Основные свойства взвешенных частиц

Основные понятия, происхождение и классификация аэродисперсных систем

Современные технологические процессы переработки рудного сырья, металлургические в особенности, в большинстве своем высокотемпературные и сопровождаются образованием больших объемов пылегазовых потоков.

Для утилизации тепла и выносимых с потоком дисперсных материалов пылегазовые потоки перед выбро­сом в атмосферу охлаждают и очищают. Часть техноло­гической схемы, которая предназначена для этой цели, состоит из газового тракта, системы теплотехнического и газоочистного оборудования и тягодутьевых устройств, включая дымовую трубу.

Термином газоочистка пользуются как для описания устройств для осуществления очистки пылегазовых пото­ков, так и для описания процессов, протекающих в этих устройствах или аппаратах [1].

Газоочистка – это прежде всего выделение из пылегазового потока содержащихся в нем твердых или жидких частиц. Комбинированная газоочистка включает также и выделение из потока газообразных компонентов, вред­ных для человека и окружающей среды, таких как СО, NO_х, SO₂, HF и др.

Более общим понятием двух- или многофазного пылегазового потока является аэродисперсная система. Пылегазовый поток - это аэродисперсная система, образующаяся в технологическом процессе. В зависимо­сти от концентрации дисперсной фазы аэродисперсные системы делят на аэрозоли и аэровзвеси. К аэровзвесям относят потоки с высокой концентрацией частиц, имею­щей место в пневмотранспорте пылевидного материала. К аэрозолям принято относить аэродисперсные системы с концентрацией дисперсных частиц, не превышающей нескольких граммов на кубический метр объема газа.

Термин промышленные аэрозоли распространяется на любую газовую среду, не только воздушную.

Свойства аэрозолей отражают свойства газа и взве­шенных в нем частиц. Зачастую тем или иным свойством может обладать вещество, находясь лишь в аэрозольном состоянии.

Многие свойства аэрозолей определяются дисперсно­стью и концентрацией частиц, их счетной или весовой концентрацией, функцией распределения частиц по раз­мерам и т. д.

Другим отличительным признаком аэрозоля является его многофазность, т. е. гетерогенность. Гетерогенность приводит к взаимодействию двух разных фаз, сопровож­дается поверхностными явлениями (испарение, конденса­ция, сорбция и др.), отражающими особые свойства аэрозолей, их устойчивость и химическую активность.

Аэрозоли могут быть естественного и так называемого антропогенного, т. е. обусловленного деятельностью чело­века, происхождения. Природные аэрозоли чрезвычайно разнообразны. Это туманы, облака, пыль и дым, возни­кающие при извержении вулканов, лесных пожарах, пыльных бурях и т. д. Круговорот воды в природе содер­жит аэрозольную стадию.

Аэрозоли промышленного происхождения явились ин­дикаторами технического развития общества. Аэрозоли этого происхождения во многих странах сейчас уже при­носят ощутимый вред. Однако по основным свойствам аэрозоли различного происхождения оказываются одинаковыми.

В связи с этим под термином «происхождение» при­нято понимать причину, или, точнее, процесс, в резуль­тате которого возникает аэрозольная частица. Таких причин две: объемная конденсация пересыщенного пара вещества и его переход в жидкую или твердую фазу и дробление твердого или жидкого вещества, его диспергация, приводящая это вещество в пылевидное состояние.

Различие между этими аэрозолями заключается так­же в том, что конденсационные аэрозоли в отличие от диспергационных в большинстве случаев более тонкодис­персные, содержат частицы правильной формы или состоят из рыхлых агрегатов первоначальных частиц. Диспергационные аэрозоли более полидисперсны, а частицы, как правило, имеют неправильную форму (иглы, пла­стинки и др.).

Примером аэрозоля конденсационного происхожде­ния может служить бурый дым, который образуется при продувке кислородом ванны расплавленного металла. В зоне реакции кислорода с расплавом развивается вы­сокая температура, достаточная для испарения в этой зо­не некоторых компонентов расплава. По мере выхода парогазовой смеси в зону с пониженной температурой происходят конденсация паров и образование твердых аэрозольных частиц.

Принято различать три типа аэрозолей: дымы, пыли и туманы.

