Плотность — масса единицы объема, кг/м3. Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность частиц пыли. Истинная плотность

Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность частиц пыли.

Кажущуюся плотность определяют пикнометрическим методом, который основан на определении объема жидкости, вытесненной пылевыми частицами, масса которых предварительно измерена. Поделив массу материала на вытесненный им объем, получаем плотность данного материала. Используют жидкость, которая не взаимодействует с исследуемой пылью.

Насыпную плотность определяют путем взвешивания измеренного объема пыли. Используют мерный цилиндр, лабораторные весы до 0,01 г, виброуплотнитель.
2.2.4. Удельная поверхность

Под удельной поверхностью пыли понимают отношение поверхности всех частиц к их массе или объему.

Значение удельной поверхности позволяет судить о дисперсности пыли. От удельной поверхности зависят многие свойства пыли и пылевидных материалов, например, прочность бетона, горение пылевидного топлива.

Определение удельной поверхности пыли основано на зависимости ее воздухопроницаемости от слоя пыли (пылевидного материала).

Для определения удельной поверхности пыли (пылевидного материала) при непостоянном количестве воздуха, протекающего через кювету с исследуемым материалом, применяют прибор ПСХ-2. При постоянном расходе воздуха применяют прибор Товарова.

Прибор ПСХ-2 обычно применяют при удельной поверхности до 5000 см2/г, прибор Товарова — при больших значениях.

2.2.5. Слипаемость пыли

Взаимодействие пылевых частиц между собой называется аутогезией. Аутогенным воздействием вызывается образование конгломератов пыли. Взаимодействие пылевых частиц с поверхностями называется адгезией.

Обычно, когда речь идет о взаимодействии пылевых частиц между собой, явления аутогезии именуют слипаемостью. Она обусловлена силами электрического, молекулярного и капиллярного происхождения. Устойчивая работа пылеулавливающего оборудования во многом зависит от слипаемости пыли.

В качестве показателя слипаемости принимают прочность пылевого слоя на разрыв, Па.

Слипаемость пыли определяют по методу разъемного цилиндра.

По степени слипаемости пыли могут быть разделены на четыре группы (табл. 2.3.).

Слипаемостъ пыли

Считают, что для влажной пыли степень ее слипаемости должна быть увеличена на один уровень. Слипаемость возрастает с уменьшением размера частиц.

Сыпучесть характеризует подвижность частиц пыли относительно друг друга и их способность перемещаться под действием внешней силы. Сыпучесть зависит от размера частиц, их влажности и степени уплотнения.

Характеристики сыпучести используются при определении угла наклона стенок бункеров, течек и др. устройств, связанных с накоплением и перемещением пыли и пылевидных материалов.

Различают статический и динамический угол естественного откоса. Динамический угол естественного откоса относится к случаю, когда происходит падение частиц на плоскость.

Под статическим углом естественного откоса (его называют также углом обрушения) понимают угол, который образуется при обрушении слоя в результате удаления подпорной стенки.

Статический угол естественного откоса всегда больше динамического угла естественного откоса.

Динамический угол естественного откоса определяют на лабораторной установке, основными элементами которой являются бункер для исследуемой пыли, затвор бункера, диск, на который из бункера поступает пыль. Сформировавшийся конус пыли измеряют и вычисляют угол естественного откоса.

Для определения статического угла естественного откоса используют установку, основными частями которой являются камера и измерительный сосуд. После наполнения сосуда исследуемой пылью убирают съемную стенку сосуда. Часть материала в виде треугольной призмы сползает, образуя при этом откос. Статический угол естественного откоса (угол обрушения) определяют при помощи транспортира или вычисляют по замерам.

Гигроскопичностью пыли называется ее способность поглощать влагу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие свойства пыли, как электрическая проводимость, Слипаемость, сыпучесть и др.

Равновесие между относительной влажностью воздуха и влажностью материала выражает изотерма сорбции. Пользуясь изотермой сорбции, можно судить о поведении пыли в аппаратах, емкостях для пыли, пылепроводах. Пример изотерм сорбции приведен на рис. 2.8.


Рис. 2.8. Изотермы сорбции табачной пыли, отобранной на четырех табачных фабриках.
Содержание влаги в пыли выражает влагосодержание или влажность. Влагосодержание — отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли. Влажность — отношение количества влаги в пыли ко всему количеству пыли.

