Охрана воздушного бассейна

Высокоомная  пыль >109 Омм

Электрические свойства пыли зависят от поверхностной и объемной проводимости. Поверхность отличается от основной массы вещества, так как на ней адсорбируются влага и газы. При повышении температуры растет энергия электронов и повышается объемная проводимость.

Зная зависимость температуры на сопротивление пыли, воздействуют на проводимость пыли для увеличения эффективности пылеуловителей.

Удельное электрическое сопротивление так же зависит от химического состава, размеров и упаковки частиц.

Электрический заряд пылевой частицы может иметь один или несколько электрических зарядов или быть нейтральной.

Соотношение количества частиц, имеющих положительный, отрицательный заряды, или являющихся нейтральными определяет суммарный заряд системы.

Пылевые частицы получают заряд, в момент образования, находясь во взвешенном состоянии при взрыве, от взаимного трения, при трении о воздух, при адсорбции ионов при нахождении в ионизированной среде, что является основным. Получившие заряд частицы могут его отдать, при этом нейтрализуясь. Электрические свойства пыли сильно влияют на устойчивость аэрозоля и на характер воздействия на человека. Заряженные частицы в 2 раза труднее выводятся из организма по сравнению с нейтральными частицами.

При взрыве может образоваться заряд статического электричества, который образуется от совокупности частиц каждая из которых несет заряд, что делает необходимым производить заземление технологического оборудования, воздуховодов, труб.

Часто не металлические частицы заряжены положительно и металлические частицы отрицательно.

Заряженные частицы ведут себя по закону Кулона, т.е. одинакового знака притягиваются и разного знака отталкиваются.

10. Горючесть и взрываемость пыли.

Смесь пыли с воздухом образует взрывопожароопасную смесь.

Горение – это физико-химический процесс с выделением тепла и света.

Возгорание – это начальная стадия горения, происходит от источника зажигания.

Воспламенение – возгорание с появлением пламени.

Самовозгорание – это возгорание при отсутствии источника зажигания может иметь тепловую, химическую и микробиологическую природу.

Нижний концентрационный предел распространения пламени г/м3 по пылевоздушным смесям – это минимальное содержание пыли в воздухе, при котором происходи взрыв.

Верхний концентрационный предел распространения пламени г/м3 по пылевоздушным смесям - это максимальное содержание пыли в воздухе, при котором взрывообразование прекращается из-за нехватки кислорода.

Между нижним и верхним пределами концентрация пыли носит взрывоопасный характер.

Нижний предел определяется химическим составом пыли и ее дисперсностью.

Рост влажности пыли уменьшает взрывопожароопасность.

Повышение скорости движения пыли до 5м/с повышает нижний предел взрывоопасности в 2-3 раза.

ГОСТ 12.032-81 – методы определения нижнего предела взрывоопасности пыли.

По ГОСТУ определены 4 класса взрывопожароопасности пыли.

1.       Наиболее пожароопасная пыль при нижнем пределе до 15г/м3,

2.       Взрывоопасные пыли 15-25 г/м3,

3.       Наиболее пожароопасные пыли имеют температуру воспламенения до 250оС,

4.       Пожароопасные пыли с температурой воспламенения более 250оС.

11. Коагуляция пыли (агрегирование, коагуляция).

Коагуляция пыли – это укрупнение пыли при взаимодействии от различных физических факторов – в этом процессе главное влияние оказывают молекулярные и электрические силы.

Для обеспылевания воздуха коагуляция очень полезна.

Частицы слипаются при столкновении, при действии гравитационных сил, сил инерции, броуновского движения, от взаимного притяжения и пр.

Процесс коагуляции усиливается при росте количества мелких частиц и при росте концентрации пыли.

Естественная коагуляция происходит под действием естественных сил.

Искусственная коагуляция происходит под действием ионизации, акустической обработки, которые увеличивают процесс коагуляции во много раз.

3.       Теоретические основы очистки воздуха от пыли.

3.1         Гравитационное осаждение происходит под действием силы тяжести.

Сопротивление среды по закону Ньютона

Sч    - площадь поперечного сечения частицы, м2,

v     - скорость частицы кг/м3,

ч   -  аэродинамический коэффициент сопротивления частицы

г    -  динамическая вязкость воздуха, Пас,

dч   -  диаметр частицы.

При Re2 ламинарное движение

При 10-3 Re 1 по закону Стокса сила сопротивления движения частицы равна

По закону Стока при ламинарном движении частиц сила сопротивления движения частицы для частиц 0,2 – 2 мкм равна

Ск - поправка Кенингема 90  1 = f (dч)

Броуновское движение происходит от ударов молекул частиц малых размеров 0,5 мкм и ниже, перемещение частиц в броуновском движении по Эйнштейну равно

Dч  - коэффициент диффузии частицы, м2/с

Тг  - абсолютная температура воздуха, С

Если частица шарообразная, то вводится динамический коэффициент формы, который умножается на аэродинамический коэффициент сопротивления частицы ч

 - динамический коэффициент формы, =1 при шаровой форме, =5 при пластинчатой форме,

=

dчэ- эквивалентный диаметр частицы, равный диаметру шара, объем которого равен объему частицы, м

В движении частицы, осаждающейся под действием силы тяжести в неподвижной среде, различают три стадии: продолжительность которых очень мала:

1. начальный момент падения,

2. движение с увеличением скорости,

3. движение с постоянной скоростью.

Скорость воздуха в восходящем потоке, при которой скорость частицы равна нулю, называется скоростью витания частицы.

Постоянная скорость осаждения частицы в  неподвижном воздухе равна её скорости витания.

