Основные свойства взвешенных частиц

Способы образования и анализ свойств частиц подроб­но рассмотрены в ряде монографий, поэтому ограни­чимся лишь рассмотрением основных свойств взвешенных частиц[2].

Плотность частиц. Различают истинную, насыпную и кажу­щуюся плотности. Насыпная плотность (в отличие от истинной) учитывает воздушную прослойку между частицами пыли. При слеживании насыпная плотность возрастает в 1,2 - 1,5 раза. Кажущаяся плотность представляет собой отношение массы частицы к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и не­ровности. Гладкие монолитные, как и первичные частицы имеют кажущуюся плотность, практически совпадающую с истинной. Снижение кажущейся плотности по отношению к истинной на­блюдается у пылей, склонных к коагуляции или спеканию первич­ных частиц, например у сажи, оксидов цветных металлов и др.

Дисперсность частиц.Размер частиц, пожалуй, является ос­новным ее параметром, так как выбор пылеуловителя того или иного типа определяется, главным образом, дисперсным составом улавливаемой пыли.

В процессе коагуляции первичные частицы пыли объединяются в агломераты, т. е. укрупняются. Поэтому в технике газоочистки большое значение имеет так называемый стоксовский размер, представляющий собой диаметр сферической частицы, имеющей такую же скорость осаждения (седиментации), как и данная несферическая частица или агрегат.

Дисперсный состав пыли можно представить в виде содержа­ния по числу или по массе частиц различных фракций. Фракцией называют относительную долю частиц, размеры которых нахо­дятся в определенном интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов.

Наиболее удобным является графическое изображение дис­персного состава пыли в виде интегральных кривых. Большинство промышленных пылей подчиняется нормально-логарифмическому закону распределения частиц по размерам. Важным свойством нормально-логарифмического распределе­ния частиц по размерам является тот факт, что, если подобный вид распределения получен относительно числа частиц, то он со­храняется и относительно их распределения по массе.

Помимо стоксовского диаметра частиц в технике пылеулавли­вания используется так называемый аэродинамический диаметр частицы , характеризующий диаметр сферы, скорость осажде­ния (седиментации) которой соответствует скорости осаждения частицы плотностью 1000 кг/м³.Иногда размер частиц характеризуют скоростью витания υ_c(в м/с), которая представляет собой скорость свободного па­дения частиц в неподвижном воздухе. Номограмма для опреде­ления стоксовского диаметра частиц по скорости их витания при­ведена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 - Номограмма для определения скорости витания в воздухе частиц пыли размером 2-100 мкм.

Адгезионные свойства частиц.Адгезионные свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц пыли может привести к частичному или полному за­биванию пылеулавливающих аппаратов улавливаемым продук­том. Поэтому для многих пылеулавливающих аппаратов установ­лены определенные границы применимости в зависимости от слипаемости улавливаемой пыли.

Чем меньше размер частицы пыли, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. Пыли, у которых 60-70% частиц имеют диаметр меньше -10 мкм, ведут себя как слипающиеся, хотя те же пыли с размером частиц более 10 мкм обладают хорошей сыпу­честью. Ниже приведено ориентировочное разделение пылей по степени слипаемости на четыре группы:

Характеристика пыли	Наименование пыли
Неслипающиеся	Сухая шлаковая пыль; кварцевая пыль(сухой песок); сухая глина
Слабослипающиеся	Летучая зола, содержащая много несгоревших продуктов; коксовая пыль; магнезито­вая сухая пыль; сланцевая зола; апатито­вая сухая пыль; доменная пыль; колошни­ковая пыль
Среднеслипающиеся	Летучая зола без недожога; торфяная зо­ла; торфяная пыль; влажная магнезитовая пыль; металлическая пыль; колчеданы, ок­сиды свинца, цинка и олова; сухой цемент; сажа; сухое молоко; мучная пыль; опилки
Сильнослипающиеся	Цементная пыль, выделенная из влажного воздуха; гипсовая и алебастровая пыль; нитрофоска; двойной суперфосфат; клин­керная пыль; содержащая соли натрия; волокнистые пыли (асбест, хлопок, шерсть); все пыли с размерами частиц менее 10мкм

Со слипаемостью тесно связана другая характеристика пы­ли - ее сыпучесть. Сыпучесть пыли оценивается по углу есте­ственного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии. Эта величина определяет характер движения пыли в бункерах и течках пылеулавливающих установок.

