Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]


Скачать 253.44 Kb.
НазваниеЛекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]
Дата публикации28.03.2014
Размер253.44 Kb.
ТипЛекция
vb2.userdocs.ru > Физика > Лекция
Модуль №2

Гидромеханические процессы
Лекция №12

Разделение газовых неоднородных систем
Литература:

  1. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.

  2. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.


План лекции:

  1. Общие сведения о неоднородных системах «газ-твердое тело» в пищевой промышленности.

  2. Классификация промышленных пылеуловителей и оценка их эффективности.

  3. Физические основы пылеулавливания и подготовки газов.

  4. Вспомогательные механизмы выделения частиц из потока.

  5. Способы и устройства очистки газов.



Контрольные вопросы:

  1. Определите задачи очистки промышленных газов и воздуха на пищевых предприятиях.

  2. Как определяется эффективность очистки газов?

  3. Назовите основные механизмы выделения частиц из газового потока.

  4. Дайте характеристики механизмов выделения пыли из газа.

  5. Какие вспомогательные механизмы выделения пыли из потока Вы знаете?

  6. Как работают:

    1. Пылеосадительная камера?

    2. Отстойные газоходы?

    3. Циклоны?

    4. Фильтры?

    5. Скрубберы?

    6. Электрофильтры?



Вопрос 1. Общие сведения о неоднородных системах «газ-твердое тело» в пищевой промышленности

Многие технологические процессы в пищевой про­мышленности сопровождаются образованием и выделением в окружающую среду неоднородных систем «газ — твердое тело» (пыли, дымы), называе­мых аэрозолями. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм; дымы — от 5,0 до 0,1 мкм.

Пыли и дымы оказывают неблагоприятное воздействие на работающих, вы­зывают преждевременный износ технологического оборудования; пылевые вы­бросы загрязняют окружающую среду. Выделение пыли связано с потерей час­ти сырья и готовой продукции. Большинство пылей пищевых производств, имеющих органическую основу, способны образовывать с воздухом взрывоо­пасные смеси; отложения пыли представляют большую пожароопасность.

На пищевых предприятиях широко применяется очистка не только про­мышленных газов, но и воздуха, используемого в технологических целях. Воздух, поступающий для аэрации массы в бродильных и других биохими­ческих производствах, должен быть очищен от механических примесей и микроорганизмов, а в ряде случаев должен быть стерилен, чтобы не инфи­цировать биомассу. При аэрации зерна в процессе ращения солода воздух должен иметь определенную температуру, относительную влажность и чис­тоту от примесей для обеспечения оптимальных условий ращения солода и накопления в нем ферментов.

Воздух, выходящий из конвективных сушилок для сахара, молока и дру­гих продуктов, из пневмотранспортных установок для муки и зерна, а также воздух, используемый для аспирации дробильных и мельничных установок, уносит с собой часть пылевидного продукта, который, загрязняя атмосферу рабочего помещения, создает неблагоприятные условия труда. Особую опас­ность вызывает загрязнение воздуха в рабочем помещении сахарной и мучной пылью, способной при наличии открытого огня взрываться.

Повышение эффективности очистки выбросов в атмосферу позволяет допол­нительно уловить и вернуть в производство или использовать в других полез­ных целях значительное количество пищевого и кормового сырья и готовой продукции. Таким образом, эффективное разделение неоднородных систем «газ — твердое тело» в пищевой промышленности имеет не только санитарно-гигиеническое, экологическое, но и большое экономическое значение.
^ Вопрос 2. Классификация промышленных пылеуловителей и оценка их эффективности.
По способу разделения неоднородных систем «газ — твердое тело» пыле­уловители подразделяют на аппараты сухой, мокрой и электрической очистки газов. В основе работы сухих пылеуловителей лежат гравитационные, инерци­онные и центробежные механизмы осаждения. Самостоятельную группу аппа­ратов сухой очистки представляют пылеуловители фильтрационного действия. В основе работы мокрых пылеуловителей лежит контакт запыленных газов с промывной жидкостью; при этом осаждение частиц происходит на капли, по­верхность газовых пузырей или пленку жидкости. В электрофильтрах осажде­ние частиц пыли происходит за счет сообщения им электрического заряда.

