Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Urządzenia oczyszczania gazów i powietrza
Pojęcia podstawowe
Aerozol jest układem dwu- lub trójfazowym składającym się
ze stałej lub ciekłej fazy rozproszonej oraz gazowego
Wykład 3
ośrodka dyspersyjnego   nośnika . Układ ten musi spełniać
warunek stabilności.
Pył jest to faza stała w postaci cząstek mniejszych od 300
�m, rozproszona w gazowym ośrodku dyspersyjnym 
tworząc postać aerozolu lub w postaci usypanej warstwy.
Mgła jest aerozolem zawierającym rozproszone kropelki
Dr inż. Jerzy Sowa
cieczy o średnicach poniżej 10 �m powstałe w wyniku
Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa
dyspersji lub kondensacji.
Politechnika Warszawska
Odpylanie i okraplanie Powierzchnia ziarna pyłu
Istotą procesów odpylania i odkraplania jest oddzielenie Charakter porów ziaren pyłu wpływa na wielkość
cząstek fazy stałej lub ciekłej od fazy gazowej, powierzchni ziarna, przy czym może być ona definiowana
stanowiącej fazę ciągłą - nośnik, w której rozproszone jako:
są cząstki.  powierzchnia projekcyjna ziarna Ap czyli powierzchnia rzutu
ziarna na płaszczyznę;
 powierzchnia zewnętrzna (kinetyczna) Ak, czyli całkowita
W przypadku gdy oddzielane są cząstki stałe mówimy o
powierzchnia zewnętrzna ziarna wraz z powierzchniami otworów
odpylaniu, natomiast gdy oddzielane są cząstki cieczy,
porów na niej, ale nie obejmująca powierzchni wewnętrznej
wtedy mówimy o odkraplaniu lub odemglaniu lub porów otwartych, półotwartych i zamkniętych;
ogólnie - rozdzielaniu aerozoli.  powierzchnia całkowita (statyczna) ziarna As, czyli powierzchnia
zewnętrzna wraz z powierzchnią porów otwartych i półotwartych,
ale bez powierzchni porów zamkniętych.
Powierzchnie właściwe ziarna i
Objętość ziarna pyłu
porowatość
Pojęciom powierzchni zewnętrznej i całkowitej odpowiadają podobnie
definiowane (ze względu na udział porów) objętości:
Powierzchnie właściwe ziarna:
- objętość całkowita (kinetyczna, pozorna) Vk - jest sumą objętości
kinetyczna - Awk lub statyczna - Aws są definiowane jako
litego, nieporowatego materiału tworzącego ziarno i wszystkich
stosunek odpowiedniej powierzchni ziarna (kinetycznej Ak lub
jego porów;
statycznej As) do masy ziarna pyłu mp.
- objętość bezwzględna (statyczna) Vs - rozumiana jako wyłącznie
objętość litego materiału ziarna
Porowatość ziarna �z =Vp/ Vk - to stosunek objętości porów Vp
=Vk - Vs do pozornej (kinetycznej) objętości ziarna Vk.
