Тема 3.Очищення відхідних газів від аерозолів.

3.1. Основні властивості пилу.

3.2. Фізичні основи процесів пилоуловлювання.

3.3. Характеристика методів, що застосовуються для видалення дисперсних домішок з пилогазоповітряної суміші.

Основні терміни: щільність, дисперсність, седиментація, інерційне осадження, циклон, електрохімічне уловлювання, змочуваність, скрубер.

3.1. Основні властивості пилу.

В процесах пилоуловлювання важливими є фізико-хімічні характеристики пилу, туманів, а саме: щільність частинок, дисперсний (фракційний) стан тощо.

Щильність частинок. Розрізняють декілька видів щільності частинок:

- істинна;

- насипна (враховує повітряний прошарок між частинками пилу, при злежуванні насипна щільність зростає в 1,2-1,5 рази) - насипна щільність шару;

- уявна (представляє собою відношення маси частинок до об’єму, який вони займають, з урахуванням пор, нерівностей, пустот).

Гладкі монолітні частинки мають уявну щільність, що практично співпадає з істинною – найбільша різниця між різними видами щільності спостерігається для пористих тіл.

Дисперсність частинок.

Розмір частинки являється основним її параметром. Вибір пиловловлювача значною мірою залежить саме від розміру частинок пилу. Частинки промислового пилу можуть мати різну форму (кульки, палички, пластинки, пластівця тощо), а також можуть коагулювати чи утворювати конгломерати.

В пиловловлюванні прийнято характеризувати розмір частинки величиною, яка визначає швидкість її осадження. Такою величиною служить седиментаційний діаметр – діаметр кулі, швидкість осадження і щільність якої дорівнюють швидкості осадження і щільності даної частини. При цьому сама частинка може мати довільну форму.

Усі вирази розрахунку швидкості руху і осідання частинок описують рух кулькоподібних твердих частинок. Для урахування цього моменту вводять поняття “динамічний коефіцієнт форми” частки (t) – це відношення опору середовища руху даної частки до опору середовища руху частинки, яка має такий самий об’єм, як і кулькоподібна частка.

Тоді при розрахунку сили опору руху частинок, які відрізняються від кульки, у відповідні вирази вводиться поправка динамічного коефіцієнту форми.

Найбільший і найменший розміри частинок характеризують діапазон дисперсності пилу.

Для характеристики дисперсного стану усю масу пилових частинок розбивають на фракції, які обмежуються частинками певного розміру із вказуванням, яку частку у відсотках по масі (або по кількості частинок) вони складають. Сукупність фракцій частинок пилу за їх розмірами із вказуванням, яку частку у відсотках по масі (або кількості) займає та чи інша фракція, називається дисперсним складом газопилової суміші. Дисперсний склад пилу представляють у вигляді інтегральних кривих.

Розподілення частинок за розмірами на практиці часто узгоджується з логарифмічним нормальним законом розподілення (ЛНР) Гауса:

М(d4) – відносний вміст частинок менше даного розміру, %.

lg G4 – середньоквадратичне відхилення у функції даного розподілення.

Lg(d4/d50) – логарифм відношення поточного розміру  d4 до медіанного для даного розподілення розміру d50;

d50 – медіанний розмір частинок, для яких ефективність осадження складає 0,50.

Для характеристики пилу і порівняння частинок між собою достатньо мати два параметри: d50 та lg G4. Значення d50 дає середній розмір частинок, lg G а – ступінь полідисперсності пилу.

За дисперсністю пил класифікують на 5 груп.

І – дуже крупно-дисперсний пил (d50 > 140 мкм);

ІІ – крупно-дисперсний пил (d50 = 40-140 мкм);

ІІІ – середньо-дисперсний пил (d50 = 10-40 мкм);

IV – дрібнодисперсний пил (d50 = 1-10 мкм);

V – дуже дрібнодисперсний пил (d50 < 1 мкм).

Кварцевий пил – d50 = 3,7 мкм, цемент – 20 мкм, абразив (затачування інструментів) - d50 ≤ 38 мкм.

Адгезійні властивості частинок.

