Загрязнение атмосферного воздуха является одной из основных причин нарушения экологического равновесия и, как следствие, возникновения кризисных экологических ситуаций в промышленных регионах. Поэтому для защиты окружающей среды особую остроту и злободневность имеет проблема предотвращения поступления в атмосферу различного рода пылегазовых выбросов. На практике промышленные выбросы пылей образуются при переработке различного сырья и полуфабрикатов механическим, термическим или химическим воздействием. Пыль относится к третьему классу опасности, но может быть носителем других более токсичных веществ. Разовая максимальная ПДК пыли составляет 0,15…0,5 мг/м³, а среднесуточная 0,05…0,15 мг/м³ [1].

      Надежность работы пылеулавливающего оборудования в значительной степени зависит от физико-химических свойств пылегазового потока. При проектировании и оценке работы аппаратов и систем пылеулавливания учитывают физико-химические свойства подлежащих улавливанию пылей: плотность, дисперсность, смачиваемость, гигроскопичность, слипаемость, удельное электрическое сопротивление, динамический угол естественного откоса, фракционный состав [2, 3].

      Данные по названным свойствам пылей в ряде случаев отсутствуют, поэтому сделана попытка восполнить этот пробел и дополнить банк данных по свойствам улавливаемых пылей, а также выбрать модельную пыль для дальнейшего исследования.

      Проведены физико-химические исследования следующих пылей: суперфосфата, криолита, красных пигментов. Изучены: смачиваемость, гигроскопичность, дисперсный состав, динамический угол естественного откоса, насыпная плотность и плотность при встряхивании. Для проведения исследований изготовили соответствующие устройства, обеспечивающие возможность изучения названных свойств, в т.ч.:

— прибор для исследования пленочной флотации;

— устройство для определения динамического угла естественного откоса a_э;

— прибор Фигуровского для исследования седиментации с использованием торзионных весов.

      Опыты повторялись трижды на воспроизводимость, что позволило обеспечить погрешность не более 5 %.

      Экспериментальные данные по смачиваемости пылей получены по методу пленочной флотации [4] при температуре воды t_в = 15 °С (табл. 1).

      Показатель смачиваемости рассчитывали по формуле

q = Ч 100 %,

(1)

где G — масса навески пыли, г;
      G₁ — масса пустой воронки, г;
      G₂ — масса воронки с пылью, г.

Рис. 1. Зависимость q = f(tв) пыли красных пигментов

      Исследования показали, что все пыли относятся к хорошо смачиваемым (q > 80 %), что свидетельствует о возможности надежного использования этих пылей при мокрой пылеочистке.

      Последующими опытами исследовалось влияние температуры на смачиваемость пыли красных пигментов. Установлена прямолинейная зависимость смачиваемости от температуры t_в в интервале температур 10…100 °С (рис. 1).

      По результатам эксперимента получено эмпирическое уравнение для расчета смачиваемости (погрешность менее 5 %)

q = 0,12 tв + 83,7.

(2)

      Уравнение (2) может быть использовано для определения рациональной температуры процесса пылеочистки.

      Методом высушивания [4] определили гигроскопическую влагу:

— суперфосфата — 2,68 %;

— криолита — 0,68 %;

— красных пигментов — 0,51 %.

      Определение дисперсного состава пылей осуществляли седиментационным методом, основанным на законе Стокса (3), на приборе Фигуровского, в водной среде [5, 6]

r 2 = 71 Ч

(3)

где h — вязкость среды, сП;
      r, r₀ — плотность дисперсной фазы и дисперсной среды, соответственно, г/см³;
      h — высота оседания пыли, см;
      r — радиус частицы, мкм;
      K — константа Стокса;
      t — время седиментации, с.

      В результате дисперсного анализа получили кривую распределения, с помощью которой определили полидисперсность пылей и установили максимальную фракцию, содержащую максимальное количество частиц с размерами от r до r + Dr. Кривая седиментации

Q = Qm

(4)

где Q — отношение массы выпавшего осадка к общей массе осадка, %;
      Q_m — константа, определяемая массой частиц, оседающих за бесконечно большой интервал времени, %;
      t_о — половинное время седиментации, с.

