Сухие механические аппараты

Принцип работы пылеосадительных камер основан на использовании силы тяжести при медленном движении пылевого потока в камере. На частицу пыли с одной стороны действует сила воздушного потока, которая заставляет пылинку двигаться вдоль камеры со скоростью:

,(2.3.31)

где L - длина пылеосадительной камеры, м;t — время движения части цы пыли, с.

На частицу пыли действует сила тяжести, заставляя частицу падать в спокойной среде со скоростью, определяемой по формуле (2.3.22). Тогда скорость движения в пылеосадительных камерах будет равна:

(2.3.32)

где W₁ — суммарная скорость движения пылинки в камере, м/с. Используя выражения (2.3.23) и (2.3.24), получим:

(2.3.33)

Тогда время пребывания пылинки в камере определяем из выражения:

или , (2.3.34)

где t₁ — время пребывания пылинки в камере, с.

Пропускная способность камеры равна:

(2.3.35)

где Q – пропускная способность камеры, м³/с;

H, L, b – соответственно высота, длина, ширина камеры, м.

Подставив в уравнение (2.3.30) выражение (2.3.29), получим:

.(2.3.36)

Таким образом, основными параметрами, определяющими эффективность аппаратов по степени очистки в зависимости от диаметра и плотности вещества частиц (2.3.26), являются высота и длина пылеотстойных камер (2.3.29). Как показывает формула (2.3.25), резкое уменьшение скорости движения воздуха увеличивает эффективность улавливания пыли. При скоростях движения воздуха 0,3 - 0,4 м/с улавливаются частицы пыли диаметром 15-25 мкм. Для уменьшения скорости воздуха до 0,02-0,01 м/с приходится строить камеры большого сечения. Вторым направлением по повышению эффективности улавливания пыли в камерах (рис.2.3.14) является устройство перегородок, лабиринтов, полок и других устройств и приспособлений, устанавливаемых на пути движения запыленного воздуха. Это направление дает возможность более эффективно использовать скорость осаждения W₁ за счёт силы тяжести (2.3.26) и использовать эффект оседания и прилипания к поверхности частиц пыли.

Эффективным средством улавливания пыли является циклон (рис.2.3.15.).

Рис. 2.3.19. Схема циклона:

1 – входной патрубок; 2 – дно конической части; 3 – центробежная труба.

Циклон представляет собой цилиндр, в верхнюю часть которого по касательной подводится воздух. Воздушная струя получает вращательные движения, пылевые частички за счет центробежных сил прижимаются к стенкам и по ним опускаются вниз. Коэффициент очистки до 90 %, за счет смачивания 95-98 %.

Скорость осаждения пылинок (W₂) в циклонах с использованием центробежной силы оценивается по равенствуцентробежной силы запыленного потока (F_{П. Ц}):

(2.3.37)

кстоковой силе сопротивления газовой среды:

,(2.3.38)

где m — масса частицы, кг; W₃ — угловая скорость, рад/с; R — радиус вращения потока, м.

Следовательно, эффективность улавливания пыли зависит от диаметра частиц, угловой скорости и радиуса вращения потока воздуха. Однако эти и другие формулы дают только качественную сторону процесса, так как не учитывают турбулентных скоростей потока.

Центробежные пылеотделители (циклоны) более эффективны, чем пыле стойкие камеры, так как циклон с объемом 0,15 м³ имеет производительность 1000 м³/ч. Циклоны различных конструкций (рис.2.4.19) можно ставить на нагнетающий и всасывающий трубопровод. Струя запыленного воздуха поступает из трубопровода в циклон по касательной к его круглому сечению и движется вниз по спирали между наружным кожухом и внутренней выходной трубой. При таком движении на пылинки действуют центробежные силы, отбрасывающие пылинки к стенке, где они укрупняются в агрегаты. С поступательным движением воздуха эти пылинки опускаются в нижний кожух циклона и в приемный бункер. Циклоны эффективны при очистке воздуха от пыли с размером частиц 10 мкм и более. При размере пылинок 5 мкм эффективность работы не превышает уже 50 %, поэтому внутренние стенки циклона увлажняют. Применяют в сочетании с другими способами улавливания пыли. Скорость движения воздуха для эффективной очистки воздуха должна быть не менее 15-18 м/с.

Ультразвуковые аппараты предназначаются главным образом для предварительного укрупнения частичек пыли в агрегаты, размеры которых могут достигать 5-100 мкм. Такое укрупнение (коагуляция) частичек пыли позволяет улавливать их в обычных циклонах. Частицы пыли, находясь в ультразвуковом поле, начинают вибрировать с различными скоростями и сталкиваться. При столкновении они слипаются под действием различных по интенсивности и частоте колебаний звукового поля. Этот процесс называется ортокинетической коагуляцией.

Отметим, что недостатком ультразвуковых установок является вредное воздействие ультразвука на организм человека при больших мощностях, представляющее опасность для жизни людей. Поэтому ультразвуковые аппараты устанавливают в изолированных помещениях, полностью преграждающих выход ультразвуковым волнам в зону работы людей.

Пылеочистные устройства с применением воды. По способу распыливания жидкости аппараты разделяют: сфорсуночным распылением, с распылением под действием потока жидкости (эжекторные пылеуловители), с механическим распылением при помощи роторов, вращающихся лопастей и т.д. В аппаратах, в которых жидкость распыляется в газе и при орошении водой частицы пыли могут оседать на каплях жидкости вследствие взаимодействия сил инерции, касания, оседания под воздействиями силы тяжести и броуновского движения частиц, электростатического напряжения. Инерционные силы заставляют частицу сталкиваться с каплей воды и оседать на ней, в то время как газовый поток обтекает каплю.

Эффективность улавливания пыли растет с увеличением массы и скорости движения частиц, с увеличением диаметра капель и сопротивления среды. Эффективность (hин) инерционного осаждения может быть оценена уравнением:

(2.3.39)

где dk- диаметр капель, м.

Осаждение частиц пыли на каплях воды, за счет эффекта касания, может происходить при пересечении траекторий их движения или когда траектории их движения проходят от поверхности тела на расстоянии, равном радиусу частицы (R1). Если пылинки очень малы, то эффективность зацепления равна hк = 3R1. При обтекании частиц со значительными размерами эффект зацепления hк = 2R1. При небольших размерах капель, малой скорости движения их относительно частиц пыли и если размеры частиц менее 0.1 мкм, то на осаждение частиц существенное влияние оказывает броуновская диффузия (тепловое движение).

Эффективность оседания (hd) определяется из отношения силы тяжести и силы сопротивления.

,(2.3.40)

где Wc – скорость осаждения частиц или скорость седиментации, м/с;

Wп – скорость газового потока относительно частиц при их осаждении, м/с.

Параметр hd еще называют коэффициентом осаждения частиц пыли под действием силы тяжести или параметром седиментации.

Процесс взаимодействия частиц пыли, и капли может быть обусловлен электростатическими силами. Тогда эффективность осаждения описывается уравнением:

,(2.3.41)

где gп,gк - соответственно заряд пылинки и

капли; – электрическая постоянная газового пространства (e0 = 8,85* Ф/м);

С – коэффициент сопротивления, учитывающий особенность движения небольших частиц.

Общая эффективность осаждения частиц пыли равна:

hоб = 1-(1-hин)·(1-hк)·(1-hd)·(1-hэл). (2.3.42)