Гигроскопическая влага пыли, т. е. влага, которая удерживается на ее поверхности, в порах и капиллярах, может быть определена при высушивании пробы пыли до постоянной массы в сушильном шкафу.

Равновесную влажность пыли (изотерму сорбции) определяют, выдерживая ее до постоянной массы в воздушной среде с известной относительной влажностью. Несколько навесок исследуемой пыли высушивают до постоянной массы, а затем помещают в эксикаторы, в которых, благодаря наличию серной кислоты различной концентрации, поддерживается различная относительная влажность воздуха. Пыль выдерживается в эксикаторах несколько суток, пока масса пыли не стонет постоянной. Затем определяют равновесную влажность пыли и строят график зависимости равновесной влажности пыли от относительной влажности воздуха (изотерму сорбции) (рис. 2.8).

2.2.8. Смачиваемость пыли

На смачивании пыли распыленной водой основано мокрое пылеулавливание. Смачиваемость пыли определяет возможность ее гидроудаления, применение мокрой пылеуборки.производственных помещений.

Смачиваемость пыли определяют методом пленочной флотации. Он заключается в том, что в сосуд с дистиллированной водой высыпают навеску пыли. Определяют количество осевшей (затонувшей) пыли.

О смачиваемости пыли судят по доле затонувших частиц.

Абразивность — способность пыли вызывать истирание стенок конструкций и аппаратов, с которыми соприкасается пылегазовый поток. Она зависит от твердости и плотности вещества, из которого образовалась пыль, размера частиц, их формы, скорости потока. При значительной абразивности пыли воздуховоды, газоходы, стенки пылеулавливающих аппаратов выходят из строя в весьма короткий срок. Абразивность пыли нужно учитывать при выборе материала и толщины стенок каналов для перемещения пылегазовых потоков и аппаратов для очистки этих потоков, а также при необходимости ограничивать скорость движения потоков. В ряде случаев применяют специальные облицовочные защитные материалы.

Считают, что износ металлических элементов вследствие абразивности пыли возрастает по мере увеличения размера частиц вплоть до 90 мкм, а затем по мере дальнейшего увеличения размера он уменьшается.

Абразивность пыли определяют на специальном приборе. Во вращающейся трубке прибора частицы исследуемой пыли, разгоняясь под действием центробежных сил, истирают поверхность стандартного образца. В результате происходит массовый износ, т. е. потеря массы образца. На основании исследований определяют коэффициент абразивности пыли по формуле

Электрические свойства оказывают значительное влияние на поведение пылевых частиц. Электрические силы во многом определяют процесс коагуляции, устойчивость пылевых агрегатов, взрывоопасность пыли, ее воздействие на живые организмы. Электрические свойства пыли должны быть учтены при решении вопросов, связанных с очисткой газов (воздуха) от пыли, в первую очередь, с работой электрофильтров. Данные об электрических свойствах улавливаемой пыли могут быть использованы для оптимизации работы электрофильтров, эффективность и устойчивость которых непосредственно зависит от этих свойств. С их учетом при необходимости осуществляется предварительная подготовка (кон-диционирование) газов перед очисткой в электрофильтре.

Остановимся на основных электрических свойствах пыли — Ва удельном электрическом сопротивлении и электрическом заряде пыли.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) характеризует электрическую проводимость слоя пыли. УЭС равно сопротивлению прохождения электрического тока через куб пыли со стороной, равной 1 м; Ом • м.

повышения температуры в результате энергии электронов.

Рис. 2.9. Зависимость электрического сопротивления слоя пыли от температуры.

На рис. 2.9. дана зависимость электрического сопротивления слоя пыли от температуры. При комнатной температуре пыль адсорбирует из воздуха влагу. Поверхностная проводимость повышается, сопротивление понижается. По мере повышения температуры происходит испарение влаги и сопротивление возрастает. Затем, при дальнейшем повышении температуры до 90— 180°С, благодаря тепловому возбуждению электронов вещества, происходит уменьшение сопротивления. Рассматриваемая кривая отражает два вида электропроводимости — поверхностную и объемную. Таким образом, зная зависимость между температурой и сопротивлением, можно в определенных пределах воздействовать на проводимость пыли.

УЭС пыли зависит также от химического состава, размера и упаковки частиц.

Для определения УЭС применяют приборы: ИСП-1, «Циклоном-1» и др. Работа прибора основана на измерении сопротивления слоя пыли, сформированного в зазоре между измерительными электродами под действием электрического поля коронного разряда.

