Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. УЛАВЛИВАНИЕ КАПЕЛЬ ТУМАНОВ В СИСТЕМАХ ГАЗООЧИСТКИ. ВОЛОКНИСТЫЕ ТУМАНОУЛОВИТЕЛИ 12
1.1. Туманы (основные положения) 12
1.2. Классификация промышленных туманоуловителей 26
1.3. Волокнистые туманоуловители , 35
1.4. Выводы 57
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ТУМАНОБРЫЗГОУЛО-ВИТЕЛЕЙ 58
2.1. Гидравлическое сопротивление 58
2.2. Осаждение капель 63
2.3. Удержание капель поверхностью осаждения 72
2.4. Выводы 74
ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТАНОВКИ 76
3.1. Общие положения 76
3.2. Дисперсный состав капель тумана 76
3.3. Определение дисперсности капель тумана 80
3.4. Исследование параметров фильтровальных материалов 86
3.5. Установка для исследований гидравлического сопротивления фильтрующих материалов и эффективности осаждения капель 89
3.6. Экспериментальные установки 91
3.7. Выводы 95
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛОКНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ И ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 96
4Л. Фильтровальные материалы 96
4.2. Гидравлическое сопротивление 103
4.3. Эффективность улавливания капель 115
4.4. Удержание осевших капель поверхностью волокон 128
4.5. Применение волокнистых фильтров для очистки газов, содержащих помимо капель взвешенные твердые вещества и газообразные вред ности 130
4.6. Выводы 136
ГЛАВА 5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ ТУМАНОУЛОВИТЕЛИ Л37
5.1. Применение волокнистых брызгоуловителей в сернокислотном производстве 137
5.2. Гальванические производства 140
Ш 5.3. Насадочный скруббер из полимерных материалов 150
5.4. Улавливание капель тумана в процессах окраски 155
5.5. Улавливание капель тумана фосфорной кислоты 157
5.6. Выводы 160
ГЛАВА 6. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ВОЛОКНИСТЫХ ТУМАНОУЛОВИТЕЛЕЙ 161
7. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ К РАБОТЕ 164
Библиографический список 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 170
4 Основные условные обозначения
а - удельная поверхность насадки, м2/м3;
Ск - поправка Кенингема-Милликена;
D - коэффициент диффузии, м2/с;
d - диаметр, м;
d5o - диаметр частиц (капель), улавливаемых в туманоуловителе с эффективностью, равной 0,5, м;
dm - медианный диаметр взвешенных частиц (капель), м;
F - сила, Н;
G - массовая скорость, кг/с;
ф) g - ускорение силы тяжести, м/с ;
Н, h - высота, толщина, м;
J - скорость испарения, кг/с;
КБ - постоянная Больцмана, 1,38 10" Дж/К;
М - масса 1 кмоля, кг/кмолъ;
m - масса, кг; удельный расход жидкости, м /м ;
п - число фильтровальных слоев;
1 - длина, линейный параметр, м;
р - давление, Па;
Др - гидравлическое сопротивление, перепад давлений, Па;
R - радиус, м;
Щ Rr - универсальная газовая постоянная, 8314 Дж/кмольК;
S - площадь, м ; пересыщение пара;
S0 - свободное сечение фильтровальной перегородки, м /м ;
Т - абсолютная температура, К;
t - температура, С;
V - объемный расход, м /с;
Va - объем, м ;
и - линейная скорость, м/с;
1><о - скорость вращения газового потока, м/с;
Z - массовая концентрация взвешенных частиц (капель) в газах, кг/м3;
ф а - относительная плотность фильтрующей среды, м3/м3;
є - пористость фильтра, м /м3;
С, - коэффициент гидравлического сопротивления;
ц - эффективность осаждения, каплеулавливания, доли;
5 % - коэффициент теплопроводности, Вт/м К; fi - динамическая вязкость, Па с; v- кинематическая вязкость, м2/с; р - плотность, кг/м ; а - поверхностное натяжение, Н/м; lgcr4 - среднеквадратичное отклонение в функции распределения
частиц по размерам; lgan- среднеквадратичное отклонение в функции распределения
значений фракционных эффективности туманоуловителя; т - время, с.
Механизмы осаждения G - гравитационный; Stk - инерционный ю - центробежный; R - касания; D - диффузионный;
Критерии подобия
ог1 urdB ul v
Ре = = - Пекле; Re= Рейнольде; Sc = Шмидт
D D4e v D
Надстрочные индексы: 4 - значение на входе, начальный параметр
" - значение на выходе, конечный параметр.
