ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОАГУЛЯЦИЯ
Во многих случаях взвешенные в газах частицы в зависимости от происхождения и химического состава несут на себе положительный или отрицательный электрический заряд. Этот естественный электрический заряд взвешенных частиц условно носит название трибозаряда. Электрические заряды можно сообщать взвешенным частицам и искусственно, путем, например, воздействия на газы различных ионизаторов, использования коронного разряда (электрофильтров), создания контакта с заряженными телами. В большинстве случаев неметаллические взвешенные частицы в естественных условиях заряжаются положительно, а металлические частицы - отрицательно; соли заряжаются в зависимости от их химического состава. В промышленных газах число положительно заряженных частиц, получивших естественные электрические заряды, может быть равно числу отрицательно заряженных, что, как правило, наблюдается для весьма мелких частиц при их однородном химическом составе. В ряде случаев преобладают частицы, несущие заряд одного знака. При коагуляции монодисперсных частиц, с зарядами q1и q2(одинакового или противоположного знака) силы электрического взаимодействия накладываются на броуновское движение, увеличивая или замедляя коагуляцию в зависимости от знака заряда частиц. Отношение скорости коагуляции частиц при наличии на них электрических зарядов NE к скорости броуновской (тепловой) коагуляции Nбp можно представить в виде β= NE/Nбp (3.22) Отбрасывая индукционные силы, как не оказывающие большого влияния, Н. А. Фукс получил достаточно простые формулы для расчета величины β в случае биполярной зарядки частиц при одноименных зарядах (отталкивание): и при разноименных (притяжение): Здесь величина находится из выражения Так как на практике в большинстве случаев происходит симметричная биполярная зарядка, примем величину = 0,5. Тогда для разноименных зарядов β=1,271 и для одноименных -0,770, т. е. частицы с разноименными зарядами будут коагулировать несколько быстрее, а с одноименными - медленнее, чем нейтральные частицы. Поскольку среднеарифметическое значение, составляет 1,02, суммарный эффект зарядки на коагуляцию весьма незначителен. Обычно естественный заряд взвешенных частиц составляет от 1 до 10% искусственного заряда, который частица может получить, например, в зоне коронного разряда. В табл. 3.1 приведены результаты расчета предельного числа зарядов частиц разных размеров, находящихся в электрическом поле, заполненном ионами одного знака. Таблица 3.1 - Предельное число элементарных зарядов, получаемых частицей в электрическом поле, заполненном ионами одного знака
Когда частицы попадают в электрическое поле, на них индуцируется заряд и скорость коагуляции значительно возрастает. Электрическое поле напряженностью Е возбуждает в находящихся в нем шаровых частицах с диаметром dч электрические диполи с моментом Р (Н/м), равным Сила взаимодействия между двумя такими диполями, центры которых находятся на расстоянии друг от друга, определяется: где - угол между направлением поля и линией центров частиц. Частицы притягиваются в том случае, когда они расположены вдоль направления поля, и отталкиваются при расположении перпендикулярно к нему. Строгое решение задачи коагуляции частиц в электрическом поле представляет значительные трудности. В случае упрощения, задачи (при отсутствии учета теплового движения частиц) скорость движения двух частиц навстречу друг другу, соответствующая максимальному притяжению ( =0), равняется а время τ (в с), необходимое для соприкосновения частиц, находящихся в начальный момент τ’=0 на расстоянии , составит Оценим продолжительность соприкосновения частиц по формуле (1.127) при следующих условиях: μг=18·10-6 Па·с (воздух при 20°С), Е=3·105 В/м, массовая концентрация пыли z= 5 г/м3; ρч=103 кг/м3. Тогда, счетная концентрация частиц размером dч=10-7 м составит n=1016 1/м3, а расстояние между ними (при равномерном распределении частиц в газовом потоке) = 5·10-6 м. Для частиц размером =10-6м соответственно получим n=1013 1/м3 и = 5·10-5м. Продолжительность соприкосновения для частиц обеих диаметров τ составит ≈5,6·103 с. Для того, чтобы частицы соприкоснулись уже через 1 с, необходимо частицы размером =10-7 м сблизить на расстояние ≈1,4·10-7 м, а частицы размером =10-6 м - на расстояние ≈1,4·10-6м. Отсюда следует, что механизм коагуляции частиц в электрическом поле заключается в предварительном сближении их под действием диффузии на расстояние, достаточное для активного воздействия на них электрических сил. Что величина β в случае поляризации частиц в электрическом поле является функцией величины α1, определяемой по формуле
Ниже приводятся данные, характеризующие влияние электрического поля на скорость коагуляции туманов (в виде зависимости среднего значения от :
Оценим величину при нормальной температуре (Тг=293 К). В этом случае При достаточно сильном электрическом поле Е = 3·105 В/м для частиц размером dч=10-6м величина ≈90, а для частиц размером dч=10-7м ≈0,09. Таким образом, для частиц порядка 1 мкм величина 30, а для частиц порядка 0,1 мкм она меньше 1. 1 - броуновский; 2 - турбулентный; 3 - электрический (Е=3·105 В/м); 4 - градиентный (градиент скорости у стенки 104 1/с"); 5 - ускорения; 6 - кинематический (относительная скорость газов и частиц υог =0,7м/с; dK=2·10-4 м); 7 - кинематический (υог =100 м/с; dK=2·10-4 м). Условия: скорость газов в газоходе 10 м/с; диаметр газохода 1м; ρч=1000 кг/м3. Рисунок 3.2 - Сопоставление механизмов коагуляции (в воздухе при нормальных условиях).
Из приведенных выше расчетов следует, что заметное ускорение электрической коагуляции достигается лишь при сильных электрических полях. Скорость электрической коагуляции резко падает с уменьшением размера частиц, и у частиц порядка 10-7 м преобладает коагуляция за счет броуновской диффузии. При коагуляции в электрическом поле твердых частиц образующийся «двойник» ориентируется своей длинной осью параллельно полю, и его дипольный момент в этом положении значительно больше, чем у первичных частиц. Коагуляция «двойника» с другими частицами происходит преимущественно у его концов, благодаря чему он растет в длину. Скорость коагуляции при этом достаточно быстро возрастает, а получаемые в результате коагуляции агрегаты приобретают форму нитей или цепочек. Сравнительную оценку рассмотренных выше механизмов коагуляции можно сделать на основании рис. 3.2, где приводятся зависимости N/(n')2от dч. Помимо приведенных на рис. 3.2 можно перечислить и другие механизмы коагуляции частиц: акустический, магнитный, за счет вибрации частиц в вибрирующем газовом потоке и др. Из них наиболее изучена коагуляция частиц в ультразвуковом поле.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (571)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |