6 Очистка газов от твердых (жидких) загрязнений

В общей проблеме инженерной защиты окружающей среды важным разделом является охрана чистоты атмосферного воздуха от вредных загрязнений, в том числе от твердых и жидких взвешенных частиц.

Пылью называют дисперсную систему с газообразной дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой, состоящей из частиц от квазимолекулярного до макроскопического размеров, способных находиться во взвешенном состоянии продолжительное время. Нельзя отождествлять пыль и порошкообразный материал даже при одинаковых размерах частиц. Твердую дисперсную фазу пылей после выделения называют уловленной пылью. Уловленная пыль и порошок – понятия тождественные. При нестрогом изложении для краткости уловленную пыль часто называют просто пылью.

Дисперсные системы с газообразной (воздушной) дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой называют также аэрозолями. Скорость оседания частиц аэрозолей очень мала, и они могут неопределенно долго находиться во взвешенном состоянии. Размеры наиболее крупных частиц в аэрозолях принято ограничивать 1 мкм, при этом в технической литературе термины грубый аэрозоль и пыль являются синонимами. Уловленные частицы аэрозолей, представляющие собой очень тонкий порошок согласно терминологии коллоидной химии называют аэрогелем.

Пыли, аэрозоли и порошки обычно полидисперсны, т.е. частицы их дисперсной фазы имеют неодинаковый размер.

Масса частиц, содержащихся в единице объема газа (воздуха) при нормальных условиях, называется концентрацией пыли, пылесодержанием или запыленностью и обозначается С. Число частиц n в единице объема газа (воздуха) представляет собой концентрацию пыли по числу частиц и обозначается С_n.

Размер частицы , определяющий ее крупность, характеризуется длиной стороны частицы, размерами ее проекции, шириной ячейки сита. Диаметр точно характеризует размер только шарообразных частиц. Для характеристики размера частиц, отличающихся по форме от шара, используют величину эквивалентного диаметра. Применяют следующие понятия эквивалентного диаметра: диаметр шара, объем которого равен объему частицы; диаметр круга, площадь которого равна площади проекции частицы, определяемой путем микроскопирования.

Скорость витания (парения) частицы представляет собой скорость восходящего потока, численно равную седиментационной скорости. Седиментационной скоростью называют постоянную скорость оседания частиц, которую они приобретают в спокойной среде под действием сил тяжести. Седиментационный диаметр частицы численно равен диаметру шара, скорость оседания и плотность которого соответственно равны скорости оседания и плотности частицы любой формы.

6.1 Дисперсный состав и свойства пыли

Одной из важных характеристик пыли является её дисперсный состав. Для объективной оценки степени очистки в пылеулавливающих устройствах, при проектировании установок, для расчета эффективности пылеуловителей необходимы сведения о степени дисперсности промышленных пылей. Дисперсный состав пыли очень часто задается в виде таблиц экспериментальных данных. Экспериментальные данные представляются как содержание отдельных фракций пыли, представляющих собой доли массы или числа частиц между двумя значениями их диаметров . В таблицах указывают содержание частиц (в процентах от массы пыли или от общего числа частиц), имеющих размер меньше или больше (табл. 1).

Таблица 1. Содержание частиц с размерами

больше или меньше в кварцевой пыли

, мкм	Д, %	R, %	, мкм	Д, %	R, %
2,5	5,3	94,2	25	42,2	57,8
4,0	9,2	90,8	40	54	46
6,3	15	85	63	65	35
10	21,5	78,5	100	71	29
16	31	69	макс	100	0

Доля частиц мельче называется проходом (аналогия с ситовым анализом) и обозначается D, а доля частиц крупнее называется остатком и обозначается R. В таблицах используют также и долю частиц от общей массы и тогда обозначают как D.

Ф

Рис. 6.1. Кривые распределения частиц пыли по массе в координатах с равномер- ными шкалами

ункция, которая при любом фиксированном равна отношению массы частиц, размер которых меньше или больше , к общей массе всех частиц пыли, выраженная в процентах, называется функцией распределения по проходу D( ) или по остатку R( ). Данные по дисперсному составу пыли представляют и графически в обычных или логарифмических координатах. Кривые функции распределения на обычной координатной сетке с равномерными шкалами имеют вид, представленный на рис. 6.1.

Функции плотности распределения массы частиц пыли по их размерам ( ) представляют собой производную функции распределения:

. (6.1)

К

Рис. 6.2. Гистограмма и анали- тическая зависимость плотности распределения массы частиц пыли по размерам

ривую функции плотности распределения можно приближенно найти путем построения гистограммы на основе экспериментальных данных (рис. 6.2). Площадь каждого прямоугольника должна быть равна содержанию данной фракции в процентах. Поэтому на оси ординат откладывают частное от деления содержания фракции на диапазон размеров частиц, т.е. на разность между наибольшим и наименьшим размерами частиц данной фракции. Общая площадь всех прямоугольников составляет 100%. Кривая плотности распределения, полученная дифференцированием по кривой распределении D( ) и представляет собой истинную плотность распределения.

Наиболее простым методом определения дисперсного состава уловленной пыли является ситовой анализ, когда уловленная пыль в основном состоит из крупных (более 40 мкм) частиц. Метод основан на механическом разделении частиц по крупности. Просеивая материал через набор сит с ячейками известного размера, пробу материала разделяют на несколько фракций. Размеры частиц фракции ограничены размерами отверстий верхнего и ниже расположенного сита. При использовании воздушно-струйных просеивателей с печатными ситами просев начинается с сит, имеющих размеры ячейки до 15 мкм. При мокром просеивании промыванием применяют печатные сита с ячейками до 2 мкм. Для определения дисперсного состава частиц в диапазоне 1..40 мкм используют седиментационные методы.

Плотностью материала частиц пыли называют массу единицы их объема без внутренних пор. Если в частицах имеются закрытые поры, то масса единицы такого объема называется кажущейся плотностью. Объемной (насыпной) плотностью называют массу единицы объема частиц, включая закрытые и открытые поры.

Отношение поверхности частиц пыли к их массе или объему называют удельной поверхностью S. По удельной поверхности судят о степени дисперсности пыли: чем больше удельная поверхность пыли, тем выше степень ее дисперсности. Если предположить, что все частицы имеют одинаковый размер и шарообразную форму, то по удельной поверхности можно вычислить средний диаметр частицы:

(6.2)

здесь n – число частиц; S_в – внешняя поверхность шарообразной частицы; V – объем ее при диаметре .

В процессах очистки пыли необходимо учитывать также такие свойства пыли, как смачиваемость, слипаемость и абразивность. Методы определения указанных свойств описаны в специальной литературе.