Классификация пылеуловителей (рис.1) не претендует на исчерпыва­ющий характер, т. к. существует значительное число аппаратов, работа ко­торых основана на совмещении различных механизмов осаждения.


Рис.1 Схема классификации пылеуловителей
Так, например, зернистый фильтр при подаче на фильтровальную пере­городку жидкости для повышения эффективности пылеулавливания может быть отнесен к категории мокрых пылеуловителей.

То же самое можно сказать и о мокром электрофильтре. Поэтому дан­ную классификацию следует рассматривать как условную, позволяющую в то же время достаточно наглядно охватить абсолютное большинство пыле­уловителей.

^ Эффективность очистки газов (степень очистки, КПД) обычно выража­ют отношением массы уловленного материала к массе материала, поступив­шего в газоочистной аппарат с пылегазовым потоком за определенный пери­од времени.

Эффективность очистки в пылеулавливающих аппаратах определяют не­сколькими способами:

♦ по содержанию пыли в газах перед газоочистным аппаратом и на выхо­де из него

(1)



♦ по концентрации пыли в газах перед аппаратом и количеству уловлен­ной пыли

(2)
(3)

(4)

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить общую степень очистки по формуле

(5)



Вопрос 3. Физические основы пылеулавливания и подготовки газов.
Неоднородные системы «газ-твердое тело», подлежащие разделению в пищевой промышленности, чрезвычайно разработаны по своим физико-химическим параметрам. Существенно различаются и производственные задачи — от выделения грубодисперсных фракции (переработка семян подсол­нечника, растаривание, измельчение и переработка зерна, обеспыливание техносферы в известковых отделениях сахарных заводов) до улавливания высокодисперсных твердых частиц (мучная и сахарная пыль). Весьма раз­личны массовые концентрации дисперсной фазы в пылегазовых потоках и их объемные расходы. Эти обстоятельства определяют разнообразный характер процессов пылеулавливания, в основе которых лежат различные механизмы выделения твердых частиц из неоднородных систем «газ — твердое тело».

Основные механизмы выделения частиц из потока. На рис.2 приведе­ны схемы физических механизмов выделения взвешенных частиц из газо­вых потоков. Часть этих схем характеризует основные механизмы пылевы-деления, а часть — вспомогательные, лишь увеличивающие эффективность действия основных. Следует отметить, что такое деление условно, и в неко­торых устройствах вспомогательные механизмы пылевыделения могут иг­рать роль основных.


^ Рис. 2. Схемы физических механизмов выделения частиц пыли из газовых по­токов (R — радиус циклона; F — силы):

а — под действием силы тяжести; б — под действием центробежной силы; в — столкновение частицы с телом осаждения (инерционный удар); г — прямое осаждение; д — диффузионное осаждение; е —электростатическое осаждение; ж — термопреципитация; 1 — частицы пыли; 2 — направление газового потока; 3 — тело осаждения; 4 — силы диффузии; 5 — коронирующий электрод отрицательной полярности; 6 — осадительный электрод; 7 — земля; 8 — нагретое тело; 9 — холодная поверхность.
Гравитационный механизм. Наиболее простой, но наименее эффектив­ный механизм выделения частиц из потока основан на естественном осажде­нии пыли. Поскольку в гравитационных пылеуловителях газовая среда тур­булентна, то нельзя рассчитывать на эффективное выделение в них тонких фракций пыли даже при значительном времени пребывания частиц в аппа­рате. Значительно лучше улавливаются крупные фракции пыли, однако они не вполне подчиняются элементарному расчету, основанному на опреде­лении скорости их витания в неподвижной среде.

Гравитационный механизм пылевыделения используют в основном для частиц диаметром более 50 мкм.

^ Центробежный механизм. При быстром вращении пылегазового потока достигаются большие радиальные скорости перемещения взвешенных в газе частиц, и, следовательно, эффективное их выделение из потока. Центробеж­ный способ пылеулавливания реализуют в циклонах. Однако продолжи­тельность пребывания в них частиц невелика. Соответственно диаметр этих аппаратов обычно сравнительно мал, иначе за короткий срок пребывания в циклоне многие частицы не достигнут его стенки.

В циклонах диаметром до 1,2 м можно достаточно эффективно улавли­вать частицы пыли размером более 10 мкм.

Увеличение времени пребывания частиц можно достичь ростом числа витков газового потока в корпусе циклона, но это связано с увеличением по­терь напора очищаемого газа.

