Физико-химические свойства пыли

На эффективность работы пылеуловителей значительно влияют физико-химические свойства улавливаемой пыли. Степень очистки газа зависит от дисперсного состава и плотности частиц пыли. Для правильного выбора очистного оборудования необходимо учитывать и другие свойства. Так, слипаемость пыли, склонность ее к истиранию или способность образовывать статические заряды существенно влияют на выбор оборудования для очистки газа. Поэтому в общем случае необходим предварительный комплексный анализ пыли как объекта улавливания. При таком анализе, кроме дисперсного состава пыли и плотности ее частиц, определяют упругость, твердость, абразивность, гигроскопичность, химический состав, термическую стойкость, токсичность, электрические и магнитные свойства, шероховатость поверхности, форму частиц, угол естественного откоса пыли и др.

Плотность.Плотность – важный физический параметр частиц пыли, от которого зависит эффективность работы пылеуловителей. Чем больше плотность пыли, тем более успешно проходит сепарация ее частиц под действием силы тяжести, а также инерционных и центробежных сил.

Помимо воздушных пустот между частицами они сами могут иметь пористую структуру, поры могут быть открытыми и закрытыми. Различают истинную, насыпную, кажущуюся и объемную плотности частиц.

Истинная плотность – это плотность материала, из которого состоят частицы.

Насыпная плотность – это масса единицы насыпного объема дисперсного материала. В насыпной объем, кроме объема самого твердого материала, входит объем пространства между частицами.

Кажущаяся плотность – это отношение массы частицы к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Кажущаяся плотность гладких частиц совпадает с истинной, так как в них отсутствуют поры.

Дисперсность. Дисперсность – одно из важнейших свойств, характеризующих пылевидные материалы. Степень дисперсности промышленных пылей необходимо знать для выполнения расчетов пылеуловителей и оценки эффективности их работы.

Дисперсность характеризуется диаметром d (для сферических частиц), эквивалентным диаметром d_экв (для частиц произвольной формы) и удельной поверхностью частиц S _уд. Удельная поверхность равна суммарной поверхности всех частиц в расчете на единицу массы (или объема) пыли. В технике пылеулавливания часто используют для характеристики частиц так называемый стоксовский размер, представляющий собой диаметр сферической частицы, оседающей с такой же скоростью, что и рассматриваемая несферическая частица. Для учета отклонения формы реальных частиц от сферической вводят коэффициент сферичности, т.е. отношение площади поверхности сферы такого же объема, какой имеет рассматриваемая частица, к площади поверхности этой частицы. Так как практически все промышленные пыли состоят из частиц разных размеров, в качестве характеристики дисперсности используется их дисперсный состав.

Существуют различные способы выражения дисперсного состава пыли, для полидисперсной (состоящей из частиц различных размеров) пыли характеристикой дисперсности является не только размер частиц, но и число или масса одинаковых частиц каждого размера (фракций).

Фракцией называют относительную долю частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов.

Дисперсный состав пыли записывают в виде таблиц экспериментальных данных, представляющих собой массовое содержание отдельных фракций с указанием размеров частиц на границах, в некоторых случаях дисперсный состав выражают аналитически в виде различных функций, аргументом которых является размер частиц, или изображают графически.

Известно много методов определения дисперсного состава пыли [7]. Крупная пыль может быть проанализирована путем рассеивания на ситах с различным размером ячеек. Тонкую пыль анализируют методом седиментации (осаждения) в жидкостях, подсчетом числа частиц фракций, воздушной сепарацией в потоке и др. Дисперсный состав пыли определяют также ротационным анализатором РАД–1 и каскадным импактором НИИОГАЗа, при этом пробу с пылью отбирают непосредственно из запыленного потока при соблюдении условия изокинетичности.

Для ситового анализа граничными размерами фракций являются размеры двух смежных сит. Проходом D называется выраженная в процентах доля массы пыли, прошедшей через сито заданного размера. Остатком R называется доля массы пыли, оставшаяся на сите.

Полным проходом называют массовую долю частиц, размер которых меньше граничного размера d. Полный остаток соответственно представляет собой массовую долю частиц, размер которых больше граничного.

Зависимость полного прохода (или остатка) от размера частиц называется интегральной кривой распределения частиц по размерам (рис.7). Диаметр частиц, для которого полный проход равен полному остатку и составляет 50%, называется медианным диаметром d_m.

Аналитически зависимость прохода (или остатка) от размера частиц может выражаться с помощью различных формул. Для многих промышленных пылей справедлива формула Розина–Раммлера:

, (25)

которая при двойном логарифмировании представляет графически прямую линию, позволяющую определить параметры распределения b и a.

Исследования разнообразных пылей показали, что во многих случаях дисперсный состав согласуется с логарифмическим нормальным законом распределения Гаусса (ЛНР).

Тогда зависимость D от d можно представить как функцию нормального распределения [8]

; (26) , (27)

где D(d) – относительное содержание частиц, меньших данного диаметра d,%; d_m – медианный размер частиц, мкм; lgσ – среднее квадратическое отклонение в функции данного распределения.

Входящий в функцию распределения интеграл представляет собой интеграл вероятности Φ(t), значения которого приводятся в табл. 2

Значения lgσ находят из соотношений

lgσ = lg d_m – lg d_15,87 = lg d_84,13 – lg d_m, (28)