Процессы и аппараты упаковочного производства

Очистка газов в электрическом поле

Осаждение дисперсных твердых и жидких частиц в электрическом поле (электроосаждение) позволяет эффективно очистить газ от очень мелких частиц. Оно основано на ионизации молекул газа электрическим разрядом. Если газ, содержащий свободные заряды (электроны и ионы), поместить между двумя электродами, создаю­щими постоянное электрическое поле, то свободные заряды начнут двигаться по силовым линиям поля. Скорость движения и кинетическая энергия будут определяться напряженностью электрического поля. При повышении разности потенциалов до нескольких десятков киловольт кинетическая энергия ионов и электронов становится достаточной для того, чтобы они сталкивались с нейтральными газовыми молекулами, расщепляли их на ионы и свободные электроны. Вновь образовавшиеся заряды при своем движении также ионизируют газ. В результате образование ионов происходит лави­нообразно, газ полностью ионизируется. Такую ионизацию называют Ударной. При этом возникают условия для электрического разряда. При дальнейшем увеличении напряженности электрического поля возможны электрический пробой и короткое замыкание электродов. Чтобы избежать этого, создают неоднородное электрическое поле: один электрод делают в виде проволоки, а другой - в виде охватывающей ее трубы или расположенной рядом пластины (рис. 10-11).

Напряженность поля при этом наиболее высока у провода и постепенно убывает с приближением к трубе или пластине, становясь недостаточной для электрического пробоя. При напряженности поля, обеспечивающей полную ионизацию газа, между электродами возникает коронный разряд, сопровождающийся образованием светящейся «короны» вокруг проволоки. Поэтому этот электрод получил название Коронирующего. Противоположно заряженный электрод, выполненный в виде трубы или пластины, называют Осадительным. Коронирующие электроды присоединяют к отрицательному полюсу источника тока, а осадительные - к положительному. Благодаря этому оказывается возможным использовать более высокое напряжение без возникновения пробоя.

Рис. 10-11. Формы электродов трубчатого (а) И пластинчатого (б) Электрофильтров:

1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды

Образовавшиеся в области «короны» положительные ионы дви­жутся к коронирующему электроду и нейтрализуются на нем. Отрицательные ионы и свободные электроды перемещаются к осадительному электроду. Соприкасаясь со встречными пылинками и капельками, находящимися в газе, они сообщают им свой заряд и увлекают их к осадительному электроду. В результате дисперсные частицы оседают на этом электроде. Некоторая, очень небольшая, часть дисперсных частиц, столкнувшихся с положительно заряженными ионами в области «короны» (сечение которой значительно меньше сечения межэлектродного пространства), оседает на коронирующем электроде.

Степень очистки газов в электрофильтре во многом зависит от электропроводности частиц пыли и их адгезионной способности. Если частицы хорошо проводят ток, а силы адгезии невелики, то частица, достигнув осадительного электрода, отдает ему свой за­ряд, получает заряд электрода и вновь попадает в газовый поток, что снижает степень очистки. Если пыль плохо проводит ток, а силы адгезии существенны, то на электроде образуется плотный слой отрицательно заряженных частиц, противодействующий основному электрическому полю. При большой толщине этого слоя напряжение в его порах может превысить критическое и вызвать коронирование газа у осадительного электрода - «обратную корону». Это явление также снижает эффективность очистки. Его можно предотвратить своевременной очисткой электрода от пыли.

При очистке газов с высокой концентрацией твердых частиц возможно падение силы тока практически до нуля - «запирание короны». Оно связано с тем, что в таких условиях ток переносится исключительно заряженными частицами пыли, а их подвижность мала по сравнению с подвижностью ионов. Для борьбы с этим явлением необходимо уменьшить концентрацию взвешенных частиц, проведя предварительную очистку газа каким-либо другим методом, или же снизить скорость поступающего газа, уменьшая тем самым нагрузку на электрофильтр.

При нормальных условиях работы электрофильтра эффективность газоочистки определяется многими факторами: свойствами газа (химический состав, температура, влажность); свойствами пы­ли (химический состав, электрические свойства, дисперсность), концентрацией пыли, скоростью газа, параметрами электрофильтра и т. д.

Теоретический учет всех этих факторов практически невозможен, поэтому эффективность газоочистки обычно определяют экспериментально.

Скорость осаждения частиц можно найти из условия равенства силы, движущей частицу, силе сопротивления среды.

Электрическое поле действует на частицу с силой F:

F = ПеоЕх, (10.32)

Где П - число зарядов, полученных частицей; ЕО - Величина элементарного заряда; Ех - напряженность поля.

Сила сопротивления среды движению шарообразной частицы в соответствии с уравнением (6.56)

R = ζ

При ламинарном режиме осаждения, характерном для электрофильтров, в соответствии с (6.49) ζ= 24/Re.

Подставляя ζ и раскрывая значение Re, получим:

R = = 3πμDwO. (10.33)

Приравниваем (10.32) и (10.33): Пе0Ех = 3πμDwo. Отсюда

Wo = Пе0Ех/(3πμD). (10.34)

По этой формуле можно рассчитать скорость свободного осаждения в электрическом поле шарообразной частицы с известным зарядом. На практике расчеты по этой формуле трудноосуществимы, поскольку заряд частицы зависит от многих факторов (размера частицы, диэлектрической проницаемости ее материала, напряженности поля и т. д.) и не может быть определен с достаточной точностью. К тому же, как указывалось выше, напряженность поля меняется от максимальной у коронирующего электрода до минимальной у осадительного.