— принята в мире в качестве единицы измерения. p – количество молекул загрязняющих веществ на миллион частиц воздуха.Существуют 3 группы метода контроля качества воздушной среды:
Лабораторный метод;
Экспресс – метод;
Индикаторный метод.
Лабораторный метод – забираются пробы воздуха в любом месте, затем на стационарном лабораторном оборудовании проводится анализ проб. Это достаточно точный метод.
Экспресс–метод – оценка происходит сразу на месте, используется для необходимого быстрого решения о степени загрязнения среды. Для этого используются УГ(универсальные газолизаторы). Их действие основано на цветных реакциях, в небольших объемах высокочувствительной жидкости или же твердого вещества, чаще используется силикогель пропитанного чувствительными жидкими индикаторами. Воздух через насос забирается, через трубочку просасывается и по цвету судят о присутствии того или иного загрязнителя, а о качестве судят по длине окрашенного столбика, сравнивая с градуированной шкалой. Для каждого вредного вещества свой цвет.
Индикаторный метод – разновидность экспресс-метода, но здесь нельзя судить о количестве вещества. Это быстрый, качественный анализ присутствия вредных веществ.
Для анализа запыленности воздуха применяется метод определения массы пыли в сочетании с определенным размером частиц с учетом дисперсности пыли. Берется тканевый фильтр и взвешивается до пропускания пыли и после и разница – это сколько пыли в воздухе.
Основной метод защиты от вредных веществ.
Исключение или снижение поступления вредных веществ в рабочую зону и в определенную среду. При использовании менее вредных веществ вместо более вредных; замена сухих пылящих материалов на влажные; использование конечных продуктов в непылящих формах.
Применение технологических процессов, исключающих образование вредных веществ. (Замена пламенного нагрева электрическим, герметезация, применение экобиозащитной техники, применение аппаратов для очистки воздуха, выходящего в трубу.)
Когда невозможна коллективная защита, применяется СИЗОД – средства индивидуальной защиты органов дыхания (распираторы, противогазы).
Действие противогаза:
Изолирующие — автономная подача кислорода, то есть органы отсечены от окружающего воздуха.
Фильтрующее.
Измерение загрязнения воздуха и ПДК.
— принята в мире в качестве единицы измерения. p – количество молекул загрязняющих веществ на миллион частиц воздуха.
.
ГОСТ 12.1.001 – 89 — ГОСТ на содержание вредных веществ.
Электробиозащитная техника – защищает человека и окружающую среду от вредных воздействий. Это и защитные экраны (для защиты от инфракрасных излучений, электромагнитных излучений, от ионизированных излучений), поглотители электро-магнитных излучений, люльки для защиты от шума: звукоизоляция, звукопоглощение, экранирование шума – основан на образовании «тени». Чем меньше длина волны, тем больше область пониженного шума и эффектнее метод экранирования.
Экран область пониженного шума
Для очистки загрязненного воздуха, поступающего в окружающую среду из производственных помещений, используется специальная защитная техника:
очистка воздуха и пыли – используются различные аппараты, которые можно условно подразделить на 3 группы:
аппараты сухой очистки – используют различные эффекты для обеспечения очистки воздуха от пыли. Например, гравитационные осаждения, или центробежные осаждения, так называемые «циклоны». Фильтры (тканевые, зернистые) используются при небольших скоростях воздуха и невысокой температуре.
Чистый воздух
 |
Грязный воздух подается
 |
пыль
Аппараты электрической очистки или электрофильтры. Получая электрический заряд, частицы пыли осаждаются на пластинах.
 |
Саруберы – аппараты влажной (мокрой) очистки. Они могут улавливать туманы.
 |
эффективность очистки
0.8<=h<=0.98
Очистка воздуха от газа. Используются 2 группы специальных методов:
Каталитические методы. При их использовании примеси не выделяются из воздуха, не задерживаются, а превращаются в другие менее вредные вещества.
Некаталитические методы – примеси выводятся из газовой смеси путем конденсации или поглощением жидкими или твердыми поглотителями.
Абсорбция – газы поглощаются в объеме жидкости
Адсорбция – газы поглощаются на поверхности твердого поглотителя.
Способы очистки воды
Используются механические методы, химические, физико-химические и биологические.
Механические методы – сильные грубые методы очистки, обычно используются для первичной очистки.
Химический способ основан на химических реакциях. Которые переводят вредные примеси, содержащиеся в воде, в менее опасные, например, озонирование воды.
Физические и физико-химические методы – мембранный способ, флотационный, метод флокуляции (осаждаются хлопья), кристаллизации, конденсации.
