ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепловая коагуляция из "Очистка газов" Коагуляция взвешенных частиц может происходить за счет броуновского движения (тепловая коагуляция), а также под действием гидродинамических, гравитационных, акустических, электрических и других сил. В определенных условиях, например, при наличии температурного градиента, диффузионных явлений и т.п., происходит направленное движение частиц, которое, как и процесс коагуляции, может способствовать осаждению частиц, повышать эффективность пылеулавливания. [c.120] Тепловую коагуляцию подразделяют на быструю и медленную. Под первой понимают такую коагуляцию, при которой все сближения частиц, находящихся в броуновском движении, заканчиваются их слипанием. При медленной коагуляции слипание частиц происходит лишь в результате особо удачных сближений. [c.120] Теория кинетики быстрой коагуляции создана польским ученым М. Смолуховским [15]. Смолу-ховский при создании своей теории принимал, что скорость быстрой коагуляции, т.е. изменение численной концентрации частиц в единицу времени, зависит от численной концентрации дисперсной фазы п, от интенсивности броуновского движения, характеризующейся коэффициентом броуновской диффузии частиц и от критического расстояния р, на которое должны приблизиться друг к другу центры двух частиц, чтобы произошло слипание. Расстояние р может превышать диаметр частиц аэрозоля. Таким образом, если представить себе сферу радиусом р, центр которой совпадает с центром одной из частиц, другая частица прилипнет к ней только тогда, когда центр второй частицы коснется поверхности этой сферы, называемой сферой поглощения. При расстояниях, больших р, действием молекулярных сил притяжения на броуновское движение частиц и на процесс их сближения Смолуховский полностью пренебрегал. [c.120] При быстрой коагуляции, согласно Смолуховскому, агрегация идет таким образом, что первоначально одинарные частицы, сталкиваясь друг с другом, образуют двойные частицы. Затем двойные частицы, сталкиваясь с одинарными, образуют тройные и т.д. Возможны столкновения между собой и сложных частиц. Одновременное столкновение трех и более простых или сложных частиц возможно, но вследствие малой вероятности такого собыгия подобные столкновения в расчет не принимаются. [c.120] Для получения выражения для поступим следующим образом. Совместим начало координат с центром какой-либо произвольно выбранной частицы. В этой системе координаты смещения остальных частиц Т будут в действительности равными смещениям относительно выбранной, т.е. [c.121] Таким образом, средние квадраты смещения всех частиц относительно первой удваиваются. Средний квадрат смещения, как мы видели ранее, однозначно связан с коэффициентом диффузии частиц. Поэтому можно сказать, что броуновское движение остальных частиц относительно первой характеризуется вдвое большим коэффициентом диффузии О. В результате этого время от времени частицы будут сближаться с первой до критического расстояния их центров р. Подсчитаем число таких сближений. Для этого примем, что после сближения частиц до расстояния центров р соответствующая частица как бы поглощается центральной. Пусть частицы заключены в очень большой объем. Если в рассматриваемый момент коагуляции численная концентрация частиц равна то в непосредственной близости от поверхности сферы поглощения и = 0. Это объясняется тем, что в силу беспорядочного характера броуновского движения вероятность попадания частицы, находящейся вблизи поглощающей сферы, в эту сферу очень велика, а вероятность избежать этого — мала. При удалении от сферы р быстро достигаются значения т.е. градиент численной концентрации направлен от центра сферы. В результате будет иметь место диффузия частиц к началу координат. Нетрудно заметить здесь качественную аналогию со стефановским течением, рассмотренным в главе 2. [c.121] Эксперименты показали, что процесс коагуляции мало зависит от природы аэрозоля это следует также из соотношений (6.7) и (6.8). Согласно теоретическим и экспериментальным данным полидисперсные аэрозоли коагулируют быстрее монодисперсных. Особенно быстро происходит поглощение мелких частиц крупными, однако увеличение скорости коагуляции за счет полидисперсности не превышает 10 %. [c.122] Коэффициент броуновской коагуляции К , вообще говоря, довольно малая величина. Для частиц плотностью 1000 кг/м в воздухе при 23 °С и атмосферном давлении этот коэффициент имеет значения, представленные в табл. 6.1. Совершенно очевидно, что значительные скорости процесса коагуляции обусловлены не столько величиной К , сколько значением численной концентрации частиц. [c.123] Поскольку достаточно большая величина, то, несмотря на малость К , начальная скорость коагуляции весьма существенна. Это приводит к тому, что в начальный момент образования высокодисперсного аэрозоля практически мгновенно происходит укрупнение частиц. Именно благодаря броуновской коагуляции дисперсный состав пыли в технологических газах, поступающих на газоочистку, обычно характеризуется большей крупностью частиц, чем в момент их образования в источнике аэрозоля (в печи). [c.123] Экспериментальные значения констант коагуляции в среднем на 20-25 % выше рассчитанных по скорректированному уравнению Смолуховского (6.8). Это отклонение обычно приписывают влиянию полидисперсности аэрозоля, поскольку полидисперсная система должна коагулировать быстрее монодисперсной. Однако, как уже отмечалось, увеличение скорости коагуляции за счет полидисперсности составляет лишь несколько процентов (самое большое 10 %). Предполагается, что оставшаяся разница обусловлена силами Ван-дер-Ваальса, благодаря которым радиус сферы действия каждой аэрозольной частицы возрастает. Поэтому рассмотрим этот вопрос подробнее. [c.124] Вернуться к основной статье