Вопросы для самопроверки

1. В чем сущность флокуляции?

2. Перечислите известные типы флокулянтов.

3. Отличия неионных, катионных и анионных флокулянтов.

4. Механизм флокулирующего действия ВМС.

5. Какие факторы действуют на эффективность флокулирующего действия ВМС?

6. Каким образом зависит флокулирующее действие ВМС от их дозы?

7. Объясните эффективность одновременного действия коагулянтов и флокулянтов.

8. По каким показателям можно оценить действие флокулянтов?

9. Какие свойства ПАА являются причиной его широкого промышленного использования?

Рекомендуемая литература [1, с. 36–47]

Работа 3. Определение дисперсного состава пыли

В общей экологической проблеме важным разделом является охрана чистоты атмосферы и воздуха производственных помещении от вредных загрязнений, в том числе от пыли. Атмосферная и производственная пыль представляет собой набор частиц различного происхождения, состава, формы, размера и с разным электрическим зарядом поверхности. Гетерогенные системы газообразной дисперсионной среды жидкой или твердой дисперсной фазы в целом называют аэрозолями. К аэрозолям, в зависимости от характеристик частиц, относят пыли, дымы, туманы и смог.

При выборе технологии и аппаратуры для очистки газов или воздуха от взвешенных частиц важное значение имеет определение ряда характеристик улавливаемой пыли: ее дисперсного состава, смачиваемости, насыпной плотности, удельной поверхности, диэлектрической проницаемости и т. д. Не зная указанных свойств конкретной улавливаемой пыли, нельзя объективно оценить эффективность пылеулавливающих устройств, надежность их работы и безопасность эксплуатации.

Цель и обоснование проведения работы

Настоящая работа посвящена определению одного из свойств пылей – их дисперсного состава. Дисперсный состав пылей (порошков) большей частью отображается в виде таблиц экспериментальных данных. Эти данные могут быть приведены в виде содержания отдельных фракций пыли, представляющих собой доли массы Д или числа частиц между двумя значениями их диаметров частиц пыли . Например, состав кварцевой пыли может быть охарактеризован данными, представленной ниже в табл. 3.1.

Для грубодисперсных пылей и порошков наиболее простым методом определения их дисперсного состава является ситовой анализ.

Таблица 3.1. Дисперсный состав образца кварцевой пыли

, мкм	менее 2,5	2,5-4	4-6,3	6,3-16	16-40	40-63	63-100	более 100
Д, % от общей массы уловленной пыли	5,8	3,4	5,8	16	23	11	6	29

Метод основан на механическом разделении частиц по крупности с помощью набора сит. Материал загружается на сито с ячейками известного размера и путем встряхивания, постукивания или вибрацией его разделяют на «остаток» и «проход». При ситовом анализе и седиментометрии долю частиц мельче наименьшего размера сита обозначают «проходом», а долю частиц больше наибольшего размера сита – «остатком». Просеивая материал через набор сит, можно разделить пробу на несколько фракций. Размеры частиц этих фракций ограничены размерами отверстий используемых сит. Метод широко применяется, когда пыль (порошок) состоит из крупных частиц (более 40 мкм) или когда требуется отделить грубые частицы пыли перед более точным седиментометрическим анализом, изученным ранее в курсе коллоидной химии. Применяемые сита должны соответствовать ГОСТ 6613-86.

Для анализа более тонких фракций уловленных пылей (1–40 мкм) наиболее точным методом признан метод отбора весовых проб (пипеточный метод). Его суть состоит в отборе весовых проб из столба суспензии с помощью специальных пленок, однако этот метод весьма продолжителен – до 40 часов.

Для характеристики дисперсного состава аэрозолей используют функцию плотности распределения массы частиц по их диаметрам:

(3.1)

Кривую функции плотности распределения можно приближенно найти путем построения гистограммы на основе экспериментальных данных. Пример гистограммы приведен на рис. 3.1. Площадь каждого прямоугольника должна быть равна содержанию данной фракции пыли в процентах. На оси ординат откладывают частное от деления содержания фракции на диапазон размеров частиц, т. е. на разность между наибольшим и наименьшим размерами частиц данной фракции. Общая площадь всех прямоугольников составляет 100 %.