Биологические – основаны на жизнедеятельности особых микроорганизмов. Которые разлагают, перерабатывают органические примеси.
Ни один из методов не очищает полностью, следовательно используются комбинированные методы: 1 уровень – механические. 2 – химические, 3 – биологические, 4 – физико-химические.
Метеорологические условия производственных помещений
Теплообмен человека с окружающей средой.
Микроклимат производственных помещений.
Контроль параметров микроклимата производственных помещений.
Микроклимат производственного помещения определяется следующими параметрами:
температура воздуха в 0С
относительная влажность j[%] основные
скорость движения воздуха n[м/с]
давление
Нормируемые параметры: 1,2.3.
Температура – важнейший показатель микроклимата. Человек вырабатывает тепловую энергию [28 Дж; 500 Дж]. Теплоотдача обеспечивает равновесие с окружающей средой.
Qr =QT +QК +Qи +Qисп. +Qв
QT — одежда является теплопроводной
QК – конвективный
Qи – инфракрасное излучение
Qисп – испарение
Qв – нагрев воздуха
При низких температурах воздуха может быть переохлаждение, что особенно опасно при больших скоростях и большой влажности.
При высоких температурах возможен перегрев человека (например, при t0=350QT +QК +Qи =0, следовательно Qr =Qисп +Qв )
2) Влажность меньше 20% — неприемлема для человека, пересыхание слизистых оболочек, они теряют защитную функцию. При j>80% и отклонениях температуры может быть охлаждение и перегрев.
n — «сквозняк»
www.ronl.ru
Задание:1. Определите относительную запыленность воздуха. 2. Оцените качественный состав пыли.3. Оцените экологическое состояние помещения.
Материалы, реактивы, оборудование:1. Вода дистиллированная. 2. Растворы азотной и соляной кислот (10%). 3, Весы аналитические. 4. Лопатка для отбора образцов отложений пыли. 4. Микроскоп с объективом «х8» (восьмикратное увеличение), 5. Пипетка, покровные и предметные стекла для микроскопа.
Ход работы к заданию 1. На 3 предметных стекла нанесите по 1 капле воды, Установите их в местах, указанных преподавателем, на 15 мин. По истечении этого срока накройте капли с осевшими пылинками покровными стеклами, приготовив, таким образом микропрепараты.
Поместите микропрепарат на предметный столик микроскопа. Добейтесь увеличения, при котором в поле зрения помещается наибольшая часть капли. Сосчитайте количество пылинок в капле, зарисуйте и опишите их качественный состав (вид, структуру, взаимное расположение, особенности строения).
Варианты выбора условий отбора проб пыли:при открытой и закрытой форточке; в разных помещениях: в аудитории, в коридоре; за пределами помещения: на стройке, в парке, вблизи автомобильной или железной дороги; на разной высоте от пола: 20см, 1м, 1,5м.
Ход работы к заданию 2.Образец сухой пыли соберите из отложения лопаткой (с участка в 3-5 см) и поместите на предметное стекло. Приготовьте микропрепарат сухой пыли, накрыв образец покровным стеклом. Поместите микропрепарат на предметный столик микроскопа. Добейтесь увеличения, при котором в поле зрения помещается наибольшая часть образца.
Рассмотрите микропрепарат в микроскоп и опишите, из чего состоит пыль (вид, форма, размеры, взаимное расположение, цвет частиц).
Поднимите препаровальной иглой покровное стекло и нанесите на образец пыли каплю азотной или соляной кислоты. Сразу верните на место покровное стекло. Имея в виду, что соляная кислота растворяет частицы известняковых пород и водорастворимые соли, а азотная — и эти, и большинство других минеральных солей, рассмотрите препарат и сделайте вывод о произошедших изменениях.
Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы о качественном составе пыли, об относительной запыленности воздуха в разных точках объекта обследования. Оцените экологическое состояние помещения, пользуясь сведениями из приведенной ниже табл. 20.
Таблица 20
Предельно допустимые концентрации для взвешенных веществ (пылей) различной природы
| Тип вещества | ПДК (среднесуточная), мг/м3 |
| Пыль, не идентифицированная по составу | 0,015 |
| Неорганические вещества | |
| Хлорид натрия | 0,15 |
| Фосфоцементная пыль | 0,5 |
| Цемент | 0,02 |
| Сажа | 0,05 |
| Свинец и его соединения | 0,0003 |
| Угольная зола ТЭЦ (щелочная, мелкодисперсная) | 0,02 |
| Органические вещества, препараты бытовой химии | |
| Текстолит | 0,04 |
| Чистящее средство «Пемолюкс» | 0,02 |
| CMC типа «Кристалл» (по алкилсульфонату натрия) | 0,01 |
| Биогенные вещества | |
| Белок пыли витаминно-белкового концентрата | 0,001 |
| Комбикорм | 0,01 |
| Хлопок | 0,05 |
| Углеродные волокнистые материалы | 0,05 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПЕРЕЧЕНЬ ВЕЩЕСТВ
ОДНОНАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ.
