Если учесть, что для проведения процессов с использованием самостоятельной ионизации применяют электрические напряже ния порядка 50—100 кВ, то скорость движения ионов будет значительной.
При ионизации наблюдается одновременное течение двух противоположных процессов: распад нейтральных молекул на заряженные частицы (ионы) и восстановление (рекомбинация) ионов в нейтральные молекулы. Количество ионов, рекомбини рующихся в молекулы п', пропорционально как числу отрица тельных, так и положительных ионов
|
п' = \п \, |
(IV—5) |
где по— число отрицательных |
(положительных) |
ионов; |
ф — коэффициент рекомбинации. |
|
Равновесие в системе наступает при равенстве |
|
п - фи2, |
(IV—6) |
где п — число образующихся |
ионов. |
|
Из уравнения (IV—6) легко определить число ионов одного знака в единице объема
л"=УЯг- (1у- 7)
Типичным процессом рекомбинации является реакция
|
А+ + В~ -+АВ + 111, |
(IV—8) |
где А +— положительный |
ион; |
ион; |
|
В~— электрон, или |
отрицательный |
6,62• 10-27 эрг-с; |
/iv— световой квант |
(h— постоянная |
Планка, /г = |
ч — частота излучения).
Принципиально возможна рекомбинация при участии не двух, а трех частей А, В и С, обладающих различной массой. В этом случае введение в реакцию фотона (/iv) необязательно. Для случая, когда можно пренебречь количеством ионов, уно симых током, по сравнению с числом рекомбинируемых ионов, а число ионов п0 в единице объема газа можно считать постоян ным, плотность тока j (А/см2) определяют следующим образом:
/ = епд (о+ + о_);
(IV—9)
/ = еп0 ( о" + в") Е ,
где е — заряд электрона; е = 4,8-10 10 электростатических единиц коли чества электричества.
В неравномерных электрических полях максимальная напря женность возникает у электрода с меньшим радиусом кривизны, причем газ в этом участке теряет свою электрическую проч ность — возникает коронный разряд. Область, непосредственно
прилегающая к разряду, называют короной, а электрод — коронирующим. При небольших напряжениях коронный разряд представляет собой сумму электронно-лавинных импульсов ма лой продолжительности — 10_JJ с. При более высоких напря жениях корона состоит из каналов газоразрядной плазмы, об рывающейся в участках пониженной напряженности поля.
Для практического использования, например при электро очистке газов, применяют отрицательную корону, так как до пускается использование более высокого напряжения. Мини мальная разность потенциалов U (кВ), при которой возникает корона, для концентрической системы электродов (стержень в трубе)
U = 315 f 1 + __-) г In — ■ |
(IV—10) |
Г S'- |
|
где R — радиус внешней трубы; |
|
г — радиус стержня (проволоки). |
|
Величину о определяют по формуле |
|
0,392р |
( I V — II) |
5 = |
273 + / |
|
где р — давление газа; |
|
t — температура газа, ° С. |
|
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ |
В настоящее время принцип коронного |
разряда ши |
роко используют для электростатической очистки газов. Принципиаль ная схема трубчатого электрофильтра, состоящего из корпуса (осадитель
|
© |
|
ный электрод) и подвешенного |
|
на |
изоля- |
|
|
торе короннрующего электрода, |
выполнен |
|
|
|
ного в виде тонкой проволоки |
с грузилом, |
|
|
|
приведена |
на рис. |
198 [7]. |
Образованное |
|
|
|
таким электродом поле носит резко выра |
|
|
|
женный неравномерный характер, что при |
|
|
|
водит к возникновению короны |
на элект |
|
|
|
роде 2. Запыленный |
газ поступает |
в ниж |
|
|
|
нюю часть аппарата через патрубок |
4. По |
|
|
|
падая в зону короны, |
незначительная |
|
|
|
часть пыли |
оседает на ней, подавляющая |
|
|
|
же часть взвеси приобретает отрицатель |
|
|
|
ный заряд |
|
и двигается в |
сторону |
осади |
|
|
|
тельного |
|
(положительного) |
|
электрода. |
|
|
|
Осаждаясь на электроде 3, |
частички отда |
|
|
|
ют ему свой |
заряд. |
Осевшая |
на |
стенках |
|
|
|
пыль собирается в нижней части аппарата |
|
|
|
и периодически удаляется, |
а |
|
очищенный |
|
|
|
газ выводится через патрубок I. Трубча- |
Рис |
198 Трубчатый элект- |
тые электрофильтры, как правило, |
делают |
рофильтр- |
многосекционными [8]. |
|
|
|
важной |
/ |
И |
4 -патрубки; 2 - электрод; |
Для |
этого процесса особенно |
з |
_корпус. |
является |
проводимость самой |
пыли; так, |
при низкой ее проводимости на осадительном электроде может образовываться большой пористый слой пыли. Во-первых, его необходи мо удалять, для чего требуются специальные средства (увлажнение, встряхивание и др.), а, во-вторых, он может вызвать появление обратной короны с образованием положительных ионов, что в конечном итоге приведет к рекомбинации отрицательных и положительных ионов; при этом очистка прекратится.