Скорость витания важна для аспирации, пневмотранспорта, пылеуловителей, работающих на принципе гравитации

3.2 Центробежное осаждение частиц - это более эффективный метод, чем гравитационное осаждение, т.к. центробежная сила во много раз больше чем сила частицы.

mч - масса частицы, кг

v  - скорость вращения потока вокруг неподвижной оси, м/с

r - радиус частицы

Скорость осаждения частицы

при равенстве vч=vc разделив скорость движения частицы на скорость осаждения частицы получаем критерий Стокса, который характеризует режим осаждения частиц.

Существует два принципиальных конструктивных решения:

1. Пылегазовый поток вращается в неподвижном корпусе аппарата — циклон,

2. Поток движется во вращающемся аппарате — ротационный пылеуловитель.

3.3 Инерционное осаждение, при котором движущийся в одном направлении запылённый поток изменяет направление движения. Движущиеся с большой скоростью частицы стремятся сохранить первоначальное направление движения и оседают.

              Активность осаждения частиц характеризует критерий Стокса, который получен как соотношение сил инерции и сил сопротивления среды.

L - геометрическая характеристика аппарата, м.

3.4 Осаждение частиц в электрическом, поле при котором происходит зарядка частиц и осаждение под действием электрического поля.

В обычных условиях большая часть молекул газа нейтральна.

Факторы, влияющие на рост заряженных молекул:

1. сильный нагрев,

2. радиоактивное излучение,

3. трение,

4. бомбардировка электронами и ионами и др.

Если между электродами создается электрическое поле, то носители зарядов — ионы и электроны получают значительное ускорение и при столкновении с молекулами происходит их ионизация — ударная ионизация.

Пространство около коронирующего электрода называется коронирующей областью - здесь происходит ударная ионизация. При коронном разряде имеет место  выделение озона и окислов азота. Процесс ионизации носит лавинообразный характер. Частицы получают заряд и перемещаются к электродам, оседая на них. Закон взаимодействия электрических зарядов характеризует закон Кулона.

q1, q2 - величины взаимодействующих зарядов,

r - расстояние между зарядами, м.

к1>0 - коэффициент пропорциональности, который зависит от электропроводящих свойств среды.

о - электрическая постоянная равная 8,8510-12Кл2/(Нм2),

 - относительная диэлектрическая проницаемость среды, для вакуума   =1.

Характеристикой электрического поля является напряжённость электрического поля Е.

Коронный разряд возникает при напряжённости электрического поля, равной Екр — критическое напряжение.

Для отрицательной полярности электрода

Екр=3,04(+0,0311)106

 - отношение плотности газа в рабочих условиях к плотности газа в стандартных условиях (t=20oC, Р=1,013105Па)

В - барометрическое давление, Па,

Рг - величина разряжения или абсолютное давление газов, Па,

t - температура газов, оС,

r - радиус коронирующего электрода.

Предельный заряд частиц диаметром более 1 мкм и с диэлектрической проницаемостью =2,5 равен

qпред=ne=0,1910-9r2E

e - величина элем заряда 1,610-19 Кл,

n - число элементарных зарядов,

r - радиус частицы, м,

Е - напряженность электрического поля, В/м,

гипс  =4; окисленный металл  =12-18, металлы =

Если 2,5, то qпредD=m/ D=2,5

D=1+2(-1)/(+2)

При =2,5 D=1,66, =1 D=1

Скорость движения частиц пыли более 1мкм в электрическом поле, м/с.

r - радиус частицы, м,

Е  - напряжение электрического поля, B/м

Г - динамическая вязкость газа, Пас.

для частиц менее 1 мкм верна следующая формула

Степень эффективности очистки воздуха в электрофильтре может быть определена по формуле

=1-ехр(-vДf)

f - удельная поверхность осаждения электродов для осаждения на 1 м3/с очищаемого газа, м2.

3.5 Фильтрация через пористые материалы — это пропуск аэрозоля через фильтровальные перегородки, пропускающие воздух, но задерживающие аэрозольные частицы.

Процесс фильтрации можно представить как движение частиц вблизи цилиндров из волокнистого материала, расположенных поперек потока, движение воздуха безвихревое.

Задерживаются частицы силами межмолекулярного взаимодействия, а расстояние между цилиндрическими волокнами в 5-10 раз больше размеров частиц.

При фильтрации через пористые материалы имеют место следующие явления:

-          сетевой эффект,

-          инерционное столкновение,

-          броуновская диффузия,

-          касание,

-          гравитационные силы,

-          электрические силы.

Главное при фильтрации это столкновение с волокнами и нитями фильтровального материала.

Вероятность столкновения частиц пыли с волокнами фильтровального материала определяет критерий Стокса.

dч - диаметр частицы, м

ч - плотность частицы кг/м3,

dв -диаметр волокна фильтровального материала, м

vГ - скорость газового потока, м/с

Г - динамическая вязкость, Пас

Ск — поправка Кенингема для частиц диаметром близком к длине свободного пробега молекул газа (при dч=0,003 мкм Ск = 90, при dч=0,03 мкм Ск = 7,9, при dч=0,1 мкм Ск = 2,9, при dч=1 мкм Ск = 1,16).

Чем St выше, тем выше вероятность столкновения частиц с поверхности фильтруемого материала  (90%  при St = 7)

б - эффективность осаждения частиц при броуновском движении при tпотока< 100оС.

б=

э - эффективность осаждения под действием электрических сил.

Е — напряженность электрического поля вокруг волокна В/м

Кэ — коэффициент, учитывающий диэлектрические свойства пыли

При отложении частиц на фильтровальном материале растет гидравлическое сопротивление слоя осевшей пыли, которое можно определить по формуле  Козени-Кармана, Па:

кс=240 для dч < 6мкм,