КОМБИНАЦИИ ВЕЩЕСТВ С ЭФФЕКТОМ СУММАЦИИ
| Азота диоксид, гексан, углерода оксид, формальдегид |
| Азота диоксид и серы диоксид |
| Азота диоксид, гексен, серы диоксид, углерода оксид |
| Азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол |
| Акриловая, 2-метилпроп-2-еновая (метакриловая) кислоты, бутилакрилат, бутил-2-метилпроп-2-еноат (бутилметакри-лат), метилакрилат, метил-2-метилпроп-2-еноат (метилме-такрилат) |
| Аммиак и гидросульфид (сероводород) |
| Аммиак и формальдегид |
| Аммиак, гидросульфид (сероводород), формальдегид |
| Ацетальдегид и этенилацетат (винилацетат) |
| Бензол и ацетофенон |
| Бромметан и сероуглерод |
| (1α, 2α, Зα, 4β, 5, 6β)-Гекса (1,2,3,4,5,6) хлорциклогексан (γ-гексахлоран) и S-(2,3-Дигидро-3-оксо-6-хлорбензоксазол- 3-илметил)-0,0-диэтилфосфат (фозалон) |
| Гидросульфид (сероводород) и дивинил |
| Гидросульфид (сероводород) и углерод дисульфид (сероуг-лерод) |
| Гидросульфид (сероводород) и формальдегид |
| Акриловая и 2-метилпроп-2-еновая (метакриловая) кислоты |
| Гидрофторид (фтористый водород) и соли фтористоводо-родной кислоты |
| Диванадия пентоксид и марганца оксиды |
| Диванадия пентоксид и серы диоксид |
| Диванадия пентоксид, хрома триоксид |
| 1,2-Дихлорпропан, 1,2,3-трихлорпропан и тетрахлорэтилен |
| 2,3-Дихлор-1,4-нафтохинон и 1,4-нафтохинон |
| Изопропилбензол (кумол) и изопропилбензола гидропере-кись |
| Мышьяка триоксид и германий |
| Мышьяка триоксид и свинца ацетат |
| о-(4-Нитрофенил)-о, о-диэтилтиофосфат (тиофос) и диэтил [(диметокси-фосфинотиоил)-тио] бутандиоат (карбофос) |
| Озон, азота диоксид и формальдегид |
| Пентановая (валериановая), гексановая (капроновая) и бута-новая (масляная) кислоты |
| Пропан-2-он (ацетон) и крезол (изомеры) |
| Пропан-2-он (ацетон) и метилфенилкетон (ацетофенон) |
| Пропан-2-он (ацетон) и фенол |
| Пропан-2-он (ацетон), 2-фурфуральдегид (фурфурол), фор-мальдегид и фенол |
| Пропан-2-он (ацетон), проп-2-ен-1-аль (акролеин), фталевый ангидрид |
| Свинца оксид и серы диоксид |
| Сернокислые медь, кобальт, никель и серы диоксид |
| Серы диоксид и гидросульфид (сероводород) |
| Серы диоксид и гидрофторид (фтористый водород) |
| Серы диоксид и никель металлический |
| Серы диоксид и серная кислота |
| Серы диоксид и серы триоксид |
| Серы диоксид и фенол |
| Серы диоксид, серы триоксид, аммиак и окислы азота |
| Серы диоксид, углерода оксид, фенол и пыль кварцсодер-жащая |
| Сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная) |
| Углерода оксид и пыль цементного производства |
| Углерода оксид, азота диоксид, формальдегид и гексан |
| Уксусная кислота и ацетангидрид (уксусный ангидрид) |
| Уксусная кислота, фенол и уксусной кислоты этиловый эфир (этилацетат) |
| Фенол и метилфенилкетон (ацетофенон) |
| Формальдегид и гидрохлорид (соляная кислота) |
| Фурфурол, метиловый и этиловый спирты |
| Циклогексан и бензол |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
| № п/п | Наименование вещества | Формула | Величина ПДК (мг/м3) |
| Азота диоксид | NO2 | ||
| Азотная кислота | HNO3 | ||
| Аммиак | Nh4 | ||
| Ацетальдегид | C2h5O | ||
| Ацетангидрид | C4H6O3 | ||
| Ацетофенон (метилфенилкетон) | C8H8O | ||
| Бензол | C6H6 | ||
| Бромметан | Ch4Br | ||
| Винилацетат (этенилацетат) | C4H6O2 | ||
| Гексан | С6h24 | ||
| Германий | Ge | ||
| Гидросульфид (сероводород) | h3S | ||
| Гидрохлорид (соляная кислота) | HCl | ||
