Лекция: «Основные свойства пылей для понимания механизмов очистки газовых выбросов от твердых частиц и аэрозолей»

Надежность и эффективность работы систем пылеочистки в значительной степени зависят от физико-химических свойств улавливаемой пыли.

Рассмотрим основные свойства взвешенных частиц.

Плотность частиц. Различают истинную d, насыпную Δ и кажущуюся δ плотности.

Насыпная плотность - плотность порошкообразного материала в рыхлонасыпанном состоянии. При слёживании насыпная плотность возрастает в 1,5 раза.

Кажущаяся плотность - масса частицы, отнесенная к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Гладкие монолитные, как и первичные частицы имеют кажущуюся плотность, совпадающую с истинной.

Истинная плотность - плотность частиц, не имеющих пор. Снижение кажущейся плотности по отношению к истинной наблюдается у пылей, склонных к коагуляции или спеканию первичных частиц, например, у сажи, оксидов металлов и пр.

Дисперсность частиц. Методы улавливания пыли зависят от ее дисперсности, т. е. количественного распределения частиц пыли по размерам. В зависимости от размера частиц пыль подразделяется на несколько видов - макроскопическая - более 10 мкм; микроскопическая 0,25-10 мкм; ультрамикроскопическая 0,01-0,25 мкм; субмикроскопическая - менее 0,01 мкм.

Частицы пыли имеют различные размеры, т.е. полидисперсны. Кроме того, имеют различную форму. В процессе коагуляции первичные частицы пыли объединяются в агломераты, т.е. укрупняются. Поэтому в технике газоочистки для дисперсного анализа пыли введены понятия стоксовского или седиментационного, аэродинамического и медианного диаметров.

Стоксовский или седиментационный диаметр - это диаметр сферической частицы, имеющей такую же скорость осаждения, как и данная несферическая частица или агрегат.

Аэродинамический диаметр - диаметр сферы, скорость осаждения которой соответствует скорости осаждения частицы плотностью 1000 кг/м³.

Медианный диаметр или медиана распределения δ₅₀ соответствует такому диаметру, по которому масса всех частиц делится на две равные части. Масса всех частиц, диаметр которых < δ₅₀, составляет 50% от общей массы частиц. Медианный диаметр находят с помощью интегральной кривой распределения.

Существует классификационная номограмма пыли по дисперсности. Для определения классификационной группы заданной пыли наносят на номограмму точки, соответствующие содержанию каждой фракции пыли. Положение образованной линии в той или иной зоне номограммы указывает на принадлежность заданной пыли к соответствующей классификационной группе (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Номограмма пыли по дисперсности

 

Адгезионные свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц может привести к забиванию пылеулавливающих аппаратов. Чем меньше размер частиц, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. По степени слипаемости пыль ориентировочно разделена на 4 группы: неслипающаяся, слабослипающаяся, среднеслипающаяся, сильнослипающаяся.

Со слипаемостью тесно связана другая характеристика пыли - ее сыпучесть. Сыпучесть оценивается по углу естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии. Определяет характер движения пыли в бункерах.

Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла при одинаковых скоростях газов и концентрациях пыли. Она зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц.

Смачиваемость частиц водой оказывает определенное влияние на эффективность мокрых пылеуловителей. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, т.к. последние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.

Гигроскопичность и растворимость частиц способствуют их улавливанию в аппаратах мокрого типа. Определяются химическим составом частиц, их размером, формой и степенью шероховатости.

Удельное электрическое сопротивление слоя пыли (УЭС) зависит от свойств отдельных частиц, а также от структуры слоя и параметров газового потока. Оно оказывает существенное влияние на работу электрофильтров.

Электрическая заряженность частиц (ЭЗЧ) зависит от способа их образования, химического состава, а также свойств веществ, с которыми они соприкасаются. ЭЗЧ оказывает влияние на поведение частиц в газоходах и эффективность улавливания в ГОУ (газоочистной установке). ЭЗЧ влияет на взры-воопасность и адгезионные свойства частиц. Например, в бункерах электрофильтров свежеуловленная пыль, сохраняя заряд, имеет угол естественного откоса примерно около 0 ^оС, т.е. ведет себя почти как жидкость. Через несколько часов, с потерей заряда угол возрастает до 50 ^оС, а иногда до 90 ^оС.

Способность пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.

Горючая смесь вследствие сильно развитой поверхности контакта частиц с кислородом способна к самовозгоранию и образованию взрывчатых смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли зависит от ее химических и термических свойств, от размеров и формы частиц, их концентрации в воздухе, от влагосодержания и состава газов, размеров и температуры источника воспламенения и от относительного содержания инертной пыли. При повышении температуры воспламенение иногда происходит самопроизвольно. Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли органических веществ, образующиеся при переработке зерна, красителей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов (магния, алюминия, цинка).

Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли –  20-500 г/м³, максимальные - 700-800 г/м³. Чем больше содержание кислорода в газовой смеси, тем вероятнее взрыв, при содержании кислорода менее 16% пылевое облако не взрывается.

 

 

ЗАДАНИЕ

По материалам лекции составьте таблицу:

Свойства пыли	Характеристика свойств пыли
Плотность частиц	…
и т.д.…	…