Фракции пыли с частицами меньше или больше заданного размера

Дисперсный состав пыли

Размер частиц на границах фракций, мкм	<1,5	1,5-2,5	2,5-5	5-7,5	7,5-10	I0-15	15-25	25-35	35-50	>50
Фракции, % от общей массы частиц	2,19	3,73	7,89	13,16	15,45	21,13	18,63	6,06	5,1	6,66

Результаты определения дисперсного состава могут быть представлены в виде таблицы, в которой приведены проценты массы или числа частиц, с размерами меньше или больше заданного. Пример - таблица 2.4.

Таблица 2.4

Размер частиц d, мкм	1,5	2,5
Масса частиц больше d, %	97,81	94,08	86,19	70,74	49,61	30,98	17,82	6,66
Масса частиц меньше d, %	2,19	5,92	13,81	29,26	50,39	69,02	82,18	93,34

Совокупность всех фракций аэрозоля называют фракционным составом его дисперсной фазы, которую можно представлять графически. Откладывая по оси абсцисс значения интервалов, составляющих фракции, а по оси ординат - доли или процентные содержания частиц соответствующих фракций, получают гистограммы - ступенчатые графики фракционного состава. С уменьшением интервалов фракций гистограммы приближаются к плавным кривым. Иногда такие кривые бывают близки по форме к кривой нормального распределения случайных величин, которая описывается двумя параметрами -средним диаметром частиц D_m и стандартным отклонением σ от него:

_{N N N N}

D = Σ M_i ^. D_i /Σ M_i; σ = [Σ M_i (D_m- D_i)²/Σ M_i ]^1/2, (2.1)

^{i= 1 i= 1 i= 1 i= 1}

где М_i - число частиц в i -той фракции.

Теоретически обосновано, что дисперсность пыли, образующейся при измельчении материала в течение достаточно длительного времени, подчиняется логарифмически нормальному закону распределения.

Распределение частиц в реальных аэрозолях отличается от нормального, но для многих из них все же может быть приведено по форме к нормальному, если на графиках по оси абсцисс вместо размеров частиц откладывают значения их логарифмов. В таких случаях считают, что размеры частиц аэрозоля распределены по логарифмически нормальному закону. Кривую логарифмически нормального распределения также можно задать двумя параметрами - логарифмами среднего диаметра и стандартного отклонения от него:

NN N N

lg D_m = Σ M_i ^.lg D_i /Σ M_i; lgσ = [Σ M_i (lg D_m - lg D_i)/Σ M_i ]^1/2, (2.2)

i= 1 i= 1 i= 1 i= 1

Интегральные кривые нормального и логарифмически нормального распределений имеют форму интеграла вероятностей, что позволяет использовать таблицы его значений во всех расчетах, связанных с распределением частиц аэрозоля по размерам.

Удобно построить специальную координатную сетку, в которой интегральная кривая логарифмически нормального распределения преобразуется в прямую линию. График дисперсного состава пыли обычно выполняют в вероятностно-логарифмической системе координат. По оси абсцисс такой системы координат откладывают значения размеров частиц в логарифмическом масштабе, а по оси ординат - доли или процентное содержание частиц в вероятностном масштабе, т.е. значения интеграла вероятностей для соответствующих долей или процентных содержаний частиц.

Стандартное отклонение lg σ определяется из свойства интеграла вероятностей соотношением:

lgσ = lg D _84,1 – lg D_m = lg D_m – lg D _15,9, (2.3)

Рис. 2.1. Вероятностно-логарифмическая система координат

ГОСТ 12.2.043-80 подразделяет все пыли в зависимости от дисперсности на пять групп: I — наиболее крупнодисперсная пыль; II — крупнодисперсная пыль; III — среднедисперсная пыль; IV — мелкодисперсная пыль; V — наиболее мелкодисперсная пыль. Номограмма для определения группы дисперсности пыли показана на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Номограмма для определения группы дисперсности пыли:

δ — размер частиц пыли, мкм; D - суммарная масса всех частиц пыли,

имеющих размер менее данного S, % (от общей массы частиц пыли);

I-V - зоны, характеризующие группы дисперсности пыли.

Если линия, характеризующая дисперсный состав пыли, проходит по нескольким участкам номограммы, пыль относят к группе, более высокой по дисперсности.

Дисперсность аэрозолей характеризует также медианный диаметр.