Подстрочные индексы:
а - аппарат;
в - волокно;
г-газ;
ж - жидкость;
к - капля;
н - насадка;
п - пар;
с - сопло;
ф - фильтрация;
ч - частица;
э - эквивалентный.
- Классификация промышленных туманоуловителей
- Осаждение капель
- Исследование параметров фильтровальных материалов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Защита атмосферного воздуха от загрязнений промышленными и аспирационными выбросами является одной из важнейших проблем современности. Отсюда вытекает то серьёзное внимание, которое уделяется ее решению в большинстве стран мира и, прежде всего, в странах экономически развитых.
Предотвращение выбросов в атмосферу актуально и для Российской Федерации.
Известно, что значительная доля выбросов падает на взвешенные частицы: Твёрдые и жидкие. В 2000 г. по официальным данным природоохранных органов превышение содержания взвешенных веществ в атмосфере по сравнению с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) отмечалось в 185 городах России, с общей численностью населения свыше 61 млн. человек. Согласно тем же данным, вредные взвешенные вещества, содержащиеся в приземном слое атмосферы, лидируют по масштабу воздействия- на здоровье человека. Их отрицательному влиянию подвержены около-15 млн. граждан России. Считается, что наибольшая опасность (для здоровья) связана с жидкими взвешенными частицами (каплями тумана), к которым относятся различные кислоты (серная, фосфорная), щелочи, ^мульсии.
Отсюда вытекают важные задачи по разработке и освоению серийного
производства простых и надёжных в эксплуатации аппаратов, обеспечивающих
эффективное улавливание взвешенных в газовых потоках капель —
туманоуловителей. Среди аппаратов этого типа в последние годы преобладающее значение приобрели волокнистые туманоуловители, обеспечивающие высокую эффективность при осаждении капель практически любого размера.
Широкий спектр различных по конструкции волокнистых каплеуловителей, применяемых на практике, значительно опередил уровень теоретических исследований действующих в них механизмов осаждения капель. Это обстоятельство привело к отсутствию, в большинстве случаев, надёжных методов их инженерного расчёта и подчас являлось причиной серьёзных просчётов при разработке промышленных установок. Особенно это касается улавливания капель
туманов конденсационного происхождения, отличающихся исключительно мелким размером взвешенных частиц (<5мкм), и комплексной очистке газов от одновременно присутствующих в очищаемом потоке взвешенных жидких и твёрдых частиц.
В" связи с этим разработка научно-технических основ осаждения капель в волокнистых материалах и на их базе принципов инженерного расчёта волокнистых туманоуловителеи должна позволить преодолеть разрыв, существовавший между теорией и практикой, и научно обоснованно подходить к выбору аппаратурного оформления и технологического решения систем очистки газов, обеспечивающих Эффективное улавливание жидких взвешенных частиц.
Значительная доля технологических процессов, связанных с улавливанием капель туманов, протекает в условиях химически агрессивной среды, например, сернокислотное производство. Поэтому технические решения^ по разработке конструкций эффективных туманоуловителеи в большинстве случаев пересекаются с необходимостью их коррозионной- защиты или, что более перспективно, с применением материалов, стойких в химически агрессивных средах.
Проведённые исследования базируются на фундаментальных работах по теории образования туманов и поведения взвешенных в них капель, которые в значительной степени принадлежат отечественным учёным. В этой связи необходимо отметить автора целого ряда монографий, посвященных вопросам образования туманов, А.Г. Лмелина и создателя механики аэрозолей Н.А. Фукса.
Важные теоретические вопросы, связанные с образованием и поведением капель, в газовом потоке, освещены в работах В.Г. Левича, С.С. Кутателадзе и М.А. Стыриковича.
К сожалению, как исследований, так и работ, относящихся непосредственно к технике каплеулавливания в волокнистых фильтрах, немного. Здесь в первую очередь, следует выделить работы Б.И. Мягкова и И.Г. Каменщикова по разработке и эксплуатации волокнистых туманобрызгоуловителеЙ.
^ Диссертация выполнена в Научно-исследовательском институте по промышленной и санитарной очистке газов — НИИОГАЗ в соответствии с перспективными планами развития техники очистки промышленных выбросов
^Федеральная целевая научно-техническая программа 1996-2000 г.г. «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», раздел «экологически безопасные и ресурсосберегающие процессы химии и химической технологии»).
