Лако-красочные материалы — производство

К разрушению аэрозолей приходится прибегать, если из аэро­золя нужно выделить дисперсную фазу, например при улавлива­нии из дыма металлургических печей содержащихся в нем ценных

Продуктов, либо при очистке газов или воздуха. В последнее время ме­тоды разрушения (коагуляции) ат­мосферных аэрозолей применяют при искусственном дождевании или рассеивании облаков и тумана.

На практике частицы дисперсной фазы выделяют из газовой среды путем изменения скорости и направления потока аэрозоля (инерционное осаждение) фильтрацией, действием ультразвука или электрического поля, введением зародышей и коагуляцией.

Выделение дисперсной фазы из аэрозоля путем изменения ско­рости и направления потока аэрозоля осуществляют обычно с по­мощью центробежных отделителей, называемых циклонами. Цик­лоны представляют собой металлические цилиндры, в которых" аэрозоль движется по спирали сверху вниз. При этом частицы осе­дают на стенках цилиндра, а освобожденный от них газ подни­мается по специальной трубе и выводится из циклона. Движение газа в циклоне схематически показано на рис. XI, 4. Этот способ применяется лишь для разрушения сравнительно грубых аэрозо­лей, содержащих частицы диаметром более 3 мкм.

С помощью фильтрации от газовой фазы можно отделить го­раздо более мелкие частицы. Фильтры применяют в противогазах
для задержания частиц ядовитых дымов, для получения стериль­ного воздуха и в ряде других случаев. Существуют сетчатые и во­локнистые фильтры.

Сетчатые фильтры служат для задержания сравнительно гру­бых частиц аэрозолей. Их изготовляют из одного или нескольких слоев ткани или металлической сетки. Действие этих фильтров основано на механическом задерживании больших частиц, не про­ходящих через ячейки сетки, а также на инерционном осаждении частиц. Эффективность сетчатых фильтров заметно увеличивается по мере забивания их отфильтрованной дисперсной фазой, по­скольку в результате образования на поверхности фильтра слоя пыли уменьшается диаметр отверстий, через которые протекает аэрозоль. Поэтому иногда на тканевые фильтры перед их исполь­зованием наносят асбестовую пыль, особенно эффективную при фильтрации, или при очистке тканевых фильтров на их поверхности целесообразно оставлять часть пылевого слоя.

Волокнистые фильтры делают из фильтровальной бумаги, спе­циального картона и некоторых других волокнистых материалов. Вследствие значительного гидравлического сопротивления эти фильтры применяют лишь при небольших скоростях течения аэро­золя. С целью повышения производительности волокнистых филь­тров их часто изготовляют с «развернутой» (увеличенной) поверх­ностью. Схема устройства такого фильтра показана на рис. XI, 5.

Характер течения аэрозоля в волокнистом фильтре очень сло­жен, поскольку поток, огибая отдельные, беспорядочно располо­женные волокна, все время изменяет свое направление. Действие волокнистых фильтров сводится к инерционному осаждению, при­липанию движущейся частицы к какому-нибудь выступу на по­верхности волокна (эффект зацепления), седиментации и, нако­нец, к диффузии частицы к поверхности волокна с последующей фиксацией. Различные факторы действуют нердинаково на разные явления, на которых основано выделение дисперсной фазы при фильтрации аэрозоля. Инерционное осаждение и седиментация увеличиваются при возрастании размера и плотности частиц, а также скорости течения, диффузионному осаждению способ­ствует уменьшение размера частиц, но оно не зависит от плотно­сти частиц.

Конечно, эффективность фильтрации, независимо от преобла­дающего механизма осаждения, возрастает с уменьшением рас­стояния между волокнами, однако при этом увеличивается сопро­тивление фильтра. В связи с тем, что очень часто, в особенности при фильтрации с большой скоростью, основную роль играют инерционное осаждение, эффективность волокнистого фильтра оп­ределяется не столько размерами пор, сколько их извилистостью и радиусом волокон.

Разрушение аэрозоля под действием ультразвука известно давно, но только сейчас оно начинает получать практическое при­менение. Согласно одной из теорий, действие ультразвука на аэрозоли так же, как и на лиозоли, объяснялось тем, что во всех реальных полцдисперсных системах разные по размеру частицы в различной степени увлекаются колебаниями среды. В результате этого мелкие частицы, обладающие большой амплитудой колеба­ний, как бы «прочесывают» аэрозоль. Это способствует тому, что они скорее сталкиваются с более крупными, почти неподвижными частицами. Однако против этой теории говорит то обстоятельство, что самые мелкие, наиболее’ энергично колеблющиеся частицы остаются в звуковом поле нескоагулированными.

Согласно другой теории ультразвуковая коагуляция обусловли­вается притяжением между частицами, движущимися в ультра­звуковом поле. Такое притяжение может возникнуть между части­цами аэрозоля, если они совершают быстрое, параллельное и одинаково направленное движение. Нужны всего секунды для того, чтобы туман, Движущийся в ультразвуковом поле, скоагулировал на 90%. Полученные в результате коагуляции крупные капли легко отделяются от газа в обычных циклонах.