Электрический заряд пыли. Пылевая, как и другая аэрозольная частица, может иметь один или несколько электрических зарядов или быть нейтральной. Аэрозольная система может иметь в своем составе частицы, заряженные положительно, отрицательно, нейтральные. Соотношение этих частиц определяет суммарный заряд системы.

Пылевые частицы получают электрический заряд как в процессе образования, так и после образования, находясь во взвешенном состоянии, в результате взрыва, диспергирования, взаимного трения, трения о воздух, а также вследствие адсорбции ионов при

ионизации среды. Последний способ электризации является основным для взвешенных частиц.

Электрическое состояние аэрозольной системы не остается постоянным во времени. В результате взаимодействия друг с другом и с окружающей средой взвешенные частицы получают заряд, отдают его, нейтрализуются.

Электрические свойства пыли оказывают определенное воздействие на устойчивость аэрозоля, а также на характер воздействия пылевых частиц на живой организм. Известно также, что импульсом в процессе взрывообразования может быть заряд статического электричества. Для отведения статического электричества предусматривается заземление оборудования, трубопроводов.

По данным некоторых гигиенистов, пылевые частицы, имеющие электрический заряд, в два раза интенсивнее задерживаются в дыхательных путях, чем нейтральные.

Обычно неметаллические частицы заряжаются положительно, а металлические — отрицательно. Соли NaCl, СаС1% заряжаются положительно, а СоСО3; AZ20.3; Fe2O3; MgCO3 — отрицательно.

Взвешенные частицы ряда аэрозолей несут электрические заряды следующего знака:

Взаимодействие двух тел, размерами которых можно пренебречь, описывается законом Кулона (рассматривается в разд. 3). При высокой концентрации частиц во взвешивающей среде кулоновские силы способствуют процессам коагуляции.

Способность образовывать с воздухом взрывоопасную смесь и способность к воспламенению являются важнейшими отрицательными свойствами многих видов пыли. Ни в чем так не проявляется отличие физико-химических свойств пыли от свойств твердых веществ, из которых она образована, как в ее пожаро- и взрывоопасности. Такие вещества, как зерно и сахар, хотя и способны сгорать при определенных условиях, не являются взрывоопасными веществами. Будучи же приведенными в пылевидное состояние, они становятся не только пожароопасными, но и взрывоопасными.

Многие виды пыли образуют с воздухом взрывоопасные смеси, которые способны взрываться. При взрывах пыли возможны весьма тяжелые последствия — несчастные случаи с людьми, разрушение и повреждение оборудования, строительных конструкций и т. д.

Пыль, находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе помещений, взрывоопасна. Осевшая пыль (гель) пожароопасна.

Однако при определенных условиях осевшая пыль способна переходить во взвешенное состояние, образуя взрывоопасные смеси. Может происходить как взрыв, так и горение пыли, находящейся во взвешенном состоянии. При взрыве реакция протекает значительно быстрее распространяясь со скоростью сотни и тысячи метров в секунду, при горении — со скоростью несколько десятков метров в секунду. Процесс горения пыли, находящейся во взвешенном состоянии, протекает гораздо интенсивнее, чем горение осевшей пыли (аэрогель).

Горение аэрогеля происходит с поверхности, однако при подъеме этой пыли в результате локального взрыва, удара и т. д. аэрогель переходит во взвешенное состояние, и может произойти интенсивный взрыв.

Локальный взрыв пыли может перевести во взвешенное состояние осевшую пыль, в результате фронт взрыва расширится. При первом или последующем взрыве происходит встряхивание здания и расположенного в нем оборудования. Пыль, покрывающая тонким слоем их поверхности, переходит во взвешенное состояние, образуя взрывоопасную смесь, которая вновь становится питательной средой для следующего взрыва. Последующий более мощный взрыв способен разрушить емкости, где хранятся пылевидные материалы. Это уже будет средой для мощного взрыва, способного разрушить здание.

Приведем ряд определений, характеризующих горение и взрыв.

Под возгоранием понимают начальную стадию горения, которая возникает под действием источника зажигания. Возгорание, которое сопровождается появлением пламени, называется воспламенением .

Тепловое самовозгорание происходит в результате нагрева вещества до определенной температуры.

Микробиологическое самовозгорание возникает в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

Химическое самовозгорание происходит в результате химического взаимодействия веществ.