| Диванадия пентоксид | V2O5 | 0,5 | |
| 1,2-дихлорпропан | C3H6Cl2 | ||
| Мышьяка триоксид | As2O3 | 0,01 | |
| Никель | Ni | 0,05 | |
| Озон | O3 | 0,1 | |
| Пыль кварцсодержащая | |||
| Свинца оксид | PbO | 0,005 | |
| Сернокислая медь | CuSO4 | 0,5 | |
| Сернокислый никель | NiSO4 | 0,005 | |
| Сернокислый кобальт | Co2(SO4)3 | 0,01 | |
| Сероуглерод | CS2 | ||
| Серы диоксид | SO2 | ||
| Серы триоксид | SO3 | ||
| Серная кислота | h3SO4 | ||
| Соляная кислота | HCl | ||
| Cпирт метиловый | Ch4OH | ||
| Спирт этиловый | C2H5OH | ||
| Тетрахлорэтилен | C2Cl4 | ||
| 1,2,3-трихлорпопан | C3h4Cl3 | ||
| Углерода оксид | CO | ||
| Уксусная кислота | C2h5O2 | ||
| Фенол | C6H6O | 0,3 | |
| Формальдегид | CHOH | 0,5 | |
| Фурфурол | C5H6O | 0,5 | |
| Циклогексан | C6h22 |
www.ronl.ru
Пыль как газодисперсная система
Интенсификация промышленности приводит к очень сильному загрязнению окружающей среды. Ежегодный ущерб только от загрязнения воздуха в США оценивается в 16 млн. долларов. Промышленными предприятиями в атмосферу планеты ежегодно выбрасывается около миллиарда тонн пылевых частиц (сажи) и газов, то есть примерно по 0,25 тонн на каждого человека.
Многие технологические процессы в строительстве и промышленности сопровождаются выделением пыли, отрицательно воздействующей на организм человека и, в основном, на его органы дыхания.
Для предупреждения профессионального заболевания (вызванного воздействием на работника вредных условий труда) необходимо, чтобы в воздухе рабочей зоны, цеха и т.д. содержание пыли было ниже предельно допустимых концентраций (ПДК).
Вредность воздействия пыли на организм человека зависит, прежде всего, от её вещества, дисперсности, формы частиц, а также от растворимости и твердости пылинок. Так, частицы крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях: носовой полости, носоглотке, и только частично достигают бронхов. Чем мельче пыль, тем она опасней. Однако утверждение, что все пылинки крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях, не совсем правильное. Как показали наши исследования, при микроскопическом изучении легких шахтеров, погибших в результате аварий, были обнаружены пылинки до 50 — 70 мкм.
Наибольшую опасность представляют частицы размером 0,2 – 5 мкм.
Более мелкие частицы (меньше 0,2 мкм) не представляют такой опасности для органов дыхания, так как удаляются вместе с выдыхаемым воздухом, почти не вступая во взаимодействие с тканями легких.
Легкие обладают очень важным свойством. Они все время очищаются от пыли с помощью фагоцитов (особый вид лейкоцитов). Но при высоком содержании пыли в воздухе защитное действие организма ослабевает. Пыль, накапливаясь в легких, воздействует наних, приводя к заболеванию – пневмокониозу.
Такое заболевание характеризуется медленным превращением лёгочной ткани из эластичной, способной существенно растягиваться и увеличивать площадь воздухообмена при вдохе, в ткань с образованием множества рубцов (фиброзов).
Существует много разновидностей пневмокониоза. Наиболее распространенным и опасным пневмокониозом считается силикоз, являющийся результатом попадания в легкие большого количества пыли, содержащей свободную двуокись кремния SiО2. От цементной пыли возникает цементоз, силикатной — cиликaтoз, стальной — сидероз, угольной — антракоз. Известны также заболевания: люминитоз, асбетоз, талькоз и др.
