Kémiai technológiák folyamatai és berendezései

10.3. Diszpergált fázis elválasztása gázáramokból

A szuszpendált szilárd vagy folyékony részecskéket tartalmazó ipar kipufogógázai kétfázisú rendszerek, amelyekben a folytonos fázis gáz, és a diszpergált # 150; szilárd részecskék vagy folyadékcseppek. Az ilyen aerodiszperziós rendszereket aeroszoloknak nevezzük. amely viszont porra, füstre és ködre oszlik.

A por szilárd részecskéket tartalmaz 1-től (egyes forrásoktól, 5-től) 500 μm-ig terjedő méretben; dohányzik # 150; 0,1-től 1-ig (bizonyos források szerint legfeljebb 5 μm). A ködök 0,03 # 150,5 mikron nagyságú folyadékcseppekből állnak, és a gőzök kondenzációja vagy a folyadék gáztalanítása következtében keletkeznek.

A diszpergált fázis gázáramoktól való elválasztásánál nagyszámú olyan berendezést használnak, amelyek egymáshoz képest különböznek egymástól mind a tervezés során, mind a szuszpendált részecskék üledékének elvében.

A porfogás útján általában száraz, nedves és elektromos gáztisztító gépekre vannak osztva.

A száraz porgyűjtők munkájának középpontjában gravitációs, inerciális és centrifugális lerakódási mechanizmusok állnak rendelkezésre. A száraz tisztításra szolgáló eszközök független csoportja a porelszívók szűrési művelete.

A nedves porgyűjtők munkája a poros gázok érintkezésén alapul mosófolyadékkal; a cseppekben előforduló részecskék lerakódásával, a gázbuborékok felszínével vagy a folyadékfilmmel.

Az elektrosztatikus felszívókban a porrészecskék lerakódása elektromos töltésnek köszönhető.

A porgyűjtő berendezés osztályozásának alapjaként az Uzhov és Waldberg által javasolt [1] ábrát alkalmazzuk (10.3.1 ábra).

Kémiai technológiák folyamatai és berendezései

Ábra. 10.3.1. Ipari porgyűjtők besorolása

A por tisztításának hatékonysága (tisztítási fok, hatékonyság) a befogott anyag mennyisége és a gáz tisztító egységbe belépő anyagmennyiség arányával fejezi ki a gázáramlást bizonyos ideig.

A porgyűjtő berendezés tisztítási hatékonyságát főként egy súlyozási módszer határozza meg. Számítsd többféleképpen.

A gázok portartalmának megfelelően a gáz tisztítóberendezésbe való belépés előtt és a kimeneten:

ahol G # 150; a gázban lévő porrészecskék (cseppek, köd) tömeges fogyasztása; QG # 150; a gázok térfogatáramlása normál körülmények között csökkent; a # 150; a részecskék koncentrációja gázokban. Az "n" index a berendezésbe bejutó gázokat jelenti; index "k" # 150; a berendezést elhagyó gázoktól.

Ha a tisztítási folyamat során a gázok mennyisége megváltozik, például szívással, akkor a hatékonyság:

ahol K " # 150; szívószáma; .

A tisztítás hatékonysága meghatározható a gázpor koncentrációjából a készülékbe való belépés előtt
és a befogott por mennyisége:

ahol Gy # 150; a csapdázott por mennyisége, kg / s;

valamint a készülék által megragadott port mennyisége
és a por koncentrációja a készüléken keletkező gázokban:

Ismert, hogy a különböző méretű porrészecskék tisztításának hatékonysága nem azonos. Mivel jobb a por nagy mennyiségű por befogása, a gáz tisztító tényezőt gyakran hatékonysága határozza meg # 150; a gázok bizonyos méretű részecskék tisztításának mértéke.