Медианным (средним) диаметром d ₅₀ называют такой размер частиц, по которому массу аэрозоля можно разделить на две равные части: масса частиц мельче d ₅₀ составляет 50 % всей массы пыли, так же как и масса частиц крупнее d ₅₀.

Плотность — масса единицы объема, кг/м³.

Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность частиц пыли.

Истинная плотность представляет собой массу единицы объема вещества, из которого образована пыль.

Кажущаяся плотность — это масса единицы объема частиц, включая объем закрытых пор. Кажущаяся плотность монолитной, частицы равна истинной плотности данной частицы.

Насыпная плотность — масса единицы объема уловленной пыли, свободно насыпанной в емкость. В объем, занимаемый пылью, входят внутренние поры частиц и промежуточное пространство между ними.

Удельная поверхность аэрозоля - отношение поверхности всех частиц к их массе или объему.

Значение удельной поверхности позволяет судить о дисперсности пыли.

Слипаемость пыли. Склонность частиц к сцеплению друг с другом опеделяется аутогезионными (когезионными) свойствами и в технике пылеочистки получила название "слипаемость".

Взаимодействие пылевых частиц между собой называется аутогезией. Аутогенным воздействием вызывается образование конгломератов пыли. Взаимодействие пылевых частиц с поверхностями называется адгезией.

Обычно, когда речь идет о взаимодействии пылевых частиц между собой, явления аутогезии именуют слипаемостью. Она обусловлена сила-ми электрического, молекулярного и капиллярного происхождения. Устойчивая работа пылеулавливающего оборудования во многом зависит от слипаемости пыли.

В качестве показателя слипаемости принимают прочность пылевого слоя на разрыв, Па.

По степени слипаемости пыли могут быть разделены на четыре группы (табл. 2.5.).

Таблица 2.5

Слипаемостъ пыли

Слипаемостъ пыли Группа слипаемости	Разрывная прочность слоя пыли, Р, Па	Некоторые пыли данной группы
	Неслипающиеся, Р < 60	Доломитовая, глиноземная, шлаковая
II	Слабослипающиеся, Р = 60-300	Коксовая, доменная, апатитовая
III	Среднеслипающиеся, P = 300-600	Несхватывающиеся влажные пыли, цементная, торфяная, металлическая, мучная, пыль с максимальным размером частиц 25 мкм
IV	Сильнослипающиеся, Р>600	Влажные схватывающиеся пыли, цементная, гипсовая, волокнистые пыли (асбестовая, хлопковая, шерстяная); все пыли с частицами не более 10 мкм

Наличие схватывающихся пылей в составе загрязнителей указывает на возможность химических реакций между компонентами выбросов.

Считают, что для влажной пыли степень ее слипаемости должна быть увеличена на один уровень. Слипаемость возрастает с уменьшением размера частиц.

Сыпучесть пыли. Сыпучесть характеризует подвижность частиц пы-ли относительно друг друга и их способность перемещаться под действием внешней силы. Сыпучесть зависит от размера частиц, их влажности и сте-пени уплотнения.

Характеристики сыпучести используются при определении угла на-клона стенок бункеров, течек и др. устройств, связанных с накоплением и перемещением пыли и пылевидных материалов.

Различают статический и динамический угол естественного откоса. Динамический угол естественного откоса относится к случаю, когда про-исходит падение частиц на плоскость.

Под статическим углом естественного откоса (его называют также углом обрушения) понимают угол, который образуется при обрушении слоя в результате удаления подпорной стенки.

Статический угол естественного откоса всегда больше динамического угла естественного откоса.

Гигроскопичностью пыли называется ее способность поглощать вла-гу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие свойства пы-ли, как электрическая проводимость, слипаемость, сыпучесть и др.

Равновесие между относительной влажностью воздуха и влажностью материала выражает изотерма сорбции. Пользуясь изотермой сорбции, можно судить о поведении пыли в аппаратах, емкостях для пыли, пыле-проводах.

Содержание влаги в пыли выражает влагосодержание или влажность. Влагосодержание — отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли. Влажность — отношение количества влаги в пыли ко всему количеству пыли. Гигроскопическая влага пыли, т. е. влага, которая удерживается на ее поверхности, в порах и капиллярах, может быть определена при высушивании пробы пыли до постоянной массы в сушильном шкафу.

Равновесную влажность пыли (изотерму сорбции) определяют, выдерживая ее до постоянной массы в воздушной среде с известной относительной влажностью.

Смачиваемость пыли. На смачивании пыли распыленной водой основано мокрое пылеулавливание. Смачиваемость пыли определяет возможность ее гидроудаления, применение мокрой пылеуборки производственных помещений.