Дымами называются конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой. В ряде случаев в такой си­стеме могут присутствовать и жидкие частицы. Напри­мер, дым при неполном сгорании топлива содержит ка­пельки влаги и смолы; в некоторых видах дыма проис­ходит постепенное превращение жидких частиц в кристаллические при их переохлаждении.

Пыль представляет собой аэродисперсную систему с газообразной дисперсионной средой и твердой дис­персной фазой, состоящей из частиц широкого диапазо­на размеров, в основном диспергационного происхожде­ния.

Туманами называются аэрозоли, состоящие из сме­си газа и пара с капельками конденсата этого пара.

В воздухе промышленных городов содержатся части­цы различного происхождения и такой аэрозоль трудно отнести к какому-нибудь одному типу. Особенно опасны для здоровья человека аэрозоли, получившие название «смог» от двух английских слов: smoke (дым) и fog (ту­ман).

Многие свойства аэрозолей зависят от их дисперсно­сти. В зависимости от дисперсности частиц аэрозоли принято делить на три типа: высокодисперсные с диа­метром частиц от 10^-3 до 1 мкм; тонкодисперсные с диа­метром частиц 1 - 10 мкм; грубодисперсные с диамет­ром частиц от 20 до 100 мкм.

Каждому из типов присущи некоторые одинаковые свойства.

По этому же принципу аэровзвеси делятся на тонкие с частицами от 0,2 до 1 мм и грубые с частицами бо­лее 1 мм.

Грубые аэровзвеси менее устойчивы, для их осажде­ния не требуется больших затрат, тонкие, наоборот, бо­лее устойчивы.

Для того, чтобы показать характерные особенности аэродис­персной системы, рассмотрим основные свойства сплошной и дис­персной фаз многофазных систем в отдельности.

1.2 Основные положения гидродинамики
газового потока

Промышленные газы и воздух, содержащие взвешенные твер­дые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные систе­мы, состоящие из непрерывной (сплошной) среды и дисперсной фазы. Сплошной фазой в данном случае являются газы, дисперс­ной - твердые частицы или капельки жидкости. Подобные двух­фазные системы получили название аэродисперсных систем или аэрозолей.

Вопросы гидродинамики газового потока изложены в целом ряде фундаментальных монографий, поэтому ограничимся лишь

самыми основными положениями, необходимы­ми для последующего изложения [2].

Теория движения газового потока базируется на двух основ­ных уравнениях гидродинамики: уравнении неразрывности движе­ния и динамическом уравнении движения несжимаемой жидкости (уравнении Навье - Стокса).

Уравнение неразрывности (сплошности) потока:

где ρ- плотность среды (газов), кг/м³; τ- продолжительность, с; υ- скорость газа (среды), м/с; х, у, z-направление осей координат.

Представляет собой выражение закона сохранения энергии, со­гласно которому изменение массы определенного элементарного объема газов компенсируется соответствующим изменением его плотности ( ). Для обычно рассматриваемого на практике случая установившегося движения = 0 и уравнение (1.1) суще­ственно упрощается.

Второе основное уравнение гидродинамики, уравнение Навье- Стокса, определяет систему сил, действующих в жидкости (газе), и по направлениям осей координат для элементарного объема жидкости (рис. 1) может быть представлено в виде:

(1.2)

где - давление в рассматриваемой точке потока, Па; μ- динамическая вяз­кость среды (газов), Па·с.

Анализ уравнения (1.2) показывает, что оно учитывает действие четырех сил: тяжести, давления, внутреннего трения (вязкости) и инерции. Сила тяжести (ρg) представляет собой внешний фак­тор, а остальные силы - результат действия окружающей среды на выделенный элементарный объем.

Дифференциальные уравнения (1.1) и (1.2) характеризуют внут­ренний механизм процесса, устанавливают взаимосвязь между физическими условиями процесса и изменениями этих условий во времени. Однако дифференциальные уравнения не учитывают внешних воздействий на систему, и поэтому должны быть дополнены граничными условиями, характеризующими взаимо­действие системы с внешней средой.

Рисунок1.1 - К выводу уравнения Навье-Стокса.

При обтекании газами твердых тел в непосредствен­ной близости к их поверхности образуется неподвижный слой. Хотя толщина этого слоя очень мала (всего несколько молекулярных слоев), он оказывает существенное влияние на течение. Принято считать, что гра­ничным условием при обтекании движущейся средой всех твердых поверхностей является равенство υ_гп = 0 (где υ_гп- скорость газов на поверхности тела).