      Уравнение (4) может быть записано в виде

= + .

(5)

Рис. 2. Зависимость от времени

      Построив зависимость = f(t) (рис. 2), определили константу Q_m = ctg j, где j — угол наклона прямой, а отрезок, отсекаемый ею на оси ординат, равен . Умножив на Q_m, получили t_o.

      Задача исследования кривой седиментации заключается в определении количества полностью выпавших частиц, т.е. Q_i. Воспользуемся уравнением касательной к одной из точек кривой седиментации

Q0 = Q - t.

(6)

      Продифференцировав уравнение (4), получим

=

(7)

      После соответствующих подстановок получим

Q0 = Qm

(8)

      Половинное время t_о = f( h, r, r₀, h) не может служить характеристикой дисперсности пыли, и его заменили, пользуясь законом Стокса (3), на эквивалентную константу r₀ (9), уже не зависящую от условий эксперимента, а связанную только с дисперсностью пыли соотношением [4]

r02 = .

(9)

      Далее, заменяя в уравнении (8) t на r² и t_о на r_о², получаем уравнение интегральной кривой распределения частиц

Q0 = Qm .

(10)

      Продифференцировав уравнение (10), получаем уравнение дифференциальной кривой распределения

F = = 4Qmro4 Ч   или  F = f (r).

(11)

Рис. 3. Дифференциальные кривые распределения частиц: 1 — суперфосфата; 2 — криолита; 3 — красных пигментов

      При исследовании следили не за изменением высоты по мере опускания чашечки за счет массы поступающих в нее частиц, а фиксировали массу чашечки во времени. Исходную высоту, на которую чашечка была опушена в цилиндр с раствором по отношению к высоте раствора, приняли постоянной.

      Анализ дифференциальных кривых распределения частиц (рис. 3) показал, что фракционный состав пылей криолита и суперфосфата (кривые 1 и 2) весьма пестрый, т.к. включает частицы с размерами от 3,0 до 20,0 мкм, максимум кривых очень размыт, и для практических целей целесообразно пользоваться кривой 3 распределения частиц красных пигментов, для которой основная фракция с размерами частиц от 2,4 до 4,0 мкм составляет 95...96 %. Такая пыль может быть использована в дальнейшем как модельная, что подтверждается еще и смачиваемостью этой пыли q = 85 %.

      Результаты исследований по определению насыпной плотности и плотности при встряхивании [4] представлены в табл. 2, а результаты исследования динамического угла естественного откоса [5] в табл. 3. Полученные данные сопоставимы с физико-химическими свойствами пылей [2, 3].

Таблица 2 Насыпная плотность и плотность при встряхивании, г/см3 Тип пыли Насыпная плотность Плотность при встряхивании   Суперфосфат 0,740 0,930   Криолит 0,880 1,096   Красные пигменты 0,635 0,830

Таблица 3 Динамический угол естественного откоса   Тип пыли  Супер- фосфат   Криолит  Красные  пигменты  38,0 46,7 44,9

      Таким образом, исследованы основные физико-химические свойства пылей: суперфосфата, криолита и красных пигментов. Установлено, что в качестве модельной пыли лучше использовать пыль красных пигментов. Полученные кривые распределения позволяют определить фракционный состав исследованных пылей. Результаты исследования могут быть включены в банк данных по физико-химическим свойствам пылей.

      Литература

1. Ужов В.Н. Борьба с пылью в промышленности. - М.: Госхимиздат, 1962.
2. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. Русанова А.А. - М.: Энергия, 1975.
3. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справ. изд. - М.: Металлургия, 1986.
4. Коузов П.А., Скрябина Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. - Л.: Химия: Ленинград. отд-ние, 1983.
5. Инструкция по проведению анализа дисперсного состава пыли седиментационным методом в жидкой фазе / Сост. Коузов П.А., Иофинов Г.А. - Л.: Лиот, 1965.
6. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. - Л.: Химия, 1974.

Copyright © 2000-2001 Odessa State Polytechnic University. All Rights Reserved.