Осаждение взвешенных частиц на пленку жидкости

Действие различных сил на частицу пыли, подведенную к по­верхности жидкости, показано на рис. 4.10. Поскольку наибольший интерес представляет перемещение частицы в перпендикулярном по отношению к поверхности пленки направлении, суммируем дей­ствие всех вертикальных слагающих этих сил:

где - длина периметра смачивания, м; - равновесный угол, град; - пло­щадь частицы на уровне трехфазной границы, м²; - разность высот уровня жидкости и периметра смачивания, м; - масса вытесненной частицей жид­кости, кг.

Рисунок 4.10 - Равновесие частицы пыли на поверхности пленки жидкости. Объяснение см. в тексте.

С другой стороны (где и - соответственно угол смачивания и формы, град).

Величина hв уравнении (4.42) является функцией уг­ла , которая определяется формой поверхности жидко­сти. По мере уменьшения раз­меров погружаемого тела эта форма приближается к цилиндрической и для небольших по величине частичек пыли можно вос­пользоваться формулой

где - радиус цилиндра, м.

Согласно уравнениям (4.42) и (4.43), угол а уменьшается с уменьшением внешней силы и массы частицы. Для частиц, раз­меры которых по всем трем направлениям не превышают 100 мкм, лри угол практически равен 0 и соответственно .

Угол формы для выпуклых частиц может принимать сколь угодно малые значения только на верхней грани частицы или на верхнем горизонтальном участке поверхности. Значения больше 90° он может принимать только на нижней грани или на нижнем горизонтальном участке поверхности. Поэтому хорошо смачивае­мые частицы, у которых угол очень мал, плавают целиком по­груженные в жидкость. Не смачиваемые частицы ( >90°) нахо­дятся в газовой среде. С увеличением внешней силы равновес­ный угол возрастает до некоторого максимального значения, по­сле чего частица тонет в жидкости. Смачиваемая частица тонет при = . Для частиц кубической формы размером меньше 100 мкм сила, необходимая для погружения смачиваемой частицы в жидкость, может быть определена по формуле:

где - сторона куба, м.

Частица, не смачиваемая жидкостью, тонет в ней, когда =90°, . При погружении частицы в жидкость необходимо осу­ществить работу погружения А (Дж):

где Н - путь, проходимый частицей при ее погружении в жидкость, м. Для смачиваемых частиц небольшого размера

а для не смачиваемых

где

Приравнивая работу погружения частицы ее кинетической энер­гии (где - скорость погружения, м/с), можно определить минимальную нормальную скорость, с которой должна удариться частица о поверхность жидкости, чтобы утонуть в ней. Поскольку работа погружения в жидкость шара меньше, чем рав­новеликого куба, то минимальные скорости, при которых частица начнет тонуть в жидкости, будут несколько меньше, чем получае­мые по приведенному выше расчету.

Расчетом установлено, что при толщине пленки, большей попе­речного размера частицы, работа отрыва частицы значительно превосходит работу, необходимую для ее погружения в слой жид­кости. Поэтому для предотвращения вторичного уноса частиц га­зовым потоком после удара их о свободную поверхность жидкой пленки толщина пленки должна составлять не менее 0,2-0,3 мм. Частица может возвратиться в газовый поток, если при ударе она столкнется с другой частицей, уже закрепившейся в слое жидко­сти. Поэтому увеличение концентрации частиц и недостаточно ин­тенсивный отвод их жидкостью приводит к снижению эффективно­сти захвата частиц стекающей пленкой.