Алқымалы бөлшектердің негізгі физика-химиялық қасиеттері

1. Дисперсті құрамы. Шаң ұстау мен газды тазалау техникасында шаңның дисперсті құрамы шешуші мағынаға ие. Бөлшектердің мөлшері мен олардың сипаттамасы 4 суретте көрсетілген. Дисперстілік деңгейінің көрсеткіші ретінде фракциондық құрамын немесе медиандық диаметр dm ді қолданады.

Сурет 4 - Қатты бөлшектердің өлшемдері

 

Шаңды ұстау техникасында сфералық формалы қалқымалы бөлшектердің мөлшері бөлшектердің қозғалыссыз ауада еркін құлау жылдамдығы деп түсінетін ұшу немесе шөгу жылдамдығымен сипатталуы мүмкін.

Шөгу жылдамдығы мына формула бойынша анықталады:

 

(1.1)

 

Бұл формула тек қана Re < 2 болатын ламинарлы режим үшін қолданылады. Қалған режимдер күрделірек тәуелділікке ие. Атмосфералық ауада және өндірістік қалдықтарда дисперстік құрамды анықтау нәтижесі әдетте кесте түрінде беріледі. Дисперсті талдаудың мәліметтері жиірек жалпы сан немесе массадан пайызбен берілетін фракция түрінде беріледі (4 кесте). Кейбір талдау әдістерінде нәтижелер берілген мөлшерден кем немесе аз мөлшерге ие бөлшектердің саны немесе пайызды көрсетілген кесте түрінде жазылады (5 кесте).

 

Кесте 4 - Шаң фракциялары

Фракция шекарсындағы бөлшектер мөлшері, мкм	Үлкен салмақтағы бөлшектер %, фракциясы	Фракция шекарсындағы бөлшектер мөлшері, мкм	Үлкен салмақтағы бөлшектер %, фракциясы
1,6 аз 1,6-5 2,5-4 4-6,3	2,08 4,61 9,32 18,56	6,3-10 10-16 16-25 25-40	25,2 19,74 12,97 7,52

 

Кесте 5 - Берілген мөлщерден аз не көп бөлшектері бар шаң фракциялары

Бөлшектер мөлшері, мкм	Бөлшектердің жалпы салмағы, %	Бөлшектер мөлшері, мкм	Бөлшектердің жалпы салмағы, %
Майдалау	Ірілеу	Майдалау	Ірілеу
Min				54.17	45.83
1.6	2,08	97,02		72,91	27,09
2.5	5,69	94,31		87,48	12,52
4.0	14,01	85,99	макс
6.3	31,57	68,43

 

Дисперсті талдау нәтижелерін график түрінде де көрсетуге болады. Әр фракция ішіндегі бөлшектердің мөлшері бойынша біркелкі таралуын алып гистограмма деп аталатын сатылы график тұрғызады. Абцисса осі бойынша бөлшектердің мөлшерін, ордината осі бойынша фракцияның салыстырмалы мөлшерін, яғни барлық материал массасына жатқызылатын әрбір фракцияның пайыздық мөлшерін (5 сурет) жазады.

Егер әрбір фракцияның пайыздық мөлшерін шекті ретінде алынатын бөлшектер мөлшерінің айырымына бөліп, алынған мәндерді абциссасы фракция бөлшектерінің өлшемдеріне сәйкес орташа мәнге тең координаттар жүйесіне ордината нүктесі ретінде орналастырса, алынған нүктелер арқылы бөлшектердің мөлшері бойынша бөлінуінің тізбекті дифференциалды қисығын тұрғызуға болады (6 сурет).

Сурет 5 - Фракциялар бойынша таралу гистограммасы

Сурет 6 - Дифференциалды қисық таралу

 

Бірақ өте ыңғайлысы болып әр нүктесі берілгеннен көп немесе аз мөлшері бар бөлшектердің салыстырмалы мөлшерін көрсететін интегралдық қисық R(d_б) и Д_б) түріндегі дисперсиялық талдаулардың нәтижесінің графикалық суреті болып табылады (сурет 7). Қисықтардың қиылысуы медианалық dm диаметрінің шамасын береді. Бұндай қисықтарды тұрғызу үшін берілген мөлшерден көп немесе аз бөлшектері бар шаң фракциясының кестесін тұрғызады (кесте 1.5).

Қалыпты логарифмдік үлестірілуі бар бөлшектер үшін интегралдық қисықты ықтимал-логарифмдік координаттар жүйесінде салуы ыңғайлы, ол жерде олар түзу сызық түрге иемденеді (сурет 1.8). Бұндай координат жүйелерін логарифмдік масштабта абсцисса осі бойынша тұрғызу үшін d мәнін алады, ал координат осі бойынша D(d) немесе R(d_б) мәнін алады. Ықтимал-логарифмдік координаттар жүйесінде тұрғызу үшін D(d_б) немесе R(dx_i)-тің әр түрлі мәндеріне сәйкес келетін х кесіндісінің салыстырмалы ұзындығын абциссса осінің басынан алынған масштабта төмендегідей алу керек.