Цель работы. Развитие теоретических основ улавливания жидких взвешенных частиц (капель) в волокнистых туманоуловителях и разработка на их базе надёжных методов выбора и расчёта туманоуловителей.
Эта цель достигались комплексным решением следующего круга задач:
углублённого анализа процессов, происходящих при осаждении взвешенных
W частиц (капель) - механизмов осаждения;
обобщения экспериментальных данных по аэро- и гидродинамике и эффективности осаждения капель в волокнистых туманоуловителях;
формулирования требований к фильтровальным материалам, применимым в волокнистых туманоуловителях;
реализации полученных технических решений в виде новых перспективных конструкций туманоуловителей, успешно осваиваемых промышленностью.
В основу теоретических и прикладных исследований положены
закономерности аэрогидродинамики и механики аэрозолей, которые в сочетании с
Экспериментально-статическими методами обработки данных исследований
обеспечивают получение представительных и устойчиво воспроизводимых
результатов.
Научная новизна. Предложена инженерная классификация волокнистых туманоуловителей; обобщены данные по гидродинамике волокнистых туманоуловителей, определены области их устойчивой надёжной работы и предложены зависимости для инженерного расчёта их гидравлического сопротивления; рассмотрены основные механизмы осаждения взвешенных жидких частиц (капель) в туманоуловителях и определены характеризующие их параметры; вручено влияние вторичного уноса на эффективность осаждения капель в волокнистых туманоуловителях; получены выражения для определения эффективности осаждения взвешенных капель в волокнистых туманоуловителях, послужившие основой для разработки методов инженерного расчёта, а также
значения коэффициентов абсорбции хорошо растворимых газов при осуществлении комплексной очистке газов от взвешенных и газообразных вредностей. На защиту выносятся:
научно-технические основы процесса очистки газов от взвешенных жидких частиц (капель) в волокнистых туманоуловителях;
.методы расчёта осаждения взвешенных капель и хорошо растворимых газов в волокнистых туманоуловителях;
конструкции перспективных аппаратов фильтрационного типа для механической очистки газов от капель туманов и газообразных вредностей;
- результаты внедрения волокнистых туманоуловителеи в различные отрасли промышленности.
Практическая ценность. Разработан и внедрён в промышленность целый ряд волокнистых туманоуловителеи и систем очистки газов, базирующихся на их использовании.
При непосредственном участии автора разработана техническая документация
на волокнистые туманоуловители в виде типоразмерных рядов, охватывающих
значительный диапазон производительности аппаратов по очищаемым газам.
Результатами проведенных исследований, оформленными в виде регламентов и
^эекомендаций на проектирование, широко пользуются проектные институты:
Гипрогазоочистка, СантехНИИпроект, АО НПО «Техэнергохимпром»,
Гипросинтез, ГИПРОНИИАВИАПРОМ, «СИБГИПРОЗОЛОТО»,
Уралцветметгазоочистка.
На основе полученных при проведении і работы экспериментальных данных, теоретических обобщений, конструктивных решений, методов расчёта происходит всё" нарастающее внедрение в различные области промышленности и системы аспирации новых высокоэффективных и надёжных в эксплуатации экономичных волокнистых туманоуловителеи.
Отдельные аспекты работы систематически используются в практике работы тшеших учебных заведений — Московском государственном университете инженерной экологии, Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева, Московском государственном институте стали и сплавов,
Воронежской государственной технологической академии, Воронежской
государственной архитектурно-строительной академии, Российском
государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина.
Личный вклад соискателя состоит в разработке классификации волокнистых туманоуловителей, в обобщении экспериментальных и промышленных данных по гидродинамике волокнистых туманоуловителей.
Соискателем разработаны аналитические методы и расчётные зависимости для
оценки гидравлического сопротивления волокнистых туманоуловителей,
вторичного брызгоуноса, эффективности осаждения капель и абсорбции хорошо
Щ)а створи мых газов в волокнистых туманоуловителях; сформулированы технические
требования к фильтровальным материалам, применимых в волокнистых
туманоуловителях; разработаны конструкции и: внедрены в промышленность
волокнистые туманоуловители, обеспечивающие реализацию исходной задачи
работы.
Апробация работы.
1).15-й Международный Конгресс проектирования химических процессов (г.
Прага, Чехия, 25-29 августа 2002 г) (15-й Международный конгресс
технических и химических процессов).
2). 5-я Международная конференция Экология и проектирование (г. Вильнюс,
* Литва, 23-24 мая 2002г.
