Физико-химические свойства технологической пыли, силы взаимодействия между газом и пылью
Одной из основных характеристик технологических пылей, определяющих выбор аппарата для очистки, является размер частиц газа. По дисперсному составу технологическую пыль делят на группы (фракции): крупнодисперсная пыль — размером более 100 мкм; среднедисперсная — 100— 10 мкм; мелкодисперсная — менее 10 мкм.
Частицы пыли размером более 60 мкм осаждаются легко из газового потока в аппаратах простейшего типа, поэтому фракционный состав пыли определяют обычно для частиц размером до 60 мкм и представляют в таблицах.
Химический состав пыли всегда характерен для определенного производства или технологического процесса. Например, пыль, образующаяся во время плавки металлов, состоит из окислов этих металлов с примесью применяемых флюсов и добавок; пыль, выделенная в процессе холодной обработки металлов абразивным материалом, содержит мелкие частицы металла и абразивного инструмента; текстильная пыль образуется из мельчайших частиц волокон.
Одной из существенных характеристик пыли является ее плотность. Различают истинную плотность пыли и плотность насыпной массы пыли (кажущуюся плотность пыли). Так, насыпная плотность крупной пыли в 2,5 раза, а мелкой пыли в 20 раз меньше истинной плотности. Кажущаяся плотность частиц пыли представляет собой отношение массы частицы пыли к ее объему.
Способность пыли слипаться и образовывать более крупные частицы называют коагуляцией. Мелкая пыль (в том числе и возгоны — пыль, образующаяся в газах в результате конденсации паров веществ и в процессе химических реакций газообразных компонентов) склонна к самопроизвольной коагуляции. Частицы пыли размером более 100 мкм почти не коагулируют в газовом потоке.
Чем выше скорость газа, тем больше его турбулентность и вероятность столкновения частиц пыли, находящихся во взвешенном состоянии. Частицы пыли разного размера укрупняются интенсивнее, чем одинаковые.
Способность пыли налипать на стенки аппарата называют слипаемостью. К неслипающейся пыли относятся глиноземная сухая и шлаковая, пыль. Доменная и коксовая пыль, аппатито - вая сухая пыль, летучая зола с недожогом принадлежат к слабо слипающейся пыли. К сильно слипающейся пыли относятся зола антрацитового штыба с недожогом, пыль асбеста, хлопка, шерсти, цемента, глины, гипса, каолина и др.
Способность частиц пыли абсорбировать влагу называют смачиваемостью. Чем меньше размер частиц пыли, тем слабее их смачиваемость. Смачиванию препятствует газовая оболочка, которая образуется вокруг частиц пыли. Чем крупнее частицы и чем они круглее, тем их смачиваемость больше. Смоченные частицы лучше отделяются от газа в аппаратах газоочистки.
Рассмотрим взаимодействие газового потока и частиц пыли. В движущемся потоке сила сопротивления частиц пыли
Р=Г^, (14.1)
Где Г — коэффициент сопротивления; Т7— площадь живого сечения частицы в направлении, перпендикулярном к движению; пи — скорость относительного движения частицы в газовом потоке;
Р — плотность газа. Величина X* -£■ оценивается по данным работы [106] 0,0002 для гладких тел и 0,0005 для шероховатых.
При ламинарном режиме обтекания частиц газовым потоком
Йе = ^ < 2 (В — диаметр частицы).
Коэффициент сопротивления определяется как X* = 24/1?е. При турбулентном режиме (1?е> 500) принимаем X'= 0,44. В области переходного режима X* = 18,6/Ие0-6. Используя соотношения для коэффициента сопротивления, определяем силу сопротивления
Частицы (твердого тела) в ламинарном режиме
Р=2^^- = Зг^ш. (14.2)
Соотношение (14.2) известно как закон Стокса.
При турбулентном режиме обтекания частиц
Р = 0,173р82ш2. (14.3)
Рассматривая твердую частицу диаметром о, находим силу тяжести
0=^-м. (14.4)
Из равенства выражений (14.2), (14.4) получим
(14.5)
Уравнение (14.5) определяет скорость витания частицы. В неподвижной среде это скорость падения частицы, а в подвижной —■ скорость, при которой частицы удерживаются от падения.
Задав скорость витания, можно рассчитать диаметр частиц, которые будут оседать под действием сил тяжести:
(14.6) |
, Г
°”=1/ ТГ'
Следовательно, приняв скорость движения частиц равной скорости газового потока, всегда можно получить минимальный размер частиц, которые будут оседать под действием сил тяжести.