7 Установки електронно-іонної технології

7.1 Способи зарядження взвішених частинок

Принцип дії установок електронно-іонної технології заснований на дії сильного електричного поля на підвішені заряджені частинки у повітрі або в рідині для надання їм впорядкованого руху з метою виконання певних технологічних операцій.

В газовому середовищі підвішені частинки твердих та рідких речовин поділяються на велико-дисперсні (з розмірами частинок більше 1 мкм) та дрібнодисперсні (з розмірами частинок не більше 1 мкм), останні в газах носять назву аерозолів. В аерозолях частинки знаходяться у звішеному стані, оскільки навіть при невеликому їх русі сили опору середовища врівноважують силу тяжіння частинок.

Для надання звішеним частинкам впорядкованого руху в електричному полі частинки повинні бути електрично зарядженими. Зарядження частинок може бути здійснене шляхом осідання на їхню поверхню іонів з навколишнього середовища, шляхом електростатичної індукції при контакті частинок з зарядженим електродом або шляхом механічної, теплової, світлової, хімічної та інших видів електризації.

Для іонізації навколишнього середовища потрібен іонізатор, в ролі якого використовується коронний розряд. Коронний розряд є засобом утворення іонів при значній величині напруженості і неоднорідності електричного поля біля електродів. Така неоднорідність може бути утворена двома електродами у вигляді труб (одна в іншій) з відношенням їх діаметрів більше 10, дротом та площиною, дротом між двома площинами.

Величина мінімальної напруженості електричного поля E₀ (В/м), при якій виникає корона, може бути визначена за допомогою емпіричної формули Піка

,

де – відносна густина повітря, ;

р – тиск, Па;

Т – абсолютна температура, К;

r₀ – радіус коронуючого електрода, м.

Початкова напруга U₀ (В) коронного розряду для електродів типу дріт-площина

,

де h – відстань від коронуючого електрода до площини, м.

Під дією електричного поля при коронному розряді відбувається іонізація простору біля коронуючого (меншого за розмірами) електрода. Одночасно з іонізацією відбувається і рекомбінація, тобто утворення з іонів та електронів нейтральних молекул. Цей процес супроводжується виходом фотонів, тому біля коронуючого електрода має місце світіння простору навколо електрода.

Як правило, коронний розряд збуджують у негативного електрода, в цьому випадку позитивні іони осідають на коронуючому електроді, а електрони та негативні іони переміщуються в бік позитивного електрода.

При електризації частинок шляхом електростатичної індукції частинка торкається зарядженого тіла і на неї переходить контактний заряд q (Кл), який дорівнює

,

де С – електроємність частинки, Ф;

– потенціал зарядженого тіла, В.

Що стосується третього засобу іонізації частинок, то найбільш розповсюдженим є тертя частинок одна об одну та об стінки посудини.

В основі процесів, які використовують електричне поле в установках електронно-іонної технології, лежать три явища: електрофорез, електросепарація та електроосмос. Електрофорез є рухом під дією зовнішнього електричного поля заряджених частинок, які знаходяться у звішеному стані в газоподібному або рідинному середовищі. Електросепарація – це розділення багатокомпонентних систем на складові різного заряду під дією електричного поля. Електроосмос – це рух іонів рідини через капіляри або пористі діафрагми під дією зовнішнього електричного поля.

Контрольні питання до підрозділу 7.1

1. Яка галузь дії установок електронно-іонної технології ?

2. Які існують принципи зарядження взвішених частинок ?

3. Які процеси лежать в основі роботи установок електронно-іонної технології ?