表面活性劑對金屬過濾器效率的影響

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0 引 言

金屬填料型洗滌過濾器其除塵機理是通過淋水在填料表面形成水膜，帶有灰塵的空氣通過填料時，較大的顆粒直接撞擊到液膜上被捕獲，較小的顆粒也通過空氣與液膜的表面接觸被液膜捕獲。填料式除塵器適用于清除滑動性良好的塵埃，并且兼有氣體冷卻或吸收作用。

金屬填料洗滌過濾器是一種自凈濕式過濾器。對于濕式過濾器，通過淋水(或其它溶液)，在過濾材料表面形成液膜，空氣中的雜質(包括固體和液體)被液膜捕獲，然后被淋下來的水(或其他溶液)帶走，流入集水(液)槽后可以集中處理，以避免污染循環的水(液體)。

液體滴在固體表面上，此液體在固體表面可鋪展形成一薄層或以一小液滴的形式停留于固體表面。我們稱前者為完全潤濕，后者為不完全潤濕或部分潤濕。若在固、液、氣三相交界處，作氣-液界面的切線，自此切線經過液體內部到達固-液交界線之間的夾角，被稱之為接觸角(contactangle)，以θ表示之，如圖1所示。

圖1 不完全潤濕形成接觸角θ

若用θ和θ’分別表示液體對固體的接觸角和氣體對固體的接觸角。如圖2所示θ<90°固體是親液固體，反之，θ>90°固體是疏液的。但無論何中情況，θ+θ’都是180°。由此可見，氣體對固體的“潤濕性”與液體對固體的潤濕性恰好相反。利用接觸角的大小來判斷液體對固體的潤濕性具有簡明、方便直觀的優點，但不能反映潤濕過程的能量變化。

圖2 氣液、固液表面的接觸角

生物表面活性劑是指由細菌、酵母和真菌等多種微生物生產的具有表面活性劑特征的化合物。我們也可以用表面活性劑對固體表面進行處理，使其表面吸附一層表面活性劑，來改變固體的表面能的大小。這意味著，我們可以采用添加表面活性劑改變固-液，固-氣和液-氣三個界面的界面張力來調整固體的潤濕性能。我們稱能使液體潤濕或加速潤濕固體表面的表面活性劑為潤濕劑。

1 表面活性劑改善填料表面潤濕狀況的實驗研究目的

由于金屬填料內部結構復雜，為了揭示填料中真實發生的捕捉和過濾過程，進行實驗研究并積累一定數量的實驗數據是必不可少的手段。

2 實驗研究方法

實驗是在室內進行，塵源為大氣塵，過濾處理后的空氣被排到室外。采用的填料為規整式金屬波紋刺孔填料，填料表面經過防腐處理。選用了兩種比表面積的填料它們分別是500+500(由兩個比表面積為500的10 cm厚的填料串聯而成)、500+700(由比表面積分別為500和700的10 cm厚的填料串聯而成)，兩種填料的截面都為590×570 mm(為配合實驗臺)。尺寸如圖3所示。

圖3 實驗填料尺寸

圖4 金屬填料過濾器圖片

通過加入少量潤濕劑，可以有效的減少水的表面張力，提高水對金屬表面的潤濕特性，使水膜的布置更加均勻，進而進一步增大水膜面積，提高除塵效率。研究使用十二烷基磺酸鈉作為潤濕劑(屬于陰離子表面活性劑)，進行實驗研究。

實驗中對比表面積為500+500和500+700的兩塊填料進行了表面活性劑實驗，實驗測試條件是迎面風速為2.5 m/s，淋水密度為1.89 kg/m2s，活性劑濃度為0.1 g/L。

2.1 試驗臺

風系統由原有實驗臺的風道、變頻風機、噴嘴流量計組成，為實驗提供通過填料過濾器的不同的斷面風速。

水系統由管道、布水器、調節閥、浮子流量計、水泵、集液槽組成。

測量系統由微壓計、激光粒子計數器組成，分別測量不同狀態下填料的阻力、過濾效率。

2.2 試驗數據及分析

試驗數據及分析，如圖5～7所示。

圖5 比表面積500+700表面活性對比

圖6 阻力對比

實驗對比數據如圖4～圖6所示。從表中可以看出：加入表面活性劑以后，對于粒徑較大的顆粒，加潤濕劑與不加潤濕劑的差別不大，但對于1 μm的顆粒，過濾效率有很大提高，對于兩種填料的1 μm的過濾效率提高分別為84.8%和97.9%。這主要是因為，由于金屬填料表面的液膜布置更加均勻，液膜有效面積增大，并且由于表面活性劑的使用，改善了顆粒與水之間的浸潤，換句話說就是不容易為液膜捕獲的小粒徑的顆粒也更容易粘在液膜上，因此對于小顆粒的過濾效率有較大的提高。值得一提的是，表面活性劑的使用使金屬填料過濾器的效率有很大提高，而阻力的影響不大。

實驗中還發現，使用十二烷基磺酸鈉作為潤濕劑會生成泡沫，從而加重帶液，這也是對于較大粒徑的粒子有可能加入潤濕劑反而降低過濾效率的原因。因此在實際應用當中，應選用無泡型潤濕劑。

3 結束語

(1)通過實驗方法實際的驗證潤濕劑對金屬填料過濾效率提高效果而阻力的影響不大。

(2)若潤濕劑生成泡沫，將會加重帶液，這也是對于較大粒徑的粒子有可能加入潤濕劑反而降低過濾效率的原因。在實際應用當中，應盡量選用無泡型潤濕劑。

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