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《北京化工大学》 2012年
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表面润湿对气—固分离过程颗粒堆积行为的影响及模型化研究

杨正羽  
【摘要】:当今世界,环境保护已成为世人关注的热点,颗粒物(尤其是PM2.5)污染对人类和动物健康产生极大的负面影响。过滤除尘器是一种利用含尘气体通过多孔过滤介质,从而达到去除气体中微细固体颗粒物目的的高效率除尘装置。除了颗粒截留率之外,过滤阻力同样是一项评价袋式除尘器性能优劣的重要参数。袋式除尘过程中,颗粒在滤料表面堆积形成滤饼,滤饼过滤阻力过高,则须提高滤料的反清洗频率,不仅会大幅提高能耗,还会对滤料造成损坏,缩短滤料的使用寿命。滤饼空隙率决定了滤饼阻力大小,而空隙率又与颗粒分布、颗粒间作用力密切相关.。因此,提高颗粒间作用力即可降低滤饼阻力,减少滤料反冲洗频率。 颗粒间作用力通常是指范德华力、静电力以及液桥力等作用力,在干燥条件下范德华力作为颗粒间主要作用力,而在潮湿环境中,由于颗粒间液桥的形成,液桥力大幅提高至范德华力的数十倍甚至百倍,并最终表现为颗粒间的主要作用力。因此,在对含尘气体进行过滤处理之前,采用加湿方法对气体中的颗粒进行预润湿,使得颗粒表面形成一层水膜,增大颗粒间液桥力,可以有效提高滤饼空隙率,降低其过滤阻力。 本研究采用蒸汽加湿方法提高环境湿度,使得液态水在颗粒表面发生冷凝,从而达到润湿颗粒的目的。通过测定不同环境湿度下的颗粒坍塌角,考察相对湿度对颗粒间持液量、颗粒间粘附力的影响;以超疏水PTFE膜作为过滤滤料,考察环境湿度对滤饼阻力、反冲洗性能的影响,并结合滤饼固定化技术,对比分析加湿前后滤饼结构的变化;建立数学模型,用于模拟滤饼堆积-压缩-堆积过程,分析颗粒粘附力、颗粒粒径、颗粒摩擦系数以及过滤风速对滤饼微观结构的影响。研究结果表明:1)相对湿度越高,颗粒群持液量越高,颗粒间粘附力明显增大,主要体现为颗粒群坍塌角增大。当空气相对湿度达饱和时,颗粒群含水率约为2%,其坍塌角接近90°;2)提高含尘气体中的相对湿度可以大幅降低过滤压降的增长速率,提高滤饼空隙率,延长单次过滤周期。相对于不加湿条件下,当含尘气体湿度达饱和时,过滤周期可延长3倍以上;3)颗粒间粘附力越大,滤饼结构越疏松,滤饼上表面的可压缩层厚度仅取决于颗粒间粘附力大小。滤饼结构和滤饼空隙率不受过滤过滤风速影响,过滤压降增长速率与风速成正比。滤饼厚度的增长实际表现为滤饼底部压缩层的增长,滤饼的形成过程是一系列滤饼堆积-压缩-堆积的循环过程。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X701.2

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