Абразивность частиц.Абразивность пыли характеризует интен­сивность износа металла при одинаковых скоростях газов и кон­центрациях пыли. Она зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц. Абразивность улавливаемой пыли учитывается при выборе скорости запыленных газов, толщины стенок аппара­тов и газоходов, а также при выборе для них облицовочных материалов.

Смачиваемость частицводой оказывает определенное влияние на эффективность мокрых пылеуловителей, особенно при работе с рециркуляцией. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем час­тицы с неровной поверхностью. Это объясняется тем, что послед­ние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.

По характеру смачивания все твердые тела разделяют на три основные группы:

1) гидрофильные материалы, которые хорошо смачиваются водой (кальций, кварц, большинство силикатов и окисленных ми­нералов, галогениды щелочных металлов);

2) гидрофобные материалы, которые плохо смачиваются водой (графит, уголь, сера);

3)абсолютно гидрофобные тела (парафин, тефлон, битумы).

Гигроскопичность и растворимость частиц.Эти свойства частиц определяются прежде всего их химическим составом, а также размером, формой и степенью шероховатости поверхности частиц. Гигроскопичность и растворимость частиц способствуют их улав­ливанию в аппаратах мокрого типа.

Удельное электрическое сопротивление слоя пыли.Величина удельного электрического сопротивления (УЭС) слоя частиц пы­ли зависит от свойств отдельных частиц (от поверхностной и внут­ренней электропроводности, формы и размеров частиц), а также от структуры слоя и параметров газового потока. Она оказывает существенное влияние на работу электрофильтров. Зависимость удельного электрического сопротивления от температуры и влаж­ности газов используется при кондиционировании запыленных га­зов перед электрофильтрами.

В зависимости от удельного электрического сопротивления пы­ли делятся на три группы.

Первая группа - низкоомные пыли с удельным электри­ческим сопротивлением слоя ниже 10⁴ Ом·см. При осаждении на электроде частицы пыли этой группы мгновенно разряжаются, что может привести ко вторичному уносу.

Вторая группа - пыли с удельным электрическим сопро­тивлением слоя от 10⁴ до 10¹⁰ Ом·см. Эти пыли хорошо улавли­ваются в электрофильтре, так как при осаждении на электроде разрядка частиц происходит не сразу, а в течение определенного времени, необходимого для накопления слоя.

Третья группа - пыли с удельным электрическим сопротивлением слоя выше 10¹⁰-10¹³ Ом·см. Улавливание пылей этой группы в процессе электрической очистки газов представляет большие трудности. Частицы подобной пыли образуют при осаж­дении на электроде пористый изолирующий слой. При повышении некоторого критического значения напряженности электрического поля происходит электрический пробой пористого слоя с образо­ванием тонкого канала, заполненного положительными ионами. Этот канал выполняет роль острия, на котором возникает мощ­ный обратный коронный разряд, действующий навстречу основно­му, что приводит к резкому снижению эффективности электро­фильтра.

Электрическая заряженность частиц.Знак заряда частиц зави­сит от способа их образования, химического состава, а также свойств веществ, с которыми они соприкасаются. Электрическая заряженность частиц оказывает влияние на их поведение в га­зоходах и эффективность улавливания в газоочистных аппаратах (мокрых пылеуловителях, фильтрах и др.). Кроме того, электри­ческая заряженность частиц влияет на взрывоопасность и адгезионные свойства частиц. Так, например [4], в бункерах электро­фильтров свежеуловленная пыль, сохраняя заряд, имеет угол естественного откоса, близкий к нулю, т. е. ведет себя почти как жидкость. Через несколько часов, с потерей частицами электриче­ского заряда угол естественного откоса возрастает до 50°, а в от­дельных случаях - до 90°.

Способность частиц пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.Горючая пыль вследствие силь­но развитой поверхности контакта частиц с кислородом воздуха (порядка 1 м²/г) 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, при этом интенсивность и продолжитель­ность горения могут быть различными. Плотные массы пылей го­рят более медленно, а рыхлые, особенно мелкая пыль, обычно быстро возгораются во всем объеме.

Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли ор­ганических веществ, образующиеся при переработке зерна, краси­телей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов, например Mg, А1 и Zn.

Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной ввоз­духе пыли - примерно 20-500 г/м³ воздуха, максимальные - около 700-800 г/м³. Чем больше содержание кислорода в газо­вой смеси, тем вероятнее взрыв и больше его сила; при содержа­нии кислорода менее 16% пылевое облако не взрывается.