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Gęstość pyłu Zastępcze kształty i wielkości
Konsekwencją wyróżniania pozornej i całkowitej objętości Projekcyjna zastępcza średnica ziarna pyłu dp, tj. średnica,
ziarna jest także zróżnicowanie pojęcia gęstości na: koła którego powierzchnia jest równa powierzchni projekcyjnej
rozpatrywanego ziarna Ap:
- gęstość pozorną (kinetyczną) �k =mz/Vk tj. stosunek masy
mz ziarna do całkowitej (kinetycznej) objętości ziarna Vk ;
- gęstość bezwzględną �p, nazywaną także gęstością pyłu,
1/ 2
a rozumianą jako gęstość litego, nieporowatego materiału
4Ap
�# ś#
(ciała stałego) tworzącego ziarno. dp = ś# ź#
ś# ź#
Ą
�# #
Zastępcze kształty i wielkości Zastępcze kształty i wielkości
Powierzchniowa (kinetyczna) zastępcza średnica ziarna Powierzchniowa (statyczna) zastępcza średnica ziarna
pyłu dVk, tj. średnica kuli o objętości równej całkowitej pyłu dVk, tj. średnica kuli o objętości równej
(kinetycznej) objętości rozpatrywanego ziarna Vk bezwzględnej (statycznej) objętości rozpatrywanego
ziarna Vs
1/ 3 1/ 3
6Vk 6Vs
�# ś# �# ś#
dVk = dVs =
ś# ź# ś# ź#
Ą Ą
�# # �# #
Zastępcza prędkość swobodnego
Inne wielkości fizycznych
opadania w powietrzu i zastępcza
charakteryzujące ziarna pyłu
średnica aerodynamiczna
Zastępcza prędkość swobodnego opadania w powietrzu up - tj. Stała dielektryczna ziarna � rozumiana jako stała dielektryczna
prędkość ruchu ustalonego, jakim porusza i (opada) rozpatrywane substancji tworzących ziarno;
ziarno pyłu wyłącznie pod wpływem siły ciążenia w nieruchomym
Całkowity ładunek elektryczny ziarna qc tj., iloczyn bezwzględnej
powietrzu (w warunkach normalnych - 0�C, ciśnienie 1013 hPa,
wartości ładunku elementarnego i liczby ładunków elementarnych
wilgotność względna powietrza Ć <50%).
znajdujących się na ziarnie
Elektryczny ładunek ziarna q, tj. wypadkowy (nadmiarowy jednego
Zastępcza średnica aerodynamiczna ziarna pyłu dp, definiowana znaku) ładunek ziarna�
jako średnica kuli utworzonej z materiału o gęstości równej
Graniczny elektryczny ładunek ziarna qg tj. maksymalny
gęstości bezwzględnej badanego pyłu, której prędkość opadania
wypadkowy (nadmiarowy) ładunek ziarna, jaki może ono uzyskać
swobodnego w powietrzu (w warunkach normalnych) jest równa
w określonych warunkach.
prędkości opadania rozpatrywanego ziarna w takich samych
warunkach.
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Właściwości pyłu osadzonego Własności reologiczne oddzielonych pyłów
kinetyczna porowatość warstwy pyłu �pk - stosunek objętości porów kąt nasypu pyłu ąn tj. kąt między tworzącą a poziomą podstawą stożka
utworzonych pomiędzy ziarnami (bez porów ziaren) do łącznej objętości powstającego przy swobodnym nasypaniu pyłu;
warstwy pyłu lub objętości pyłu zgromadzonego;
kąt zsypu pyłu ąz tj. minimalny kąt nachylenia do poziomu płaszczyzny,
statyczna porowatość warstwy pyłu �ps - stosunek sumy objętości porów na której znajduje się warstwa pyłu, przy którym to kącie rozpoczyna się
ziaren pyłu i porów utworzonych pomiędzy ziarnami pyłu w warstwie do zsuwanie (zsypywanie) pyłu. Parametr ten ma istotne znaczenie przy
łącznej objętości warstwy pyłu lub pyłu zgromadzonego; projektowaniu lejów zsypowych odpylaczy i zasobników pyłów (oczywiście
na wartość kąta zsypu mają wpływ własności materiału i powierzchni po
gęstość pozorna warstwy pyłu �p - stosunek masy tej warstwy do jej
którym pył się zsuwa;
objętości, która zależy od warunków powstania tej warstwy i w związku z
tym wyróżnia się: rezystywność pyłu (oporność właściwa) �wp  rozumiana jako elektryczna
oporność właściwa warstwy pyłu. Jest to bardzo istotny parametr
gęstość pyłu zsypanego �pz tj. masę jednostki objętości pyłu
uwzględniany przy ocenie warunków i możliwości odpylania
bezpośrednio po zsypaniu go (utworzeniu warstwy),
elektrostatycznego i filtracji w filtrach tkaninowych;
gęstość pyłu składowanego �ps tj. masę jednostki objętości pyłu
pobranego z miejsca składowania,
gęstość pyłu utrzęsionego �pu tj. masę jednostki objętości pyłu pobranego
z utrzęsionej warstwy.