Сурет 7 - Координаттың сызықтық жүйесінде интегралдық таралу

 

Сурет 8 - Ықтимал-логарифмдік координат жүйесінде интегралдық таралу

 

Ықтимал-логарифмдік координат жүйесінің абцисса осінде 50% мәніне сәйкес ординат осінде нүктеден басталатындықтан, х мәні D(d_б) немесе R(d_б) үшін 50%-дан көп абцисса осінің басынан жоғары, ал төмен - 50%-дан аз.

Дисперсті талдау нәтижесі бойынша ықтимал-логарифмдік координат жүйесінде бөлшектердің таралуының интегралдық функциясын мөлшері бойынша тұрғызып, dm және lgs_б параметрлері түрінде білдіруге болады. d_m мәні тұрғызылған графиктің абцисса осі бойынша нүктесін білдіреді, ал lgs_б ықтималдық интегралдық ерекшелігі болып табылатын қатынастан табылады: егер R(d_б) функциясының графигі тұрғызылып жатса немесе lgs_б = lg dM] -\gdm = lg dm - lg d]59 болса, lg ач = lg d]5 9 - lg dm =lgdm- lg du v.

 

Кесте 6 - Ықтимал-логорифмдік координата жүйесін тұрғызу үшін қолданылатын кесте

%	х	%	х	%	х
		30; 70	0,524	10; 90	1,282
46; 54	0,100	26; 74	0,643	6; 94	1,555
42; 58	0,202	22; 78	0,772	4; 96	1,751
38; 62	0,305	18; 82	0,915	2; 98	2,054
34; 66	0,412	14; 86	1,08	0,5; 99,5	2,576

Мұндағы lg dl59 и lg du j — ордината мәндері 84,1 және 15,9 болатын нүктелердің абсциссасы.

Кейбір технологиялық үдерістер кезінде пайда болатын шаңдардың дисперсті құрамы 7 кестеде көрсетілген.

 

Кесте 7 - Шаңның кейбір түрлерінің дисперсті құрамы

Шаңның түрлері	dm	lg σч
Күл (қоқыс жағатын пеш)		0,472
Известняк (қайнап тұрған тұз пеші)		0,502
Клинкер (цемент диірмен)		0,421
Алюминий оксиді (алюминий электролизерінің бүйір токөткізгіші)		0,352
Магнезит (айналатын қыздыратын пеш)		0,615
Доломит (айналатын қыздыратын пеш)		0,506
Магензит (кенді араластырғыш)		0,950
Клинкер (клинкерді жағуға арналған пеш)		0,501
Екіеселік суперфосфат (үрлегіш кептіргіш)		0,210
Екіеселік суперфосфат (барабанды кептіргіш)		0,36
Астықтық		0,301
Ұнды күлгін		0,230
Қант шаңы	3,5	0,362
Лимон қышқылының шаңы (қант өндірісі)	3,2	0,602
Ізбес (қант зауадының ізбес)		0,398
Металлдарды өңдеген кезде түзілетін шаң Инструменттерді қайрау Шлифирлеу Полирлеу	14-55 19-35 40-240	0,279-0,602 0,431-0,519 0,204-0,556
Шаңның түрлері	dm	lg σч
Жер, окалин, металл қыздырғыштарынң шаңы (тазалау үстелі, құйманы тазалаудың бөлшектелген бөлімі)	80-90	0,663-0886
Жер, металл, абразива құймасының шаңы (құйманы жекелеп тазалауға арналған тазалау станоктары)	30-60	0,491-0,602
Құм, балшық шаңы (құмды және балшықты пневмотасмалдағыш, қалыптағыш машиналарды жинау)	8-20	0,301-0,362
Болатты электрүрлегіш пеште қорыту кезінде пайда болатын шаң		0,491
Кесек бор		0,652
Гипсті (кенді диірмен)		0,97
Алюминийсиликатты катализатор (крекинг- қондырғы АМ-1/М)		0,301
Тастыкөмірлі цемент (көмір кептіргіш барабан)		0,334

 

МЕСТ 12.2.043-80 барлық шаңдарды дисперстілігіне қарай 5 топқа бөледі:

I - өте ірі дисперсті шаң;

II - ірі дисперсті шаң (мысалы, құрылыс ерітінділері үшін құм);

III- орташа дисперсті шаң (мысалы, цемент);

IV - ұсақ дисперсті шаң (мысалы шаң тәрізді ұсақталған кварц);

V - өте ұсақ дисперсті шаң.

