Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 3.1. Основні принципи та способи вилучення пилу з атмосферного повітря

3.1. Основні принципи та способи вилучення пилу з атмосферного повітря

На промислових підприємствах практично неможливо уникнути пилоутворення (див. розділ 2). А тому доцільно конкретизувати таке поняття, як "промисловий пил". Відомо, що пил — це зважені частинки твердих речовин, що утворюються внаслідок механічного подрібнення твердих матеріалів у порошкоподібний стан, у процесі механічного оброблення, обпікання, висушування, завантажування, змішування, дозування, просіювання та транспортування сипких матеріалів, а також при спалюванні твердого палива. Пил — полідисперсна система з розміром частинок від 5 до 200 мкм і більше.

Пил, зрівноважений у повітрі, з деяким наближенням можна віднести до промислових аерозолів, до яких належать також пил-дим і пил-туман. Розмір частинок у димі становить від 5 до 0,1 мкм.

У туманах зважені частинки передусім є краплинками рідини, в яких можуть міститися розчинені речовини або суспендовані тверді частинки. Тумани утворюються внаслідок конденсації пари або під час розпилювання рідини в газовому (повітряному) середовищі. Розмір краплин у першому випадку може бути близьким до розміру частинок у димі, у другому — до розміру частинок у пилу. Утворення пилу-туману супроводжує процеси автоматичного фарбування виробів та ін.

Характеристикою дисперсного складу пилу є медіанний розмір частинок тобто розмір, за якого маса частинок, крупніших за (ім> дорівнює масі частинок, дрібніших за <ім.

Крім розміру (фракційності) частинок, важливо знати також інші характеристики пилу: походження (матеріал) пилинок, їхню поверхню, електрозаряд, вологість і хімічні властивості. Залежно від цього вибирають методи та засоби захисту атмосфери від забруднення пилом.

При пиловловлюванні необхідно також знати фізико-хімічні характеристики пилу: дисперсний (фракційний) склад, густину, адгезійні властивості, змочуваність, електричний заряд частинок, питомий опір шарів частинок та ін. Для правильного вибору пиловловлювачів потрібні насамперед відомості про дисперсний склад пилу туману.

Дисперсний склад пилу переважно подають у вигляді залежності масових фракцій частинок від їхнього розміру. Розподіл частинок-домішок за розмірами на практиці часто узгоджується з логарифмічно-нормальним законом Гаусса (ЛНР).

За дисперсністю пил класифікують на 5 груп:

І — найбільш крупнодисперсний, сі50 > 40—140 мкм;

ІІ — крупнодисперсний, гі50 = 40—140 мкм;

III — середньодисперсний, (250 = 10—40 мкм;

IV — дрібнодисперсний, <і50 = 1—10 мкм;

V — найбільш дрібнодисперсний, <250 < 10 мкм,

де а*60 — медіанний розмір частинок, коли частки частинок розміром більше і менше за <і50 між собою рівні.

Розрізняють дійсну, уявну та насипну густини частинок пилу. Уявна густина пилу — це відношення її маси до об'єму. Для суцільних (непористих) частинок значення уявної густини чисельно збігається з дійсною густиною. Насипна густина пилу, який пролежав певний час, приблизно у 1,2—1,5 раза перевищує насипну густину.

Здатність частинок пилу до злипання визначається їхніми адгезивними властивостями, що важливо при забрудненні окремих елементів пиловловлювачів. Наприклад, пил IV та V груп дисперсності завжди злипається. Здатність пилу до злипання значно зростає при його зволоженні. Змочуваність частинок впливає на роботу мокрих пиловловлювачів, а електрична зарядженість частинок — на їхню поведінку в електричних пиловловлювачах і газоходах.

Відомо два основні способи вилучення пилу з повітряного (газового) потоку: сухий і мокрий. Для реалізації цих способів застосовують різні пилоочисні установки.

Аналіз способів пиловловлювання підтверджує, що процес вилучення твердих (рідких) частинок пилу з повітряного потоку переважно складається з двох етапів. На першому етапі пилинки усувають з повітряного потоку й переносять до стінок пиловловлювача (сепаратора) у так званий збиральний простір або на збиральні та осаджувальні поверхні. На цьому етапі вилучення пилу застосовуються різні принципи та рушійні сили, а саме гравітаційні, інерційні, перехоплювальні, дифузійні, електростатичні. Для вилучення пилу з повітряного потоку використовують принципи коагуляції, термофореза, дифузофореза, п'єзофореза, змочування пилу, а також ультразвукові або магнітні способи [3].

Другий етап відокремлення пилових домішок зводиться до подавання його в колектор (збирач) пиловловлювача (сепаратора) різними способами. В сухих механічних пиловловлювачах (сепараторах), де пил знаходиться близько від збиральної поверхні, він переноситься потоком повітря (газу) в колектор, після чого механічним способом усувається за межі пиловловлювача. У мокрих пиловловлювачах — скруберах — пилові домішки, зазвичай, вносяться в колектор струменем води. В електростатичних осаджувачах і рукавних фільтрах пил спочатку накопичується на збиральні поверхні, а потім через певні інтервали часу усувається з неї (наприклад, струшуванням або витріпуванням). Залежно від застосованого на цьому етапі методу існують один або декілька ступенів обробки, які базуються на різних принципах та явищах, таких як рушійні сили масового потоку, інерція, змочуваність, гравітація та вібрація.

На кінцевому етапі процесу сепарації, що включає декілька ступенів оброблення, зібраний пил вилучається безперервно або періодично, причому інтервали контролюють вручну або автоматично.

При усуванні пилу з повітряних потоків переважно застосовують комбінації декількох принципів і рушійних сил. Водночас слід відзначити, що на ці процеси впливають допоміжні дії таких явищ, як турбулентність потоку, характеристики пограничного шару, адгезія пилу до стінок пиловловлювача (сепаратора), тому не завжди вдається до початку його використання точно оцінити ефективність роботи. Отже, потрібен ретельний аналіз основних принципів, явищ і рушійних сил, які впливають на ефективність роботи пиловловлювачів. В інженерній практиці відомі три основні принципи вилучення пилу з повітряного (газового) потоку: механічний, електричний та акустичний.