Увеличение скорости на входе пылегазового потока в циклон свыше 18…20 м/с обычно не повышает существенно эффективность аппаратов. Это объясняется как увеличением турбулизации потока, так и торможением частиц в результате действия сил Кориолиса. Кроме того, увеличение скоро­сти нежелательно в связи с ростом потерь напора и возрастанием абразивно­го износа циклонных устройств. Возможный путь обеспечения высокой эф­фективности этих аппаратов при достаточно высоких расходах газа — параллельная установка большого числа небольших циклонов. Однако при этом трудно обеспечить равномерное распределение пылегазового потока по циклонным элементам.

Очевидное преимущество циклонов — их работоспособность при высоких температурах газа и сравнительная дешевизна, однако эффективность их при больших размерах и умеренных потерях напора недостаточна для тон­кой очистки газов.

^ Инерционный механизм. Этот механизм основан на выделении частиц из газового потока при обтекании препятствия. Существенное отклонение линий тока от прямолинейного направления при обтекании потоком пре­пятствия начинается тем раньше, чем больше поперечный размер препятс­твия. Соответственно раньше начинается и отклонение взвешенных в пото­ке частиц. Наоборот, если препятствие мало по размерам, то отклонение направления движения частиц (вызванного искривлением линий тока не сущего их потока) начинается значительно ближе к препятствию. При одинаковой скорости газа силы инерции при этом окажутся больше. Поэтому чем меньше поперечный размер препятствия, тем больше вероятность то го, что движущиеся в направлении этого препятствия частицы достигнут его поверхности, а не обойдут его вместе с огибающими его струями газа. Следовательно, эффективное инерционное пылевыделение возможно при использовании осаждающих тел, имеющих малый размер в поперечном к потоку направлении.

Использование инерционного механизма пылевыделения связано со значительными потерями напора пылегазового потока. Тем не менее, до­стигаемая высокая эффективность улавливания оправдывает указанный недостаток.

^ Электрический механизм. Электрическое выделение пыли основано на использовании взаимодействия между электрическим полем и заряженной частицей.

Механизм электрического пылевыделения предусматривает зарядку частиц.

Зарядка частиц достигается путем направления запыленного потока че­рез поток одноименно заряженных ионов (источником этих ионов является разновидность газового разряда — коронный разряд).

Электрическое поле, необходимое для возникновения сил, выделяющих заряженные частицы из потока, образуется в результате создания разности потенциалов на разноименных электродах, установленных по пути движе­ния запыленного потока. В полной мере действие этих сил проявляется в об­ластях, примыкающих непосредственно к электродам, служащим для осаж­дения пыли, что определяется наличием интенсивных турбулентных пульсаций в остальном объеме газового потока.

Электрические силы, действующие на заряженные частицы, невелики; поэтому высокая эффективность при использовании данного механизма пылевыделения достигается при длительном пребывании частиц в элект­рическом поле. Этим определяется главный недостаток электрофильтров: их размеры из-за необходимости обеспечения длительного пребывания в электрофильтре запыленного потока весьма велики, и стоимость этих ап­паратов значительна.

Однако по сравнению с тканевыми фильтрами, устройства электрической очистки не создают высоких потерь напора и сравнительно мало энергоемки.
^ Вопрос 4. Вспомогательные механизмы выделения частиц из потока.

Диффузия. Большинство взвешенных частиц, коснувшись твердой по­верхности, остаются на ней и таким образом выбывают из общего числа час­тиц, находящихся вблизи этой поверхности. Поэтому у осадительной повер­хности возникает градиент концентрации частиц.

Высокодисперсные частицы пыли участвуют в броуновском движении окружающих их молекул. При этом возникает непрерывное движение частиц к осадительной поверхности, направленное на выравнивание возник­шей разности концентраций. Чем меньше по размеру взвешенные в газе час­тицы, тем в большей степени участвуют они в броуновском движении молекул и соответственно тем более интенсивным является движение час­тиц по направлению к осадительной поверхности. Описанный процесс назы­вают диффузионным осаждением частиц. Он играет особо заметную роль при улавливании частиц в тканевых фильтрах.

