Основные свойства пылей

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяют на следующие 4 класса:
механическая пыль - образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса;
возгоны - образуются в результате объемной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат;
летучая зола - содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется в процессе горения входящих в его состав минеральных примесей;
промышленная сажа - входящий в состав промышленного выброса твердый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Плотность частиц
Различают истинную и насыпную (кажущуюся) плотность. Насыпная плотность (в отличие от истинной) учитывает воздушную прослойку между частицами пыли. При слеживании насыпная плотность возрастает в 1,2-1,5 paзa.
Кажущаяся плотность представляет собой отношение массы частиц к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Гладкие монолитные частицы имеют плотность, практически совпадающую с истинной. Пыли, склонные к коагулированию и спеканию, снижают кажущуюся плотность по отношению к истинной.

Форма и дисперсность частиц
Размер частицы является основным ее параметром. Выбор пылеуловителя определяется дисперсным составом улавливаемой пыли.
Частицы промышленной пыли имеют различную форму (шарики, палочки, пластинки, иглы, чешуйки, волокна и т. д.). Частицы пыли могут коагулировать и объединяться в агломераты, поэтому понятие размера частицы условно. В пылеулавливания принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения.

Такой величиной служит седиментационный диаметр - диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частицы. При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают.

Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли. Для характеристики дисперсного состава пыли всю массу пылинок разбивают на некоторые фракции, ограниченные частицами определенного размера с указанием, какую долю в процентах по массе (или по числу частиц) они составляют.

Дисперсный состав пыли изображается в виде интегральных кривых. Большинство промышленных пылей подчиняется нормально-логарифмическому закону распределения частиц по размеру:

где D(dч) - относительное содержание частиц меньше данного размера, %;
lgσч - среднее квадратическое отклонение в функции данного распределения;
lg(dч/dм) - логарифм отношения текущего размера dч к медианному для данного распределения размеру dм, который представляет собой такой размер, при котором число частиц крупнее dм равно числу частиц мельче dм.

Адгезионные свойства частиц
Эти свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц может привести к частичному или полному забиванию аппаратов.
Чем меньше размер частиц 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.

По слипаемости пыли делятся на 4 группы:

Со слипаемостью тесно связана другая характеристика пыли - ее сыпучесть. Сыпучесть пыли оценивается по углу естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии.

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 учитывают при расчетах аппаратуры (выбор скорости газа, толщины стенок аппаратуры и облицовочных материалов).

Смачиваемость частиц
Смачиваемость частиц водой оказывает влияние на эффективность мокрых пылеуловителей, особенно при работе с рециркуляцией. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, так как последние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.

По характеру смачивания все твердые тела разделяют на три основные группы:
гидрофильные материалы - хорошо смачиваемые: кальций, кварц, большинство силикатов и окисленных минералов, галогениды щелочных металлов;
гидрофобные материалы - плохо смачиваемые: графит, уголь, сера,
абсолютно гидрофобные: парафин, тефлон, битумы.

Гигроскопичность частиц
Способность пыли впитывать влагу зависит от химического состава, размера, формы и степени шероховатости поверхности частиц. Гигроскопичность способствует их улавливанию в аппаратах мокрого типа.

Электрическая проводимость слоя пыли
Этот показатель оценивается по удельному электрическому сопротивлению слоя пыли ρсл, которое зависит от свойств отдельных частиц (от поверхностной и внутренней электропроводности, формы и размеров частиц), а также от структуры слоя и параметров газового потока. Оно оказывает существенное влияние на работу электрофильтров.

В зависимости от удельного электрического сопротивления пыли делят на три группы:
низкоомные пыли ρсл <104 Ом см. При осаждении на электроде частицы пыли мгновенно разряжаются, что может привести ко вторичному уносу ;
пыли с ρсл = 104 – 1010 Ом•см. Эти пыли хорошо улавливаются в электрофильтре, так как разрядка частиц происходит не сразу, а в течение времени, необходимого для накапливания слоя;
пыли с ρсл >1010 – 1013 Ом см. Улавливание пылей этой группы в электрофильтрах вызывает большие трудности. Частицы пыли этой группы образуют на электроде пористый изолирующий слой.

Электрическая заряженность частиц
Знак заряда частиц зависит от способа их образования, химического состава, а также от свойств веществ, с которыми они соприкасаются. Этот показатель оказывает влияние на эффективность улавливания в газоочистных аппаратах (мокрых пылеуловителях, фильтрах и др.), на взрывоопасность и адгезионные cвoйcтвa частиц.

Способность частиц пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом
Горючая пыль вследствие сильно развитой поверхности контакта частиц с кислородом воздуха способна к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли зависит oт 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 относительного содержания инертной пыли. Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли органических веществ, образующиеся при переработке красителей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов; магния, алюминия и цинка.

Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли - примерно 20-500 г/м3, максимальные - 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.

Эффективность улавливания
Степень очистки (коэффициент полезного действия) выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, поступившего в газоочистной аппарат с газовым потоком за определенный период времени.
Эффективность очистки η определяют по формуле

где , - массовый расход частиц пыли, содержащейся в газах, соответственно поступающих и выходящих из аппарата, кг/с; Vг', Vг" – объемный расход газов (при 00С и 101,3 кПа), соответственно поступающих и выходящих из аппаратов, м3/с; с', c" – концентрация частиц в газах, поступающих и выходящих из аппарата соответственно, кг/м3; Gч''' - количество уловленной пыли, кг/с.

Если объем газов в процессе очистки изменяется, например, за счет подсоса, то эффективность
где Кп – коэффициент подсоса.

Известно, что эффективность очистки для частиц пыли различных размеров неодинакова. Так как лучше улавливается крупная пыль, то коэффициент очистки газов часто определяют по фракционной эффективности – степени очистки газов от частиц определенного размера.
Фракционная эффективность
где Ф', Ф" – содержание фракций в газах соответственно на входе и выходе аппарата, %.

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить общую эффективность аппарата

Эффективность улавливания пыли может быть выражена в виде коэффициента проскока частиц (степени неполноты улавливания), который представляет собой отношение концентрации частиц за аппаратом к их концентрации перед ним. Его используют, когда надо оценить конечную запыленность или сравнить относительную запыленность газов на выходе из различных аппаратов.