Файл: Пирумов, А. И. Обеспыливание воздуха.pdf

Тогда из условия (1.32) получим:

„ 2 0 ,0 1 2 -6 -10-8 d 1 — fe2

(1.35)

откуда граничное значение скорости, при котором еще возмож­ но прилипание частиц, равно:

1 мкм могут прилипать к поверхностям при скоростях столкно­ вений примерно 0,3 см/с. При деформации частиц или волокон1' и при образовании на контактирующих телах слоя адсорбиро­ ванных молекул воды и углеводородов условия адгезии могут становиться более благоприятными [1]. Тем не менее сухие поверхности волокон и других препятствий не могут надежноудерживать крупные пылевые частицы, хотя первоначальное осаждение их из воздушных потоков происходит так же, -как и- на смоченных поверхностях.

Впроцессе последовательных столкновений крупных частиц

сволокнами фильтрующего слоя скорость их постепенно умень­ шается, так как она не может восстанавливаться воздушным потоком мгновенно. При этом создаются более благоприятные условия для их седиментации и механического удержания в-

фильтрующем слое.

Экспериментальное исследование показало, что максимум эффективности сухих фильтров соответствует крупности частиц 4—6 мкм; при большей крупности частиц d эффективность фильтров резко снижается [20]. Смоченные фильтры сохра­ няют высокую эффективность в области более крупных частиц. Характерно, что эффективность испытанных смоченных фильт­ ров также обнаруживает тенденцию к падению по мере увели­ чения крупности частиц.

Осаждение пылевых частиц на смоченных поверхностях, Смачивание поверхностей, предназначенных для осаждения частиц, является хорошо известным средством повышения эф­ фективности фильтров и пылеуловителей.

При наличии тонкой пленки смачивающей жидкости на по­ верхности сила адгезии определяется формулой [39]

2 nod.

химических свойств и дисперсности пыли.

34

Для смачивания поверхностей, предназначенных для осаж­ дения пылевых частиц, стремятся подбирать жидкости, хорошо смачивающие частицы, например масла. При тЭ-=0 и при точеч­ ном контакте, т. е. когда е—0, сила адгезии достигает зна­ чения

На рис. 1.6 показана сферическая частица, контактирующая с тонкой пленкой несмачивающей жидкости. При полном сма­

Как видно из выражений (1.39) и (1.34), при смоченной поверхности сила адгезии значительно больше, чем при сухой. При отрыве частицы от смоченной поверхности сила адгезии действует до тех пор, пока отрываемая частица сохраняет кон­ такт с пленкой жидкости; согласно выражению (1.37), эта сила увеличивается по мере отрыва частицы, достигая максимума при е=0. Принимая в соответствии с этим зазор h равным тол­ щине пленки замасливателя, составляющей в нормальных усло­ виях не менее 20—40 мкм, и предполагая, что наличие тонкой пленки не оказывает влияния на упругий характер столкнове­ ния, получим:

Из выражения (1.40) видно, что частицы размером 10 мкм удерживаются на поверхностях даже при скоростях, превышаю-

щих 7 м/с, однако частицы размером 100 мкм отскакивают от смоченных фильтрующих поверхностей уже при скоростях око­ ло 1 м/с.

В замасленных фильтрах с заполнением, например, из толстых волокон или проволочных сеток скорость фильтрации составляет 1,5—3,5 м/с. При таких значениях скорости на по­ верхностях надежно удерживаются частицы размером не бо­ лее 25—30 мкм. Действительно, при испытаниях замасленных фильтров из стекловолокнистого фильтрующего материала ти­ па ФСВУ с применением искусственно приготовленной пыли, крупность которой составляла от 10 до 100 мкм, эффективность улавливания очень быстро падала с 99—95 до 30%. В возду­ ховоде за фильтром наблюдалось выпадение крупных пылевых частиц из воздушного потока.

При скоростной киносъемке процесса столкновений частиц кварца с цилиндрическими элементами, смоченными маслами, был зафиксирован отскок частиц размером около 200 мкм при толщине пленки от 25 до 40 мкм в зависимости от вида приме­ нявшихся замасливателей. Скорость частиц, рассчитанная по кинограммам, составляла 2 м/с, коэффициент восстановления скорости был близок 1.

Очевидно, что по мере насыщения слоя масла уловленными пылевыми частицами условия удержания частиц ухудшаются. Тенденция к падению эффективности фильтров при наличии в воздухе очень крупной пыли наблюдалась и в исследованиях Уитби [20].

Если жидкость плохо смачивает частицу, так это часто быва­ ет на практике, поверхность жидкости вблизи частицы приоб­

Способность пыли смачиваться оказывает существенное влияние на эффективность ее улавливания. Некоторые вещест­ ва гидрофобны из-за особенностей молекулярной структуры их поверхности. Иногда гидрофобностью. обладает пыль гидро­ фильных материалов вследствие образования на поверхностях ее частиц электрического заряда одного знака с зарядом на по­ верхности воды или адсорбции на поверхностях ее частиц проч­

менее 10 мкм и особенно менее 5 мкм относятся к несмачиваемым независимо от их состава [12, 13].

Для улавливания гидрофобных частиц необходимо, чтобы их

36

кинетическая энергия превышала работу погружения частицы

в воду, т. е. работу преодоления сил поверхностного натяжения. Это условие осуществляется только при больших скоростях соударения. Повышение эффективности пылеулавливания в этом случае достигается уменьшением поверхностного натяже­

смоченному периметру частицы, определяемому ее хордой 2 Я, то суммарная выталкивающая сила будет равна: F — —2яЯаХ* X sin(a+P). Из условия равенства кинетической энергии движу­ щейся частицы работе погружения ее в жидкость на глубину d < .6 можно определить предельную скорость, необходимую для надежного удержания частиц в пленках. Энергия погружения

где z — путь погружения.

Из рис. 1.6 имеем Я—rsin(a+P) и F— —2jir<rsin2(a+p). По

йг

йх = — -------- , cos a

а проекция силы F на -направление движения х равна

cos a

Предельное условие погружения частицы и в этом случае имеет вид mv2l2 = E a , откуда

37