Электрические свойства пыли. Электрические свойства оказывают значительное влияние на поведение пылевых частиц. Электрические силы во многом определяют процесс коагуляции, устойчивость пылевых агрегатов, взрывоопасность пыли, ее воздействие на живые организмы. Электрические свойства пыли должны быть учтены при решении вопросов, связанных с очисткой газов (воздуха) от пыли, в первую очередь, с работой электрофильтров. Данные об электрических свойствах улавливаемой пыли могут быть использованы для оптимизации работы электрофильтров, эффективность и устойчивость которых непосредственно зависит от этих свойств.

Основные электрические свойства пыли — удельное электрическое сопротивление и электрический заряд пыли.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) характеризует электрическую проводимость слоя пыли. УЭС равно сопротивлению прохождения электрического тока через куб пыли со стороной, равной 1 м (Ом^.м).

По значению УЭС пыль можно разделить на три группы: хорошо проводящая < 10² Ом^.м, со средней проводимостью 10^2…10^8-9 Ом^.м, высокоомная >10^8-9 Ом^.м. Электрическое сопротивление пыли обусловлено поверхностной и объемной проводимостью. Поверхностный слой пылинок по своим электрическим свойствам отличается от основной массы вследствие того, что на поверхности адсорбируются влага и газы. Объемная (внутренняя) проводимость определяется проводимостью материала частицы. Она возрастает с повышением повышения температуры в результате энергии электронов. На рис. 2.3. дана зависимость электрического сопротивления слоя пыли от температуры.

Рис. 2.3. Зависимость электрического сопротивления слоя пыли

от температуры.

При комнатной температуре пыль адсорбирует из воздуха влагу. Поверхностная проводимость повышается, сопротивление понижается. По мере повышения температуры происходит испарение влаги и сопротивление возрастает. Затем, при дальнейшем повышении температуры до 90-180°С, благодаря тепловому возбуждению электронов вещества, происходит уменьшение сопротивления. Рассматриваемая кривая отражает два вида электропроводимости - поверхностную и объемную. Таким образом, зная зависимость между температурой и сопротивлением, можно в определенных пределах воздействовать на проводимость пыли.

УЭС пыли зависит также от химического состава, размера и упаковки частиц.

Электрический заряд пыли. Пылевая, как и другая аэрозольная частица, может иметь один или несколько электрических зарядов или быть нейтральной. Аэрозольная система может иметь в своем составе частицы, заряженные положительно, отрицательно, нейтральные. Соотношение этих частиц определяет суммарный заряд системы.

Пылевые частицы получают электрический заряд как в процессе образования, так и после образования, находясь во взвешенном состоянии, в результате взрыва, диспергирования, взаимного трения, трения о воздух, а также вследствие адсорбции ионов при ионизации среды. Последний способ электризации является основным для взвешенных частиц.

Электрическое состояние аэрозольной системы не остается постоянным во времени. В результате взаимодействия друг с другом и с окружающей средой взвешенные частицы получают заряд, отдают его, нейтрализуются.

Электрические свойства пыли оказывают определенное воздействие на устойчивость аэрозоля, а также на характер воздействия пылевых частиц на живой организм. Известно также, что импульсом в процессе образования взрыва может быть заряд статического электричества.

По данным некоторых гигиенистов, пылевые частицы, имеющие электрический заряд, в два раза интенсивнее задерживаются в дыхательных путях, чем нейтральные.

Обычно неметаллические частицы заряжаются положительно, а металлические - отрицательно. Соли NaCl, СаС1 заряжаются положительно, а СaСО₃; Al₂O₃; Fe₂O₃; MgCO₃ - отрицательно.

Частицы, имеющие одноименные заряды, при взаимодействии отталкиваются, разноименные - притягиваются.

Взаимодействие двух тел, размерами которых можно пренебречь, описывается законом Кулона. При высокой концентрации частиц во взвешивающей среде кулоновские силы способствуют процессам коагуляции.

Горючесть и взрываемость пыли. Способность образовывать с воздухом взрывоопасную смесь и способность к воспламенению являются важнейшими отрицательными свойствами многих видов пыли.

Такие вещества, как зерно и сахар, хотя и способны сгорать при определенных условиях, не являются взрывоопасными веществами. Будучи же приведенными в пылевидное состояние, они становятся не только пожароопасными, но и взрывоопасными. Многие виды пыли образуют с воздухом взрывоопасные смеси, которые способны взрываться.

