2.3. Плотность частиц

Истинной плотностью (_и) называется отношение массы частицы к занимаемому этой частицей объему (V_и) без учета объема пор, пустот и т.д.:

_и = m/V_и.

Кажущейся плотностью (_к) называется отношение массы частицы к занимаемому этой частицей объему (V_ч), с учетом объема пор, пустот и т.д.:

_к = m/V_ч.

Тогда коэффициент формы k_ф может быть приблизительно оценен как:

k_ф = _и/_к. (2.8)

О насыпной плотности (_нас) говорят в том случае, когда твердые частицы выделены из аэрозоля и находятся в статическом состоянии в бункере или на какой-либо поверхности. Насыпная плотность меньше истинной (_нас< _и). При слеживании насыпная плотность увеличивается в 1,2 – 1,5 раза. Искусственное снижение насыпной плотности (для придания необходимой подвижности твердым частицам аэрозоля) достигается с помощью аэрирования.

2.4. Удельная поверхность частиц

Удельная поверхность частиц S_уд (м²/кг) используется:

– для гигиенической оценки аэрозолей – чем тоньше частицы, тем больше их удельная поверхность, значит, сильнее их воздействие на живые организмы;

– для оценки их химической активности. В газоочистительной технике удельная поверхность частиц, при прочих равных условиях, определяет интенсивность взаимодействия частиц друг с другом, а также между фазами аэрозоля.

Ориентировочное представление о величине удельной поверхности частиц S_уд можно получить из формулы

S_уд = 6 ^∙ k_ф /(d_э ^∙ _и ), (2.9)

где _и – истинная плотность вещества частицы, кг/м³.

Разброс величины удельной поверхности частиц S_уд может достигать от ~ 100 м²/кг (для промышленных аэрозолей) до ~ 1000 м²/кг (для тонкодисперсных аэрозолей).

2.5. Коагуляция аэрозолей

Аэрозоль является неустойчивой системой, в которой постоянно происходит коагуляция (укрупнение) частиц, а также разрушение образующихся агломератов. Коагуляция частиц в аэрозолях имеет двоякую природу.

Во-первых, она происходит в аэрозоле самопроизвольно под действием внутренних сил (например, при взаимном притяжении частиц, обладающих разноименными электрическими зарядами, или под действием броуновского движения частиц, для которых их размер соизмерим с длиной свободного пробега молекул газа или воздуха).

Во-вторых, коагуляция вызывается внешними силами, в поле действия которых оказывается аэрозоль (гравитация, инерция, разность электрических потенциалов). Гравитация действует постоянно, однонаправленно и независимо от прочих сил. Инерционные силы возникают, когда поток аэрозоля испытывает ускорение, которое может быть связано с изменением скорости или направления (например, в центробежных циклонах), или когда в его части возникают турбулентные пульсации. В этом случае в полидисперсном аэрозоле частицы разных размеров и разной массы приобретают разные ускорения (т.е. скорости частиц, которые увлекаются ускоряющимся потоком или турбулентным вихрем, разные). В результате происходит столкновение частиц, что является непременным условием коагуляции. Аналогично в электрическом поле (например, в электрофильтрах) частицы разных размеров движутся с разной скоростью и сталкиваются друг с другом.

Жидкие аэрозольные частицы при коагуляции сливаются, образуя укрупненные частицы сферической формы. Твердые частицы, сливаясь в процессе коагуляции, могут образовывать хлопья, плотность которых значительно меньше плотности первичных частиц. Можно отметить, что коагуляция наиболее заметна для относительно мелких фракций (1 мкм), так как их коагуляция происходит в результате броуновского движения, в котором участвуют все частицы.