Термопреципитация. Разница температур стенки канала и взвешенных в потоке частиц влияет на движение этих частиц. Если вблизи нагретой стенки находится небольшая частица, то в результате быстрого, но неравно­мерного ее прогрева ближайшая к стенке сторона частицы оказывается бо­лее горячей, а противоположная — более холодной. Приближающиеся к го­рячей стороне молекулы после соударения с частицей отлетают от нее с большей скоростью, чем молекулы, приближающиеся к холодной стороне. В результате разница импульсов, действующих на частицу, будет такова, что сообщит частице движение по направлению к холодной поверхности. Аналогичное явление будет происходить и в том случае, если будет нагрета частица, а стенка охлаждена, однако в последнем случае взвешенные в газе частицы будут двигаться к холодной стенке, создавая эффект осаждения частиц, называемый термопреципитацией.

Коагуляция. Коагуляция — слипание взвешенных в газовой среде час­тиц при их соприкосновении, которое может происходить либо в резуль­тате столкновений при броуновском движении частиц, либо в результате различий в скоростях этих частиц. Коагуляция, возникающая при ло­кальных изменениях скорости среды, особенно заметна при турбулент­ных пульсациях, когда частицы по инерции не следуют за быстрыми из­менениями траектории элементарных объемов газа и сталкиваются между собой.

Внешними силами, вызывающими коагуляцию, может быть гравитация, вызывающая движение частиц с разными скоростями витания, или элект­рические силы, действующие при наличии внешнего поля на заряженные частицы. Взаимное движение частиц может быть также результатом заряд­ки взвешенных в газе частиц: в случае одноименных зарядов частицы оттал­киваются, а в случае разноименных — притягиваются.

Коагуляция частиц способствует улавливанию пылей во всех аппаратах, однако управление ею в промышленных условиях затруднительно.
Вопрос 5. Способы и устройства очистки газов.
5.1. Гравитационная очистка газов

Для расчета процесса отстаивания используют те же законо­мерности, что и для расчета осаждения твердых частиц в капель­ной жидкости.

Для разделения пылей (грубой очистки) служат аппараты непрерывного и полунепрерывного действия, основным из которых является пылеосадительная камера (рис. 3), которая представля­ет собой прямоугольный аппарат с расположенными внутри горизонтальным полками. Запыленный газ через регулируемый шибер поступает в канал пылеосадительной камеры и распределяется между горизонтальными полками. Расстояние между полками 100...400 мм.

Назначение полок заключается в уменьшении пути отстаива­ния частиц пыли. Вместе с тем расположение полок в осадитель­ной камере значительно увеличивает площадь поверхности отста­ивания. При прохождении потока газа между полками твердые ча­стицы оседают на их поверхности, а осветленный газ поступает в выхлопной канал и далее в газоход. Скорость газового потока в пылеосадительной камере ограничена временем отстаивания: твердые частицы должны успеть осесть на поверхности полок за время пребывания потока в пылеосадительной камере.



    1. выхлопной канал; 2-сборный канал; 3- шиберы; 4-горизонтальная полка; 5-дверцы; 6-всасывающий канал.



Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется скребками или смывается водой. Пылеосадительная камера разделена на два отделения, работающих попеременно (одно отделение очищают от пыли, а во втором в это же время происходит очистка газа), что обеспечивает непрерывность работы.

Площадь рабочей поверхности пылеосадительной камеры рас­считывают по формулам и

При этом можно принять х0= 1.

Пылеосадительные камеры используют для грубой предвари­тельной очистки газов. В них отделяются частицы размером свы­ше 100 мкм. Степень очистки невелика — 30...40 %.
^ 5.2. Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил

Очистку газов под действием инерционных сил производят в отстойных газоходах, под действием центробежных сил — в цик­лонах.

Отстойный газоход с отбойными перегородками (рис.4) пред­назначен для разделения крупнодисперсных пылей. Перегородки служат для завихрения газового потока. Возникающие при этом инерционные силы способствуют интенсивному осаждению взве­шенных твердых частиц. Осевшая пыль выгружается из сборников 2 по мере накопления при помощи шиберов. Такие отстойники часто выполняют в системе газоходов.

Инерционные пылеуловители отличаются простотой устрой­ства, компактностью. Степень очистки в них выше, чем в пыле-осадительных камерах, и составляет примерно 60 %. В инерцион­ных пылеуловителях улавливаются частицы размером более 25 мкм.