Пневмокониоз обычно развивается медленно и может проявить себя через несколько лет после прекращения систематического пребывания в запыленной атмосфере.
Время развития и тяжесть заболевания зависят от многих факторов (химико-минералогический состав пыли, уровень запыленности, дисперсность, заряженность частиц, время пребывания в запыленной атмосфере и др.).
Процесс заболевания силикозом сводится к следующему: пылевые частицы (преимущественно размером менее 5 мкм) проникают вместе с вдыхаемым воздухом в легочные альвеолы и задерживаются на их стенках. Участвуя в реакциях, SiО2 частично превращается в кремниевую кислоту h3 Si03. Действие кремниевой кислоты понижает жизнеспособность фагоцитов, что снижает и защитные свойства, и ведет к накоплению пыли в легких и образованию фиброзных уплотнений. Это приводит к отвердению легких и снижению накопления кислорода в крови.
Часто силикоз сопровождается силико-туберкулезом.
Газодисперсная система представляет собой систему, состоящую из двух и более компонентов, из которых одна, называемая дисперсной фазой, находится в состоянии измельчения и более или менее равномерно распределена внутри другой, имеющей непрерывное строение и носящей название дисперсной среды. Дисперсная среда — это воздух, а дисперсная фаза может находиться в твердом (частички пыли), жидком (пары воды и вредных веществ) и газообразном (вредные газы) состоянии. Устойчивость системы обуславливается степенью дисперсности (измельчение), концентрацией дисперсной фазы, плотностью и структурой дисперсных частиц, влажностью, способностью к седиментации и коагуляции. На стабильность систем влияют воздушные потоки. Устойчивость газодисперсной системы зависит от скорости осаждения пыли. Скорость движения пылинок зависит (с физической точки зрения) от сил, действующих в среде, и сопротивления среды. Сопротивление среды (Р) описывается законом Ньютона:
(2.3.19)
где S — проекция поперечного сечения пылинки по направлению движения, м2 ;
Рг — плотность газовой среды, кг/м3 ;
w — скорость движения пылинки, м/с;
К — коэффициент сопротивления, который является функцией критерия Рейнольдса (Re) и определяется опытным путем.
(2.3.20)
где d — диаметр частицы, м;
μг — динамическая вязкость газовой среды, Па*с.
Критерий Рейнольдса определяет гидравлический режим процесса. При малых значениях критерия Re (К = 24/Re) в движении участвуют малые пылинки, которые движутся с небольшой скоростью. В этом случае режим движения газа относительно частицы ламинарный, т.е. скорость газа на поверхности частиц равна скорости частицы. Далее от частицы газ движется параллельными струями, которые не смешиваются и не образуют завихрений. При больших значениях критерия Re в движении участвуют крупные пылинки, которые движутся с большой скоростью. В этом случае режим движения газа относительно частицы — турбулентный, т.е. пограничный слой газа отрывается от поверхности частицы, происходит перемещение и завихрение струй газа. В данном процессе помимо сил трения (ламинарный режим) участвуют силы инерции, где существенное влияние оказывают и форма, и шероховатость поверхности пылинок.
С точки зрения предупреждения профессиональных заболеваний и охраны окружающей среды нас больше интересует ламинарный режим, в котором участвуют пылинки малых размеров. Такие пылинки очень трудно улавливать, и в настоящее время проблема очистки воздуха представляет важную народнохозяйственную проблему. Крупные пылинки практически улавливаются всеми видами пылеулавливающих аппаратов. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать ламинарный режим движения К=24/Re. Используя формулы (2.3.19) и (2.3.20), получим:
(2.3.21)
Эта формула (закон Стокса) широко используется для практических расчетов аэрозолей с интервалом дисперсности от 0,1 до 40 мкм.
Время, в течение которого пылинка может находиться в воздухе во взвешенном состоянии, определяется, прежде всего, её размерами и плотностью. Витание или осаждение пыли зависит от соотношения силы тяжести, действующей на частицу (Fn ), и силы сопротивления газовой среды (Fr ). Если размеры пыли и плотность больше, то пылинка, падает с возрастающей скоростью, так как сопротивление газовой среды ничтожно мало (рис.2.3.12, положение I). Если размеры пыли (шарообразной формы) малы, а сопротивление газовой среды велико, и наступает такой момент, когда Fn = Fr (положение II, рис.2.3.12), то пылинка находится в состоянии витания в восходящем потоке воздуха или падает с постоянной скоростью (w) в спокойном воздухе, подчиняясь закону Стокса. Обычно определяют эту скорость, приравнивая силу тяжести к силе сопротивления газовой среды.