На границе раздела двух фаз газ - жидкость скорость не должна установиться равной нулю, но выполняются следующие граничные условия:

1) тангенциальная слагающая скорости υ_т непрерывна, υ_гт= υ_жт(индексы «г» и «ж» относятся к газу и жидкости);

2) нормальная слагающая скорости равна нулю: υ_гн = υ_жт = 0.

3) силы, с которыми жидкость и газы действуют друг на друга, равны и противоположны по направлению.

Наряду с граничными условиями для характеристики состоя­ния системы в начальный момент процесса приводятся начальные условия.

Граничные и начальные условия в совокупности представляют собой краевые условия, выделяющие пространственно-временную область, в которой рассматривается процесс, и обеспечивающие единственность решения задачи.

Уравнения (1.1) и (1.2) фактически образуют систему с двумя не­известными υ_ги ρ. Решить подобную систему в общем виде весь­ма трудно. Приближенное решение удается получить только в отдельных случаях, когда идут по пути упрощений уравнений с учетом конкретно поставленной задачи. Многие важные результаты при решении практических задач гидродинамики были получены благодаря применению методов теории подобия [3].

В результате подобного преобразования дифференциальные уравнения движения тазового потока могут быть заменены критериальным уравнением

(1.3)

где / - критерий Фруда, характеризующий отношение силы инерции к силе тяжести; - определяющий линейный параметр, м; / критерий Эйлера, характеризующий отношение силы давления к силе инерции ( - перепад давления, Па; ρ_г- плотность газов, кг/м³); / - критерий Рейнольдса, характеризующий отношение cилы инерции к силе трения μ_г- дина­мическая вязкость газов, Па·с).

Вид функциональной связи между критериями в уравнении (1.3) устанавливается опытным путем, причем критерий , включающий в себя переменную , не является определяющим и на­ходится в результате решения уравнения (1.3). Критерий играет важную роль, когда на движение потока оказывают существенное влияние гравитационные силы. При решении многих практических задач оказывается, что действие силы тяжести весьма незначи­тельно, и им можно пренебречь. Практически сила тяжести не учитывается и в общем случае вынужденного движения газового потока, т. е. как бы происходит вырождение критерия , и он выпадает из числа аргументов уравнения (1.3).

Важнейшей характеристикой процесса движения газового по­тока является критерий . При малых значениях критерия преобладают силы трения и наблюдается устойчивое ламинарное течение газа - газовый поток движется вдоль стенок, определяю­щих направление потока. С ростом критерия ламинарный ре­жим постепенно теряет устойчивость и при некотором критиче­ском значении переходит в турбулентный. В турбулентном ре­жиме отдельные массы газов могут перемещаться в любом на­правлении, в том числе в направлении стенки и в направлении об­текаемого потоком тела.

Турбулентное течение жидкости. Автомодельный режим. Истинное значение любой величины для конкретного момента движения в данной точке при турбулентном режиме представляет собой сумму величин, характеризующих основное и пульсационное течения.

Турбулентные пульсации определяются как их скоростью, так и масштабом движения. Самые быстрые пульсации имеют наи­больший масштаб. Так, при движении в трубе масштаб наиболь­ших пульсаций совпадает с диаметром трубы. Величина пульса­ций оценивается критерием =υ_λλ/ν_г (где υ_λ- скорость пуль­саций; λ - масштаб движения; ν_г- кинематическая вязкость газов, м²/с). У крупномасштабных пульсаций значение величины совпадает со значением величины для потока в целом, т. е. скорость пульсаций υ_λравна средней скорости движения потока υ_г, а масштабный фактор λ≈ (при движении по трубе диамет­ром D_тp фактор λ = D_тp) и вязкие силы не оказывают никакого влияния на движение потока.

Мелкомасштабные пульсации возникают в результате нало­жений крупномасштабных пульсаций. При некотором значении λ = λ₀ = λ₀υ_λ0/ν_г становится равным единице, и вяз­кие силы начинают влиять на характер движения.

Турбулентный поток может быть охарактеризован некоторой константой ε_п, выражающей величину потери энергии(в Дж за 1 с в единице объема)

Многие важные зависимости, применяемые в механике аэрозо­лей и связанные с турбулентным движением газового потока, со­держат величину отношения /ρ_г, которая обозначается через и измеряется в м²/с³.