Ультразвук применяют для разрушения сернокислотных и дру­гих производственных туманов. В настоящее время для осаждения аэрозолей ультразвуком разработаны промышленные установки производительностью до 1000 м3/мин. К сожалению, в ультразву­ковом поле остается нескоагулировавшей обычно самая высоко­дисперсная часть тумана. Другой недостаток коагуляции аэрозо­лей с помощью ультразвука заключается в том, что ультразвук малоэффективен при разрушении сильно разбавленных систем.

Ряд методов разрушения атмосферных аэрозолей основан на их коагуляции. Практическое значение таких методов очень велико для сельского хозяйства, так как процесс коагуляции обычно со­провождается отделением дисперсной фазы атмосферных аэрозо­лей в виде дождя или снега. Большое значение методы коагуля­ции имеют и в авиации для искусственного рассеивания облако» над аэродромами.

В литературе имеются указания, что "коагуляция атмосферных аэрозолей может быть вызвана разбрасыванием с самолета высо­кодисперсного песка, частицы которого несут электрический заряд, по знаку обратный заряду частиц аэрозолей. Другой метод искус­ственного рассеивания облаков и туманов с помощью коагуляции заключается в распылении в аэрозоль растворов гигроскопических веществ, например, концентрированных растворов хлорида каль­ция (В. А. Федосеев, 1933 г.). Капельки этой жидкости захваты­вают капельки воды, укрупняются и выпадают в виде дождя. Для разрушения переохлажденных атмосферных аэрозолей можно при­менять также дымы иодида серебра или иодида свинца, частицы которых являются зародышами и вызывают в облаках образова­ние крисТалликов льда.

Эффективным методом искусственного рассеивания облаков и Туманов, вполне оправдавшим себя на практике, является метод с использованием твердой двуокиси углерода. Метод этот также
применим при температуре воздуха ниже О °С и при капельной структуре облаков или тумана, т. е. для переохлажденного аэро­золя. Разбрасываемая в таком аэрозоле твердая двуокись угле­рода с температурой —79,8 °С вызывает быстрое охлаждение при­лежащего к ней слоя воздуха и в нем образуется огромное число ледяных кристалликов, служащих далее центрами кристаллиза­ции. Кристаллики быстро растут, продолжая рост и после выхода из зоны искусственного охлаждения, поскольку давление насыщен­ных паров воды над льдом меньше, чем над водой. Достигнув критического размера, кристаллики выпадают из аэрозоля в виде снежинок. Опыт показал, что образование снега при таком методе рассеивания обла­ков происходит через 5—7 мин, а через 15—30 мин зона, в которую была введена двуокись углерода, полностью освобо­ждается от тумана. Следует заметить, что при слишком больших количествах двуоки­си углерода, а также малом содержании воды в аэрозоле, или малом переохлажде­нии, процесс рассеивания не идет или идет очень медленно.

Наконец, аэрозоли можно разрушать действием электрического поля высокого напряжения. Этот метод, разработанный Коттрелем, используется в промышленности для очистки газов от пыли, разрушения дыма перед его выбросом в атмосферу и других целей. Поскольку частицы аэрозоля обычно слабо заряжены или практически электронейтральны, им придают достаточно большой электриче­ский заряд. Для этого дым или туман пропускают между электро­дами, создающими поле весьма высокого напряжения. В таких условиях происходит так называемый коронный разряд, при ко­тором катод (имеющий форму проволоки для того, чтобы заряд обладал наибольшей плотностью) светится и выделяет огромное количество электронов. Электроны ионизируют молекулы газа (воздуха), находящегося в пространстве между электродами. Об­разовавшиеся отрицательные ионы адсорбируются частицами аэрозоля и придают им достаточно большой здряд, что обеспечи­вает частицам передвижение в электрическом поле и осаждение на аноде. Передвижению частиц к аноду способствует также «элек­трический ветер», возникающий между электродами.

Схематическое устройство одного из элементов батареи обыч­ного электрофильтра показано на рис. XI, 6. Электрическое поле возникает между отрицательным коронирующим электродом 3 и’ положительным электродом, которым служит металлическая тру­ба 2. На электроды подается постоянный ток высокого напряжения
(70—100 кВ). Аэрозоль поступает в элемент через патрубок /. Под действием электрического поля и ионного ветра получившие отрицательный электрический заряд частицы аэрозоля направ­ляются к аноду 2, ударяются о него и оседают. Осевшие и поте­рявшие заряд частицы осыпаются в низ трубы и удаляются из нее через бункер 5. Если частицы аэрозоля жидкие, то после коалес — ценции капелек жидкость непрерывно стекает по стенкам трубы и удаляется через тот же бункер 5. Очищенный газ уходит из эле­мента через патрубок 4.

Имеются электрофильтры, в которых процессы заряжения и осаждения частиц пространственно разделены. В таких электро­фильтрах образуется значительно меньше продуктов окисления воздуха (окислов азота и т. д.), и поэтому их применяют для кон­диционирования воздуха.