Для проведения различных процессов химической техноло­гии, в том числе для очистки газов от ныли и других загрязне­ний, все большее применение находят аппараты с пенным слоем.

Вообще газожидкостную систему (систему во вспененном состоянии), об­разующуюся при обработке газов и жидкостей, можно отнести к пенам лишь условно, поскольку такая дисперсия обладает очень низкой устойчивостью. Поверхностно-активные вещества, вызывающие обильное вспенивание раство­ров, в аппараты с пенным слоем добавлять нельзя, так как, хотя при этом образуется высокий слой стабильной пены, что способствует интенсификации процесса вследствие возрастания поверхности раздела фаз, пена заполняет все свободное пространство аппарата, и это вынуждает вести процесс при малых скоростях потока газа. Таким образом, малоподвижная устойчивая пена снижает интенсивность обработки системы, несмотря на увеличение межфазной поверхности. Поэтому при проведении пенной обработки стремятся получать подвижную малоустойчивую пену с постоянным обновлением ячеек. Это достигается тем, что в качестве пенообразующей жидкости, как правило, используют воду или водные растворы неорганических веществ. Образую­щаяся динамически устойчивая пена мгновенно разрушается с прекращением подачи газа.

Аппараты с пенным слоем для очистки газов по конструк­ции разнообразны. На рис. 60 показана схема наиболее прос-

I Жидкость $12 3 4

* (пульпа) Скорость газа, м/с

Рис. 60. Схема однополочного аппарата с пенным слоем [253]:

I — бункер для суспензии г —решетка; J — пп>цер для внод.| жидкости; / имуцер для выхода газа; 5 — порог; 6 —коробка слива, 7 —диффузор для ввода г. иа

Рис. 61. Зависимость показателей работы аппарата с пенным слоем Or ско­рости потока таза [253]:

/ - висел л сюлба иены; 2 — коэффициент К, >: .1чамсрнзующш1 тепло н ы. ичмк (к дач>, 3 — сопротивление пены потоку газа.

Того однополочного аппарата с пенным слоем [253]. Этот ап­парат имеет горизонтальную или наклонную решетку 2 пред­ставляющую собой металлический лист с отверстиями любой формы, расположенными в определенном порядке. Площадь отверстий решетки составляет 10—40% от площади сечения ап­парата (в зависимости от режима работы). Жидкость через патрубок 3 с постоянной скоростью поступает на решетку. Газ подается снизу через диффузор 7 и, проходя сквозь отверстия, вспенивает находящуюся на решетке жидкость и выходит через штуцер 4. Вспененная жидкость движется в направлении слив­ного устройства 6, переливается через порог 5, разрушается и удаляется из аппарата.

При необходимости можно создать такие условия работы, при которых часть жидкости стекает через отверстия решетки (например, при очистке газа от пыли). Собранную в бункере 1 суспензию удаляют через сливное устройство. В работающем аппарате часть отверстий занята стекающей жидкостью, а дру­гая часть — газом; места прохождения газа и жидкости посто­янно меняются. Пенные аппараты должны работать в опреде­ленном режиме по расходу газа и жидкости. Нарушение режи­ма работы может привести к прорыву газа и резкому уносу жидкости.

Объем вспененной жидкости, обусловливающий эффектив­ность работы аппарата, зависит не только от режима его рабо­ты, но и от физико-химических свойств жидкости. Так, с пони­жением поверхностного натяжения жидкости столб пены возра­стает вследствие увеличения механической прочности пузырь-

9-952
Ков. Повышение вязкости жидкости приводит к снижению вы­соты пенного слоя, поскольку прн этом увеличиваются потерн энергии, затрачиваемые на образование пузырьков. На рис. 61 показана зависимость высоты столба пены, а также других по­казателей работы аппарата от скорости потока газа. Наличие максимума на кривой 1 объясняется равновесием процессов об­разования новых пленок пены и разрушения старых. Снижение высоты столба после достижения максимума с увеличением ско­рости потока газа происходит вследствие преобладающего влия­ния гидродинамического режима разрушения пепы. Дальней­ший рост скорости газа вызывает увеличение высоты слоя пе­ны независимо от свойств жидкости.

Подвижность пены и ее структура зависят от скорости газо­вого потока. Изучение структуры межфазной поверхности дис­персных систем газ — жидкость, образующихся в пеппых аппа­ратах, с использованием киносъемки показало, что в зависи­мости от скорости газа возможны три гидродинамических режима [254]: газ распределен в жидкости, газ и жидкость от­носительно равномерно распределены по объему слоя (обраще­ние фаз) и жидкость распределена в газе. Каждому из ука­занных режимов соответствуют определенные и довольно узкие пределы скоростей газа в полном сечении аппарата. В ходе работы аппарата основные параметры слоя пены (высота, по­верхность контакта фаз, перепад давления) подвергаются пуль - сационным изменениям.