Циклоны позволяют разделять пыли в поле центробежных сил. Наибольшее распространение получили циклоны конструкции НИИОгаза с диаметром корпуса 100... 1000 мм. Эффективность их работы характеризуется фактором разделения. Степень очистки газов зависит от конструкции циклона, размера частиц и их плот­ности. Например, если КПД циклона при улавливании частиц ди­аметром 25 мкм составляет 95 %, то при диаметре частиц 10 мкм КПД снижается до 70 %. Степень очистки газов от пыли опреде­ляют по нормалям и номограммам, составленным на основании экспериментальных данных.

Ц
иклон
конструкции НИИОгаза (рис.5) обладает не­большим гидравлическим сопротивлением и позволяет достигать относительно высокой степени очистки.

1-отбойные перегородки; 2-сборники пыли; 3-шиберы
Сущность циклонного процесса заключается в следующем: газовый поток с взвешенными частицами вво­дится в аппарат через входную трубу со скоростью 10...40 м/с. Благодаря тангенциальному вводу и наличию центральной выводной трубы поток начинает вращаться вокруг после­дней, совершая несколько витков при прохождении через аппарат. Под дей­ствием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасыва­ются к периферии, оседают на внут­ренней поверхности корпуса, а затем соскальзывают в коническое днище и удаляются из циклона через патрубок. Освобожденный от взвешенных час­тиц поток выводится из циклона че­рез выводную трубу.

Точный расчет циклонов доста­точно сложен, поэтому их рассчиты­вают упрощенно по значению гид­равлического сопротивления Δр.


Рис.5. Циклон конструкции НИИОгаза
Фиктивная скорость газа (м/с) в цилиндрической части циклона




(6)




(7)
Определив диаметр цилиндрической части циклона D, находят все остальные его размеры. На рис. 5 показаны размеры циклона в зависимости от диаметра его цилиндрической части.


Особенностью циклона конструкции НИИОгаза является на­клонный патрубок для поступающего газа, от его угла наклона за­висит степень очистки газа:

циклон с углом 24 (ЦН-24) обеспечивает большую производи­тельность при малом гидравлическом сопротивлении и предназ­начен для улавливания крупных частиц. Коэффициент гидравли­ческого сопротивления ξц = 60;

циклон с углом 15° (ЦН-15) обеспечивает хорошую степень очистки при сравнительно невысоком гидравлическом сопротив­лении (ξц = 160);

циклон с углом 1Г (ЦН-11) обеспечивает высокую степень очистки (ξц = 250).

Батарейный циклон (рис. 6), состоящий из параллель­но включенных циклонов малого диаметра (150...250 мм), позво­ляет увеличить центробежную силу и скорость осаждения частиц. Загрязненный газ через входной патрубок поступает в газораспре­делительную камеру и распределяется по циклонным элементам, установленным в общем корпусе. В циклонные элементы газ по­ступает не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом циклона и выхлопной трубой. Для создания вра­щающегося потока газа в кольцевом зазоре предусмотрено закру­чивающее устройство в виде винта. Схема циклонного элемента показана на рис. 7.


Рис. 7. Элемент батарейного циклона:

1 — выхлопная труба; 2—винтовые лопасти; 3— кор­пус; 4— коническое днище
Пыль собирается в коническом бун­кере, а очищенный газ выходит из ба­тареи через общий отводящий патру­бок.

Батарейные циклоны используют при больших расходах газа, когда применение нескольких одинарных циклонов экономически нецелесооб­разно.

Циклоны рекомендуется использо­вать для улавливания твердых частиц размером не менее 10 мкм.

Циклоны получили широкое рас­пространение в пищевых производ­ствах для очистки газовых выбросов, улавливания из газовых потоков пищевого сырья (частиц сахара, барды, сухого молока, дрожжей).
5.3. Фильтрование газов через пористые перегородки

В зависимости от вида фильтровальной перегородки фильтры бывают с мягкими, полужесткими и жесткими пористыми перего­родками.

Фильтры с мягкими фильтровальными перегородками — рукав­ные, или мешочные, широко применяют для очистки газов от пыли. Мягкие пористые перегородки выполняют из тканевых, не­тканых волокнистых, пористых листовых материалов (металлоткани, пористые пластмассы и резины).