A hfi frakcionális tisztítási hatásfokát a következő képlet adja meg:

A frakcionált gáz tisztításának ismeretében meghatározható a teljes tisztítási fok (a berendezés hatékonysága) az alábbi képlet szerint:

ahol f (d) i # 150; a befogott részecskék eloszlási sűrűségének mértéke méret szerint, m # 150; 1 [2].

A porfogás hatékonysága részecske áttörés formájában (a csapdázás hiányosságának mértéke), azaz a készülék mögötti részecskék koncentrációjának az előtti koncentrációjához viszonyított arányaként fejezhető ki. Az áttörési együtthatót akkor kell használni, amikor szükséges a végső porzás becslése vagy a gázok viszonylagos porlékonyságának összehasonlítása különböző berendezések kimenetében.

Az áttörés együtthatóját a képlet alapján számítjuk ki

A h többször egymás utáni berendezésekben elért h gázok teljes tisztítási fokát a következő képlet adja meg:

ahol 1. 2. n # 150; a gázok tisztításának mértéke a porból, az első, a második és az n-edik készülékben.

A porelkülönítés mechanikai módszereit száraz és nedves részekre osztják. A száraz eljárások előnyösek a nedves eljárásoknál (mivel nem keletkezik szennyezett víz), de bizonyos esetekben a nedves eljárások hatékonyabbak. A száraz mechanikus porgyűjtők általában a gyártás és a működés egyszerűsége miatt különböznek egymástól. De mivel a por befogásának hatékonysága nem mindig elegendő, gyakran gázok előtisztító eszközeként szolgálnak.

A mechanikus porgyűjtő szárak olyan eszközöket tartalmaznak, amelyekben a következő csapadékkezelő mechanizmusokat alkalmazzák: gravitációs, inerciális és centrifugális.

10.3.1. A diszpergált fázis elválasztása a csapadékkamrákban

A gravitációs üledékképződés (üledékképződés) a részecskéknek a gravitáció hatására történő vertikális leülepedése következtében történik, amikor egy gáz tisztító berendezésen áthaladnak. A porfogó csapdát használó berendezést csapadékkamráknak nevezik.

Tekintsük a fő típusukat. Az 1. ábrán. 10.3.1.1 Egy egyszerű konfigurációjú vízszintes csapadékkamra látható. A porlasztott gázáram lassan elmozdul a kamra elválasztóterében, és a részecskék a porgyűjtő szakaszban ülepednek.

Ábra. 10.3.1.1. Vízszintes csapadékkamra
belső eszközök nélkül:
1 # 150; a test; 2 # 150; porgyűjtő tartályok

Ilyen konstrukció egyszerű, de ez túl terjedelmes, mert az elválasztó kamra térfogata teljesen elegendő, hogy egy lassú gázáram egy vízszintes síkban, és elkerüljük a nemkívánatos helyi turbulencia (mind horizontális, mind függőleges irányban).

A többkamrás (ábra. 10.3.1.2) leválasztótér megosztjuk vízszintes polcok, ami jelentősen csökkenti az időtartamát a lerakódás-részecskék, ez lehetővé teszi, hogy a munka nagyobb gázsebességeket, és megszünteti turbulens függőleges keveredés a gáz szuszpenzió áramlási. A por eltávolítása érdekében a polcok hajlottak; használjon rázó eszközöket, például vibrátorokat, rázógépeket.

Ábra. 10.3.1.2. Többrétegű csapadékkamra:
1 # 150; polcok; 2 # 150; redőny; 3 # 150; porvédő nyílás

A partíciókban lévő kamrában (10.3.1.3. Ábra) a gravitációs erők mellett inerciális is használatosak, ami növeli a tisztítás hatékonyságát.

Ábra. 10.3.1.3. Kicsapódási kamra
függőleges válaszfalakkal:
1 # 150; a test; 2 # 150; porgyűjtő bunkerek;
3 # 150; septumok

A 6. ábrán látható porszívó kamrában 10.3.1.4 A munkaterületen lánc- vagy huzalfüggönyökkel vannak ellátva, amelyek késleltetik a gázszuszpenzió vízszintes mozgását, a porszűrőt és a véletlenszerű turbulens áramlást.

