10.3. Separarea unei faze dispersate de fluxurile de gaze
Gazele de eșapament ale industriei conținând particule solide sau lichide în suspensie sunt sisteme bifazice în care faza continuă este gaze și dispersia # 150; particule solide sau picături de lichid. Aceste sisteme de aerodispersare se numesc aerosoli. care la rândul lor sunt împărțite în praf, fum și ceață.
Praful conține particule solide cu dimensiuni de la 1 (conform unor surse, de la 5) la 500 μm; Sisoe # 150; de la 0,1 la 1 (conform unor surse, până la 5) μm. Mists sunt compuse din picături lichide dimensiune 0.03 # 150; 5 microni și sunt formate prin condensarea vaporilor, sau prin pulverizarea unui lichid într-un gaz.
În tehnica de separare a unei faze dispersate de fluxurile de gaze, se utilizează un număr mare de aparate, care se deosebesc una de cealaltă atât în proiectare, cât și în principiul sedimentării particulelor în suspensie.
Prin modul de captare a prafului, acestea sunt de obicei împărțite în mașini de curățat gaze uscate, umede și electrice.
În centrul lucrărilor colectorilor de praf uscat se află mecanismele de depunere gravitațională, inerțială și centrifugală. Un grup independent de dispozitive de curățare uscată sunt colectorii de praf ai acțiunii de filtrare.
Lucrarea colectorilor de praf umed se bazează pe contactul gazelor praf cu un lichid de spălare; cu depunerea de particule care apar pe picături, suprafața bulelor de gaz sau un film de lichid.
În precipitatoarele electrostatice, depunerea particulelor de praf se produce datorită transmiterii unei încărcături electrice la acestea.
Ca bază pentru clasificarea aparatului de colectare a prafului, se utilizează schema (Figura 10.3.1), propusă de Uzov și Waldberg în [1].
Fig. 10.3.1. Clasificarea colectoarelor industriale de praf
Eficiența de curățare a gazelor de la un praf (gradul de eficiență de purificare), este exprimată prin raportul dintre materialul colectat la cantitatea de material eliberat în unitatea de purificare a gazelor cu fluxul de gaz pentru o anumită perioadă de timp.
Eficacitatea de curățare h în aparatul de colectare a prafului este determinată în principal de o metodă de ponderare. Numărați-o în mai multe moduri.
Conform conținutului de praf în gaze înainte de a intra în aparatul de purificare a gazelor și la ieșirea din acesta:
unde G # 150; consumul de masă de particule de praf (picături, ceață) conținute în gaz; QG # 150; debitul volumetric de gaze, redus la condiții normale; cu # 150; concentrația particulelor în gaze. Indicele "n" se referă la gazele care intră în aparat; indicele "k" # 150; la gazele care părăsesc aparatul.
Dacă volumul de gaze din procesul de purificare se schimbă, de exemplu, prin aspirație, atunci eficiența:
unde K " # 150; coeficient de aspirație; .
Eficiența curățării poate fi determinată de concentrația de praf în gaze înainte de a intra în aparat
și de cantitatea de praf capturat:
unde Gy # 150; cantitatea de praf prins, kg / s;
precum și cantitatea de praf prins de aparat
și concentrația de praf în gazele provenite de la aparat:
Se știe că eficiența curățării de particule de praf de dimensiuni diferite nu este aceeași. Deoarece este mai bine să prindeți praf mare, factorul de curățare a gazului este adesea determinat de eficiența fracționată # 150; gradul de purificare a gazelor din particule de o anumită dimensiune.
Eficacitatea de curățare fracționată hfi este exprimată prin formula:
Cunoscând gradul fracționat de purificare a gazului, este posibil să se determine gradul general de purificare (eficiența aparatului) conform formulei:
unde f (d) i # 150; funcție de densitatea de distribuție a particulelor prinse în funcție de dimensiune, m # 150; 1 [2].
Eficacitatea capcanei de praf poate fi exprimată sub forma unei descoperiri a particulelor (gradul de incompletență a capcanei), care este raportul dintre concentrația particulelor din spatele aparatului și concentrația lor în fața acestuia. Coeficientul de descoperire este utilizat atunci când este necesar să se estimeze praful de finisare sau să se compare pragul de praf relativ la ieșirea diferitelor aparate.
Coeficientul de progres este calculat prin formula
Gradul total de purificare a gazelor h, obținut în mai multe dispozitive instalate succesiv, se calculează după formula:
unde 1. 2. n # 150; grad de curățare a gazelor provenite de la praf, respectiv în primul, al doilea și al celui de-al doilea aparat.
Metodele mecanice de separare a prafului sunt împărțite în stare uscată și umedă. Metodele uscate sunt preferabile metodelor umede (deoarece nu se formează apă poluată), dar în unele cazuri metodele umede sunt mai eficiente. Colectorii de praf mecanic uscați, de regulă, diferă în simplitatea fabricării și a funcționării. Dar, deoarece eficiența captarea prafului în ele nu este întotdeauna suficientă, acestea servesc adesea ca un dispozitiv de pre-curățare a gazelor.