Батарейный рукавный фильтр с фильтрующими элементами из различных тканевых материалов изображен на рис.8. Рукава и мешки подвешивают в прямоугольном корпусе к об­шей раме. Запыленный газ поступает снизу внутрь рукавов в от­крытые торцевые отверстия. Проходя через боковые цилиндри­ческие поверхности рукавов, газ фильтруется, а пыль оседает на внутренней поверхности рукавов.

В процессе эксплуатации слой пыли увеличивается и сопротив­ление фильтра возрастает. Для регенерации фильтра рукава или Мешки периодически встряхивают специальным механизмом 2, смонтированным на крышке филь­тра. Иногда применяют обратную продувку газом или воздухом филь­трующих элементов фильтра. Осев­шая пыль собирается в коническом днище фильтра, откуда выгружает­ся шнеком.

В некоторых случаях применя­ют секционные фильтры. Каждая секция в таком фильтре имеет свой встряхивающий механизм, что по­зволяет последовательно прово­дить регенерацию фильтрующих элементов без отключения всего фильтра.


Рис. 8. Батарейный рукавный фильтр:

1- рама; ^ 2— встряхивающий механизм; 3 — кор­пус; 4 — рукав; 5 — шнек
Мешочный фильтр с соплами Вентури для реге­нерации фильтров представляет собой цилиндрический аппарат с коническим сборником для пыли. Запыленный газ подается в фильтр снизу через штуцер внутрь мешков. Фильтруясь через ме­шочные фильтры, газ очищается и выходит через штуцер в крыш­ке фильтра. Частицы осаждаются на поверхности мешков.

Для чистки мешков внутри каждого из них имеется сопло Вентури через которое короткими интенсивными впрысками подает­ся сжатый воздух. При этом мешки раздуваются и частицы сбра­сываются с материала мешка практически полностью.

^ Такие фильтры рассчитывают по выбранной удельной скорости фильтрования, которую можно принимать в зависимости от плотности и степени запыленности газа в пределах 0,01…0 06 м3/(м2 с).

Рукавные (мешочные) фильтры обеспечивают высокую степень очистки газа: содержание пыли в очищенном газе составляет несколько миллиграммов на 1 м3.

Фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками обычно состоят из кассет, в которых между сетками зажимают слой
стекловолокна, металлической стружки или других материалов, пропитанный специальным составом для лучшего улавливания взвешенных в газе частиц. Кассеты, объединенные в
секции, применяют для
очистки малозапыленных газов с содержанием пыли
0,001…0,005 г/м
3.


^ Рис. 9. Патронный фильтр:

    1. крышка; 2 — коллектор; 3 — решетка; 4— корпус; 5 — фильтровальный элемент; 6 — днише; 7—сборник пыли


Фильтры с жесткими фильтровальны­ми перегородками, изготовленные из по­ристой керамики, спеченных или спрес­сованных металлических порошков, а также пластмасс, используют для тон­кой очистки газов. Форма фильтроваль­ных элементов может быть цилиндри­ческой, кольцевой или плоской.

Патронный фильтр с цилинд­рическими фильтровальными элемента­ми из пористой керамики показан на рис. 9. В корпусе фильтра на решетке 3 расположено несколько цилиндричес­ких фильтровальных элементов. Запы­ленный газ поступает в нижнюю часть фильтра, проходит через фильтроваль­ные элементы, как показано на рисунке, и очищается от взвешенных частиц. Осадок собирается на внеш­ней поверхности фильтровальных элементов, а очищенный газ выходит из внутреннего объема фильтровальных элементов и вы­водится из фильтра. Для регенерации фильтров их периодически продувают обратным током сжатого газа, подаваемого через кол­лектор. При этом пыль собирается в конической части днища и удаляется в сборник пыли.

В фильтрах с металлокерамическими элементами можно очи­щать пыль, содержащую взвешенные частицы размером более 0,5 мкм.




^ 5.4. Мокрая очистка газов

Мокрую очистку газов применяют тогда, когда допустимы ув­лажнение и охлаждение газа, а взвешенные частицы имеют незна­чительную ценность. Охлаждение газа ниже температуры конденсации находящихся в нем паров способствует увеличению плотности взвешенных частиц. При этом частицы играют роль центров кон­денсации и тем самым обеспечивают выделе­ние их из газового потока. Если взвешенные частицы не смачиваются жидкостью, то очист­ка газов в мокрых пылеулавливателях малоэф­фективна. В этом случае для повышения сте­пени очистки к жидкости добавляют поверх­ностно-активные вещества.