Ábra. 10.3.1.4. Csapadékkamra lánccal
vagy huzal függönyök:
1 # 150; a test; 2 # 150; lánc vagy szélfüggöny

Az 1. ábrán. 10.3.1.5 Egy függőleges csapadékkamra látható. A függőleges kamra a gáz szuszpenzió áramlási kilép a csatorna kitágul, a gáz sebessége ezzel jelentősen csökken, és a gáz-a szemcsék szuszpenzióját esik, a leválasztás sebessége nagyobb, mint a gáz áramlási sebességétől. A részecskék eltávolítása a kamra tengelyirányú zónájából
felső részén egy tükröződő tárcsa van.

Ábra. 10.3.1.5. Függőleges csapadékkamra:
1 # 150; gázégető; 2 # 150; fényvisszaverő lemez

A vízszintes ülepítő kamrákban a gázsebesség 0,2, 150, 1,5 m / s, hidraulikus ellenállása 50 és 150 Pa között van. Az üledékkamrák alkalmasak a nagyméretű, legalább 50 μm méretű részecskék befogására. A gáztisztítás mértéke ilyen kamrákban nem haladja meg a 40 # 150, 50% -ot. Kémiailag agresszív gázokkal való munka során a csapadékkamrák belső felületei különleges bevonattal vannak védve.

A csapadékkamrák hozzávetőleges számítása a következő. A csapadékkamrából származó gázok átvezetésének t (c) időtartama a gázáram egyenletes eloszlása ​​a keresztmetszete mentén

ahol a Vk # 150; a kamra térfogata, m 3; QG # 150; gázok térfogatáramlása, m 3 / s; L. B. H # 150; a kamra hossza, szélessége és magassága, m.

Ebben az időben a gravitáció hatására bizonyos méretű részecskék (egy bizonyos frakcióból) átmennek az úton

ahol vos # 150; a frakció részecskéinek átlagos móltömege m / s.

A csapadékkamrák részleges hatékonyságát az arány határozza meg. Ha hH. majd minden olyan részecskét, amelynek csapadéksebessége vos. és a nagyobbak a kamrába szorulnak. Meghatározható az adott méretű (frakció) részecskék befogásának hatékonysága
formájában

ahol vr # 150; gázsebesség, a kamra szabad szakaszára csökkentve, m / s.

Vízszintes polcokkal rendelkező többlégcsatornás részecskehatás

ahol n # 150; a kamrában lévő szakaszok száma.

A gravitációs porgyűjtők számításának fő feladata egy bizonyos méretű részecske előfordulási gyakoriságának meghatározása. A részecske a gravitáció hatására ürül. A gömb alakú részecskékre kifejtett erők egyensúlyi egyenlete, amelynek átmérője dh. írható a formában

ahol rh # 150; részecske-sűrűség; Fc # 150; közepes ellenállású erő, N.

A Stokes-törvény (10 # 150;

és a lerakódási sebesség

Egy általánosabb esetben (bármilyen mozgási módban)

és a lerakódási sebesség

ahol a C aerodinamikai ellenállás együtthatója megtalálható a Rayleigh-görbéből (lásd a 2.2.8.3. ábrát) vagy az alábbi képletekkel számolva:

10-kor # 150;

2-kor

500-nál

A Rayleigh-görbe egyik sikeres közelítése [2]

A részecske lerakódási sebességének közelítő számításaihoz a félempirikus Aeroff függést ajánljuk # 150; Todes [3], amely minden áramlási módra érvényes,

ahol Ar # 150; Archimedes kritérium;

A (10.3.1.14) képlet a szabálytalan alakú részecskékre is alkalmazható, ha az egyenértékű részecskeátmérőt helyettesíti