Аппарат работает в пенном режиме при скорости газа в от­верстиях решетки в пределах 6—20 м/с. При меньшей скорости увеличивается количество жидкости, протекающей через отвер­стия, а при большой скорости резко повышается гидравличе­ское сопротивление решетки с пенным слоем.

Скорость потока газа в полном сечении аппарата должна поддерживаться на некотором постоянном уровне (1—4 м/с). При меньшей скорости значительно увеличивается утечка жид­кости и эффективность очистки снижается. Высокая скорость газа не позволяет осуществить пенный режим, наблюдается прорыв газа в виде струй, а степень его очистки уменьшается. Расход жидкости должен находиться в пределах от 0,1 до 0,3 л на 1 м3 газа.

Поскольку при проведении процессов в аппарате с пенным слоем необходимо поддерживать определенную высоту пенного слоя, оптимальную для данного процесса, требуется регулиро­вать рабочий режим. Регулирование достигается изменением расходов газа и жидкости. Для аппаратов с переливными уст­ройствами высота слоя пены поддерживается на требуемом уровне с помощью сливного порога.

Однополочные аппараты широко применяют для очистки от­ходящих газов от пыли.

Улавливание пыли в аппарате протекает в три стадии [285]: осаждение в подрешеточном пространстве (частиц диаметром
более 10 мкм), улавливание в пене в результате удара о се пузырьки (частицы диаметром 4 мкм) и турбулентное осажде­ние в слое пены (более мелкие частицы).

Степепь улавливания твердых частиц зависит от высоты слоя пены и от размеров частиц. Если пылинки Si02 размером до 2,5 мкм оседают в однополочпом промышленном пылеулови­теле только на 74%, то КПД этого аппарата для частиц более 10 мкм составляет 97,4% [253].

Отмечается, что в пенном аппарате лучше улавливается гид­рофильная пыль, чем гидрофобная [256]. Для повышения эф фективности пылеулавливания отходящие газы предварительно обрабатывают аэрозолем раствора ПАВ или пропускают через электрическое поле [253].

Коэффициент полезного действия аппарата с ценным слоем т)п для процессов, полностью завершающихся на одной теоре­тической тарелке, зависит от числа полок п и прн известном ц (КПД одной полки) определяется по уравнению

Т)п= I-(I-Ii)» (8.1)

В работе [255] приведено другое уравнение для расчета эффективности улавливания пыли из воздуха:

1] = I — ехр (—40рп^) (8.2)

Где р„—относительная плотность пены; K — постоянная.

Более совершенными являются цнклонно-пенные аппараты, отличающиеся по конструкции и способу образования пены от рассмотренных выше простых пенных аппаратов. В них в пол­ной мере реализованы преимущества циклонных устройств и пенных аппаратов. Высокая эффективность циклоппо-иенных аппаратов обусловлена тем, что в них используется действие центробежных сил, а инерционные силы значительно больше, чем простых аппаратов с пенным слоем (рис. 62).

Поток воздуха поступает в улитку 1, закручивается в пей и попадает в цилиндрический (или конический) участок аппара­та 2, где, встречаясь с потоком воды из форсунок 3, вспенива­ет ее. Далее воздух поступает в устройство для разделения двух­фазной среды (на рисунке не ука­зан) и после отделения от капель воды во влагоотделнтеле 4 выбра­сывается через патрубок 5.

Исследования показали [257], что устройства подобного типа обес-

Воздух

Рис. 62. Схема цнклошю-пенпого аппара­та [257]:

/ — улнтьа; 2 — цилиндрический участок: Я — форсунка, ■/— в.|лгоотдслнтсль; 5 — патрубок

Печивают очистку воздуха от угольной пыли на 99% (задержи­вается 95%| частиц от 7,5 до 180 мкм).

Для очистки газов от пыли применяют также струйно-пен - ный способ. Он основан на совместном использовании инжек - ционно-струйной и пенной очисток и заключается в инжекцион - ном контактировании жидкости с газом и последующем обра­зовании пены.

При проектировании пенных аппаратов основное внимание следует уделять решетке как наиболее важной детали. Для эффективной работы аппарата необходимо обеспечить равно­мерное поступление газа н жидкости. Рекомендации по проек­тированию аппаратов с пенным слоем и расчетные уравнения даны в работах [253, 257].