Основні властивості пилу і ефективність його вловлювання

Густина частинок.Розрізняють істинну, насипну і уявну густину. Насипна густина (на відміну від істинної) враховує повітряний прошарок між частинками пилу. При злежуванні насипна густина зростає в 1,2-1,5 рази.

Уявна густина є відношенням маси частки до займаного нею об'єму, включаючи пори, пустоти і нерівності. Гладкі монолітні частки мають густину, яка практично співпадає з істинною. Пил, схильний до коагуляції і спікання, знижує уявну густину по відношенню до істинної.

Дисперсність частинок.Розмір частинки є основним її параметром. Вибір пиловловлювача визначається дисперсним складом пилу, що вловлюється.

Частинки промислового пилу мають різну форму (кульки, палички, пластинки, голки, лусочки, волокна і т. д.). Частинки пилу можуть коагулюватися і об'єднуватися в агломерати, тому поняття розміру частинки умовне. У пиловловлюванні прийнято характе­ризувати розмір частинки величиною, що визначає швидкість її осадження. Такою величиною служить седиментаційний діаметр – діаметр кулі, швидкість осадження і густина якої рівні швидкості осадження і щільності частки. При цьому сама частка може мати довільну форму. Пилові частки різної форми з однією і тією же масою і осідають з різною швидкістю. Чим ближче їх форма до сферичної, тим швидше вони осідають.

Найбільший і найменший розміри часток характеризують діапазон дисперсності даного пилу. Для характеристики дисперс­ного складу пилу розбивають всю масу пилинок на деякі фракції, обмежені частками певного розміру з вказівкою, яку частину у відсотках за масою (або за числом часток) вони складають.

Адгезійні властивості часток. Ці властивості часток визначають їх схильність до злипання. Підвищена злипаємість часток може привести до часткового або повного забивання апаратів.

Чим менше розмір часток пилу, тим легше вони прилипають до поверхні апарату. Пил, у якого 60-70% часток мають діаметр менше 10 мкм, злипається, а той же пил із розміром часток більше 10 мкм володіє доброю сипучістю.

За здатністю до злипання пил ділиться на 4 групи (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 – Класифікація видів пилу за здатністю до злипання

Характеристика пилу	Вид пилу
Не злипається	Сухий шлаковий, кварцевий; суха глина
Слабо злипається	Коксовий; магнезитовий сухий; апатитовий сухий; доменний; колошниковий летючий попіл, що містить багато незгорілих продуктів; сланцевий попіл
Средньо злипається	Торф’яний; вологий магнезитовий; металевий, що містить колчедан, оксиди свинцю, цинку і олова; сухий цемент; летючий попіл без недопалку; торф’яний попіл; сажа, сухе молоко; мука, тирса
Сильно злипається	Цементний; виділений з вологого повітря; гіпсовий і алебастровий; що містить нітрофоску, подвійний суперфосфат, клін­кер, солі натрію; волокнистий (азбест, бавовна, шерсть)

Із здатністю до злипання тісно пов'язана інша характеристика пилу – його сипучість. Сипучість пилу оцінюється за кутом природного укосу, який приймає пил в свіжонасипаному стані.

Абразивність частинок. Абразивність пилу характеризує інтенсивність зносу металу при однакових швидкостях газів і концентраціях пилу. Вона залежить від твердості, форми, розміру і щільності частинок. Абразивність враховують при розрахунках апаратури (вибір швидкості газу, товщина стінок апаратури і облицювальних матеріалів).

Змочуваністьчасток. Змочуваність часток водою впливає на ефективність мокрих пиловловлювачів, особливо при роботі з рециркуляцією. Гладкі частки змочуються краще, ніж частки з нерівною поверхнею, оскільки останні більше покриті абсорбованою газовою оболонкою, що ускладнює змочування.

За характером змочування всі тверді тіла розділяють на три основні групи: 1) гідрофільні матеріали – добре змочуються: кальцій, кварц, більшість силікатів і окиснених мінералів, галогеніди лужних металів; 2) гідрофобні матеріали – погано змочуються: графіт, вугілля, сірка; 3) абсолютно гідрофобні – парафін, тефлон, бітуми.

Гігроскопічність часток. Здатність пилу вбирати вологу залежить від хімічного складу, розміру, форми і міри шорсткості поверхні часток. Гігроскопічність сприяє їх уловлюванню в апаратах мокрого типу.

Електрична провідність шару пилу. Цей показник оцінюється за питомим електричним опором шару пилу, який залежить від властивостей окремих часток (від поверхневої і внутрішньої електропровідності, форми і розмірів часток), а так само від структури шару і параметрів газового потоку. Вона істотно впливає на роботу електрофільтрів.

Залежно від питомого електричного опору, пил ділять на три групи:

1) низькоомний пил з опором < 10⁴ Ом· см. При осадженні на електроді частинки пилу миттєво розряджаються, що може привести до вторинного винесення;

2) пил з опором 10⁴ – 10¹⁰ Ом·см. Цей пил добре улов­люється в електрофільтрі, оскільки розрядка частинок відбувається не відразу, а протягом часу, необхідного для накопичення шару;

3) пил з опором 10¹⁰ – 10¹³ Ом·см. Вловлювання пилу цієї групи в електрофільтрах викликає великі труднощі. Частинки пилу цієї групи утворюють на електроді пористий ізолюючий шар.

Електрична зарядженість часток. Знак заряду часток залежить від способу їх утворення, хімічного складу, а також від властивостей речовин, зіз якими вони стикаються. Цей показник впливає на ефективність уловлювання в газоочисних апаратах (мокрих пиловловлювачах, фільтрах і ін.), на вибухонебезпеку і адгезійні властивості часток.

Здатність частинок пилу до самозагорання і утворення вибухонебезпечних сумішей з повітрям. Горючий пил унаслідок сильнорозвинутої поверхні контакту частинок (порядку 1м²/г) з киснем повітря здатний до самозагорання і утворення вибухонебезпечних сумішей з повітрям. Інтенсивність вибуху пилу залежить від його хімічних і термічних властивостей, від розмірів і форми частинок, їх концентрації в повітрі, від вологовмісту і складу газів, розмірів і температури джерела займання та відносного вмісту інертного пилу. Здатністю до займання володіє деякий пил органічних речовин, що утворюється при переробці фарбників, пластмас, волокон, а також пил металів: магнію, алюмінію і цинку.

Мінімальні вибухонебезпечні концентрації завислого в повітрі пилу – приблизно 20-500 г/м³, максимальні, – 700-800 г/м³. Чим більше вміст кисню в газовій суміші, тим вірогідніше вибух і більше його сила. При вмісті кисню менше 16% пилова хмара не вибухає.

Ефективність уловлювання.Ступінь очищення (коефіцієнт корисної дії) виражається відношенням кількості уловленого матеріалу до кількості матеріалу, що поступив в газоочищувальний апарат з газовим потоком за певний період часу. Ефективність очищення η визначають за формулою:

(2.1)

де G_ч', G_ч" – масова витрата частинок пилу, що міститься в газах, які відповідно надходять і виходять з апаратів, кг/с; V_r', V_r" – об'ємна витрата газів (при 0°С і 101,3 кПа), які відповідно надходять і виходять з апаратів, м³/с; с', с" – концентрація частинок в газах, що відповідно надходять в апарат і виходять з апарату, кг/м³; G_ч'" – кількість уловленого пилу, кг/с.

Якщо об'єм газів в процесі очищення змінюється, наприклад, за рахунок підсосу, то ефективність:

(2.2)

де К_п – коефіцієнт підсосу.