3): 1^-й Международный Конгресс проектирования химических процессов (г.
Прага, Чехия, 22-26 августа 2004 г) (16-Й Международный конгресс
технических и химических процессов).
4). Круглый стол «Экология и город» в рамках IV сессии Международной
конференции «Эволюция инфосферы» (г. Москва, 23-25 марта 2004г., РАН)
5). 1-я Международная конференция «ЭкоРос» (г. Москва, 14-16 октября
2002г.)
6). 2-я Международная конференция «ЭкоРос-2003» (г. Москва, 21-23 октября
2003г.)
7). 2-я Международная конференция «Инженерная защита атмосферы» (г. Москва, 18-19 апреля 2000г.)
8). 5-я Международная конференция «Инженерная защита окружающей среды» (г. Москва, 14-15 апреля 2003г.)
Публикации.
1. «Улавливание капель тумана в процессах окраски». М. Химическое и
нефтегазовое машиностроение, 2000 №9, с. 47-48 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, И.Г. Каменщиковым).
«Современное состояние теории и практики образования и улавливания жидких аэрозольных частиц. Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. М. ВИНИТИ, 2002, №4, с. 2-27 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, М.М. Косовой).
«Метод расчёта высокоскоростных туманоуловителей» М. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2002 №7, с. 45-46 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, А.А. Мошкиным).
«Расчёт эффективности волокнистых туманоуловителей, работающих в переходном режиме» М. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2003 №4, с. 35-36 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, С.Н. Гришиной).
«Исследования новых образцов фильтровальных материалов для волокнистых туманоуловителей» М. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2004 №4, с. 35-37 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, М.М. Косовой).
«К расчёту низкоскоростных волокнистых туманоуловителей» М. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2004 №8, с. 35-36 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, Т.О. Казначеев ой).
«Особенности эксплуатации волокнистых туманоуловителей в гальванических производствах» М. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2004, №9, с.44-45 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, И.Г. Камен щиковым).
«Абсорбция хорошо растворимых газов в волокнистом фильтре» М. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2004, № 10, с. 39-40 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, Н.С. Рукиной).
Классификация промышленных туманоуловителей
В технике улавливания промышленных капель применяются, в основном, те же виды аппаратов, что и при пылеулавливании [3,8]. Однако, общий их перечень содержит меньше наименований. Это связано с тем, что в связи с возможностью «замазывания» поверхностей осаждения (см. выше) практически исключается применение тканевых и зернистых фильтров, а также однозонных сухих электрофильтров.
В качестве фильтровальных аппаратов применяются, в основном, волокнистые фильтры, работающие в режиме самоочищения, т.е. с отводом посредством самотека накапливаемой в фильтровальном слое жидкости или с периодической заменой фильтровальной поверхности по мере накопления осаждаемого загрязнителя, т.е. без регенерации.
Электрическая очистка газов от взвешенных капель осуществляется в мокрых однозонных и двухзонных электрофильтрах.
На рис 1.3 представлена, разработанная в НИИОГАЗ принципиальная схема туманоуловителей [22]. Она базируется на применяемых в промышленности основных методах улавливания капель: гравитационном, инерционном (центробежном), диффузионном и электрическом. Приведенная схема не претендует на абсолютность, так как существуют аппараты, в которых совмещается действие различных механизмов осаждения. Тем не менее, практически все задействованные в промышленности туманоуловители используют один, доминирующий в условиях работы конкретного вида аппарата механизм осаждения, и поэтому могут обрести свою ячейку в предлагаемой схеме классификации. В то же время, наименование непосредственно отдельных видов туманоуловителей полностью соответствует общепринятой классификации газопылеулавливающего оборудования [23].
Гравитаї що иные кап л еуловители. Простейшее устройство для улавливания капель из газового потока - осадительные камеры. Гравитационные каплеуловители применяются только для улавливания очень крупных капель и при больших нагрузках по жидкости (до 1 кг/м3). Основной их недостаток громоздкость. Для капель диаметром 100 мкм скорость осаждения в воздухе ик (в м/с), рассчитываемая по формуле ( в области действия закона Стокса) Ш2(рж- РГ)
Инерционные каплеуловители. В этом достаточно разнообразном ( по виду применяемых аппаратов) классе каплеуловителей доминирует инерционный (центробежный) режим осаждения.