При взрыве мгновенно образуется большое количество продуктов сгорания — газов. Давление внезапно появившихся газов, их быстрое, резкое движение, которое происходит волнами, толчками, приводит к разрушению окружающих конструкций, оборудования и т. д.

Возбуждение взрыва пыли возможно при сочетании определенных условий, необходимых для взрыва. Если отсутствует хотя бы одно из этих условий, взрыв не произойдет, несмотря на наличие остальных.

Этими условиями являются следующие:

— концентрация пыли в воздухе между нижним и верхним пределами;

— наличие источника возбуждения взрыва достаточной температуры и мощности в запыленной зоне;

— питание кислородом, достаточное для обеспечения процесса горения.

Нижний концентрационный предел распространения пламени по пылевоздушным смесям (НКПРП), г/м3, — минимальное содержание пыли в воздухе, достаточное для возникновения взрыва (при наличии других условий).

НКПРП соответствует определенному среднему значению расстояния между пылевыми частицами, при котором происходит достаточно интенсивный теплообмен между частицами. При этом накапливается необходимая для взрыва тепловая энергия. Если концентрация пыли в воздухе незначительна, расстояния между частицами велики и теплообмен ограничен.

При концентрациях больше ВКПРП кислорода становится недостаточно для реакции, и процесс прекращается.

Между НКПРП и ВКПРП находится концентрация пыли в воздухе, которая является наиболее взрывоопасной. Ей соответствует наибольшее значение взрывного давления. Такое значение, естественно, имеется для каждого вида пыли.

НКПРП зависит от химического состава, от дисперсности пыли. Высокодисперсный материал имеет большую поверхность контакта с окислителем (кислородом воздуха). У материала с развитой поверхностью большая электрическая емкость, следовательно, значительная способность получать заряды статического электричества вследствие трения частиц, что увеличивает пожарную опасность вещества. На НКПРП пыли влияет также наличие в ее составе минеральных добавок, не участвующих во взрывообразовании. Являясь инертным компонентом, минеральная составляющая сдерживает взрывообразование в результате экранирования и поглощения теплоты.

Взрыво- и пожароопасность уменьшается также с увеличением влажности пыли.

Выделение из пыли летучих горючих газов повышает взрываемость. Пыль каменного угля при содержании в ней менее 10 % летучих газов не взрывоопасна. Не взрываются и пыли антрацита и древесного угля.

При содержании в воздухе кислорода до 11— 13 % не происходит воспламенения пыли. НКПРП, приводимый в таблицах, относится к условиям, когда воздух в помещении практически неподвижен. При движении воздуха со скоростью 5 м/с нижний предел повышается в 2—3 раза.

Определение НКПРП пылевоздушных смесей производится согласно методике, установленной ГОСТ 12.032-81. Сущность этого метода состоит в зажигании пылевоздушной смеси определенной концентрации в объеме реакционного сосуда и оценке результатов зажигания. Изменяя концентрацию пылевоздушной смеси, устанавливают ее минимальное значение, при котором происходит воспламенение, т. е. НКПРП.

НКПРП определяют на установке, схема которой показана на рис. 2.10. Установка состоит из реакционного сосуда в виде стеклянного цилиндра 1; системы распыления, включающей распылитель 2, электромагнитный клапан 3, вентили 4 и 6, ресивер 7 с манометром 5; источника зажигания (электрической спирали) 9; блока управления 8 с программными реле.

Взрыво- и пожароопасные пыли делят на четыре класса. Критерием является значение НКПРП и температуры самовоспламенения.

I класс — наиболее взрывоопасные пыли с НКПРП до 15 г/м3;

II класс — взрывоопасные пыли с НКПРП 16—65 г/м3;

III класс — наиболее пожароопасные пыли с температурой самовоспламенения в куче, в токе воздуха до 250°С;

Рис. 2.10. Установка для определения нижнего концентрационного предела воспламенения пылевоздушных смесей (НКПВ) по ГОСТ 12.1.032—81: 1 — реакционный сосуд; 2 — распылитель; 3 — электромагнитный клапан; 4, 6 — вентили; 5 — манометр; 7 — ресивер; 8 — блок управления; 9 — источник зажигания; 10 — защитный вытяжной шкаф

IV класс — пожароопасные пыли, обладающие температурой самовоспламенения при тех же условиях выше 250°С.

Ниже приведены НКПРП некоторых пылей и пылевидных материалов I и II классов, г/м3

Приведены также НКПРП и температура самовоспламенения некоторых пылей III и IV классов.