Скорость мелкомасштабных пульсаций (λ<< ) в газовом объе­ме, т. е. вдали от стенок, при невязком характере движения (λ>>λ₀) может быть определена из выражения

Уменьшению скорости и масштаба пульсаций соответствует уменьшение числа Re_λ по закону

Откуда масштабλ₀, при котором =1, будет соответственно ра­вен

Начиная с λ = λ₀движение газов принимает вязкий характер, и турбулентные пульсации масштаба λ≤λ₀постепенно затухают.

При движении газового потока вдоль стенки на расстоянии zот нее средняя скорость потока может быть найдена по формуле, предложенной Прандтлем:

где υ_z-средняя скорость потока на расстоянии zот стенки, м/с; υ* -харак­терная для данного потока скорость турбулентных пульсаций, м/с.

В гладких трубах при <10⁵ величина υ* может быть най­дена из выражения:

(1.9)

На весьма малом расстоянии от стенки, где имеется вязкий подслой (пограничный слой) толщиной δ₀ эта формула неприменима.

Движение газового потока в пылеуловителях обычно протека­ет при больших значениях критерия и носит турбулентный ха­рактер. При турбулентном режиме соблюдается зависимость

ζ = (1.10)

где ζ- коэффициент гидравлического сопротивления; А, - постоянные.

С увеличением влияния инерционных сил [3] происходит уменьшение показателя степени у критерия , причем, чем ин­тенсивней турбулентность потока, тем меньше величина n. Так, для турбулентного движения в трубах при =10⁴-10⁵ =0,25; при 10⁵< <10⁶ =0,21 и т. д. Дальнейшее развитие турбулент­ности приводит к постепенному вырождению критерия , когда он выпадает из числа аргументов критериального уравнения (1.3). В этом случае при совершенно произвольном выборе параметров (размера, скорости, плотности и вязкости потока) и тождествен­ности краевых условий характер движения остается подобным, а само движение становится автомодельным (режим разви­той турбулентности). Эта область движения характери­зуется «квадратичным законом» сопротивления (ζ = const).

Вследствие трения в газовом потоке вокруг обтекаемого тела или у стенки, вдоль которой он движется, образуется погранич­ный слой. За толщину пограничного слоя δ₀ принимается тол­щина слоя газов, в котором происходит изменение скорости дви­жения от 0 до характерной для потока величины υ_г.

Исключительно важную роль играет пограничный слой при турбулентном движении. Однако до настоящего времени нет еди­ного подхода к оценке характера движения в нем. Распределение скоростей в турбулентном пограничном слое может быть опреде­лено из выражения

а сама толщина слоя - из выражения

В пограничном слое движение газового потока строго ламинарно. Ввиду отсут­ствия турбулентных пульсаций перенос вещества осуществляет­ся в нем преимущественно за счет молекулярной диффузии.

В пограничном слое турбулентные пульсации не исчезают внезапно, а постепенно за­тухают, приближаясь к поверхности стенки (или обтекаемого тела).

При z<δ₀ поток вещества, переносимый турбулентными пуль­сациями, меньше, чем поток, переносимый за счет молекулярной диффузии. Тем не менее наличие турбулентных пульсаций в по­граничном слое играет важную роль при переносе вещества к твердой поверхности. В диффузионном подслое толщиной δ_д (δ₀>>δ_д), который находится у стенки, молекулярная диффузия полностью преобладает над турбулентной. На границе диффузи­онного подслоя совпадают коэффициенты турбулентной и моле­кулярной диффузии. Величина диффузионного подслоя может быть найдена из выражения

где =ν_г/D- критерий Шмидта; D- коэффициент молекулярной (тепловой) диффузии, м²/с.

