2.8. Змочуваність твердих частинок аерозолів
Здатність до змочування твердих частинок аерозолів важлива з точки зору використання конкретних методів газоочищення, які зумовлені явищем поверхневого натягу.
Розрізняють змочуються (гідрофільні) частинки і незмочуються (гідрофобні) частинки аерозолів.
У практиці пилеочищення встановлено, що здатність твердих тіл до змочуваності зменшується зі збільшенням їхньої дисперсності (тобто зі зменшенням їхнього розміру). Можна сказати, що частинки розміром менше 5 мкм відносяться до незмочуваних незалежно від їх складу.
Гідрофобною іноді стає пил гідрофільних частинок внаслідок утворення на поверхні води потенціалу і в результаті цього адсорбції на поверхні порошин міцного шару молекул повітря, що перешкоджають їх змочуваності.
Для підвищення змочуваності пилу, в деяких випадках прагнуть зменшити поверхневий натяг води, що зрошує її шляхом введенняповерхнево-активних речовин(ПАР), головним чином синтетичного походження - сульфанол, синтинол, лаурит натрію. Молекули ПАР інтерополярні, тобто. вони мають гідрофільну полярну групу та неполярний вуглеводневий гідрофобний ланцюг. До гідрофобної поверхні частинки, що поринула у воду, повертаються неполярні вуглеводневі частини молекул ПАР, що адсорбуються на поверхні частинок. Полярні – гідрофільні частини молекул – утворюють зовнішній шар. Через війну частка виявляється оточеної гидрофильным шаром, тобто. стає змочується.
Кращому змочування частинок сприяє також підвищення температури води, так як при цьому зменшуються сили поверхневого натягу і руйнується повітряний шар, адсорбований на поверхні частинок.
2.9. Пожежо- та вибухонебезпечність аерозолів
Подрібнення частинок (висока дисперсність) веде до збільшеннясумарної поверхні та вільної поверхневої енергії системи, тобто. до підвищення її хімічної активності та окислення з виділенням тепла, яке може за певних умов призвести до горіння. Горіння полегшується тим, що тверді частинки аерозолю та окислювач (кисень повітря) перемішані.
Розрізняють займання пилу – тобто. процес виникнення горіння в результаті нагрівання її джерелом займання, і самозаймання (самозаймання), яке, як правило, відбувається в результаті самоприскорення реакції окиснення (тобто перевищення швидкості тепловиділення екзотермічної реакції окиснення над швидкістю відведення тепла за межі системи).
Температура самозаймання речовин (у разі горючих аерозолів) дуже різна. У зв'язку з цим горючі речовини поділяють на дві групи:
- Речовини Iгрупи, для яких температура самозаймання вище температури навколишнього середовища, тобто. вони здатні спалахнуть тільки в результаті нагрівання.
– речовини II групи, котрим температура самозаймання нижче температури навколишнього середовища, тобто. вони здатні спалахнути без нагріву. Саме такі аерозолі, що самозаймаються, становлять найбільшу пожежну небезпеку.
Необхідно відзначити, що температура самозаймання аерозолів значно вища, ніж порошків (осілого пилу), що утворюються при осіданні аерозольних частинок, оскільки масова концентрація цих частинок невелика (набагато нижча, ніж у порошків) і швидкість виділення тепла при реакції окислення може перевищити швидкість тепловіддачі тільки при високі температури середовища.
Самозаймисті речовини (їх порошки або пилу) у свою чергу ділять на три групи:
1. Речовини, що самозаймаються при впливі на них повітря (наприклад: буре і кам'яне вугілля, деревне).вугілля, фрезерний торф, сажа, тирса, сіно, листя, сульфіди заліза, цинковий та алюмінієвий пил, жовтий фосфор, порошок ебоніту).
Самозаймання копалин вугілля сприяє також їх подрібнення і змочування; самозаймання торфу сприяють біологічні процеси.
2. Речовини, що самозаймаються при впливі на них води (наприклад: калій, натрій, карбід кальцію і карбіди лужних металів, фосфористі кальцій і натрій, негашене вапно і т.д.).
Лужні метали (калій, натрій і т.д.) і водневий калій, натрій і кальцій при взаємодії з водою виділяють водень і значну кількість тепла, внаслідок чого водень самозаймається і горить разом із металом. Приблизно поводиться ацетилен, що утворюється при взаємодії карбіду кальцію з невеликою кількістю води.
3. Речовини, що самозаймаються при змішуванні один з одним. У цю групу входять різні окислювачі, наприклад - азотна кислота, розкладаючись, виділяє кисень і може спричинити самозаймання смоли, льону та інших органічних речовин.
Хімічно однорідна система (суміш) аерозолів, що надходить із певною швидкістю з пальника, згоряє стійким полум'ям. Горіння тих же аерозолів у замкнутому обсязі відбувається у вигляді хімічного вибуху. Таке ж горіння (тобто хімічний вибух) характерний для деяких аерозолів при певних масових концентраціях, званих концентраційними межами вибуху. Мінімальні та максимальні концентрації аерозолів, при яких вони здатні займатися називаються нижніми та верхніми концентраційними межами. Усі горючі аерозолі, концентрації яких перебувають між цими межами, є вибухонебезпечними.
Аерозолі, концентрації яких знаходяться нижче нижнього та вище верхньогоконцентраційних меж вибуху в замкнутих обсягах є вибухобезпечними.
Зазвичай концентрації аерозольних частинок, що відповідають нижнім концентраційним межам вибуху, настільки значні, що можливі тільки в технологічному обладнанні, повітропроводах (газоводах) та пиловловлювачах. У виробничих приміщеннях небезпечні концентрації аерозолів можуть виникнути при аварійних ситуаціях. Досягнення верхніх концентраційних меж можливе в системах аспірації та пневматичного транспорту.
Розрізняють такі класи аерозолів та порошків з вибухо- та пожежонебезпечності:
I. Найбільш вибухонебезпечні аерозолі (пилу) з нижніми концентраційними межами до 15 г/м 3 (наприклад: аерозолі цукру, торфу, ебоніту, сірки, каніфолі).
ІІ. Вибухонебезпечні аерозолі (пилу) з нижніми концентраційними межами 16–65 г/м 3 (наприклад: аерозолі алюмінію, льону, сланців, борошняний пил).
ІІІ. Найбільш пожежонебезпечні аерозолі (пилу) з температурою займистості до 250 про З нижніми концентраційними межами більше 65 г/м 3 (наприклад: тютюновий - 205 про З; елеваторний пил - 250 про З).
IV. Пожежонебезпечні аерозолі (пилу) з температурою займистості вище 250 про З нижніми концентраційними межами більше 65 г/м 3 (наприклад: тирсу – 275 про З).
У таблиці 2.3 наведено дані про нижні концентраційні межі деяких пилів.
У загальному випадку на вибухонебезпечність аерозолів впливають:
1. Дисперсність аерозолів. Якщо розміри часток великі, то ймовірність вибуху різко зменшується (наприклад: для вугільного пилу встановлено майже лінійну залежність тиску на місці вибуху від питомої поверхні пилу – погляд.
f(Sуд); у зв'язку з цим пил у шахтах із збільшенням відстані від місця їїосвіти стає потенційно більш вибухонебезпечною).
2. Наявність інертних частинок знижує вибуховість пилу, оскільки частина тепла, що утворюється, витрачається на їх нагрівання, і температура аерозолю в результаті цього знижується. Крім того, інертний пил екранує теплові промені, перешкоджаючи поширенню полум'я по пиловій хмарі.