Наиболее простыми по конструкции являются неорошаемые инерционные каплеуловители. К ним относятся различные насадки (в качестве которых используют дробленую породу, стружку, гальку, шлак, стандартную насадку
(кольца Рашига, седла Берля, сферы и т.д.), пластины волнообразного и зигзагообразного (уголкового) профилей (жалюзи), прутки, уголки и др. (рис. 1.4).
Теоретически, эффективность инерционных каплеуловителей должна увеличиваться с ростом скорости газового потока. Однако этот рост не может быть беспредельным. В определенном диапазоне скоростей газов окр эффективность сепарации капель резко снижается, так как возникает вторичный унос, наступает «захлебывание» сепарационного устройства (каплеуловителя). Обычно оптимальная скорость газов для сепараторов лежит в пределах от 3 до 6 м/с.
Центробежные каплеуловители. Центробежные сепараторы капель получили наибольшее распространение в газоочистительной технике. Их основные достоинства - высокая эффективность и меньшая по сравнению с инерционными каплеуловителями склонность к образованию отложений.
Основные типы применяемых на практике центробежных каплеуловителей приведены на рис 1.5.
Инженерные методы расчета эффективности инерционных (механических) туманоуловителей, в абсолютном большинстве которых доминирует инерционный (центробежный) механизм осаждения, разработаны достаточно подробно [4,8,12,23].
Фракционная эффективность механических туманоуловителей практически всегда подчиняется нормально-логарифмическому закону распределения (как и дисперсный состав капель на входе в аппарат). Это обстоятельство позволяет обшую эффективность механических туманоуловителей рассчитывать с помощью интеграла вероятности т=Ф(х) [4,12].
Поскольку в центробежных каплеуловителях (при осаждении капель) на внутренней поверхности будет образовываться пленка жидкости, для расчета характеризующей их величины d50 (мкм) следует пользоваться формулой, полученной для мокрых (орошаемых) центробежных пылеуловителей [12] коэффициент гидравлического сопротивления каплеуловителя, рассчитанный относительно скорости газового потока ог (м/с) в активном сечении (обычно характеризуемом диаметром аппарата D , м).
Формула (1.23) действительна при 8,5« 289.
Центробежные каплеуловители достаточно эффективны при улавливании взвешенных частиц крупнее 2-3 мкм. Поэтому они преимущественно применяются для улавливания капель механического происхождения. Наибольшее распространение центробежные каплеуловители получили для улавливания капель, выносимых газовым потоком из скрубберов.
Согласно [21], процесс сепарации будет продолжаться до тех пор, пока газовый поток не начнет срывать жидкость с поверхности пленки, т.е. до возникновения вторичного каплеуноса. Критическая скорость газового потока, соответствующая этому явлению, может быть определена из критерия Кутателадзе (1.20).
Осаждение капель
На жидкую взвешенную частицу (каплю) действуют силы, аналогичные тем, которые действуют на твердую частицу, взвешенную в потоке газов; поэтому для их улавливания (сепарации) используется принципиально то же оборудование, что и при улавливании твердых частиц. Преимущество осаждения капель перед осаждением твердых частиц состоит в том, что непосредственно после сепарации происходит агломерация капель, и уловленные капли могут быть отведены из сепаратора в виде потока жидкости, т.е. отпадает необходимость в узлах разгрузки уловленного продукта. Значительно сложнее процесс отвода уловленного продукта протекает при наличии в газовом потоке помимо капель твердых взвешенных частиц. Совместное присутствие в газовом потоке жидких и твердых взвешенных частиц может привести к замазыванию поверхностей осаждения. То же самое происходит и при «высыхании» капель, представляющих собой растворы или суспензию. По мере испарения жидкой составляющей (растворителя) подобные капли переходят в твердое состояние. Это явление характерно, например, для процессов окраски и покрытия поверхностей.
Механизмы осаждения . Для сепарации капель из газов, в основном, используются следующие механизмы осаждения: гравитационный, инерционный, центробежный, диффузионный, касания; (зацепления) и электростатический.
Другие известные механизмы осаждения [4]: термодиффузиофорез, фотофорез, за счет турбулентности потока, электромагнитного поля, работающего катализатора заметной роли в осаждении капель туманов не играют. Исключение составляет увеличение инерционного осаждения за счет турбулентности газового потока.
При улавливании капель в волокнистых туманоуловителях перечень доминирующих механизмов осаждения сужается до трех: инерционный, диффузионный и касания.
Влияние того или иного механизма осаждения на улавливание взвешенных частиц (в данном случае капель) зависит от целого ряда факторов н, в первую очередь, от их размера.