Степень очистки на электрофильтрах очень высока — более 99% при расходе энергии 0,1—0,8 кВт-ч на 1000 м3 газа.
ЭЛЕКТРОСЕПАРИРОВАНИЕ
Разделение диспергированных частиц с различ ной электропроводностью возможно электрическими методами. Во внешней области коронного разряда ионы активно адсорби руются на поверхности частицы, которая в итоге приобретает суммарный заряд. При достижении определенной величины за ряда дальнейшая адсорбция ионов замедляется. И, наконец, наступает момент, когда напряженность поля частицы становит ся равной напряженности поля, создаваемого коронирующим электродом, при этом величина предельного заряда частицы
Qm. kc = |
(1 |
+ 2 |
E r*, |
( I V - 12) |
где е — диэлектрическая |
проницаемость |
|
|
частицы; |
поля |
в |
точке, в |
|
|
Е — напряженность |
|
|
которой находится частица; г — радиус частицы.
При наборе в исходной смеси ча стиц, обладающих различной электро проводностью, величина заряда при прочих равных условиях будет зави сеть от диэлектрической проницаемо сти, что и является основой разделе ния.
Для такого разделения применяют барабанный коронно-электростатиче ский сепаратор (рис. 199), работаю щий следующим образом: смесь ком понентов из бункера 4 попадает на круглый вращающийся осадительный электрод 5, который вносит материал в зону короны к коронирующему электроду 2, Здесь частицы приобре тают заряд и прижимаются к оса дительному электроду. В силу не одинаковой электропроводности ско-
Рис. 199. Барабанный коронно-электростатиче ский сепаратор:
1 — отклоняющий |
электрод; |
2 — коронирующнй |
электрод; |
3 — экранирующая |
шторка; |
4 — питающий |
бункер; |
5 — |
осадительный |
электрод; |
6 — |
щетка; 7 — отсекателн; |
8 — |
приемник |
|
проводниковых |
продуктов; |
9— приемник про |
межуточных продуктов; |
10— |
приемник |
непроводниксвых |
продуктов. |
|
|
|
|
рость разряда частиц различна, а следовательно, неоднородна и сила притяжения частиц к барабану. Поэтому частицы отрывают ся от него неодновременно. Этим пользуются, устанавливая ряд приемных бункеров (по числу классов). Приемные зоны регули руются отсекателями. В том случае, когда частицы обладают низкой электропроводностью и длительность их разрядки вели ка, используют щетку, которая их снимает с осадительного электрода. Роль отклоняющего электрода сводится к тому, что создаваемое им электростатическое поле будет стремиться при жать частицу к заземленному осадительному электроду, т. е. способствовать стеканию заряда с частицы и, в конечном итоге, отрыву ее от электрода. Кроме того, статическое поле отклоняю щего электрода более четко ограничивает зону короны.
Продолжительность разрядки различных частиц отличается одна от другой, так для проводников этот заряд будет значи тельно меньше QMaKC, а для диэлектриков — близок к QMal(c. Этот заряд называют остаточным. Очевидно, что чем больше раз ница в остаточных зарядах, тем более полно и легко разделяется смесь.
На частицу, находящуюся на поверхности осадительного электрода, действует ряд сил [5].
1. Сила электрического поля, определяемая величиной остаточного
заряда QR и напряженностью электрического поля: |
|
F0 = Qr E. |
(IV—13) |
2. Сила зеркального отображения, возникающая как результат ин дуцирования частицей на поверхности электрода заряда, равного по ве личине, но противоположного по направлению:
где |
х — расстояние между |
центрами зарядов. |
|
|
3. |
Электростатическая (пондермоторная) сила — это сила, с которой |
неоднородное электростатическое поле действует |
на частицу: |
|
|
|
г — 1 |
dE |
|
|
|
F |
7 + 2 Е |
dx |
(IV—15) |
где |
dE |
' |
|
|
|
дх |
— градиент напряжения. |
|
|
4.Центробежная сила, возникающая при вращении барабана:
|
|
^ ц = — |
■ |
(IV—16) |
где |
т— масса частицы; |
окружная |
скорость и радиус осадительного |
т> и |
R — соответственно |
5. |
электрода. |
Р, величина нормальной |
и тангенциальной состав |
Сила тяжести |
ляющей которой зависит от угла поворота осадительного электрода.
