Использование процесса нуклеации в технологии очистки газов от пыли, страница 7

2. Адсорбированный на поверхности микрочастицы атом пара может быть десорбирован вследствие термических флуктуаций колебаний поверхности микрочастицы. Десорбированный атом уходит в паровую среду.

3. Адсорбированный на поверхности микрочастицы атом в процессе его миграции может быть захвачен в ловушки, образовав дополнительные связи с атомами микрочастицы, либо быть поглощен внутрь микрочастицы. Плотность и емкость ловушек и стоков для адатомов постоянны. Ловушки расположены на поверхности в пределах свободного диффузионного пробега адатомов по поверхности микрочастицы.

При этих допущениях динамика концентрации адсорбата пара ~ на поверхности микрочастицы может быть описана уравнением

~'(~) = аР(1-Е/п)-фт+ у(~~-ф (5.1),

где а - коэффициент прилипания, Р=р(2ттйТ)'~ - удельный поток атомов пара из паровой среды на поверхность микрочастицы, р - парциальное давление пара, т - масса атома пара, Т - температура, k- постоянная Больцмана, и - плотность вакансий адсорбции атомов пара на поверхности микрочастицы, т = v ехр(ЯТ) - среднее время реиспарения адатомов, г - энергия связи адсорбата на поверхности микрочастицы, v- частота нормальных колебаний адатомов, и - вероятность взаимодействия адатомов с центрами конденсации и ловушками на поверхности микрочастицы. Величина д,» означает удельный поток адсорбата в ловушки, величина дД - обратный поток. Величина ~~, соответствует поверхностной концентрации адсорбата на микрочастице, находящейся в устойчивом равновесии с паром, т.е. тогда, когда решается вопрос, будет ли происходить конденсация.

Теперь рассмотрим два случая равновесия микрочастицы. 1. Микрочастица покрыта конденсатом пара и она находится в равновесии с паровой средой. Из (5.1) при,,"ф) = О, ф=ф~ следует где Ду = аф'~(а~~„//п~+ 1/ф, (5.2),

Р~ = р„дахр(2увЬТг„)(2ппйТ) '~~ (5.3)

- давление насыщения, у- поверхностная энергия, о молекулярный объем конденсата пара, rр - радиус микрочастицы. Индекс f здесь означают, что все параметры соответствуют сорбции на поверхность, покрытую конденсатом.

2. Микрочастица в равновесии с паром, в состоянии, когда на ее поверхности зарождается

Ф

конденсированная фаза в одном или более центров конденсации. Условие равновесия g(t) = О, «=Д для (5.1) дает

Д = аРр((аРр/и+11~, (5.4). Сравнение (5.2) и (5.4) дает

Р„= Р~а/т(аl1+Р~а а/(и/:и)/ип~) (5. 5), что означает, что для появления конденсата на микрочастице с радиусом r~ требуется удельный поток пара и парциальное давление пара, отличные от равновесного для микрокапли конденсата того же размера. Т.о. выяснилась дополнительная подробность тех процессов укрупнения, которые мы использовали при рассмотрении вопросов 2 - 4.

Для простоты дальнейшего анализа можно пренебречь разностью плотности вакансий адсорбции на поверхности микрочастицы и поверхности конденсата, и = rt~ Тогда из (5.5) следует

Р,/Р~ = (а/а)ехр(((ее)ЙТ)) (5.6).

Формула (5.6) отражает три вида селективности процесса образования конденсата пара на микрочастицах. Первый из них - размерная селективность. Действительно, при а = а~ е~ = е из (5.6) следует Р» = Р~ что вместе с (5.3) обнаруживает формулу Кельвина -Томсона

. На всех агрегатах с радиусом больше r~ происходит конденсация. Для инородных пару микрочастиц в общем случае а ~-' а~ Р~ w Рь~ что означает селективность конденсации, связанную с разницей коэффициента прилипания атомов пара к поверхности различных частиц. И, наконец, различие энергий связи атомов пара с собственным конденсатом и с поверхностью микрочастицы е» A 8 обусловливает третий вид селективной конденсации.

Таким образом, мы имеем вполне реальные особенности нуклеации, которые могут быть положены в основу создания тонких процессов селективного укрупнения микрочастиц пыли в запыленном газе с последующим их улавливанием. Дальнейшее более подробное рассмотрение моделей нуклеации, например, в присутствии двухкомпонентного пара, открывает дополнительные очень интересные возможности управления нуклеацией и конденсацией и новые горизонты совершенствования технологий.