Najważniejsze siły występujące w
Skład frakcyjny - gęstość rozkładu qr(dp)
procesach odpylania
a) b)
Gęstość rozkładu  skład frakcyjny
jest więc udziałem odniesionym do Kc
sze�rokości przedziału dp2 �dp1.
a)  siła ciężkości,
Kg
Pozwala ona ocenić, jaki jest udział qr
b)  siła Culomba,
poszczególnych frakcji cząstek w
c)  siła odśrodkowa,
całej ich ilości. Udział
c) d)
poszczególnych frakcji cząstek
d)  siła oporu.
wr
może być wyznaczony również jako
stosunek ich mas odniesiony do
qr(dp1,dp2) wp w
wp
całkowitej masy analizowanej próbki
Kz
Kw
pyłu.
r
dpmin dp1 dp2 dpmax
dp
Siła ciężkości Kg Siła Coulomba Kc,
Np.. Dla elektrofiltra rurowego
1
3 U
Kg = mp �" g = �"  �" d �" � �" g
p p Kc = Q �" E = Q �"
6
r1
r �"ln( )
r2
gdzie:
Q  wielkość ładunku elektrycznego cząstek,
gdzie:
E  natężenie pola elektrostatycznego,
mp - masa ziarna pyłu
U  napięcie, czyli różnica potencjałów pomiędzy dwoma
dp - średnica ziarna pyłu
elektrodami,
�p - gęstość ziarna pyłu,
r1, r2  promienie krzywizny elektrody zbiorczej i koronującej,
g - przyspieszenie ziemskie r  bieżący promień, czyli aktualna odległość cząstki od
elektrody koronującej.
ekr
s j
El
toda emi yna
Elektroda osadcza
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Siła  odśrodkowa Siła oporu Kw
w2 1 3 w2
p p
Kw = 3�"  �"� �" d �" wr
Kz = mp �"�2 �" r = mp �" = �"  �" d �" � �"
p
p p
r 6 r
gdzie: gdzie:
� - prędkość kątowa cząstki �  dynamiczny współczynnik lepkości gazu,
wp - lokalna prędkość cząstki w kierunku zgodnym z krzywizną wr  prędkość względna pomiędzy gazem (w), a cząstką (wp).
toru,
r - promień lokalnej krzywizny toru.
Siły zatrzymania - przyczepności Skuteczność separacji �
Siły przyczepności decydują o zaczepieniu cząstek na
Na podstawie bilansu masy pyłu:
powierzchni kolektora zbiorczego. Istota sił przyczepności,
mO
mW
występujących w rzeczywistych odpylaczach i odkraplaczach,
nie jest jeszcze zadowalająco wyjaśniona. Na drodze badań
doświadczalnych ustalono, że nie wszystkie cząstki, które
docierają do powierzchni kolektora, zostają na nim
zatrzymane. Efekt zatrzymania i zaczepienia cząstek próbuje
mz
się opisać teoretycznie za pomocą współczynnika
prawdopodobieństwa zaczepienia. Jego wielkość, z całą
pewnością zależy od kształtu, wielkości i materiału cząstek, jak mz mz mw - mo
� = = =
również od prędkości, z jaką cząstki uderzają o powierzchnię
mw mz + mo mw
kolektora zbiorczego.
Skuteczność separacji � Skuteczność separacji �
Używając stężeń pyłu:
� = f (d ,V , Sw, n,T,�, P, r, q,� )
p
Vw �" Sw -Vo �" So
dp - średnica ziarna pyłu,
� =
V - natężenie przepływu gazu
Vw �" Sw
Sw - stężenie zapylenia na wlocie odpylacza
n - parametry pyłu inne niż wymiar (oporność, higroskopijność itp.)
T - temperatura gazów wlotowych
Gdy
Vw = Vo
� - wilgotność gazów wlotowych
P - ciśnienie gazu
r - skład chemiczny gazów
So
q - pulsacje przepływu gazów
� = 1-
� - czas pracy odpylacza
Sw
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Przedziałowa skuteczność separacji �pd Przedziałowa skuteczność separacji �pd
Przedziałowa (skuteczność) oczyszczania odnosi się Przedziałwa (skuteczność) oczyszczania odnosi się
do określonych przedziałów wymiarowych ziaren pyłu do określonych przedziałów wymiarowych ziaren pyłu
1
mz d
wlot
� =
pd
b
a
mwd
mwd
� =
"�pd wylot
0
mw
dp
dp
Sprawność przedziałowa oczyszczania �pd Sprawność oczyszczania zespołu
a sprawność całkowita � odpylaczy połączonych szeregowo
mzd mwd -(1-�)mod
�c = 1-(1-�1)(1-�2)K(1-�n)
mz mw mo
� =� � =
pd pd
mwd mwd
mw mw
& .