Пыль, находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе помещений, взрывоопасна. Осевшая пыль (гель) пожароопасна. Однако при определенных условиях осевшая пыль способна переходить во взвешенное состояние, образуя взрывоопасные смеси. Может происходить как взрыв, так и горение пыли, находящейся во взвешенном состоянии.

Специфические характеристики пылегазовых выбросов. Все реальные газовые выбросы содержат воду в состоянии перегретого, насыщенного или влажного пара. Молекулы и агрегированные частицы воды диффундируют в отбросные газы, испаряясь и возгоняясь с жидких и твердых поверхностей, уносятся газовым потоком при разбрызгивании и распылении жидко-сти, образуются в газовой фазе при протекании химических реакций (например, при горении топлива), попадают в выбросы вместе с воздухом, участвующим в технологическом процессе.

Максимально возможное содержание водяного пара в неподвижном газовом объеме однозначно связано с параметрами его состояния. Количественно содержание влаги в газах характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютной влажностью или влагосодержанием d называют массу водяных паров, приходящуюся на единицу объема или массы газа. Относительная влажность показывает степень насыщения газа водяным паром и представляет собой отношение имеющегося количества водяного пара в газе к максимально возможному в данных условиях. Относительную влажность удобно выражать через отношение парциального давления водяного пара в газе к давлению (упругости) насыщенного пара при той же температуре.

Носителями загрязняющих выделений большинства производственных выбросов служат воздух или дымовые газы. Упругость насыщенных паров и другие параметры воздуха, загрязненного не более чем на несколько процентов, можно с допустимой для инженерных расчетов погрешностью определять по таблицам и диаграммам влажного воздуха. Влажность дымовых газов зависит от вида, состава, а иногда и способа сжигания потребляемого топлива, от влажности воздуха, поступающего в зону горения и газоходы топливоиспользующего устройства и определяется расчетом по стехиометрическим и балансовым уравнениям.

Если известны значения t (°C), ϕ (%) влажного газа произвольного со-
става и его давление (для атмосферного воздуха - атмосферное давление р
(Па), то остальные параметры можно вычислить по соотношениям:
p _п = ϕ^. p _н Па, (2.6)

ρ_п = ϕ^.ρ_н кг/м³, (2.7)

p _г = p - ϕ^. p _н Па, (2.8)

ρ_г = (p - ϕ^. p _н)/(R _г^. T) кг/м³, (2.9)

d = ϕ^.ρ_н^. R _г^. T /(p - ϕ^. p _н) кг/кг, (2.10)

g _г = (1 + d)^-1 кг/кг, (2.11)

g _п = d /(1 + d) кг/кг, (2.12)

R = (R _г + R _п^. d)/(1 + d) кДж/(кг^.К), (2.13)

c = (c _г + c _п^. d)/(1 + d) кДж/(кг^.К), (2.14)

i = (i _г + i _п^. d)/(1 + d) кДж/кг, (2.15)

где ρ_н, p _н - плотность (кг/м³⁾ и давление (Па) насыщенного пара при заданной температуре T; ρ_п, p _п, g _п - плотность, парциальное давление и массовая доля пара; ρ_г, p _г, g _г - то же, сухого газа; R _п, c _п, i _п - газовая постоянная (кДж/кг^.К), теплоемкость (Дж/кг^.К) и энтальпия (кДж/кг), пара; R _г, c _г, i _г - то же, сухого газа; R, с, i - то же, влажного газа.

В реальных газовых выбросах наряду с влагой всегда присутствует определенное количество твердых частиц, которые находятся в постоянном контакте с жидкой и газовой фазой. В конкретных условиях взаимодействие частиц, находящихся в различных агрегатных состояниях, может проявиться в химических реакциях, механическом смешивании или взаимном растворении.

Для правильного выбора способов обработки твердых и, в особенности, жидких загрязнителей газовых выбросов важно знать не только их дисперсный, но и химический состав. Ингредиенты загрязнителей могут быть инертны или

93химически активны к материалу очистного устройства и коммуникаций, к влаге, сорбентам, могут испаряться, возгоняться, разлагаться, воспламеняться при обработке. Чтобы избежать негативных последствий или непредвиденных результатов разрабатываемого способа обезвреживания, необходимо иметь информацию о химическом составе загрязнителей и свойствах ингредиентов в области параметров, соответствующей условиям их обработки.

Дата добавления: 2014-01-03