(2.3.22)
где Рп — плотность частицы, кг/м3 .
Установившуюся скорость падения частиц пыли шарообразной формы можно определить по упрощенной формуле:
(2.3.23)
Если Fn < Fr, (положение III, рис.2.3.12), то пылинка будет витать в воздухе.
Степень воздействия пыли на кожу, дыхательные органы, глаза зависит от физико-химических свойств пыли, ее токсичности и дисперсности, а также концентрации.
По крупности частичек пыль подразделяется на три класса:
I класс – пыль с размерами частиц 30-40 мкм (видимая). Такая пыль видна невооруженным глазом, в спокойном состоянии оседает с возрастающей скоростью, подчиняясь закону Ньютона. Эти частицы пыли способны к коагуляции и диффузии, хорошо задерживаются бумажными и ватными фильтрами.
II класс – пыль с размерами частиц от 0,1 до 30 мкм (микроскопическая). Эти частицы пыли не видны невооруженным глазом, а различимы в проходящем и отраженном свете под микроскопом. В неподвижном воздухе они оседают с постоянной скоростью, подчиняясь закону Стокса. Эти частицы пыли частично коагулируют, задерживаются на бумажных фильтрах.
III класс – пыль с размерами частиц менее 0,1 мкм (ультрамикроскопическая). Такая пыль обнаруживается только в темном поле (ультрамикроскопирование), не осаждается даже в неподвижном воздухе, находится в постоянном движении, подчиняясь законам теплового (Броуновского) движения не задерживается на бумажных фильтрах.
Существуют классификации, основанные на составе вещества пылинок. Пыль, находящуюся в дисперсной фазе, можно разделить на органическую, неорганическую и смешанную.
К органической относится пыль животного и растительного происхождения: древесная, хлопчатобумажная и другие. К неорганической относится пыль минеральная, кварцевая, керамическая, цементная, металлическая и т.д.
В зависимости от заряда пыль подразделяется на: положительно заряженную; отрицательно заряженную; нейтральную.
По вредности пыль разделяется на инертную и агрессивную (вступающую в химическое взаимодействие с организмом).
В зависимости от отношения к возгоранию пыль подразделяется на: горючую; негорючую; взрывопожароопасную.
Разновидностями аэрозолей являются: дым (взвешенные в воздухе твердые частички), туман (взвешенные в воздухе капли жидкости).
Классификация способов борьбы с пылью
Средства защиты от пыли разделяются на общие, с помощью средств обеспечивается улучшение условий труда в производственном помещении в целом или на рабочих местах вблизи источников пылеобразования, и индивидуальные, применение которых защищает органы дыхания, лицо и глаза рабочих. К общим средствам защиты относятся системы естественной и искусственной вентиляции, применение различных пылеулавливающих аппаратов для удаления пыли из помещений и рабочих зон непосредственно от мест её образования и ряд организационных мер, направленных на снижение запыленности и уборку пыли на промышленных и рабочих местах. Очистка воздуха от пыли рабочих помещений осуществляется путем улавливания и осаждения ее специальными устройствами. Пылеулавливающие аппараты основаны на различных принципах и имеют разнообразные конструктивные решения. В связи с этим предложены различные классификации пылеулавливающих устройств. Все пылеулавливающие устройства можно разделить на четыре большие группы (рис.2.3.13.): а) сухие, механические аппараты; б) аппараты с применением воды; в) аппараты с применением фильтров; г) комбинированные устройства.
Правильное применение аппаратов любой группы дает положительный эффект по улавливанию пыли. Однако при выборе устройств необходимо учитывать их недостатки. Так, сухие механические аппараты характеризуются вторичным уносом пыли, имеют большие габариты (пылеотстойные камеры), ограниченные области применения по крупности пыли.
Рис. 2.3.13. Пылеочистные устройства
Аппараты с применением воды характеризуются потреблением большого ее количества. Использование воды требует дорогостоящей очистки и постройки соответствующих сооружений. В аппаратах с применением воды образуются наросты и кислые жидкости. Существенным недостатком устройств этой группы является вынос частиц жидкости, что отрицательно сказывается на здоровье людей и технологическом оборудовании. Аппараты с применением фильтров обычно очень дорогие, требуют регенерации фильтрующего материала или его замены. Электрофильтры характеризуются обратным взметыванием пыли. Электрофильтры категорически запрещается применять, если пыль обладает взрывчатыми свойствами: эта группа аппаратов требует постоянного квалифицированного ухода.
