Осаждение взвешенных частиц из газовой струи

Подобное осаждение взвешенных частиц наблюдается главным образом в мокрых пылеуловителях, в которых устанавливаются контактные или опорные тарелки или решетки (тарельчатые аппараты, наса­дочные скрубберы, скрубберы с подвижной насадкой и др.). Здесь необходимо выделить два случая осаждения: инерционное осаж­дение на поверхности тарелки (решетки) за счет перемены направ­лений газовых струй при их прохождении через отверстия в тарел­ке (решетке) и инерционное осаждение при входе газового потока в газожидкостный (пенный) слой на тарелке (решетке). Рассмот­рим оба случая в порядке последовательности прохождения тарел­ки запыленным газовым потоком.

Для ориентировочной оценки эффективности осаждения частиц пыли на поверхности тарелки можно воспользоваться данными ис­следований по забору проб аэрозолей, рас­сматривая каждое отверстие в тарелке как отверстие в заборной трубке с толстыми стенками. В этом случае скорость отбора газа превышает скорость газового потока до тарелки в l/s₀ раз (s₀ - свободное сечение тарелки, м²/м²) и для тарелки со свободным се­чением s₀<0,25 м²/м² можно воспользоваться формулами, которые применимы при средней скорости газов в дырчатом отверстии ( - скорость газов в отверстии; м/с; - ско­рость газов в свободном сечении аппарата перед тарелкой, м/с) и средней скорости газов в щели ( - скорость газов в щели, м/с).

Коэффициент проскока частиц при прохождении круглых от­верстий описывается уравнениями

где - начальная концентрация частиц в газовом потоке, 1/м³; - концен­трация частиц, прошедших через отверстие, 1/м³; - объемный расход заса­сываемых через отверстие газов, м³/с; -скорость осаждения частиц, м/с.

Для отверстия в тарелке

где d₀- диаметр отверстия, м.

При отсутствии осаждения частиц под действием внешней си­лы, т. е. при = 0

На рис. 4.5 (кривая 1) приведена зависимость от d_чдля дыр­чатой тарелки с параметрами: d₀ = 6 мм; s₀ = 0,17 м²/м² при = 18∙10^-6 Па∙с (воздух при нормальных условиях); = 4000 кг/м³ и = 2 м/с. Как видно из графика, концентрация частиц в отвер­стии по сравнению с газовым потоком значительно снижается для частиц размером более 5 мкм.

Для щелевой тарелки воспользуемся другими формулами:

где - объемный расход засасываемых газов на единицу длины щели, м³/(с∙м).

рассчитывается по формуле

где - ширина щели, м.

Подставляя из (4.31) в (4.30) при = 0, при условии, что d_э = 2b, получим:

Зависимость от d_чдля щелевой тарелки с параметрами b= 4 мм и s₀ = 0,17 м²/м² для аналогичных условий приведена на рис. 4.5 (кривая 2). Как видно из графика, и в этом случае концентрация частиц в отверстии значительно снижается, когда размер частиц >5 мкм.

Рисунок4.5 - Коэффициент проскока при прохождении тарелки запыленным газо­вым потоком:1 - дырчатая тарелка; 2 - щелевая тарелка.

Таким образом, эффективность улавливания в подтарельчатой зоне может влиять на общую эффективность только при улавливании частиц крупнее 5 мкм и достигает значитель­ной величины уже при d_ч>10 мкм.

Рисунок 4.6 - Эффективность осаждения частиц при входе газов в слой пены на тарелке.

Рассмотрим теперь инерционное осажде­ние частиц при входе запыленного газового потока в слой пены на тарелке. В этом случае струи газов, сформировавшиеся в отверстиях (щелях) тарелок, с относительно высокой скоростью проникают в слой жидкости на тарелке, образуя газовые пузырьки, диаметр которых d_п несколько больше диаметра отвер­стий и ширины щели. При на бегании газовых струй на поверх­ность пузырька за счет сил инерции происходит интенсивное осаж­дение частиц пыли на поверхности пленки, аналогичное осажде­нию частиц в щелевых приборах.

Эффективность подобного вида осаждения (иногда называемо­го «механизмом удара»), как и любого другого инерционного осаждения, определяется критерием Стокса.

Эффективность осаждения рассматривалась в зависимости от , причем эффективность при круглых (дырча­тых) отверстиях размером d₀была примерно в 1,5 раза больше, чем у щелевых шириной b = d₀. Очевидно, это указывает на иден­тичность обеих зависимостей при условии, что в критерия в качестве линейного параметра входит эквива­лентный диаметр отверстия d_э, равный d₀(при дырчатых отверсти­ях) и b(при щелевых). Величина представляет собой истинную скорость газов в отверстиях.

На рис. 4.6 приведена кривая, характеризующая зависи­мость от , пересчитанная на значения критерия Stk, при =d_э. Как видно из рисунка, при критерии Stk_кр, равном 0,049, =0, а при значении Stk_кр, равном 0,32, =l.

Можно также использовать другое выражение для расчета эф­фективности осаждения взвешенных частиц в момент образования пузырьков:

где - высота исходного слоя жидкости на тарелке, м; - высота слоя пены, м.

Отношение / находится в пределах от 0,35 до 0,65.