 |
Осаждение под действием электрических зарядов
|
|
|
|
Электрическая зарядка частиц может быть осуществлена тремя путями: при генерации аэрозоля, за счет диффузии свободных ионов и при коронном разряде. При применении первых двух способов число
частиц, получивших положительные и отрицательные заряды, прибли- зительно одинаково. Коронный разряд, наоборот, приводит к зарядке частиц одним знаком (рис.3.1 е). Зарядка частиц при коронном разряде осуществляется по двум механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузии ионов. Первый механизм доминиру- ет при размерах частиц более 0,5 мкм, второй - при размерах частиц менее 0,2 мкм. Для частиц диаметром 0,2 – 0,5 мкм эффективны оба механизма, причем минимальная скорость зарядки наблюдается для частиц размером около 0,3 мкм.
Величина заряда q (Кл), приобретаемого под действием электри- ческого поля (I механизм) может быть рассчитана:
|
где eо - диэлектрическая проницаемость, eо = 8,85×10-12 ф/м; Е - напряженность электрического поля коронного разряда, В/м.
Величина заряда при II (диффузионном) механизме для обычно
|
встречающихся на практике условий.
где e - величина заряда электрона, Кл, e = 1,6×10-19.
|
Электростатическая сила FE (кулоновская сила), действующая на заряженную частицу в электрическом поле напряженностью E:
FE =qE.
В области применения закона Стокса Vч можно рассчитать, при- равнивая FE стоксовой силе Fc:
V qECk.
ч =2 pm
гdч
На методе электрического осаждения частиц основана работа электрофильтров.
|
|
|
Кроме того, электрические силы могут оказывать влияние на осаждение частиц и в мокрых ПУ, где наблюдаются различные элек- трические силы.
Термофорез
Термофорез представляет собой отталкивание частиц нагретыми телами, вызванное силами, действующими со стороны газообразной фазы на находящиеся в ней неравномерно нагретые частицы аэрозоля (рис. 3.1 ж). Механизм этих сил существенно зависит от отношения размера частицы и средней длины свободного пробега газовых моле- кул.
При dч << li термофоретическая сила FТ, действующая на частицу, определяется:
|
F ч г i T,
|
г
где Pr - абсолютное давления газов, Па; D Tr - градиент температуры в газах, К/м.
|
и не зависит от давления.
Явление термофореза, наблюдаемое в аэрозолях, называется тер- мопреципитацией. Это явление играет существенную роль при улавли- вании частиц из горячих газов в случае их прохождения через холод- ные насадки. В узких каналах при разнице температур 50 oС можно по- лучить температурный градиент 1000 К/см. Расчеты показывают, что это должно привести к осаждению на 98,8 % частиц размером 0,1 мк в слое насадки глубиной 230 мм при 500 оС.
Представляет интерес зависимость скорости термофореза от тем- пературы. Когда размер частиц больше 1 мкм, отношение скорости термопреципитации к тепловому градиенту увеличивается с темпера- турой, в то время как для частиц размером менее 1 мкм оно уменьша- ется.
Явление термофореза приводит и к отрицательным результатам. Так, твердые частицы, оседающие из горячих газов на холодных стен- ках котлов и теплообменников образуют слой с низкой теплопровод- ностью, что приводит к значительному снижению коэффициента теп- лопередачи.
Диффузиофорез
Диффузиофорез – движение частиц, вызываемое градиентом кон- центрации компонентов газовой смеси. Это явление отчетливо прояв- ляется в процессах испарения и конденсации.
|
|
|
При испарении с поверхности капли (или пленки жидкости) воз- никает градиент концентрации пара, но так как общее давление пара
должно оставаться постоянным, происходит гидродинамическое тече- ние парогазовой смеси (ПГС), направленное перпендикулярно к по- верхности испаряющейся капли и компенсирующее диффузию газов к этой поверхности.
Это гидродинамическое движение называется стефановским и может оказывать существенное влияние на осаждение частиц. Так, при улавливании частиц распыленной водой при недосыщении газов водя- ным паром стефановское течение препятствует, а при перенасыщении - способствует захвату частиц каплями.
Математическое выражение рассмотренного явления носит на- звание закона Стефана и при конденсации паров имеет вид:
W ДПМПРПГ P,
П = R T (P - P) D П
г г ПГ П
где WП - количество вещества, продиффундирующего за 1с через 1 м2 поверх- ности, кг/м2с; РПГ - давление ПГС, Па; PП - парциальное давление пара, Па; ДП - коэффициент диффузии пара, м2/c; МП - масса 1 кмоль пара, кг/моль; D РП - из- менение парциального давления пара по оси, нормальной к поверхности капли
- градиент парциального давления пара, Па/м.
Уравнение Стефана справедливо и при испарении, в этом случае в правой части уравнения появляется знак минус.
|
|
|