Содержание фракции пыли, %	Размер частиц пыли, мкм

Рис. 3.1. Гистограмма и аналитическая зависимость плотности

распределения массы частиц пыли по размерам

Плотностью материала частиц пыли называют массу единицы их объема без внутренних пор. Если в частицах имеются закрытые поры, то масса единицы такого объема называется кажущейся плотностью. Объемной плотностью называют массу единицы объема частиц, включая закрытые и открытые поры.

Плотность частиц непористых материалов можно брать из справочников. Плотность частиц, имеющих поры, определяется экспериментально, для чего используется часть пробы уловленной пыли. Это является одной из задач данной работы.

Для приготовления образца пыли используют метод квартования пробы. Если масса пробы превышает 1 кг, необходимое количество пыли (порошка) отбирают путем квартования конуса порошка крестообразным делителем, пока две противоположно расположенные четверти конуса не составляют вместе 100 г. Дальнейшее деление пробы производят методом накатки. Для этого пробу массой не более 100 г насыпают на лист гладкой бумаги размером 35 × 35 см. Для перемешивания пробы один край листа поднимают вертикально, пока порошок, пересыпаясь, не достигнет противоположного конца края. Затем поднимают этот край и повторяют процесс до тех пор, пока валик пробы не займет всю ширину листа. После этого перекатывание производят в перпендикулярном направлении. Всю процедуру повторяют не менее 5 раз. Окончательную пробу порошка в необходимом количестве отбирают штапелем из различных мест по длине последнего образовавшегося валика.

Плотность уловленной пыли определяют пикнометрическим методом. Задачей работы является определение насыпной плотности фракций пыли. Насыпной плотностью уловленной пыли (порошка) называется масса пыли, свободно засыпанной в какую-либо емкость, приходящаяся на единицу объема. Насыпной плотностью при встряхивании называется масса пыли при самой плотной упаковке, достигаемой путем встряхивания. Порошок, засыпанный в цилиндр, можно считать уплотненным, если при встряхивании в течение 2 мин высота столбика не изменится.

Для понимания эффективности пылеулавливания различными методами необходимо знать другие характеристики пыли, в том числе и ее поверхностные свойства. Удельной поверхностью называют отношение поверхности частиц к их массе или объему. По удельной поверхности можно судить о степени дисперсности пыли: чем она больше, тем выше и дисперсность пыли. Степень дисперсности может быть выражена удельной поверхностью. Если условно предположить, что все частицы имеют одинаковый размер и сферическую форму, то, зная удельную поверхность , см²/см³, можно вычислить средний размер частицы:

; (3.2)

, (3.3)

где n – число частиц, шт.; и – соответственно внешняя поверхность и объем шарообразной частицы, имеющей диаметр .

Насыпную плотность используют для определения пористости уплотненного слоя материала. Пористость уплотненного слоя материала определяют исходя из плотности материала частиц и насыпной плотности слоя с помощью соотношения

. (3.4)

Экспериментальная часть работы

Студентам представляется образец порошка или уловленной пыли различных материалов: порошок Телекского фосфорита, известковая, гипсовая или доломитовая пыль, уловленная пыль текстильных или кожевенных производств. Проводится ситовой анализ дисперсного состава порошка. На основе ситового анализа строится гистограмма и аналитическая зависимость плотности распределения массы частиц по размерам. Результаты ситового анализа оформляются в виде таблицы, аналогично приведенной выше.

Из полученных фракций отбираются 2–3 наибольшие по массе и описанным выше методом экспериментально определяют насыпную плотность и насыпную плотность при встряхивании. По величине среднего размера частиц указанных фракций рассчитывают удельную поверхность пыли. Используя полученные значения насыпной плотности частиц, а также справочные данные по плотности самого материала пыли, определяют ее пористость.

Оформление результатов работы

Результаты работы должны содержать: таблицу дисперсного состава пыли; гистограмму и аналитическую зависимость плотности распределения массы частиц пыли по размерам; расчетные данные насыпной плотности пыли , для разных фракций; расчетные данные по удельной поверхности пыли разных фракций; расчетные данные по пористости образцов пыли; графические зависимости указанных показателей от среднего размера частиц фракций. В конце отчета приводятся выводы по результатам работы.