При обтекании тел, имеющих значительную кривизну (сфера, цилиндр и т. п.), картина образования пограничного слоя имеет довольно сложный характер. Так, в случае обтекания цилиндра на фронтальной его части образуется пограничный слой, анало­гичный слою, образующемуся на плоской стенке. Однако перемен­ные величины скорости и давления газового потока, движущегося вокруг цилиндра (вне пограничного слоя), приводят к отрыву га­зовых струй от поверхности. Скорость газов минимальная в перед­ней точке (точке набегания), плавно нарастает до экваториальной плоскости, а затем снова уменьшается. Давление же газов изме­няется от максимума в точке набегания до минимума в эквато­риальном сечении с последующим возрастанием в «кормовой ча­сти» цилиндра. Поэтому в передней части цилиндра газы в погра­ничном слое движутся в направлении градиента давления, в зад­ней части - в направлении, противоположном градиенту давле­ния. Градиент давления тормозит медленно движущиеся слои га­зов в прилегающем к обтекаемому телу слою, и в некоторой точке за экваториальной плоскостью противодавление полностью затор­мозит газовый поток у поверхности. Ниже этой точки вблизи стен­ки возникает возвратное движение газов, слои газов из погранич­ного слоя оттесняются от поверхности тела. Оторвавшийся погра­ничный слой в виде вихря движется в общем газовом потоке. От­рыв вихрей начинается при значениях критерия Рейнольдса для обтекаемого тела = υ_г /ν_ггде - характерный линейный па­раметр обтекаемого тела; для шара и цилиндра - их диаметр) по­рядка 20, а при значениях порядка 100 - 300 движение газов за точкой отрыва турбулизуется.

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:

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.

1.4 Классификация промышленных
пылеуловителей и оценка их эффективности

В технике пылеулавливания применяется большое число ап­паратов, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. По способу улав­ливания пыли их обычно подразделяют на аппараты сухой, мокрой и электрической очистки газов.

В основе работы сухих пылеуловителей лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения. Самостоя­тельную группу аппаратов сухой очистки составляют пылеулови­тели фильтрационного действия. В основе работы мокрых пылеуло­вителей лежит контакт запыленных газов с промывной жидкостью, при этом осаждение частиц происходит на капли, поверхность га­зовых пузырей или пленку жидкости. В электрофильтрах осажде­ние частиц пыли происходит за счет сообщения им электрическо­го заряда.

Рисунок1.3 - Схема классификации пылеулавливающих аппаратов.

В качестве основы для классификации пылеулавливающих ап­паратов воспользуемся несколько измененной схемой (рис. 1.3), предложенной Старком [5].

Приведенная на рис. 1.3классификация пылеуловителей не пре­тендует на абсолютность, так как существует значительное число аппаратов, работа которых, основана на совмещении различных принципов осаждения. Так, например, волокнистый фильтр при улавливании туманов может быть отнесен к категории мокрых пылеуловителей. То же самое можно сказать и о мокром электро­фильтре. Поэтому данную классификацию следует рассматривать как условную, позволяющую тем не менее достаточно наглядно охватить абсолютное большинство существующих пылеуловите­лей.

Эффективность очистки газов (степень очистки, ко­эффициент полезного действия) обычно выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, по­ступившего в газоочистной аппарат с газовым потоком за опреде­ленный период времени.

Эффективность очистки в пылеулавливающих аппаратах оп­ределяют в основном весовым методом, рассчитывая ее несколь­кими способами[2].

1.Эффективность очистки ηможет быть определена по содержанию пыли в газах до поступления в газоочистной аппарат и на
выходе из него:

где - массовый расход частиц пыли (капель, тумана), содержащихся в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, кг/с; - объемный расход газов[*], соответственно поступающих и выходя­щих из газоочистного аппарата, м³/с; - концентрация частиц в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, кг/м³.

Если объемный расход газов, проходящих через газоочистной аппарат, изменяется за счет подсоса воздуха, эффективность ап­парата определяют в соответствии с объемным расходом воздуха при подсосе, исходя из концентрации какого-либо газового ком­понента, не вступающего в аппарате в реакции (обычно SО₂ или СО₂):

где К_п- коэффициент подсоса, равный отношению концентраций анализируемого газового компонента в газах (объемн.%) после и до аппарата.

2.Эффективность очистки может быть определена по концентрации пыли в газах до поступления в аппарат и количеству улов-
ленной пыли:

где - количество уловленной пыли, кг/с.

3.Эффективность по количеству уловленной аппаратом пыли
и концентрации пыли в газах, выходящих из аппарата:

4.Коэффициент очистки газов часто определяют по фракционной эффективности - степени очистки газов от частиц определенного размера. Фракционная эффективность очистки η_фвыражается формулой

где Ф',Ф" - содержание данной фракции в газах, соответственно начальное (на входе в фильтр) и конечное (на выходе из фильтра), %.

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить об­щую степень очистки по формуле

Для расчета по формуле (24) могут быть ис