Степень очистки газов от пыли в мокрых пылеулавливателях составляет в зависимости от конструкции 60...85 %.

Недостаток мокрой очистки — образова­ние сточных вод, которые также необходимо очищать.

Скрубберы, полые или насадочные (рис.10), относятся к про­стейшим мокрым пылеулавливателям для очистки и охлаждения газов. Запыленный газ подается в нижнюю часть скруббера и дви­жется противотоком к жидкости, подаваемой через разбрызгива­тель или форсунки со скоростью около 1 м/с. При взаимодействии газа и жидкости происходит механическая очистка газа. Степень очистки достигает 75...85 %.

В качестве насадки используют хордовые или кольцевые элементы.



Рис. 10. Насадочный скруббер:

1— разбрызгиватель; 2 — насадка
^ Пенные барботажные пылеулавливатели используют для очист­ки сильно запыленных газов. Барботажный пылеулавливатель представляет собой тарельчатый пенный скруббер (рис. 11). Запыленный газ подается в нижнюю часть скруббера и движется вверх. Попадая на перфорированную тарелку, куда подается про­мывная жидкость, газ барботирует ее, в результате чего создается: подвижная пена, которая обеспечивает большую поверхность контакта и высокую степень очистки газа. В слое пены взвешенные частицы поглощаются жидкостью. Загрязненная жидкость сливается через регулирующий порог. Пенные скрубберы состоят, как правило, из нескольких перфорированных тарелок. Степень очистки газа в таких аппаратах достигает 99 %.

Скрубберы Вентури также предназначены для мокрой очистки воздуха. В них достигается высокая степень очистки — 98 %. Не­достаток их —большое гидравлическое сопротивление (1500... 7500 Па) и необходимость установки каплеотбойника. Скруббер Вентури (рис.12) состоит из двух частей: трубы Вентури, в кото­рой происходит очистка воздуха, и разделителя, служащего для отделения капелек воды от газового потока.

Воздух, подлежащий очистке, поступает снизу в вертикальный патрубок, на выходе из которого создается разрежение. За счет разрежения в трубу Вентури из бачка подсасывается через коллек­тор вода. В результате в трубе Вентури как на стенках, так и по всему объему интенсивно образуются жидкостные пленки, что приводит к очистке газового потока. Осаждению капелек жидко­сти из газового потока способствует завихритель потока. Жид­кость, выделяемая в разделителе, стекает в сборный бачок. Очи­щенный газовый поток выбрасывается в атмосферу.





Рис. 12. Скруббер Вентури:

1—разделитель; 2— завихритель потока; 3—труба Вентури; 4— вентилятор
^ 5.5. Осаждение под действием электрического поля

В электрическом поле тонкодисперсным частицам сообщается электрический заряд, под действием которого они осаждаются. Разделение пылей, дымов и туманов в электрическом поле имеет значительные преимущества перед другими способами осаждения.

Разделение газовых неоднородных смесей в электрическом поле осуществляется на электродах. Для разделения пылей и дымов применяют сухие фильтры, для разделения туманов — мокрые.

Простейший электрофильтр — это два электрода, один из которых — анод выполнен в виде трубы или пластины, а другой — катод — в виде проволоки, которая натянута внутри трубчатого ано­да либо между пластинчатыми анодами из проволочной сетки. Аноды заземляют.

При соединении электродов с источником постоянного тока на электродах создается разность потенциалов, равная 4...6кВ/см, обеспечивающая плотность тока 0,05...0,5 мА на 1 м длины катода.

Газовая смесь поступает внутрь трубчатых электродов или между пластинчатыми. Благодаря высокой разности потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля (сгущение си­ловых линий происходит у электрода с меньшей площадью поверх­ности — катода) в слое газа у отрицательного электрода — катода образуется поток электронов, направленный к аноду. В результате соударений электронов с нейтральными молекулами газа он ионизируется. Такая ионизация называется ударной. Признак! ионизации газа — образование «короны» у катода, поэтому его на­зывают коронирующим электродом. В результате ионизации об­разуются положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы собираются около катода, а отрицательные с большой ско­ростью движутся к аноду, заряжая взвешенные в газе частицы и увлекая их с собой. Частицы пыли или тумана оседают на аноде, покрывая его слоем осадка.

