4.13. Улавливание частиц при барботаже

Барботажем называется движение газа(аэрозоля) через слой жидкости, которая принимает вид пузырьков (пены) или струй. Размер пузырей газа при барботаже колеблется в пределах от 2 до 20 мкм и зависит в основном от скорости газового потока, которую в барбатерах и пенных аппаратах принимают от 1 до 4…4,5 м/с. Важнейшим условием работоспособности пенного слоя является его стабильность. Разрушение пенного слоя может произойти в следующих случаях:

1) при падении скорости газа ниже некоторой критической скорости (для разных типов аппаратов они различны);

2) при возрастании скорости газа до значений, когда начинается захват газом и вынос из аппарата большого количества жидкости, что нарушает структуру пенного слоя;

3) при неравномерном размещении пены по сечению аппарата (из-за неравномерности поля скоростного газового потока; не горизонтальности пенообразующей решетки; по другим причинам).

Внутри газового пузыря действуют механизмы инерции, гравитации и диффузии. На действие этих механизмов накладывается влияние формы частиц, их гидрофильности или гидрофобности.

Степень улавливания за счет инерционного осаждения оценивается по формуле

,

где v_пуз – скорость подъема газового пузыря;

d_пуз – диаметр пузыря;

τ_р – время релаксации частицы, представляющей рассматриваемую фра­к­ци­ю.

Степень улавливания за счет гравитации:

Степень улавливания за счет диффузии:

Приведенные формулы ориентировочны, так как не учитывают ко­а­гу­ля­циючастиц внутри пузыря, гидрофильность или гидрофобность частиц и др.:

η_Σ ≈ 1 – (1 – η_и) • (1 – η_гр) •(1 – η_д).

4.14. Захват частиц каплями

Захват частиц каплями основан на кинематической коагуляции, обусловленной разностью скоростей частиц и капель. Можно выделить три основных режима захвата.

1. Спокойный режим: аэрозольдвижется с малой скоростью (ламинарный поток) – в этом случае капли (частицы) падают под действием силы тяжести.

2. Средний (переходной) режим: аэрозольдвижется со скоростью, соответствующей ламинарному или слаботурбулированному потоку, – в этом случае капли имеют скорость, значительно превышающую скорость седиментации (т.е. скорости гравитационного осаждения).

3. Динамический режим: скорость потока аэрозоля сильно турбулизирована. В этом случае жидкость или ее капли поступают в поток и интенсивно диспергируются (дробятся) под влиянием турбулентных пульсаций, которые способствуют контакту между жидкостью и аэрозольнымичастицами.

В целях осаждения используют в основном динамический режим, который характеризуется высокой скоростью газового потока (v_г = 50…150 м/с). Степень очистки (т. е. степень захвата частиц каплями) определяется двумя факторами: 1) скоростью газового потока; 2) удельным орошением жидкостью в аппарате.

При относительно небольшом удельном орошении (q = 0,1…1,0 л/м³) и значениях критерия Стокса (0,1 ≤ Stk ≤ 1,0) степень захвата каплями частиц может быть приближенно оценена:

(4.41)

Необходимо отметить, что формула (4.41) справедлива также для случая захвата частиц на «сухих» шарообразных препятствиях, основанных на эффектах зацепления (параграф 4.9).

При удельном орошении (q = 1,5…2,0 л/м³ и Stk = 1,0…170) используют следующую формулу оценки степени захвата:

Средний диаметр (размер) капель можно оценить по формуле:

где v_жг – скорость потока относительно жидкости во входной горловине аппарата, м/с;

σ_ж – поверхностное натяжение жидкости, Н/м.