МЕСТ 12.2.043-80 ҚР территориясында жұмыс істемейтіндігіне қарамастан, берілген жіктелу шаң ұстағыш құрылғыларды таңдаған кезде қолданылады.

Шаңның дисперстілігін анықтау үшін келесі әдістер қолданылады:

- елеуіштік талдау - бөлшектерді фракцияға әр түрлі мөлшердегі тесіктері бар зертханалық торлар арқылы шаңды біртіндеп елеу көмегімен бөлу. 100 мкм аз бөлшектердің массасы 10% дан аспайтын шаңдарды зерттеуде қолданылады;

- седиментометрия - шаң көтерулерін оның сұйық ортада шөгуі арқылы (сұйық седиментация) фракцияға бөлу;

- микро көшірме жасау;

- ортадан тепкіш сепарация - шаңды фракцияға арнайы аппаратта ортаға тартқыш күш арқылы бөлу.

- жөнсіз импакторлар (ағынды сепараторлар) (сурет 9). Ағынды сепаратордың іс-әрекеті ішкі бөлшектердің осы бетке шөккен бөлшектердің массасын анықтаумен шаңданған ауаның бағытының күрт өзгеруі нәтижесінде тегіс бетке инерциялық шөгуіне негізделген.

Сурет 9 - НИИОгаз модельді каскадты импактор:

1- корпус; 2 - стакан; 3 - табақ; 4 -филтьр

2 Адгезионды және аутогезионды қасиеттер. Адгезионды қасиеттер оларды әр түрлі макроскопиялық беттермен байланысының беріктігін, ал аутогезионды – бір-бірімен байланысын анықтайды.Тәжірибеде жабысатындық ұғымы кеңінен қолданылады.

Жоғары жабысатындық шаң ұстағыш аппараттың ұсталынатын өніммен толықтай немесе жартылай бітелуіне алып келуі мүмкін. Сондықтан көптеген шаң ұстағыш аппараттар үшін ұсталатын шаңның қаншалықты жабысатындығына байланысты белгілі қолайлылық шекаралары белгіленген. Бөлшектердің мөлшері неғұрлым кіші болса, соғұрлым аппарат бетіне жақсы жабысады.

Жабысатындығына байланысты шаңдардың келесі түрлері ажыратылады:

- жабыспайтын (кварцтық құм, құрғақ саз);

- аз жабысатын (кокстық шаң, домналық шаң);

- орташа жабысатын (ұшқыш күл, цемент, күйе, үгінді);

- қатты жабысатын (гипсті, талшықты ең жоғарғы мөлшерде).

Жабысатындық тобы беттің тығыздығы Р, Па арқылы анықталады. Сонымен, I топ үшін Р шамасы Р < 60; II - 60 < Р < 300; III- 300 < Р < 600; IV - Р>>600.

Жабысатындықпен шаңның басқа сипаттамасы – сусымалылық байланысты. Бұл шамамен көбінесе ұсталатын материалдардың сусымалылғын ескере отырып алынатын шаң ұстағыш қондырғылардың бункерлеріне, қабырғалардың тіктігіне шаңның түсуімен анықталады.

Қалқымалы заттардың концентрациясын анықтау. Шаң концентрациясын өлшеу әдістері екі топқа бөлінеді:

— шаң бөлшектерінің алдын-ала шөгуі мен шөгіндіні зерттеуге негізделген;

— алдын-ала шөгусіз. Бірінші топтың әдістерінің артықшылығы: шаңның массалық концентрациясын өлшей алу мүмкіндігі.

Бірінші топ әдістерінің кемшіліктері:

— шөгудің кезеңдік сипаттамасы;

— үлкен жұмыс сиымдылық;

— төмен сезімталдық.

Екінші топ әдістерінің артықшылығы:

— сынама алғыш құралдарды қолданудың қажетсіздігі;

— өлшеудің үздіксіздігі;

— жоғары сезімталдық;

— үдерістің толық автоматтандырылу мүмкіндігі.

Екінші топтың әдістерінің кемшіліктері:

— шаң қасиетінің нәтижесіне әсері;

— ішкі факторлардың: ортаның температурасы, ылғалдылығы және т.б нәтижесіне әсері.

Үздіксіз өндірістік бақылауға қарай екінші әдіс қолайлырақ, өйткені бұл әдіс шаң концентрациясының шамасын тез арада алуға мүмкіндік береді, ал ол кезегінде қондырғылардың жұмысының режимін автоматты реттеуді ұйымдастыруға, шаң концентарциясы шектік мәннен асып кеткендігін білдіретін дабылды орнатуға мүмкіндік береді. Бірақ екінші топ әдістерін ішкі және сыртқы факторлардың үлкен әсеріне байланысты әрқашан қолдану мүмкін емес.