Осаждение под действием электрического поля

имеет существенные преимущества по сравнению с другими способами осаждения. При электроосаждении частицам небольших размеров удается сообщить значительный электрический заряд и благодаря этому осуществить процесс осаждения очень малых частиц, который невозможно провести под действием силы тяжести или центробежной силы.

Физическая сущность электроосаждения

Газовый поток, содержащий взвешенные частицы, предварительно ионизируют. Взвешенные в газе частицы приобретают электрический заряд. При прохождении ионизированного потока газа в электрическом поле между двумя электродами заряженные частицы под действием электрического поля перемещаются к противоположно заряженным электродам и оседают на них.

Ионизация газа осуществляется двумя способами:

1) самостоятельно, при достаточно высокой разности потенциалов на электродах; 2) несамостоятельно — в результате воздействия излучения радиоактивных веществ, рентгеновских лучей и т. д.

В технике газоочистки до настоящего времени осуществляют только самостоятельную ионизацию, однако широкое использовании атомной энергии расширяет возможности применения несамостоятельной ионизации.

В промышленности электроосаждение взвешенных частиц из газа проводится следующим способом. Газовый поток направляется внутрь трубчатых (или между пластинчатыми) положительных электродов, которые заземляются. Внутри трубчатых электродов или между пластинчатыми электродами натягиваются тонкие проволоки, являющиеся катодами.

Если соединить электроды с источником постоянного тока, создающего на электродах разность потенциалов 4-б кВ/см, и обеспечить плотность тока 0,05-0,5 мА/м длины катода, то запыленный газ при пропускании его между электродами почти полностью освобождается от взвешенных частиц.

В процессах электроосаждения происходят следующие электрические явления. Вследствие высокой разности потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля (сгущение силовых линий у электрода с меньшей поверхностью - катода) в слое газа у катода образуется односторонний поток электронов, направленный к аноду. В этом слое в результате соударений электронов с нейтральными молекулами газ ионизируется. Внешним признаком ионизации является свечение слоя газа или образование «короны» у катода.

При ионизации образуются как положительные, так и отрицательные ионы; положительные ионы остаются вблизи «короны», а отрицательные направляются с огромной скоростью к аноду, встречая и заряжая на своем пути взвешенные в газе частицы.

Получившие отрицательный заряд взвешенные частицы под действием электрического поля перемещаются к аноду. Скорость движения взвешенных частиц, получивших заряд, невелика; она зависит от размера частиц и гидравлического сопротивления газовой среды. Обычно скорости электроосаждения колеблются в пределах от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров в секунду.

Осаждаемые под действием электрического поля частицы движутся с малой скоростью, поэтому можно принять ламинарный режим движения.

Скорость осаждения сферической частицы под действием силы тяжести в газовой среде при ламинарном движении:

Пренебрегая величиной ρ_г как значительно меньшей по сравнению с величиной ρ_т, (пл.тела) представим соотношение в следующем виде:

Первая дробь в правой части соотношения (2) выражает силу тяжести, действующую на шарообразную частицу:

При определении скорости осаждения частицы под действием электрического поля силу тяжести нужно заменить силой, с которой на заряженную частицу действует электрическое поле

получаем выражение для определения скорости осаждения шарообразной частицы в электрическом поле:

время осаждения частицы может быть найдено по уравнению:

х — расстояние до оси коронирующего электрода, см.

Из соотношения видно, что величина w₀ изменяется с изменением величины х, следуя сложной зависимости, поэтому время осаждения частицы приходится определять решением уравнения методом графического интегрирования.

Аппараты для электроосаждения называют в технике электрофильтрами. Электрофильтры по форме электродов делятся на трубчатые и пластинчатые. Трубчатый электрофильтр показан на рис. 1.

Запыленный газ поступает в аппарат через газоход и распределяется по трубчатым электродам /, внутри которых находятся коронирующие электроды 2. Они подвешены на общей раме 3, опирающейся на изоляторы 5. Осаждающиеся на внутренней поверхности трубчатых электродов частицы стряхиваются ударным приспособлением 4 и собираются в нижней части аппарата. Очищенный газ удаляется через газоход.

Аналогично предыдущему устроен пластинчатый электрофильтр (рис. 2). В этом аппарате коронирующими электродами служат проволоки 1, а осадительными - пластины 2, выполненные из проволочной сетки.

В зависимости от характера осаждаемых из газа частиц различают сухие и мокрые электрофильтры. Первые применяют для очистки газов от пыли, а вторые - от мельчайших капель жидкости, взвешенных в газе. Соответственно химическим свойствам осаждаемых в электрофильтре частиц и температуре газа выбирают материалы, применяемые для изготовления корпуса аппарата и электродов.

В некоторых случаях электрофильтры секционируют и тогда газ пропускают через ряд последовательно соединенных друг с другом секций.

Направление газового потока, параллельное коронирующим электродам, не является обязательным. В пластинчатых электрофильтрах газовый поток может быть направлен перпендикулярно коронирующим электродам.

При расчете электрофильтров обычно исходят из рекомендуемых на основании опытных данных степени очистки, скорости газа в аппарате, времени пребывания газа в электрическом поле и плотности тока.

 

Рис. 1. Трубчатый электрофильтр:

1 - осадителькый (трубчатый) электрод; 2 - нормирующий электрод; 3 - рама; 4 — встряхивающее приспособление; 5 —изоляторы;

/-запыленный газ; //- очищелныи гаэ; /// — пыль

Рис. 2. Пластинчатый электрофильтр:

1- коронирующие электроды; 2- осадительные электроды; 3-рама;
4- изоляторы; / — запыленный газ; // — очищенный газ; /// — пыль