книги из ГПНТБ / Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра охраны труда в ЦБП

Л.М. ИСЯНОВ, В. Б. ЛЕСОХИН,

А.И. ТОРФ, Г. В. МАКСИМОВ

АЭРО М ЕХАН И КА И Ф ИЗИКО -ХИМ ИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА

Конспект лекций

ЛЕНИНГРАД

1973

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра охраны труда в ЦБП

Л.М.Исянов, В.Б.Лвсохин, А.И.Торф, Г.В.Максимов

АЭРОМЕХАШІКА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА

Конспект лекций

Ленинград

1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие целлюлозно-бумажной промышленности на ее современной уровне связано с образованием значительна« количеств аэрозольных и газовых выбросов.

Почти все стадии технологических процессов производства сульфат­ ной и сульфитной целлюлозы - варка, промывка, отбелка, регенерация щелоков, получение побочных продуктов и другие процоосы сопровож­ даются образованием аэрозолей и токсичных газов.

При атом происходит загрязнение атмосферного воздуха, что нано­ сит ущерб здоровью населения, а танка окружающей природе. Кроне то­ го, в выбросах содержатся цепные компоненты, которые необходимо воз вращать в производство.

Большое место в решении проблемы защиты атмосферного воздуха от загрязнений отводится очистке газов.

Количество и состав выбросов зависят от особенностей технологиче ского процесса.

Аэрозоли образуются, главным образом, при сжигании щелонов, дре­ весных отходов, серы, обниге колчедана, известняна, каустиэациониого шлаыа, сушне лигнина, норы, дрожжей, переработке твердых от­ ходов проистоков, растворении химикатов.

При обработке твердых веществ количество выбросов обычно больше, чем при обработке жидких веществ.

Размеры частиц, составляющих дисперсную фазу аэрозоля, зависят от интенсивности и характера технологического процессе. В свою оче­ редь, от размеров частиц зависит выбор способа осаждения аэрозо­ ля - очистни газов от твердых или жидких чцстиц.

При плавлении минеральной части веществ, сопровождающемся возгон ной солей, сжигании в циклонном процессе, сушке в кипящем слое и взвешенном состоянии и в других интенсивно протекающих и прогрессив ных в технологическом отношении процессах образуются так называемые высонодисперсные аэрозоли. Размеры частиц в таких аэрозолях малы и для их осаждения требуется применять наиболее совершенные способы

бов осаждения аэроаолей посвящена первая часть конспекта лекций "Аэромеханика диопврсных оиотем".

- 8 -

тиц в пылях составляют от 5 до 100 ики и болеѳ.

Дымы образуются конденсационный способом. Если образование дис­ персной фазы происходит в результате непосредственного перехода ив пара в твердое тело, то образующие частицы имеют правильную кри­ сталлическую фориу. Если хе образование дисперсной фазы идет в две стадии - конденсация пара в виде жидких частиц и последующие их затвердевание, тов образующиеся частицы могут иметь как кристалли­ ческую, так и сферическую формы. Дымы относятся к высснодиеперсиьш аэрозолям. Полидисперсность дымов обычно невелика. В отдельных специальных случаях дисперсная фаза дымов монет состоять из ионодисперсных частиц. Дымы представляют собой устойчивые аэрозоли; размер частиц в дымах составляет от 5 мим до 0,1 икм и менее.

Туманы могут образовываться как конденсационным, так и диспер­ сионным способом. Дисперсная фаза в туманах всегда состоит из жидних частиц, в которых могут содержаться растворенные вещества или суспензированные твердые чистицы. Туманы могут обладать различной степенью дисперсности и быть более или менее полидиомерены.

Отметим некоторые важные момент.;, которые составил)' основу дан­ ной классификации.

Кроме способа образования, различие меэду конденсационными и дисперсионными аэрозолями заключается в том, что дисперсионные аэрозоли в большинстве случаев характеризуются большими размерами частиц, обладают более широким диапазоном размеров (билоо нолидиспѳрсны). В случае твердой дж перепой фазы, они обычно состоят из отдельных или слабо агрегированных частиц совершенно неправиль­ ной формы.