Скорость электроосаждения колеблется от нескольких санти­метров до нескольких десятков сантиметров в секунду. Она зави­сит от размера взвешенных частиц и гидродинамического сопро­тивления газовой среды.

Скорость электроосаждения может увеличиваться под влияни­ем «электрического ветра», возникающего в результате передачи импульса движущихся ионов газа газовой среде и взвешенным ча­стицам.


При определении скорости частиц в электрическом поле пред­полагается ламинарный режим.


Продолжительность осаждения частицы
(8)



Градиент потенциала электрического поля Ех зависит от рас­стояния до катода х, следуя сложной зависимости, поэтому время осаждения частицы приходится определять методом графического интегрирования уравнения (8).

Трубчатый сухой электрофильтр показан на рис.13. Пыль или дым поступают в нижнюю часть фильтра под решетку 6, в которой закреплены электроды, и распределяются по трубчатым электродам — анодам. Внутри трубчатых электродов расположе­ны коронирующие электроды — катоды. Электроды закреплены на общей раме, опирающейся на изоляторы. Под действием электрического поля происходит электроосаждение взвешенных в газе частиц. Осевшие на аноде частицы периодически стряхи­ваются ударным приспособлением и собираются в конической нижней части фильтра. Осадок из фильтра удаляется с помощью выгружного устройства, а очищенный газ выходит из верхней ча­сти фильтра.





1- встряхивающее устройство; 2- изолятор; 3-рама; 4-коронирующий электрод; 5-трубчатый электрод-анод; 6- решетка; 7-сборник для пыли.
Разработаны секционные электрофильтры, в которых газ про­ходит через ряд последовательно соединенных секций.

В электрофильтре с пластинчатыми электродами анодами служат пластины, а коронирующими электродами (катодами) — проволо­ка, натянутая между пластинами.

Степень очистки газа в электрофильтрах зависит от электро­проводимости пыли: если взвешенные частицы хорошо проводят ток, то частица моментально отдает заряд и приобретает заряд электрода. В этом случае возникает кулоновая сила отталкивания, что приводит к уносу частиц с газом из фильтра и снижает степень очистки. При плохой проводимости тока на электроде образуется плотный слой отрицательно заряженных частиц, который проти­водействует основному электрическому полю.

При высокой концентрации взвешенных частиц в газе степень его очистки тоже снижается из-за осаждения ионов на частицах, что приводит к уменьшению количества перенесенных зарядов и, следовательно, силы тока.

Для уменьшения концентрации частиц в газе перед электро­фильтрами устанавливают дополнительные газовые фильтры.

Расчет электрофильтров заключается в определении длины коронирующих электродов при известных сечении фильтра и числе электродов.

Значение тока в электрофильтре І=iL, где i- плотность тока; L- длина коронирующих электродов.

По выражению Ек=31+9,54 (где δ-отношение плотности воздуха при данных условиях к его плотности при 25ºС и давлении 0,1 МПа; r-радиус коронирующего электрода) находят критический градиент потенциала, а зная расстояние между электродами, определяют разность потенциалов на электродах.




Похожие:

Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №9 теоретические основы разделения неоднородных сред литература:...
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №6 насосы (часть 1) Литература Процессы и аппараты пищевых...
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №6 насосы (часть 1) Литература Процессы и аппараты пищевых...
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №11 фильтрование литература: Процессы и аппараты пищевых производств....
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №7 Насосы (часть №2) Литература Процессы и аппараты пищевых...
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №8 вентиляционные установки литература Процессы и аппараты...
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №10 Отстаивание и осаждение Литература
Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.]; под ред. А. Н. Острикова
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛитература Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко «Процессы и аппараты...
Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии». М., КолосС, 2008. 591 с.: ил
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛитература Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко «Процессы и аппараты...
Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии». М., КолосС, 2008. 591 с.: ил
Лекция №12 Разделение газовых неоднородных систем Литература: Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А. Н. Острикова и др.] iconЛекция №13 Псевдоожижение Литература: Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко...
Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии». М., КолосС, 2008. 591 с.: ил
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница