Сухі методи очистки відпрацьованих газів від пилу. Характеристика пилу для вибору методу очистки: абразивність, адгезіонність, дисперсність та інше

За призначенням пристрої для очищення газу (повітря) від пилу підрозділяють на пиловловлювачі і повітряні фільтри. Перші служать для санітарного очищення газів і повітря перед викидом в атмосферу і для технологічного очищення з метою уловлювання і повернення коштовних пилоподібних продуктів або напівфабрикатів, а другі – для очищення припливного повітря, що подається вентиляційними установками у виробничі і суспільні будівлі.

Вибираючи систему пиловловлювання, слід враховувати швидкість газового потоку, вміст пилу та його фізико-хімічні властивості, розмір часточок і наявність водяної пари. Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Пил є дисперсною системою з газоподібним дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою, що складається з часток від квазімолекулярного макроскопічного розмірів, що володіють властивістю находитися в зваженому стані більш менш тривалий час.

Аерозолі також є дисперсними системами з газоподібним (повітрям) дисперсійним середовищем і твердою або рідкою дисперсною фазою. Швидкість осідання часток аерозолю дуже мала, і вони можуть невизначено довге час знаходитися в зваженому стані. Найбільш тонкі частки аерозолю по розмірах наближаються до найбільш крупних молекул, а найбільш великі досягають 1 мкм. Уловлені частки аерозолю, що є дуже тонким порошком, згідно термінології колоїдної хімії інколи називають терміном аерогель. Його частки найчастіше є продуктами конденсації, але в ряде випадків можуть утворюватися і при тонкому подрібненні твердих матеріалів.

Пил, аерозолі, порошки зазвичай полідисперсні, ті частки їх дисперсної фази мають неоднаковий розмір. Маса часток, що містяться в одиниці об'єму газу або повітря, називається концентрацією пилу.

Седиментаційною швидкістю називається постійна швидкість осідання часток, якої вона набуває в спокійному середовищі під впливом сили тяжіння. Вона залежить від розміру, форми, щільності речовини частки, а також від щільності і в'язкості середовища.

Швидкість витання (ширяння) частки є швидкістю вертикально висхідного потоку, чисельно рівною седиментаційній швидкості.

Розмір частки, що визначає її величину, може бути охарактеризований довжиною сторони частки, розмірами її проекції, шириною вічка сита. Діаметр точно характеризує розмір лише кулястих часток. Еквівалентний діаметр: застосовуються для характеристики розміру часток що відрізняються по своїй формі від кулі. Бувають: діаметр кулі, об'єм якої дорівнює об'єму частки, діаметр круга, площа якого дорівнює площі проекції частки, визначуваної шляхом мікроскопування.

Насипною щільністю уловленого пилу, порошку називається її маса в одиниці об'єму, вільно засипана в яку-небудь ємкість. Розрізняють дійсну, насипну і уявну щіль­ність. Насипна щільність (на відміну від дійсної) враховує повітряний прошарок між частинками пилу. При злежуванні насипна щільність зростає в 1,2-1,5 рази. Уявна щільність - це відношення маси частинок до зайнятого пилом об'єму, включаючи пори, пустоти і нерівності. Гладкі монолітні частинки мають щільність, що практично збігається з дійсною. Пилинки, схильні до коагулювання і злипання, знижують уявну щільність стосовно до дійсної.

Дисперсний склад пилу є одним з найбільш важливих характеристик пилу. Утворений у процесі технологічних операцій пил є полідисперсною системою, до складу якої входять різні за величиною частинки в різних кількісних співвідношеннях. Залежно від розміру частинок і їх маси пилинки можуть втримуватися в повітрі у завислому стані або осаджуватися на стінах, підлозі, стелях, повітропроводах, обладнанні, нагріваючих системах тощо.

Тривалість знаходження частинок у завислому стані в повітрі залежить головним чином від їх розмірів. Пилинки розміром 10 мкм осідають у нерухомому повітрі в 100 разів швидше, ніж пилинки розміром 1 мкм.

Дисперсність пилу непостійна. Вона залежить від особливостей оброблюваного при технології матеріалу, його вологості, зернистості шліфувального матеріалу, вологості та швидкості руху повітря в приміщенні. Дисперсність завислого пилу в процесі його виділення неоднакова: на рівні підлоги найменша (насамперед осідають грубозернисті частинки пилу), а в верхніх частинах приміщення - найбільша. За дисперсним складом пил ділиться на наступні класифікаційні групи:

I - дуже грубодисперсний (до 500 мкм);

II - грубодисперсний (до 200 мкм);

III - середньодисперсний (до 90 мкм);

IV - дрібнодисперсний (до 50 мкм);

V - дуже дрібнодисперсний (до 18 мкм) [2].

Не знаючи міри дисперсності промислового пилу не можна об'єктивно оцінити міру очищення в пиловловлювачах, що діють, і прогнозувати її для проектованих установок. Дисперсний склад пилу переважно задається у вигляді таблиці експериментальних даних. Ці дані можуть бути записані як вміст окремих фракцій пилу, що є долями маси або числа часток між двома значеннями їх діаметрів.

Наприклад: менше 2,5 мкм, 2,5-4 мкм - 3,4 % і більше 100 мкм – 29 %. Методи визначення дисперсного складу уловленого пилу і порошкоподібних матеріалів одні і ті ж. Найбільш простим є ситовий аналіз. Він заснований на механічному розділенні часток по розмірам. Матеріал завантажується на сито з вічками відомого розміру і шляхом струшування, вібрації розділяється на залишок і прохід.

Ступінь дисперсності є одним із найбільш значних факторів, що визначають вибухонебезпечність пилу.

Для дослідження функції пилу 40-60 мкм застосовують метод ситового аналізу; тобто пил, який досліджують, просівають через декілька сит із різними розмірами отворів. Про розміри частинок пилу судять за залишком його на кожному ситі. Сита виготовляють із дротяної сітки з квадратними вічками. Застосовуються також методи седиметрії, що ґрунтуються на принципі накопичення осаду, методи індивідуальних проб, які базуються на мікроаналізі. За даними Воронезького лісотехнічного інституту фракційний склад пилу, утвореного на стрічково-шліфувальних верстатах ШлПС при шліфуванні поліефірних покрить, наступний: частинки розміром 4,3 мкм - 9 %; 7,7 мкм - 13 %; 11,1 мкм - 12; 14,5 мкм - 7; 17,9 мкм - 12; 21,3 мкм - 11,5; 24,7 мкм - 10,5, 26,1 мкм - 8; 31,5 мкм - 8,5; 34,9 мкм - 4; 38,3 мкм - 4,5 %. Встановлено, що частинки розміром від 4,3 до 24,7 мкм становлять 75 %, розміром від 25,1 до 38,3 мкм - 25 %.

Існує електровимірювальний прилад для визначення дисперсного складу матеріалів. Принцип визначення дисперсного складу пилу приладом полягає у вимірюванні щільності стовпа суспензії певної висоти у процесі його осідання. Щільність суспензії і сумарний вихід, що випав в осад із суспензії, матеріалу , перебувають в лінійній залежності:

(5.13)

де - початкове значення вагової щільності суспензії, г/см³;

- поточне значення вагової щільності суспензії, г/см³;

- щільність суспензійного середовища, г/см³;

- сумарний вихід матеріалу із сус­пензії.

Послідовно вимірюючи щільність суспензії і використовуючи наведену формулу разом із законом Стокса, можна визначити дисперсійний склад досліджуваного пилу. При цьому передбачається звичайне для методів сидиметрії уявлення про рівномірний розподіл частинок усіх розмірів за висотою суспензії.

Прилад має наступні переваги: відпадає необхідність у відборі проби суспензії у процесі аналізу, в зв'язку з чим зникають помилки при визначенні дисперсного аналізу; виключається додаткова обробка одержаних результатів аналізу, що підвищує точність визначення; застосування електричних вимірювань дає змогу звести до мінімуму суб'єктивність одержаних результатів.

Прилад нескладний конструктивно, простий в роботі, особливо при автоматичному запису показників міліамперметра, і може застосовуватися в техніці для одержання попередніх даних про дисперсний склад промислового пилу.

Для вибору методу очистки газів від пилу потрібно знати такі його характеристики: абразивність, адгезіонність, змочуваність, дисперсність та інше.

Абразивність пилу. При виборі матеріалу і товщини стінок пиловловлювачів велике значення мають абразивні властивості пилу. Особливо це стосується сухих інерційних пиловловлювачів (у тому числі циклонів), стінки яких схильні до інтенсивного зносу. Метод визначення абразивності пилу заснований на визначенні зносу зразка стали при дії потоку часток пилу. Час зносу стінки пиловловлювача Т прямо пропорціональний глибині зносу Н і обернено пропорційний до запиленості газового потоку С, його швидкості V, коефіцієнту абразивності Д і вірогідність удару пилу об стінку Е. Коефіцієнт абразивності для різної леткої золи залежно від її дисперсності, складу, форми часток і інших властивостей лежить в межах 1-2 · 10^-11 м²/кг.

Злипання пилу. Злипання уловленого пилу характеризується розривною міцністю її стовпчика, ув'язненого в роз'ємний стаканчик. За злипанням промисловий пил ділиться на чотири групи: що не злипається – менше 60 Па, слабкозлипаючийся – від 60 до 300 Па, середнезлипаючийся – від 300 до 600 Па, сильнозлипаючийся – більше 600 Па.

Адгезія пилу. При розгляданні адгезії пилу до різних поверхонь слід розрізняти силу зчеплення окремої пилинки з даною поверхнею і силу зчеплення пилинок між собою в достатньо товстому шарі, які прийнято називати силами аутогезії. Адгезія пилу до поверхні характеризується інтегральними кривими, які засвідчують, яка частка від первісної кількості пилинок залишилася на поверхні або, навпаки, була зірвана з неї після дії на пилинки відриваючої сили певної величини.

Для визначення сил адгезії найбільш прийнятний вібраційний метод, що полягає у відриві пилинок силами інерції, яка виникає при вібрації запиленої поверхні. Пилинки будуть відірвані від поверхні за умови [1]:

(5.14)

де - відриваюча сила;

- складова сила адгезії, протилежна відриваючої силі.

Доведено, що для видалення 50 % пилу сила відриву повинна у 100-200 разів перевищувати масу великих пилинок і в 430 разів - масу пилинок розміром 40-53 мкм, що осіли на поліровану поверхню.

Питомий електричний опір шару обложеному пилу чинить істотний вплив на процес пиловловлювання в електрофільтрах. УЕС залежить від роду матеріалу пилу, її дисперсного складу, температури, вологості газу, а також від умов осадження пилу. Електричні особливостіутворення електричних зарядів технологічних операцій залежать від дії відповідних силових ріжучих чи подрібнюючих інструментів. Виникнення зарядів зумовлюється адсорбцією іонів, тертям частинок однієї об іншу або ударами і тертям пилинок об тверду поверхню. Електризація пилу значною мірою залежить від вологості й температури повітряного середовища. Для одних і тих самих температурних умов зі зменшенням вологості електрозарядженість пилу збільшується.

Дослідження електрозарядженості пилу, утвореного в повітрі на робочих місцях, показали, що незалежно від оброблюваного матеріалу одночасно присутні частинки, які мають додатний, від'ємний і нейтральні заряди.

В одному і тому ж пилі при різних умовах його утворення й умовах навколишнього середовища кількість частинок, які несуть заряди певного знаку, змінюється.