Colectoarele de praf mecanice uscate includ dispozitive în care sunt utilizate următoarele mecanisme de precipitare: gravitaționale, inerțiale și centrifugale.
10.3.1. Separarea fazei dispersate în camerele de precipitare
Sedimentarea gravitațională (sedimentare) are loc ca urmare a sedimentării verticale a particulelor sub acțiunea gravitației atunci când trece printr-un aparat de curățare a gazului. Aparatele care utilizează acest principiu de captare a prafului sunt numite camere de precipitare.
Să luăm în considerare principalele lor tipuri. În Fig. 10.3.1.1 Este prezentată o cameră de precipitare orizontală cu o configurație simplă. Fluxul de gaz praf se deplasează încet în spațiul de separare al camerei și particulele se deplasează din acesta în secțiunea de colectare a prafului.
Fig. 10.3.1.1. O cameră de precipitare orizontală
fără dispozitive interne:
1 # 150; corpul; 2 # 150; colectoare de colectare a prafului
O astfel de construcție este simplu, dar este prea voluminos, deoarece volumul camerei de separare ar trebui să fie destul de suficientă pentru a asigura un flux de gaz lent într-un plan orizontal și de a evita turbulență locală nedorită (atât pe orizontală și pe direcție verticală).
Într-un multi-cameră (Fig. 10.3.1.2) spațiu de separare împărțit de rafturi orizontale, ceea ce reduce semnificativ durata particulelor de depunere, permite să lucreze la viteze mai mari de gaze, și elimină amestecarea verticală turbulentă a fluxului de gaz de suspensie. Pentru a îndepărta praful, rafturile sunt înclinate; utilizați dispozitive de agitare, de exemplu, vibratoare, agitatoare de camă.
Fig. 10.3.1.2. Cameră de precipitare cu mai multe straturi:
1 # 150; rafturi; 2 # 150; obturator; 3 # 150; pragul de praf
Într-o cameră cu pereți despărțitori (Figura 10.3.1.3), împreună cu forțele gravitaționale, se utilizează de asemenea și inerți, ceea ce mărește eficiența purificării.
Fig. 10.3.1.3. Camera de precipitare
cu partiții verticale:
1 # 150; corpul; 2 # 150; butelii de colectare a prafului;
3 # 150; septuri
În camera de așezare a prafului prezentată în Fig. 10.3.1.4 În spațiul de lucru există perdele de lanț sau de sârmă care întârzie mișcarea orizontală a suspensiei de gaze, praful de filtru și defalcarea fluxurilor aleatorii turbulente.
Fig. 10.3.1.4. Camera de precipitare cu lanț
sau perdele de sârmă:
1 # 150; corpul; 2 # 150; lanț sau perdea de vânt
În Fig. 10.3.1.5 Este arătată o cameră verticală de precipitare. Camera verticală fluxul de suspensie de gaz iese din conducta extinde, viteza gazului este astfel redus considerabil, iar suspensiei de gaz a particulelor cad, rata de depunere este mai mare decât debitul de gaz. Pentru a deplasa particulele din zona axială a camerei
în partea superioară se află un disc reflectorizant.
Fig. 10.3.1.5. Cameră de precipitații verticale:
1 # 150; gaze arse; 2 # 150; disc reflectorizant
Viteza gazului în camerele de sedimentare orizontală este de 0,2 ... 150, 1,5 m / s, rezistența lor hidraulică fiind cuprinsă între 50 și 150 Pa. Camerele de sedimentare sunt adecvate pentru captarea de particule mari de dimensiuni de cel puțin 50 μm. Gradul de purificare a gazului în astfel de camere nu depășește 40 # 150, 50%. Atunci când se lucrează cu gaze chimice agresive, suprafețele interioare ale camerelor de precipitare sunt protejate cu acoperiri speciale.
Un calcul aproximativ al camerelor de precipitare este după cum urmează. Durata t (c) a trecerii gazelor din camera de precipitare cu o distribuție uniformă a fluxului de gaz de-a lungul secțiunii transversale este
unde Vk # 150; volumul camerei, m 3; QG # 150; volumul de gaze, m 3 / s; L. B. H # 150; respectiv lungimea, lățimea și înălțimea camerei, m.
În acest timp, sub influența gravitației, o particulă de o anumită dimensiune (dintr-o anumită fracțiune) va trece pe calea
unde tu # 150; rata medie de depunere a particulelor acestei fracții, m / s.
Eficacitatea fracționată a camerelor de precipitare este determinată de raportul. Dacă hH. atunci toate particulele au o viteză de precipitare vos. iar cele mai mari sunt prinse în cameră. Se poate exprima eficiența capcanei particulelor de o mărime (fracție) dată
sub formă de
unde vr # 150; viteza gazului, redusă la secțiunea liberă a camerei, m / s.
Eficiența fracționată a unei camere cu mai multe secțiuni cu rafturi orizontale
unde n # 150; numărul de secțiuni din cameră.
