ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конденсация пара на ядрах конденсации из "Очистка газов" Атмосферный воздух широко применяется как источник кислорода, как теплоноситель или хла-доагент во всех производственных процессах. Часто воздух используется без предварительной фильтрации, но даже и после фильтрации в нем остается значительное количество ядер конденсации. Таким образом, во всех производственных процессах, в которых применяется атмосферный воздух, циркулирующие в системе газы содержат большое количество взвешенных в них твердых и жидких частиц. [c.52] Если воздух используется как источник кислорода при сжигании топлива, температура рабочего пространства печей и камер горения агрегатов настолько высока, что значительная часть взвешенных частиц испаряется. В результате сгорания уменьшается также размер частиц органических веществ. В производственных процессах газы проходят различные теплообменники, аппараты, башни с насадкой, орошаемой жидкостью, агрегаты с неподвижным или движущимся слоем и т.д. При этом число ядер конденсации может уменьшиться в результате их осаждения либо возрасти за счет наиболее мелких твердых и жидких частиц реагирующих веществ, увлекаемых потоком газа. В любом случае можно считать, что в 1 м воздуха в среднем содержится порядка 10 частиц. [c.53] При конденсации пара на ядрах конденсации частица аэрозоля образуется при выполнении условий механического и термодинамического равновесия капли. [c.53] Каждая молекула жидкости, расположенная внутри капли, подвергается воздействию притяже-. ния со стороны окружающих молекул. Поскольку структура жидкости более или менее симметрична, результирующая сила, действующая на внутреннюю молекулу, равна нулю. [c.53] Для мономолекулярного поверхностного слоя жидкости положение существенно изменяется. На каждую молекулу этого слоя со стороны внутренних объемов капли по-прежнему действует сила притяжения. Что же касается паров жидкости, окружающих каплю, то с их молекулами мономоле-кулярный слой поверхности капли практически не взаимодействует. Поэтому молекулы этого слоя притягиваются внутрь объема капли, причем сила притяжения зависит от природы жидкости, от ее температуры и от кривизны поверхности. [c.53] Величину поверхностного притяжения (натяжения), приходящуюся на единицу длины контура сечения капли, обычно называют коэффициентом поверхностного натяжения или капиллярной постоянной и обозначают буквой л-. Так как для разрушения поверхности капли необходимо совершить работу против сил поверхностного натяжения, то давление в капле р , находящейся в равновесии с паром, будет больше давления пара р. [c.53] Для определения поверхностной силы рассмотрим элемент поверхности жидкости, представляющий собой криволинейный прямоугольник со сторонами 1 и 1 (рис. 2.1). Вследствие разности давлений на рассматриваемую площадку будет действовать сила (р -р)(11 (11 , которая должна быть уравновешена поверхностным натяжением. [c.53] Из данных рис. 2.1 видно, что сила (р -р )с11 с11 уравновешена четырьмя составляющими поверхностных сил. Две из них, равные аЛ,, образуют между собой угол /р, а две других, равных образуют между собой угол с1а. [c.53] Эти соотношения называются уравнениями Лапласа. [c.54] Если имеет место состояние, при котором пересыщение пара в газовой смеси больше S , рассчитанной по уравнению (2.16), то на поверхности ядра будет конденсироваться пар и радиус капли увеличится. Если же пересыщение пара в газовой смеси меньше величины S , то молекулы пара будут испаряться с поверхности капли и радиус капли уменьшится. Наконец, если пересыщение пара в газовой смеси равно S , то возможность роста капель и их испарения одинаковая, т.е. при наличии в газе большого количества капель половина из них будет расти за счет конденсации пара, а другая половина будет испаряться. Следовательно, давление насыщенного пара над каплей, а потому и пересыщение пара, выраженное уравнением (2.16), неустойчиво (метастабильно). [c.55] Кривая S , представленная на рис. 2.2, является равновесной линией. Если для капли радиусом г связанная с ним величина лежит слева от линии, то капля будет испаряться. Если же точка, соответствующая S , расположена справа от равновесной линии, то капля будет расти. Капле, имеющей определенный размер, необязательно соответствует значение S , расположенное на равновесной линии. Приведенная кривая показывает лишь условия, при которых капля будет расти или испаряться. [c.55] При использовании уравнения Кельвина предполагалось, что поверхностное натяжение одинаково для капель всех размеров и зависит лишь от природы жидкости. Однако, если капля очень мала, то к ней трудно применить обычное определение поверхностного натяжения. Имеются некоторые указания экспериментального характера на то, что для мелких капель поверхностное натяжение зависит от их радиуса. С другой стороны, надежных зависимостей = а(г) в настоящее время не имеется, поэтому введение поправок (типа do/dr) в формулу (2.16) лишено практического смысла. [c.55] Если взвешенные в газе капли имеют иной состав, чем конденсирующиеся пары, то описанный механизм образования тумана сохраняется. Однако при прочих равных условиях критическое пересыщение пара может быть различным. Оно ниже в том случае, когда пар реагирует с каплей или когда пар растворяется в жидкости. Пересыщение пара выше в том случае, когда поверхность капли не смачивается конденсирующейся жидкостью. [c.55] При конденсации пара на твердых ядрах конденсации механизм образования тумана такой же, как и на каплях, но пересыщение пара, соответствующее давлению насыщенного пара, для ядер и капель может отличаться в зависимости от природы вещества частиц и их формы. Например, если ядра конденсации состоят из химически активных веществ (по отношению к конденсирующемуся пару), существенно изменяются условия равновесия. Если ядра конденсации имеют пористую структуру, то в этом случае на процесс конденсации будут оказывать влияние капиллярные силы. [c.55] Формирование капель на частицах происходит в результате накопления конденсирующейся жидкости. При этом, независимо от формы, частицы постепенно обволакиваются жидкостью и превращаются в капли. В первом приближении можно принять, что взвешенные частицы имеют шарообразную форму они смачиваются жидкостью, но не вступают с нею во взаимодействие. Условия начала конденсации пара на таких частицах могут быть рассчитаны по уравнению Кельвина. Роль не-смачиваемых ядер в процессе конденсации не выяснена до конца. Это еще одна задача, которую предстоит решить в будущем. [c.56] Вернуться к основной статье