Комбинированным устройствам присущи недостатки тех пылеочистных аппаратов, которые используются в I, II, III группах. Такая классификация дает возможность с учетом технологии работ выбрать эффективные и экономически более выгодные пылеулавливающие аппараты и способствовать сохранению окружающей среды.
Сухие механические аппараты
Принцип работы пылеосадительных камер основан на использовании силы тяжести при медленном движении пылевого потока в камере. На частицу пыли с одной стороны действует сила воздушного потока, которая заставляет пылинку двигаться вдоль камеры со скоростью:
, (2.3.24)
где L — длина пылеосадительной камеры, м;
t — время движения частицы пыли, с.
На частицу пыли действует сила тяжести, заставляя частицу падать в спокойной среде со скоростью, определяемой по формуле (2.3.22). Тогда скорость движения в пылеосадительных камерах будет равна:
, (2.3.25)
где W1 — суммарная скорость движения пылинки в камере, м/с. Используя выражения (2.3.23) и (2.3.24), получим:
(2.3.26)
Тогда время пребывания пылинки в камере определяем из выражения:
или , (2.3.27)
где t1 — время пребывания пылинки в камере, с.
Пропускная способность камеры равна:
(2.3.28)
где Q – пропускная способность камеры, м³/с;
H, L, b – соответственно высота, длина, ширина камеры, м.
Подставив в уравнение (2.30) выражение (2.29), получим:
. (2.3.29)
Таким образом, основными параметрами, определяющими эффективность аппаратов по степени очистки в зависимости от диаметра и плотности вещества частиц (2.3.26), являются высота и длина пылеотстойных камер (2.3.29). Как показывает формула (2.3.25), резкое уменьшение скорости движения воздуха увеличивает эффективность улавливания пыли. При скоростях движения воздуха 0,3 — 0,4 м/с улавливаются частицы пыли диаметром 15-25 мкм. Для уменьшения скорости воздуха до 0,02-0,01 м/с приходится строить камеры большого сечения. Вторым направлением по повышению эффективности улавливания пыли в камерах (рис.2.3.14) является устройство перегородок, лабиринтов, полок и других устройств и приспособлений, устанавливаемых на пути движения запыленного воздуха. Это направление дает возможность более эффективно использовать скорость осаждения W1 за счёт силы тяжести (2.3.26) и использовать эффект оседания и прилипания к поверхности частиц пыли.
Эффективным средством улавливания пыли является циклон (рис.2.3.15.).
Рис. 2.3.15. Схема циклона:
1 – входной патрубок;
2 – дно конической части;
3 – центробежная труба.
Циклон представляет собой цилиндр, в верхнюю часть которого по касательной подводится воздух. Воздушная струя получает вращательные движения, пылевые частички за счет центробежных сил прижимаются к стенкам и по ним опускаются вниз. Коэффициент очистки до 90%, за счет смачивания 95-98%.
Скорость осаждения пылинок (W2 ) в циклонах с использованием центробежной силы оценивается по равенствуцентробежной силы запыленного потока (FП. Ц ) :
. (2.30)
кстокcовой силе сопротивления газовой среды:
, (2.31)
где m — масса частицы, кг;
W3 — угловая скорость, рад/с;
R — радиус вращения потока, м.
Следовательно, эффективность улавливания пыли зависит от диаметра частиц, угловой скорости и радиуса вращения потока воздуха. Однако эти и другие формулы дают только качественную сторону процесса, так как не учитывают турбулентных скоростей потока.
Центробежные пылеотделители (циклоны) более эффективны, чем пылестойкие камеры, так как циклон с объемом 0,15 м3 имеет производительность 1000 м3 /ч. Циклоны различных конструкций (рис.2.3.19) можно ставить на нагнетающий и всасывающий трубопровод.
Cтруя запыленного воздуха поступает из трубопровода в циклон по касательной к его круглому сечению и движется вниз по спирали между наружным кожухом и внутренней выходной трубой. При таком движении на пылинки действуют центробежные силы, отбрасывающие пылинки к стенке, где они укрупняются в агрегаты. С поступательным движением воздуха эти пылинки опускаются в нижний кожух циклона и в приемный бункер. Циклоны эффективны при очистке воздуха от пыли с размером частиц 10 мкм и более. При размере пылинок 5 мкм эффективность работы не превышает уже 50 %, поэтому внутренние стенки циклона увлажняют. Применяют в сочетании с другими способами улавливания пыли. Скорость движения воздуха для эффективной очистки воздуха должна быть не менее 15-18 м/с.
