Предисловие

Большинство технологических процессов в энергетике, производстве строительных материалов, машиностроении, химии и др. сопровождается пылегазовыми выбросами. Попадая в атмосферный воздух, пыль и вредные газы изменяют его состав, уменьшая количество кислорода, необходимого для жизнедеятельности всего живого. Запыленный воздух снижает устойчивость организма человека к инфекционным заболеваниям, уменьшает его работоспособность.

Защита атмосферы от промышленных выбросов – комплексная проблема, предусматривающая разработку организационных и технический мероприятий по внедрению эффективных методов улавливания и обезвреживание выбросов от пыли и вредных химических веществ, максимальное сокращение выбросов и более полное использование газообразных отходов в производстве.

Решать проблемы, связанные с разработкой и применением различных устройств для улавливания пыли и вредных газовых компонентов из газовых потоков, не возможно, не имея, например, основательных представлений об аэродинамике вообще и об аэродинамике запыленных потоков, в частности; зарядки частиц и их поведения под действием электрических полей; процессах коагуляции и взаимодействия пыли с жидкостью; абсорбции, адсорбции и т.д.

Учитывая все сказанное, очевидна необходимость в изложении различных сведений по вопросам физической и химической очистки газов, правильного рассеивания остаточных вредных выбросов в атмосфере.

1 Основные положения гидродинамики и свойства аэродисперсных систем

1.1 Основные понятия, происхождение и классификация аэродисперсных систем

Современные технологические процессы переработки рудного сырья, металлургические в особенности, в большинстве своем высокотемпературные и сопровождаются образованием больших объемов пылегазовых потоков.

Для утилизации тепла и выносимых с потоком дисперсных материалов пылегазовые потоки перед выбро­сом в атмосферу охлаждают и очищают. Часть техноло­гической схемы, которая предназначена для этой цели, состоит из газового тракта, системы теплотехнического и газоочистного оборудования и тягодутьевых устройств, включая дымовую трубу.

Термином газоочистка пользуются как для описания устройств для осуществления очистки пылегазовых пото­ков, так и для описания процессов, протекающих в этих устройствах или аппаратах [1].

Газоочистка – это прежде всего выделение из пылегазового потока содержащихся в нем твердых или жидких частиц. Комбинированная газоочистка включает также и выделение из потока газообразных компонентов, вред­ных для человека и окружающей среды, таких как СО, NO_х, SO₂, HF и др.

Более общим понятием двух- или многофазного пылегазового потока является аэродисперсная система. Пылегазовый поток - это аэродисперсная система, образующаяся в технологическом процессе. В зависимо­сти от концентрации дисперсной фазы аэродисперсные системы делят на аэрозоли и аэровзвеси. К аэровзвесям относят потоки с высокой концентрацией частиц, имею­щей место в пневмотранспорте пылевидного материала. К аэрозолям принято относить аэродисперсные системы с концентрацией дисперсных частиц, не превышающей нескольких граммов на кубический метр объема газа.

Термин промышленные аэрозоли распространяется на любую газовую среду, не только воздушную.

Свойства аэрозолей отражают свойства газа и взве­шенных в нем частиц. Зачастую тем или иным свойством может обладать вещество, находясь лишь в аэрозольном состоянии.

Многие свойства аэрозолей определяются дисперсно­стью и концентрацией частиц, их счетной или весовой концентрацией, функцией распределения частиц по раз­мерам и т. д.

Другим отличительным признаком аэрозоля является его многофазность, т. е. гетерогенность. Гетерогенность приводит к взаимодействию двух разных фаз, сопровож­дается поверхностными явлениями (испарение, конденса­ция, сорбция и др.), отражающими особые свойства аэрозолей, их устойчивость и химическую активность.

Аэрозоли могут быть естественного и так называемого антропогенного, т. е. обусловленного деятельностью чело­века, происхождения. Природные аэрозоли чрезвычайно разнообразны. Это туманы, облака, пыль и дым, возни­кающие при извержении вулканов, лесных пожарах, пыльных бурях и т. д. Круговорот воды в природе содер­жит аэрозольную стадию.

Аэрозоли промышленного происхождения явились ин­дикаторами технического развития общества. Аэрозоли этого происхождения во многих странах сейчас уже при­носят ощутимый вред. Однако по основным свойствам аэрозоли различного происхождения оказываются одинаковыми.

В связи с этим под термином «происхождение» при­нято понимать причину, или, точнее, процесс, в резуль­тате которого возникает аэрозольная частица. Таких причин две: объемная конденсация пересыщенного пара вещества и его переход в жидкую или твердую фазу и дробление твердого или жидкого вещества, его диспергация, приводящая это вещество в пылевидное состояние.

Различие между этими аэрозолями заключается так­же в том, что конденсационные аэрозоли в отличие от диспергационных в большинстве случаев более тонкодис­персные, содержат частицы правильной формы или состоят из рыхлых агрегатов первоначальных частиц. Диспергационные аэрозоли более полидисперсны, а частицы, как правило, имеют неправильную форму (иглы, пла­стинки и др.).

Примером аэрозоля конденсационного происхожде­ния может служить бурый дым, который образуется при продувке кислородом ванны расплавленного металла. В зоне реакции кислорода с расплавом развивается вы­сокая температура, достаточная для испарения в этой зо­не некоторых компонентов расплава. По мере выхода парогазовой смеси в зону с пониженной температурой происходят конденсация паров и образование твердых аэрозольных частиц.

Принято различать три типа аэрозолей: дымы, пыли и туманы.

Дымами называются конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой. В ряде случаев в такой си­стеме могут присутствовать и жидкие частицы. Напри­мер, дым при неполном сгорании топлива содержит ка­пельки влаги и смолы; в некоторых видах дыма проис­ходит постепенное превращение жидких частиц в кристаллические при их переохлаждении.

Пыль представляет собой аэродисперсную систему с газообразной дисперсионной средой и твердой дис­персной фазой, состоящей из частиц широкого диапазо­на размеров, в основном диспергационного происхожде­ния.

Туманами называются аэрозоли, состоящие из сме­си газа и пара с капельками конденсата этого пара.

В воздухе промышленных городов содержатся части­цы различного происхождения и такой аэрозоль трудно отнести к какому-нибудь одному типу. Особенно опасны для здоровья человека аэрозоли, получившие название «смог» от двух английских слов: smoke (дым) и fog (ту­ман).

Многие свойства аэрозолей зависят от их дисперсно­сти. В зависимости от дисперсности частиц аэрозоли принято делить на три типа: высокодисперсные с диа­метром частиц от 10^-3 до 1 мкм; тонкодисперсные с диа­метром частиц 1 - 10 мкм; грубодисперсные с диамет­ром частиц от 20 до 100 мкм.

Каждому из типов присущи некоторые одинаковые свойства.

По этому же принципу аэровзвеси делятся на тонкие с частицами от 0,2 до 1 мм и грубые с частицами бо­лее 1 мм.

Грубые аэровзвеси менее устойчивы, для их осажде­ния не требуется больших затрат, тонкие, наоборот, бо­лее устойчивы.

Для того, чтобы показать характерные особенности аэродис­персной системы, рассмотрим основные свойства сплошной и дис­персной фаз многофазных систем в отдельности.