粉体静电
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粉体是指由固体物质分散而成的细小颗粒。在生产过程中，例如在研磨、搅拌、筛选、过滤和料管中气力输送等工序中经常有静电产生。轻则使操作人员遭到电击，影响生产，重则引起重大爆炸事故。 1.影响粉体静电产生的几个因素 因为粉体仍是特殊形态下的固体，所以从理论上讲，它仍遵守着前面所讲的有关固体起电的偶电层理论。但又有与固体起电不同的地方，如同样重量的固体粉碎后其表面积要增加许多倍，相应地由于同空气的接触面积增加而大大降低了它的稳定性。例如很稳定的固态聚乙烯和金属铝，其粉体不但能产生、积聚静电，还能发生剧烈的爆炸。粉体静电的产生比较复杂，目前尚无普遍的计算公式，下面只能对能影响粉体静电产生的几个主要因素进行分析。 （1）材质影响 以在管道中气力输送粉体为例进行研究。实验发现，粉体与管道材料相同时静电产生量很少；当管道由金属材料制成时静电产生量与金属材质种类关系不大；当管道及粉体均由绝缘材料制成时，材料性质对静电影响显著，甚至能改变静电电荷的符号。 （2）时间影响 粉体在管道中输送或在容器中搅拌时间越长，对整体来讲，粉体颗粒与器壁之间的碰撞次数越多；对每个颗粒来讲，发生摩擦和碰撞的次数增多，其表面上带有的静电量也增多。但同时也增加了带电粒子的放电机会，所以最终表现出来的结果是静电带电趋于平衡，即开始时随输送时间或搅拌时间的增加，静电产生量也不断增多，但经过一段时间之后，便逐渐趋于饱和。图 1给出了粉体输送带电曲线。
图 1 粉体输送带电曲线 如图 1所示是尼龙、苯乙烯、高压聚乙烯和低压聚乙烯四种粉体颗粒在镀铬的管路内输送时测出的结果。多数粉体经过十秒至多数十秒其静电量便趋于稳定值而不再增加。 （3）运动速度的影响 运动速度是指粉体输送速度或搅拌速度。速度愈高，颗粒的摩擦和碰撞愈激烈，静电产生量也愈多，而达到饱和所需要的时间却大为缩小。在气力输送工艺中，如果气流速度高达每秒数米至每秒数十米，就能很快达到静电饱和状态。 （4）载荷量的影响 载荷量是指气力输送中每立方米气流中所含粉体的质量。由于载荷量越大，颗粒数越多，势必造成每个颗粒在管道内与管壁摩擦和碰撞的机会越少。于是，颗粒上的平均电量或单位质量粉体的电量均随载荷量的增加而减少。图 2所示为将平均直径为 65μm 的石英粉体用相对湿度为 20% 的空气气流送入长 2m、直径 10mm 的铜管时，铜管出口处每千克粉体所带的电荷量。从曲线上看出：单位质量粉体的电荷量与粉体载重量成反比。从不同曲线的相比不难看出：在粉体载荷量相同的情况下速度愈大，粉体电荷量也愈大。
图 2 管道粉体静电与载荷量的关系 （5）粉体颗粒大小的影响 虽然从单个颗粒看，大颗粒比小颗粒带电多，但从整体来看，在质量不变的条件下，粉体颗粒越小，则粉体颗粒的总表面积就越大，因此所带电荷就 越多。除上述各因素外，粉体静电的产生还同管道、料槽和搅拌桨的形状、结构有关。例如，弯曲的管道比直管道容易产生静电；管道的狭窄部分比宽阔部分容易产生静电等。同一般固体材料一样，温度、湿度、外部电场等因素对粉体静电也都有影响。 2.气流输送粉体的起电规律 用气流输送粉体物质，在工业中已有广泛的应用。例如，通常利用压缩空气来输送面粉、医用花粉等非易燃性粉体物质。因为这些粉体用气流在管路里被输送的过程中，粉体颗粒与管壁发生剧烈的、频繁的摩擦和碰撞，因而常产生强烈的静电。同时，在粉体输送过程中又很容易产生不同强度的放电火花，这就涉及到整个输送过程的安全性问题。为了找出粉体在气力输送过程中的起电规律，又考虑到实验的安全性，人们通常是利用惰性固体介质粉粒进行研究从而摸清其起电规律的。粉体静电受多种因素的影响，因此其定量计算是相当复杂的。实际的计算往往要限定某些条件及利用在某些特定条件下得出的实验系数，因此这种计算就带有一定的局限性和近似性。下面给出两个计算粉体带电的经验公式。 （1）气流输送粉体石英的起电规律 试验用的石英砂是用喷干法加工出来的平均直径为 64μm 的球形颗粒，每千克表面积为 84m2，放电时间常数 τ =2 ～ 3s，吹送砂粒的空气湿度为 20% ，使粉体通过直径 10mm，长 2m 的钢管时，得到下列经验公式：ρ =19.5β0.74v1.13式中 ρ———每立方米气流中，石英微粒所带电量，μC/m3；β———载荷量，kg/m3； v———气流速度，m /s。 经验公式中的 19.5、0.74 和 1.13 都是根据实验确定的系数。 （2）粉体起电电流密度计算的经验公式 经一些学者研究，给出了粉体在圆形管路中气力输送时，起电电流密度（指单位时间单位面积管道上产生的静电量，且粉体和管道分别带上等值异号电荷）计算的普通公式为J=0.35K0.4cv0.8K1.8mKsKtσmd（lgNR8）1.8 式中 d———粉体颗粒的直径或等效直径，m； NR———雷诺数， NR=Dvν； ν———气体运动黏度 （即运动黏性系数），可取 1.51 ×10-5m2/s； D———管道内径，m； v———气流速度，m /s； Kc———由粉体与管道材质确定的系数； Km———粉体颗粒横向最大速度与气流横向最大速度的比值；Ks———气流纵向速度与粉体颗粒纵向速度的比值； Kt———粉体的体积浓度； σm———电荷密度。 |
