1.1. Свойства твердой фазы (частиц) аэрозоля

Форма может быть разнообразной – от круглой, почти сферической, до волокнистой или пластинчатой:

1. Изометрическая – все три размера одного порядка. Это может быть куб, правильный многогранник. Идеальное тело – это сфера.

2. Пластинчатые – один размер намного меньше двух других (чешуйки, диски).

3. Волокна (вытянутая форма) – два размера намного меньше одного (волокна, нити, иголки, призмы).

Сведений по поведению двух последних не достаточно, поэтому при описании свойств таких аэрозолей стремятся заменять их на изометрические.

Форма во многом зависит от способа получения частиц и природы материала. Например, частицы, возникающие при конденсации молекул пара, чаще всего сферические. При дроблении редко получаются сферические частицы.

Размер. Частицы чаще всего представляют сферические или подобные к ним. Размер характеризуется диаметром или радиусом. На практике используется чаще диаметр. Крупность частиц неправильной формы условно характеризуется диаметром сферы из того же вещества, эквивалентной данной частице по какому-либо признаку – чаще всего по объему (массе) и скорости оседания V_s под действием силы тяжести.

В соответствии с этим различают:

1. Эквивалентный диаметр

(1.1)

2. Седиментационный (стоксовский)

(1.2)

По размеру частиц различают: высокодисперсный аэрозоль (d <1мкм), тонкодисперсный аэрозоль (1<d<10 мкм), грубодисперсный аэрозоль (20<d<100).

Удельная поверхность равна отношению площади поверхности частицы к ее объему. Величина удельной поверхности зависит от размера частицы и ее формы.

(1.3)

Существуют достаточно надежные экспериментальные методы определения удельной поверхности порошкообразных материалов.

С удельной поверхностью частиц связаны такие их свойства, как адсорбционная способность, гигроскопичность, взрывоопасность и другие. С увеличением размера частиц их удельная поверхность возрастает.

Для очень мелких частиц (кластеров) в силу сравнимости поверхностной энергии с объемной наблюдается изменение свойств вещества частиц по сравнению со свойствами того же вещества в его массивных образцах.

Важнейшей динамической характеристикой частицы является ее масса:

,

где - объем частицы, - ее плотность. Плотность гладких монолитных частиц практически совпадает с истинной плотностью, т.е. плотностью исходного вещества. Если частица имеет поры, полости или представляет собой совокупность более мелких частиц, связанных между собой адгезионными силами, то для вычисления массы такой частицы следует использовать кажущуюся плотность .

Коллективной характеристикой аэродисперсной системы является массовая концентрация частиц:

(1.4)

Счетная (1.5)

Объемная концентрация

(1.6)

- объем твердой фазы. - объем занимаемый аэрозолем.

1.2. Закономерности распределения частиц промышленных аэрозолей по размерам

Механизмы образования аэрозолей и их физико-механические свойства настолько многообразны, что найти единые теоретические зависимости для описания их дисперсного состава невозможно. Известно лишь несколько частных теоретических схем вывода функций распределения частиц по размерам. Поэтому широко распространены эмпирические закономерности распределения частиц для вполне определенных условий.

Все аналитические выражения функций распределения можно разделить на три группы:

• теоретические зависимости, отражающие физические особенности образования аэрозолей;

• эмпирические формулы, аппроксимирующие экспериментальные данные;

• универсальные соотношения, обобщающие теоретические зависимости и имеющие при этом определенные аппроксимационные возможности.

К теоретическим зависимостям, прежде всего, относится логарифмически-нормальное распределение, обоснованное А. Н. Колмогоровым для частиц, которые образуются в результате достаточно длительного измельчения однородных твердых материалов:

(1.7)

где

- интеграл ошибок (1.8)

- функция Лапласа (1.9)

Зерновой состав продуктов измельчения, получаемых с помощью мельниц различных типов, может быть представлен с помощью формул Розина-Рамлера:

(1.10)

где - параметры.

Качество аппроксимации дисперсного состава пыли аналитическим выражением можно оценить вычисляя среднеквадратическое отклонение полученной теоретической кривой D_теор (_i) от экспериментальных значений D(_i) :

(1.11)

Лучшей считается аппроксимация, минимизирующая величину .