Van egy [9] általánosított módszer a részecskék lerakódásának sebességére statikus, korlátlan közegben, amely alkalmas bármilyen lerakódási rendszerre (lamináris, átmeneti, turbulens). Ezzel a módszerrel az Archimedes-kritériumot a (10.3.1.15) képlet határozza meg, akkor a Re vagy Lyashchenko kritérium (Ly) kritériumot a grafikonból (10.3.1.6 ábra)

A csapadékmennyiséget ezután a következőképpen kell kiszámítani:

vagy Lyashchenko kritériumként

Ábra. 10.3.1.6. A Re és Ly kritériumok függvényei
az Ar kritériumtól az egyetlen részecske lerakásához
álló közegben:
1 és 6 # 150; gömb alakú részecskék; 2 # 150; lekerekített; 3 # 150; szögletes;
4 # 150; hosszúkás; 5 # 150; lemez

Szabálytalan alakú részecskéknél a lerakódási sebességet ugyanúgy határozták meg a Lyashchenko kritériumtól, de a d értékét az Archimedes-kritériumban helyettesítették.

A porgyűjtés folyamatában a leggyakrabban nagyon kis részecskékkel foglalkoznak, amelyek lamináris rezsimben mozognak. A Stokes-törvény alkalmazhatóságának megállapítása szokásos gyakorlati körülmények között a részecskeméret döntő szerepet játszik.

16.10 # 150; az ipari gyakorlatban.

10-nél kisebb méretű részecskéknél # 150, 6 m a (10.3.1.6) egyenletbe, be kell vezetni a Keninginget # 150; Milliken [1], figyelembe véve a részecskék mobilitásának növekedését, amelynek mérete megegyezik a gázmolekulák átlagos szabad útvonalhosszával. Ebben az esetben. ahol az Fc.st # 150; a közeg ellenállásának ereje, amelyet a Stokes-formula (10.3.1.6) számít.

A Keningema módosítása # 150; A Millikena-t általában 3 μm-nél kisebb részecskékre kell bevezetni, és a képlet szerint számítják ki

ahol M2 # 150; a gáz molekulatömege; R # 150; univerzális gáz állandó, R = 8314 J / (kmol K); Tr # 150; abszolút gázhőmérséklet, K.

A táblázatban. 10.3.1.1 A Ceningham-korrekció értékei # 150; Millikena a t = 20 ° C-on levegőn kicsapódott részecskéknél és normál légköri nyomáson
(li = 0,065 μm).

A Ceningham-korrekció értékei # 150; Millikan
a T = 20 ° C-os levegőben kicsapódó részecskéknél
és normál légköri nyomáson

Ha a Stokes képletben (10.3.1.7) elhanyagoljuk a r rr. akkor voc (a részecske véges sebessége, amelyet a közepes ellenállás és a külső erő erőssége közötti egyenlőség megállapításával érünk el # 150; gravitációs erő)

ahol tp # 150; egy részecske relaxációs ideje.

A (10.3.1.22) képletből következik, hogy a gáztömítő berendezésben a szuszpendált részecskék üledékelési sebessége a gravitáció hatására közvetlenül arányos a részecske átmérőjének négyzetével. Annak megértéséhez, hogy az átmérő hatása milyen jelentős, adjuk meg a következő példát:

A részecske átmérője dh. μm (ρh = 1000 kg / m 3)

Lerakódási arány vos. m / s

A G gravitációs lerakódási paraméter egyenlő az Fm gravitációs erő és az Fc közepes ellenállás erőével:

és kifejezhető a részecskék lerakódási arányának és a gázáram sebességének arányával.

Az egyenlet (10.3.1.23) két kritérium arányában is megjeleníthető

ahol # 150; a Stokes kritérium; # 150; a Froude-kritérium; l # 150; amely meghatározza a lineáris dimenziót.

A geometriai szempontból hasonló porszívókamrákban a tisztítás mértéke

A különféle formájú kamrák funkcióinak (10.3.1.25) speciális formája megtalálható a szakirodalomban, például [1].