Осаждение взвешенных частиц в пузырьках

В обычных усло­виях в пузырьках осаждение частиц происходит под действием трех механизмов: инерции, гравитации и диффузии. Оценим влияние каждого из них.

При движении пузырьков через слой жидкости внутри их воз­никает пульсация газов, причем у поверхности пузырька эту цир­куляцию можно выразить формулой

где - скорость циркуляции у поверхности пузырька, м/с; - угол между радиусом-вектором и направлением движения пузырька, град.

Для упрощения расчетов принимаем, что пузырьки имеют ша­рообразную форму, и пренебрегаем эффектом зацепления, посколь­ку размер частиц значительно меньше размера пузырьков.

Инерционное осаждение частиц в пузырьке происходит под действием центробежной силы. Скорость движения частиц при этом описывается уравнением

Тогда за 1 с в пузырьке осядет число частиц , равное

где n- концентрация частиц, 1/м³.

Число частиц, осевших на 1 см пути пузырька, составит

Коэффициент инерционного осаждения при прохождении пу­зырьком 1 см пути будет равен

За счет силы тяжести в пузырьке за 1 с осядет частиц, а эффективность гравитационного осаждения при прохождении пузырьком 1 см пути составит

Для расчета эффективности диффузион­ного осаждения в пузырьке при прохожде­нии 1 см пути предложено выражение [2]:

Анализ приведенных выше формул по­казывает, что в пузырьке диаметром d_п=0,2 - 1,0 см при обычно принимаемой ско­рости их подъема = 0,28 м/с инерционное осаждение на порядок больше грави­тационного и что эффективность осажде­ния на поверхности пузырька сильно воз­растает с уменьшением его диаметра.

На рис. 4.7 приведены коэффициенты , и , рассчитанные по формулам (4.38) - (4.40), в случае осаждения частиц различного диаметра при d_п = 4,5·10^-3 м; =0,28 м/с; = 2000 кг/м3; =18·10^-6 Па·с. Кривые на рис. 4.7 показывают, что с ростом размера частиц ко­эффициенты и возрастают, а коэффициент , наоборот, уменьшается. Однако и для частиц размером менее 1 мкм величи­на коэффициента весьма незначительна.

Рисунок4.7 - Коэффициенты осаждения частиц на поверхности пузыря при прохождении 1 см пути: 1 - ; 2 - ; 3 - .

В работе [2] рассмотрено осаждение предварительно заряженных частиц крупнее 0,3 мкм в пузырьке за счет совместного действия центробежной силы и электрического заряда. Принима­ется, что пузырьки поднимаются в жидкости, являющейся провод­ником, и что нулевой потенциал существует при r, равном радиусу пузырька, т. е. на поверхности осаждения. Теоретическим путем авторами работы получено выражение, описывающее эффектив­ность осаждения частиц в пузырьке при совместном действии двух механизмов _{+ KE}

Также была проведена оценка эффективности осажде­ния частиц пыли за счет термофореза при охлаждении воздуха с температурой от 100 до 250 °С водой, имеющей температуру 20 °С, в аппарате с провальными тарелками. В условиях развитой тур­булентной пены (а = 8 см²/см³) приН_п = 6 см были построены зна­чения в зависимости от критерия отношения (Т_г—Т_ж)/(Т_г+Т_ж) (рис. 4.8). Кривые, приведенные на рис. 4.8, свидетельствуют о том, что эффективность осаждения при термофорезе в тарельчатом аппарате не превышает 3 - 4%, т. е. весьма незначительна.

Рисунок4.8 - Зависимость эффективности осаждения частиц в пузырьке при термофорезе от критерия при различных значениях отношения (Т_г—Т_ж)/(Т_г+Т_ж): 1- 0,120; 2 - 0,182; 3 - 0,282.

Эффективность осаждения час­тиц в пузырьке при диффузиофорезе зависит главным образом от разности парциальных давлений пара и .

Необходимо сразу остановиться на различном влиянии диффузиофореза при испарении и конденсации. В испарительном процес­се диффузиофорез играет отрицательную роль, так как приводит к снижению скорости частиц, движущихся за счет сил инерции к поверхности пленки жидкости.

Как показали расчеты, отрицательное влияние диффузиофореза на осаждение частиц пы­ли в тарельчатых аппаратах невелико и не оказывает существен­ного влияния на эффективность пылеулавливания.

При осуществлении процесса конденсации роль диффузиофореза, напротив, резко возрастает.

Рисунок 4.9 - Зависимость эффективности осажде­ния частиц в пузырьке при диффузиофорезе от разности парциальных давлений пара.

Для случая охлаждения воздуха при нормальном давлении с точ­кой росы, изменяющейся от 80 до 40°С, водой с температурой 5°С результаты приведены на рис. 4.9, из которого видно, что эффективность осаждения частиц довольно резко возрастает с увеличением разности - .

Таким образом, из всех механизмов осаждения, возникающих, при осуществлении теплообмена в слое пены, существенным с точ­ки зрения изменения эффективности очистки, причем в большую сторону, является диффузиофорез, возникающий при конденсации.