Физико-механические свойства дисперсной фазы аэрозоля

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 16Следующая ⇒

Аэрозоли - двухфазные системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвешенных в газе - повсеместно распространены в окружающем нас мире. Так, они используются в качестве рабочей среда или рабочего тела в теплоэнергетике, химической промышленности, при производстве строительных материалов и в других отраслях. Аэрозоли с заданными свойствами широко применяются в быту, медицине, сельском хозяйстве, промышленном производстве и других областях человеческой деятельности.

В то же время многие технологические процессы, работа транспорта, неумелое природопользование сопровождаются образованием и выбросом в воздушную среду огромных объемов запыленных газов. Аэрозольное загрязнение производственной и окружающей среды представляет реальную угрозу здоровью населения и природе, наносит большой экономический ущерб. Для повышения эффективности технологического использования аэрозолей, создания надежных систем обеспыливания производственных помещений и очистки запыленных выбросов необходимо знать механизмы образования и разделения аэрозолей, их физико-механические свойства. Свойства же газодисперсных систем определяются не только свойствами дисперсной фазы (частиц) и несущей газовой среды, но также взаимодействием между ними, которое определяется законами механики аэрозолей. Известны два первичных механизма образования частиц: диспергация-измельчение, истиранив твердых веществ и распыление жидкостей, а также конденсация паров и возгонов. В реальных условиях оба механизма образования частиц могут проявляться в различных формах, а также протекать совместно. Если образование частиц происходит в подвижной газовой среде, то в результате, межфазного взаимодействия образуется газодисперсная система - аэрозоль.

Важную роль в образовании аэрозолей играют также процессы вторичного пыления, в результате которых находящийся на поверхностях мелкодисперсный материал переводится во взвешенное состояние.

Аэрозоли с твердыми частицами, также сами осевшие частицы называют пылями. Области (пространственные или поверхностные),из которых происходит выделение шли, будем называть источниками пылевыделения. Основными причинами выделения пыли и производственных Помещениях' являются загрязненные газовые потоки, выходящие через технологические проемы и неплотности оборудования также взметывание или сдув пыли, осевшей на поверхностях. Источники, выделения пыли характеризуются определенными размерами, формой, местоположением, а также интенсивностью, численно равной массе пыли, выделяемой источником в единицу времени. При нестационарных режимах пылевыделения величина и является функцией времени. В зависимости от соотношения размера источника выделения пыли и характерного размера помещения различают локализованные и распределенные источники. Если распределение выделения пыли в пространстве, на поверхности или вдоль линии неоднородно, то оно характеризуется плотностью интенсивности пылевыделения, численно равной массе пыли, выделяемой в единице объема, на единице площади поверхности или на единице длины линии в единицу времени.

Физико-механические свойства аэрозоля определяются свойствами твердой фазы, газовой среды и взаимодействием этих фаз.

Свойства твердой фазы (частиц) аэрозоля

Форма может быть разнообразной – от круглой, почти сферической, до волокнистой или пластинчатой:

1. Изометрическая – все три размера одного порядка. Это может быть куб, правильный многогранник. Идеальное тело – это сфера.

2. Пластинчатые – один размер намного меньше двух других (чешуйки, диски).

3. Волокна (вытянутая форма) – два размера намного меньше одного (волокна, нити, иголки, призмы).

Сведений по поведению двух последних не достаточно, поэтому при описании свойств таких аэрозолей стремятся заменять их на изометрические.

Форма во многом зависит от способа получения частиц и природы материала. Например, частицы, возникающие при конденсации молекул пара, чаще всего сферические. При дроблении редко получаются сферические частицы.

Размер. Частицы чаще всего представляют сферические или подобные к ним. Размер характеризуется диаметром или радиусом. На практике используется чаще диаметр. Крупность частиц неправильной формы условно характеризуется диаметром сферы из того же вещества, эквивалентной данной частице по какому-либо признаку – чаще всего по объему (массе) и скорости оседания V_s под действием силы тяжести.

В соответствии с этим различают:

1. Эквивалентный диаметр

(2.1)

2. Седиментационный (стоксовский)

(2.2)

По размеру частиц различают: высокодисперсный аэрозоль (d <1мкм), тонкодисперсный аэрозоль (1<d<10 мкм), грубодисперсный аэрозоль (20<d<100).

Удельная поверхность равна отношению площади поверхности частицы к ее объему. Величина удельной поверхности зависит от размера частицы и ее формы.

(2.3)

Существуют достаточно надежные экспериментальные методы определения удельной поверхности порошкообразных материалов.

С удельной поверхностью частиц связаны такие их свойства, как адсорбционная способность, гигроскопичность, взрывоопасность и другие. С увеличением размера частиц их удельная поверхность возрастает.

Для очень мелких частиц (кластеров) в силу сравнимости поверхностной энергии с объемной наблюдается изменение свойств вещества частиц по сравнению со свойствами того же вещества в его массивных образцах.

Важнейшей динамической характеристикой частицы является ее масса:

где - объем частицы, - ее плотность. Плотность гладких монолитных частиц практически совпадает с истинной плотностью, т.е. плотностью исходного вещества. Если частица имеет поры, полости или представляет собой совокупность более мелких частиц, связанных между собой адгезионными силами, то для вычисления массы такой частицы следует использовать кажущуюся плотность .