Principala sarcină în calculul colectorilor de praf gravitațional este de a determina rata incidenței unei particule de o anumită dimensiune. Particula se instalează sub acțiunea gravitației. Ecuația de echilibru a forțelor care acționează asupra unei particule sferice cu un diametru dh. pot fi scrise în formă
unde rh # 150; densitatea particulelor; Fc # 150; Forța de rezistență medie, N.
În domeniul legii Stokes (10 # 150; 4 și rata de depunere Într-un caz mai general (în orice mod de mișcare) și rata de depunere unde coeficientul de rezistență aerodinamică C poate fi găsit din curba Rayleigh (a se vedea figura 2.2.8.3) sau calculat prin formule: la 10 # 150; 4 la 2 la 500 Una dintre aproximările reușite ale curbei Rayleigh este [2] Pentru calculele aproximative ale ratei de depunere a particulelor vocale, putem recomanda dependența semiempirică Aeroff # 150; Todes [3], care este valabil pentru toate modurile de flux, unde Ar # 150; criteriul lui Archimedes; Formula (10.3.1.14) este de asemenea aplicabilă pentru particule de formă neregulată dacă înlocuim în ea diametrul echivalent al particulelor Există, de asemenea, o metodă generalizată pentru calcularea ratei de depunere a particulelor într-un mediu neviabil staționar, adecvat pentru orice regim de depunere (laminar, tranzitoriu, turbulent). În conformitate cu această metodă, criteriul Archimedes este determinat de formula (10.3.1.15), apoi criteriul Re sau criteriul Lyashchenko (Ly) se găsește din grafic (Figura 10.3.1.6) Rata de precipitare este apoi calculată ca sau de criteriul Lyashchenko ca Fig. 10.3.1.6. Dependența criteriilor Re și Ly Pentru particulele de formă neregulată, rata de depunere este determinată în același mod din criteriul Lyashchenko, dar cu înlocuirea valorii d în criteriul Archimedes în loc de dh. În procesele de colectare a prafului, cel mai des se ocupă cu particule foarte mici care se mișcă într-un regim laminar. Pentru a determina aplicabilitatea legii Stokes în condiții practice obișnuite, dimensiunea particulelor joacă un rol decisiv. La 16 10 # 150; 6 Pentru particule cu o dimensiune mai mică de 10 # 150; 6 m în ecuația (10.3.1.6), este necesar să introducem Keninging # 150; Milliken [1], ținând seama de creșterea mobilității particulelor, a căror dimensiune este comparabilă cu lungimea liberă a lungimii libere a moleculelor de gaze. În acest caz. unde Fc.st # 150; forța rezistenței mediului, calculată prin formula Stokes (10.3.1.6). Amendamentul Keningema # 150; Millikena este de obicei introdusă pentru particule mai mici de 3 μm și se calculează prin formula unde M2 # 150; masa moleculară a gazului; R # 150; constanta de gaz universal, R = 8314 J / (kmol K); Tr # 150; temperatura absolută a gazului, K. În tabel. 10.3.1.1 Valorile corecției Ceningham # 150; Millikena pentru particulele precipitate în aer la t = 20 ° C și la presiunea atmosferică normală Valorile corecției Ceningham # 150; Millikan Dacă în formula Stokes (10.3.1.7) neglijăm rr r. apoi voc (viteza finită a particulei obținută prin stabilirea egalității dintre forța rezistenței mediei și forța exterioară # 150; forța gravitațională) va fi unde tp # 150; este timpul de relaxare al unei particule. Rezultă din formula (10.3.1.22) că viteza de sedimentare a particulelor în suspensie în aparatele de curățare a gazului care utilizează acțiunea gravitației este direct proporțională cu pătratul diametrului particulei. Pentru a înțelege cât de semnificativă este efectul diametrului, permiteți-ne să dăm următorul exemplu: Diametrul particulelor este dh. μm (ρh = 1000 kg / m3) Rata de depunere vos. m / s Parametrul de depunere gravitațională G este egal cu raportul dintre forța gravitațională Fm și forța rezistenței medii Fc: și poate fi exprimată prin raportul dintre rata de depunere a particulelor și viteza fluxului de gaz. Ecuația (10.3.1.23) poate fi de asemenea reprezentată ca un raport de două criterii unde # 150; criteriul Stokes; # 150; criteriul Froude; L # 150; care determină dimensiunea liniară. În camere geometric similare de stingere a prafului, gradul de purificare Forma specifică a funcțiilor (10.3.1.25) pentru camerele de diferite modele poate fi găsită în literatura de specialitate, de exemplu, în [1].
din criteriul Ar pentru depunerea unei singure particule
într-un mediu staționar:
1 și 6 # 150; particule sferice; 2 # 150; rotunjite; 3 # 150; unghiulară;
4 # 150; alungite; 5 # 150; placă
(li = 0,065 pm).
pentru particule care precipită în aer la T = 20 ° C
și presiunea atmosferică normală
Trimiteți-le prietenilor: