;

3) тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты);

4) газопромыватели с подвижной насадкой;

5) мокрые аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны);

6)мокрые аппараты центробежного действия;

7) механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические скрубберы);

8) скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури, эжекторные скрубберы).

Помимо перечисленных групп к мокрым пылеуловителям в ка­кой-то степени могут быть отнесены также мокрые электрофиль­тры, орошаемые волокнистые фильтры и аппараты конденсацион­ного действия.

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту груп­пу входят форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центро­бежные аппараты и др. К средненапорным мокрым пылеуловите­лям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па отно­сятся некоторые динамические скрубберы, газопромыватели удар­но инерционного действия, эжекторные скрубберы. Группа высоко­напорных газопромывателей с гидравлическим сопротивлением больше 3000 Па включает в основном скруббера Вентури и дезинтеграторы.

В результате контакта запыленного газового потока с жидкостью образуется межфазная поверхность контакта (поверхность осаждения), которая имеет большое значе­ние при анализе работы и расчете эффективности мокрых пыле­уловителей.

Поверхность контакта зависит от метода ввода (диспергирова­ния) одной фазы в другую. При диспергировании газового потока в жидкость (тарельчатые аппараты) образуются газовые струи и пузырьки, причем по мере потери энергии газовые струи вновь рас­падаются на отдельные пузырьки. При диспергировании жидкости в газовый поток образуются жидкие струи, распадающиеся на кап­ли.

Помимо пузырьков и капель в ряде аппаратов роль поверхно­сти контакта играет пленка жидкости, стекающая по поверхности насадки (насадочные скрубберы) или по внутренним стенкам ап­парата (циклон с мокрой пленкой).

Ниже приведены виды поверхности контакта фаз, характерные для различных мокрых пылеуловителей:

Мокрый пылеуловитель	Вид поверхности контакта
Полый форсуночный скруббер	Капли
Насадочный скруббер	Пленка
Тарельчатый аппарат	Газовая струя и пузырьки
Скруббер с подвижной насадкой	Газовая струя, пузырьки и пленка
Центробежный скруббер	Капли и пленка
Аппараты ударно-инерционного действия	Капли
Динамический газопромыватель	»
Скруббер Вентури	»

Таким образом, в ряде аппаратов встречаются два и более видов контакта газового потока с орошающей жидкостью. В дейст­вительности различные виды поверхностей контакта фаз наблюдаются в большинстве мокрых пылеуловителей. Поэтому приведенные данные следует рассматривать как наиболее характерные для данного типа аппарата.

Гидродинамика пузырьков

В мокрых пылеуловителях поверх­ность контакта между газом и жидкостью в виде пузырьков встре­чается главным образом в тарельчатых аппаратах.

Диаметр пузырька зависит от скорости газов и определяется критерием Re₀ (для отверстия в тарелке), который равен

где - скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с; - эквивалентный диаметр отверстия, м; - свободное сечение тарелки, м²/м².

При Re₀≈200 диаметр пузырька (м) может быть рассчитан по формуле [2]