��#mzd mz ś#
ś# ź#
�# #
�pd =
od
��# mzd mz ś# + (1-�)m mo
ś# ź# Uwaga :
�i = f (�1,�2,K,�i-1)
�# #
Wskaz
niki eksploatacyjne charakteryzujące
Możliwe podziały urządzeń odpylających
urządzenia oczyszczające
 wskaz
nik zapotrzebowania mocy [kW/(1000 Nm3/h
Przykładowe kryteria podziału:
oczyszczanego gazu)]
 Zasada działania (!)
 wskaz
nik zapotrzebowania energii [kWh/1000 Nm3
 Zastosowanie,
oczyszczanego gazu]
 wskaz
nik wymiarów urządzenia (kubatura) [m3/ (1000 Nm3/h
 Skuteczność
oczyszczanego gazu)]
 Rodzaj oczyszczanego gazu
 wskaz
nik zużycia środka oczyszczającego i czynników
energetycznych (woda, sorbenty, para do absorpcji)
[kg/1000 Nm3 oczyszczanego gazu
 koszty oczyszczania (inwestycyjne + eksploatacyjne), częste
kryterium wyboru danej metody oczyszczania [PLN/1000 Nm3
oczyszczanego gazu]
F
3
�
q
F
100 %
�
%
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Podstawowy podział urządzeń
Podział odpylaczy suchych
odpylających:
Przyjęte oznaczenie X.Y.Z 1.1. Siła ciążenia
X: Rozróżnienie 1.1.1. Komory osadcze proste
1. odpylacze suche 1.1.2. Komory osadcze z poziomymi półkami
2. odpylacze mokre
Y: Rozróżnienie zjawiska fizycznego wykorzystanego 1.2. Siła bezwładności
do oddzielenie pyłu
1.2.1. Odpylacze inercyjne
Z: Rozróżnienie typu rozwiązania konstrukcyjnego
1.3. Siła ciążenia i bezwładności
1.3.1. Komory osadcze z labiryntowymi przegrodami
Komora osadcza Komora osadcza z półkami
Odpylacze inercyjne
Podział odpylaczy suchych
1.4. Siła odśrodkowa (szczególny przypadek siły
bezwładności)
1.4.1. Cyklony pojedyncze
1.4.2. Cyklony pojedyncze z koncentratorem
1.4.3. Cyklony bateryjne
1.4.4. Multicyklony ze zmianą kierunku przepływu gazu
1.4.5. Multicyklony osiowe
1.4.6. Odpylacze o ruchu obrotowym obudowy
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Odpylacze inercyjne
Podział odpylaczy suchych
1.5. Siła  odśrodkowa i siła Coriolisa
1.5.1. Odpylacze wirnikowe
1.6. Siła elektrostatyczna
1.6.1. Odpylacze elektrostatyczne rurowe
1.6.2. Odpylacze elektrostatyczne płytowe pionowe
1.6.3. Odpylacze elektrostatyczne płytowe poziome
1.6.4. Odpylacze elektrostatyczne z rozdziałem strefy
jonizacji i strefy wydzielania pyłu
Elektrofiltr
Podział odpylaczy suchych
1.7. Filtracja  połączone działanie siły bezwładności, siły
dyfuzji i siły elektrostatycznej
1.7.1. Odpylacze filtracyjne, warstwa sypka, regeneracja
periodyczna
1.7.2. Odpylacze filtracyjne, warstwa sypka, regeneracja
ciągła
1.7.3. Odpylacze filtracyjne, warstwa papier , włóknina,
1.7.4. Odpylacze workowe nadciśnieniowe
1.7.5. Odpylacze workowe podciśnieniowe
1.7.6. Odpylacze workowe ramowe
1.7.7. Odpylacze ceramiczne
Filtr workowy