Влияние электростатических сил на эффективность очистки пылевоздушного потока в инерционных пылеотделителях

Введение . Деревообработка сопровождается рядом негативных производственных факторов, прежде всего запыленностью. В России порядка полмиллиона больших и малых деревообрабатывающих предприятий с количеством работающих более 2 млн человек, которые зачастую трудятся в условиях, не отвечающих гигиеническим критериям по качеству воздушной среды [1].

Запыленность воздуха в деревообрабатывающих цехах превышает нормативное значение в два и более раз. Причины этого: несовершенство технологического оборудования и зданий цехов, низкий уровень автоматизации процессов, примитивных способов уборки рабочих мест.

Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является древесная пыль, витающая в воздухе, которая представляет собой совокупность частиц размером от 20 мкм и ниже. Повышенная концентрация пыли в рабочей зоне приводит к заболеваниям работников и снижению износостойкости технологического оборудования. Диапазон последствий воздействия древесной пыли на организм человека (в зависимости от породы деревьев, времени воздействия; концентрации и т.п.) достаточно широк: это и аллергическое, фиброгенное и токсическое действие; провокация головных болей, дерматитов, кровотечений из носа, горла ; заболевания печени, легких, онкологические патологии [1,2].

Для создания безопасности и допустимых условий труда необходимы практические исследования по идентификации источников пыли, пылеобразованию в цехах, свойствам древесной пыли и их влиянию на пылевые процессы, организм человека и окружающую его среду, динамике запыленности воздуха в зависимости от различных факторов, способам и средствам обеспыливания воздушной среды цехов.

Цель работы . Исследование влияния электростатического поля на пылевоздушный поток перед выбросом в атмосферу.

Комплексная задача, стоящая перед службой охраны труда на деревообрабатывающем предприятии, - обеспечение безопасных условий труда в процессах деревообработки и разработка эффективной системы управления безопасностью процессов при воздействии аэрозолей на работающих [1].

Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество модификаций систем очистки воздуха, таких как циклоны и фильтры. Одним из выводов проведенного анализа систем очистки стало то, что сухая очистка пылевоздушного потока в инерционном пылеот-делителе (циклоне) наиболее перспективна, но требует повышения эффективности очистки [3].

Эффективность очистки инерционного пылеотделителя пропорциональна размеру частиц. Наиболее трудноудаляемой является тонкодисперсная пыль менее 20 мкм. Для увеличения эффективности очистки пылевоздушного потока существует необходимость увеличения размера частиц. С этой целью проведены исследования движения пылевоздушного потока через коронирую-щие электроды с биполярными и униполярными зарядами [4] и в электростатическом поле. Проведены исследования влияния электростатического поля на свойства древесной пыли: коагуляцию или агрегирование, адгезионные и когезионные свойства.

Коагуляция аэрозольных частиц представляет собой один из основных механизмов трансформации дисперсных систем и приводит не только к изменению дисперсности, но и морфологии аэрозолей. При этом форма агрегатов отличается от формы исходных частиц, что может существенно сказаться на аэродинамических, оптических, адгезионных свойствах дисперсной системы.

Работы, которые посвящены наблюдению коагуляции дисперсных частиц в электрических полях [4], как правило, рассматривают влияние электрического поля только на скорость процесса коагуляции частиц, а не на форму образующихся агрегатов, данные же, касающиеся морфологических свойств агрегированных древесных частиц под действием электростатического поля, отсутствуют.

Кинетика дисперсного состава частиц аэрозоля характеризовалась по количеству частиц, образующих данный агрегат.

Результаты и их обсуждение . Ионный поток и электростатическое поле оказывают влияние на рост среднего размера частиц и на форму образующихся агрегатов.

Результаты, показывающие влияние ионного потока и электростатического поля на изменение дисперсного состава аэрозолей, приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Влияние ионного потока и электростатического поля на размер и форму агрегатов: 1 – влияние электростатического поля; 2 – биполярный аэрозоль; 3 – униполярный аэрозоль

В электростатическом поле превалирует кулоновское притяжение, что приводит к боковому притяжению частиц и предупреждает распад агрегата на более мелкие частицы.

На рисунке 2 приведены микрофотографии, иллюстрирующие типичные примеры подобных агрегатов. На микрофотографии 2 показаны агрегаты, полученные в электростатическом поле, аналогичные агрегатам при биполярной зарядке на электродах.

1                                                         2

Рис. 2. Агрегаты частиц при воздействии на аэрозоль ионным потоком: 1 – униполярный аэрозоль; 2 – биполярный аэрозоль

На рисунке 3 схематично показаны основные виды контактов между частицами аэрозоля.

а                      б

Рис. 3. Основные виды контактов между частицами аэрозоля: а – униполярный аэрозоль; б – биполярный аэрозоль

Выводы . При одном и том же дисперсном составе биполярный аэрозоль содержит меньшее число цепочных агрегатов, чем униполярный аэрозоль. Такой эффект объясняется кулоновским притяжением разноименно заряженных частиц, за счет которого и повышается вероятность присоединения частицы на боковую поверхность агрегата. В случае униполярно заряженного аэрозоля наличие потенциала отталкивания обуславливает максимальную вероятность присоединения частицы на концах цепочки. При биполярной зарядке частиц и в электростатическом поле агрегаты не распадаются на более мелкие частицы, что должно привести к увеличению эффективности очистки пылевоздушного потока в инерционных пылеотделителях.