Ці властивості визначаються здатністю частинок до злипання. Підвищене злипання може привести до часткового і повного забивання апаратів. Чим менший розмір частинок, тим легше вони налипаються на поверхні апарату.

За злипанням пил розподіляється на 4 групи:

 

Група	Характеристика пилу	Види пилу
1	Пил, що не злипається	Сухий шлаковий пил, кварцевий пил, суха глина
2	Пил, що слабо злипається	Коксовий, замоклий пил
3	Пил, що має середнє злипання	Торфовий пил, РbО, ZnO, летюча зола, сажа, сухе молоко, борошно, ошурки
4	Пил, що сильно злипається	Цементовий, гіпсовий, алебастровий пил, солі натрію, подвійного суперфосфату

 

Чим дрібніший пил, тим вище його здатність до злипання. Увесь пил, що відноситься до IV і V груп дисперсії, відноситься до пилу, що сильно злипається, пил ІІ і ІІІ груп – до пилу, що середньо злипається, а пил І групи – до пилу, що слабо злипається. При звоженні здатність до злипання значно зростає.

 Абразивність частинок

Абразивність пилу характеризує інтенсивність зносу матеріалу при однакових швидкостях газового потоку і концентраціях пилу. Вона залежить від:  - твердості;

- форми;

- розмірів;

- щільності.

Абразивність враховують при розрахунках апаратури (вибір швидкості газу, товщини стінок).

Змочуваність частинок.

Цей показник має важливе значення при мокрому способі очистки ГПС, особливо при роботі з рециркуляцією. Гладкі частинки змочуються краще, ніж частинки з нерівною поверхнею, оскільки на останніх, як правило більше абсорбована газова оболонка, яка ускладнює змочування. За змочуваністю усі тверді тіла розподіляють на три основні групи:

1) гідрофільні матеріали – добре змочуються (силікати, окиси мінералів);

2) гідрофобні мінерали – погано змочуються (графіт, вугілля, сірка);

3) абсолютно гідрофобні (парафін, тефлон, бітуми).

Гігроскопічність частинок.

Здатність вбирати вологу, залежить від хімічного складу, розміру, форми і ступеню шероховатості поверхні частинок. Гігроскопічність сприяє уловлюванню частинок в апаратах мокрого типу.

Електрична провідність шару пилу.

Цей показник оцінюється за питомим електричним опором шару пилу ρшару, яке залежить від форми, розмірів частинок, внутрішньої електропровідності, а також від параметрів газового потоку.

Ця властивість суттєво впливає на роботу електрофільтрів. В залежності від питомого електричного опору пил розподіляють на три групи:

1) низькоомний ρшару < 104 Ом∙см (при осадженні пил миттєво розряджається, що може привести до виносу з апарату);

2) середньоомний ρшару = 104-1010 Ом∙см – добре уловлюється в електрофільтрах, оскільки розрядка частинок відбувається не одразу, а протягом часу, що дає можливість накопичувати шар пилу на розрядних електродах;

3) високоомний ρшару > 1010-1013 Ом∙см. Уловлювання пилу цієї групи ускладнено, оскільки частинки пилу утворюють ізоляційний шар на електродах.

Електрична зарядженість частинок.

Знак заряду частинок залежить від їх хімічного складу пилу, від властивостей речовин, з якими він стикається. Цей показник впливає на вибуховість та адгезійні властивості.

Здатність частинок до самозаймання і утворення вибухонебезпечних сумішей з повітрям.

Горючий пил внаслідок сильно розвинутої поверхні контакту частинок (біля 1 м2/гр) з киснем повітря здатний самозайматися та утворювати вибухоподібні суміші з повітрям.

Інтенсивність вибуху залежить від хімічних і термічних властивостей пилу, концентрації та інше. Цю здатність має пил як органічного так і неорганічного походження: барвників, пластмас, пил металу (Mg, Al, Zn).

Мінімальні вибухоподібні значення концентрацій ≈ 20 – 500 гр/м3, максимальні 700 – 800 гр/м3. Чим більший вміст кисню в газовій суміші, тим більша ймовірність вибуху. При вмісті О2 < 16% пилова суміш не вибухає.