Конденсационные аэрозоли характеризуются наличием частиц мень­ ших размеров, они более монодиспѳрсны. Твердые частицы весы") час­ то представляют собой рыхлые агрегаты, состоящие из очень большого числа первичных частиц, имеющих правильную кристаллическую или шарообразную форм: .

В аэрозолпх с жидкой дисперсной фазой частицы имеют шарообраз­ ную форму. При столкновении друг с другом под воздействием различ­ ных причин кидние частицы могут сливаться друг о другом о образо­ ванием новой шарообразной чаотицы.

Твердые ие чаотицы могут иметь самую различную форму и прі столк­ новении могут образовывать агрегаты произвольной формы, состоящие из "всаольких или болев частиц.

- б -

Рассмотренная классификация имеет большое значение на практи­ ке - при характеристике аэрозолей, образующихся в различных произ­ водственных процессах и при выборе типа аппаратов для осаждения аэрозолей.

Следуя классификации, мы должны были бы называть осаждение пы­ лей - пылеулавливанием, дымов - дымоулавливанием, туманов - туманоулавливанием. Однако, на практике все процессы, связанные с оса­ ждением аэрозолей по традиции, возникшей из повседневной жизни, называют пылеулавливанием, а все аппараты, предназначенные для осаждения аэрозолей - пылеулавливающими аппаратами*

Поэтому в процессе изучения курса мы будем пользоваться словами "пылеулавливание", "пылеулавливающие аппараты". Но при этом нужно помнить, что содержание этих слов значительно шире, чем их форма.

СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЕЙ

К наиболее интересным и ванным физическим свойствам аэрозолей относятся снорость оседания (седиментации) частиц, броуновеноѳ дви­ жение и диффузия, электризация аэрозолей, испарение аэрозольных частиц.

Ванное значение имеют оптические свойства аэрозолей, характери­ зующие закономерности рассеяния и поглощения света аэрозольными частицами, и коагуляция аэрозолей, т.ѳ,процесс слипания и слияния аэрозольных частиц при соприкосновении друг о другом.

Свойства аэрозолей зависят от размеров чаотиц. В таблице I при­ ведены значения скорооти оседания частиц различных размеров.

Таблица I

- 7 -

в технике пылеулавливания. Естественно, что изменение размеров ча­ стиц в широком диапазоне вызывает изменение величины скорости осе­ дания на несколько порядков. Не менее важный является то, что при изменении дисперсности аэрозолей в большом интервале меняется и сам харантер зависимости скорости оседания от размеров частиц. Эти вопросы, а также расчет скорости оседания частиц при различных условиях будут рассмотрены в дальнейшем (см.раздел "Оседание час­ тиц под действием силы тяжести").

Рассмотрим некоторые другие свойства аэрозолей. Броуновское движение и дицфузия аэрозолей

Известно, что молекулы газообразной среды в процессе своего непрерывного хаотического теплового движения, все время сталкивают­ ся друг с другом. После каждого столкновения направление движения молекулы резко меняется. Траектория движения молекулы газа в ре­ зультате таких столкновений приведена на рис.Іа, Как видно из риоунна, траектория молекулы газа состоит из отрезков прямой. Каждый отрезок соответствует пути молѳнулы между двумя столкновениями.

Рис.І. Траентории движения молѳнулы газа (а) и частицы (б)

тем большее число моленул будет сталниваться с ней в единицу вре­

Масса частицы всегда намного больше массы моленуйы газа. Поэтому в результате столкновений в единицу времени величина перемещения частицы и изменение направления ее движения будут незначительны.

- 8 -

Траектория частицы размером 2 мкм в воздухе, участвующей в броу­ новском двинѳнии, приведена на рис.Іб. Кан видно из рисунна замет­ ное изменение направления движения частицы происходит лишь в ре­ зультате очень большого количества столкновений с молекулами газа.

Перемещение частиц, вызванное броуновским движением, опиоываетоя уравнением Эйнштейна, согласно которому средний квадрат смеще­

- 9 -