При расчете промышленных аппаратов, предназначенных для улавливания взвешенных частиц, широко используются методы теории подобия [4,8]. Согласно этой теории, эффективность осаждения частиц за счет определенного механизма их осаждения может быть качественно охарактеризована соответствующим безразмерным параметром, а общая эффективность улавливания частиц в аппарате ц является функцией этих параметров и критерия Re, определяющего характер движения газового потока. Отсюда, величину эффективности осаждения взвешенных капель в волокнистом фильтре можно представить в виде зависимости Улавливание взвешенных капель в волокнистых туманоуловителях может осуществляться под воздействием двух или трех механизмов осаждения одновременно. Считается, что лучшее приближение при выводе расчетных зависимостей , учитывающих совместное действие двух или трех механизмов осаждения, достигается при допущении, согласно которому капли, не уловленные в результате действия одного из механизмов осаждения, будут улавливаться за счет действия других. Общая эффективность осаждения в этом Если один или два механизма играют решающую роль при улавливании капель, то в этом конкретном случае следует рассчитывать величину г по наиболее вероятным механизмам осаждения. Остальные механизмы в этом случае будут играть второстепенную роль и ими можно пренебречь.
Размер взвешенных капель является основным параметром, определяющим выбор аппарата для их осаждения из газового потока, т.е. типа туманобрызгоуловителя. Поэтому целесообразно провести оценку влияния различных механизмов осаждения, оказывающих воздействие на взвешенные капли в волокнистых туманоуловителях, в зависимости от размера улавливаемых капель.
Исследование параметров фильтровальных материалов
Свойства фильтровальных материалов оказывают существенное влияние на процесс осаждения взвешенных капель. Анализ параметров волокнистых материалов, включая последующие их гидравлические испытания, исследования эффективности осаждения капель, служил основой для разработки требований к фильтровальным материалам, рекомендуемым для установки в волокнистых туманоуловителях.
Механические испытания образцов фильтровальных материалов включали определение следующих параметров:
- толщина образца (без сжатия), h p;
- масса образца, т0бР ;
- поверхностная плотность материала, М;
- пористость материала, е ;
- длина волокна, соответствующая 1 г материала, /;
- площадь боковой поверхности волокна, приходящаяся на 1 г материала, S ;
- влагоемкость материала, В Л ;
- диаметр максимальных пор, D.
Толщина материала определялась штангенциркулем, погрешность - 0,05 мм. Масса образца фиксировалась аналитическими весами 2 класса (тип АДВ-200), погрешность — 0,1 мг.
Влагоемкость материала определялась путем взвешивания на аналитических весах типа АДВ-200 первоначально сухого образца, а затем его же, помещенного на длительное время в воду. После того, как образец впитывал влагу, его вынимали из воды и в течение 3-5 минут давали удалиться избытку воды. Влагоемкость ВЛ (г/м ) определялась из выражения
Все эксперименты, связанные с определением параметров: ho6p; тобр; ВЛ, проводили не менее трех раз, после чего определяли среднюю арифметическую величину.
Диаметр максимальных пор D (м). Метод [52] основан на определении минимального давления воздуха, подаваемого под образец, при котором на поверхности жидкости, находящейся над образцом, появляется первая цепочка пузырьков воздуха. Отбор образца материала осуществляется по ГОСТ 8047-93 [53], причем образцы не должны иметь отверстий, видимых невооруженным глазом.
Схема лабораторной установки представлена на рис.3.3. Установка обеспечивает надежное закрепление образца, исключающее повреждение его и утечку жидкости, и плавную регулировку давления воздуха. Погрешность манометра не превышает 1% от верхнего предела измерения (до 10 кПа). В качестве испытательной жидкости использовалось веретенное масло плотностью рж = 885 кг/м3
Образец зажимают в устройстве 3 и пропитывают испытательной жидкостью, предварительно создав давление под образцом, равное 300-500 Па. Не снимая давления, заливают поверх образца испытательную жидкость до отметки на устройстве. Плавно повышают давление 2 воздуха над образцом до появления на поверхности жидкости первой цепочки пузырьков воздуха, прошедшей через образец. Скорость повышения давления воздуха должна быть постоянной и составлять (100±20) Па/с. Снимают показание манометра 4, соответствующее появлению первой цепочки пузырьков воздуха. Пузырьки воздуха, появившиеся на расстоянии менее 1 мм от края уплотнительного кольца, во внимание не принимают. Эксперимент повторяется не менее трех раз.