Мультициклоны — это циклоны диаметром 40-200 см; их соединяют параллельно в батареи для очистки больших объемов воздуха. Для очистки воздуха производственных помещений от крупных частиц пыли (30 мкм и более) применяют пылеуловители различных конструкций, основанных на инерционном принципе осаждения (рис.2.3.17.). В этих устройствах запыленный поток воздуха, встречая сопротивление (сопротивление имеет различные конструктивные решения), резко меняет свое направление, а частицы пыли, стремясь сохранить траекторию своего движения, отделяются от газового потока.
Ультразвуковые аппараты предназначаются главным образом для предварительного укрупнения частичек пыли в агрегаты, размеры которых могут достигать 5-100 мкм. Такое укрупнение (коагуляция) частичек пыли позволяет улавливать их в обычных циклонах. Частицы пыли, находясь в ультразвуковом поле, начинают вибрировать с различными скоростями и сталкиваться. При столкновении они слипаются под действием различных по интенсивности и частоте колебаний звукового поля. Этот процесс называется ортокинетической коагуляцией.
Отметим, что недостатком ультразвуковых установок является вредное воздействие ультразвука на организм человека при больших мощностях, представляющее опасность для жизни людей. Поэтому ультразвуковые аппараты устанавливают в изолированных помещениях, полностью преграждающих выход ультразвуковым волнам в зону работы людей.
Принцип действия мокрых пылеуловителей основан на явлениях, которые В барботажных и пенных аппаратах газ проходит через слой жидкости. Скрубберы, где газ проходит через слой жидкости, в зависимости от подвода воды по отношению к газу, делятся на прямоточные, противоточные и поперечным подводом воды. По скорости газового потока мокрые пылеуловители делятся на скоростные или турбулентные (при прохождении газа через трубы Вентури, где при скоростях 100-150 м/с наблюдаются турбулентные пульсации) и аппараты с небольшой скоростью истечения газа (полые и насадочные скрубберы).
www.ronl.ru
Существуют 3 группы метода контроля качества воздушной среды:
Лабораторный метод;
Экспресс – метод;
Индикаторный метод.
Лабораторный метод – забираются пробы воздуха в любом месте, затем на стационарном лабораторном оборудовании проводится анализ проб. Это достаточно точный метод.
Экспресс–метод – оценка происходит сразу на месте, используется для необходимого быстрого решения о степени загрязнения среды. Для этого используются УГ(универсальные газолизаторы). Их действие основано на цветных реакциях, в небольших объемах высокочувствительной жидкости или же твердого вещества, чаще используется силикогель пропитанного чувствительными жидкими индикаторами. Воздух через насос забирается, через трубочку просасывается и по цвету судят о присутствии того или иного загрязнителя, а о качестве судят по длине окрашенного столбика, сравнивая с градуированной шкалой. Для каждого вредного вещества свой цвет.
Индикаторный метод – разновидность экспресс-метода, но здесь нельзя судить о количестве вещества. Это быстрый, качественный анализ присутствия вредных веществ.
Для анализа запыленности воздуха применяется метод определения массы пыли в сочетании с определенным размером частиц с учетом дисперсности пыли. Берется тканевый фильтр и взвешивается до пропускания пыли и после и разница – это сколько пыли в воздухе.
Основной метод защиты от вредных веществ.
Исключение или снижение поступления вредных веществ в рабочую зону и в определенную среду. При использовании менее вредных веществ вместо более вредных; замена сухих пылящих материалов на влажные; использование конечных продуктов в непылящих формах.
Применение технологических процессов, исключающих образование вредных веществ. (Замена пламенного нагрева электрическим, герметезация, применение экобиозащитной техники, применение аппаратов для очистки воздуха, выходящего в трубу.)
Когда невозможна коллективная защита, применяется СИЗОД – средства индивидуальной защиты органов дыхания (распираторы, противогазы).
Действие противогаза:
Изолирующие — автономная подача кислорода, то есть органы отсечены от окружающего воздуха.
Фильтрующее.
Измерение загрязнения воздуха и ПДК.
— принята в мире в качестве единицы измерения. p – количество молекул загрязняющих веществ на миллион частиц воздуха.
.
ГОСТ 12.1.001 – 89 — ГОСТ на содержание вредных веществ.
Электробиозащитная техника – защищает человека и окружающую среду от вредных воздействий. Это и защитные экраны (для защиты от инфракрасных излучений, электромагнитных излучений, от ионизированных излучений), поглотители электро-магнитных излучений, люльки для защиты от шума: звукоизоляция, звукопоглощение, экранирование шума – основан на образовании «тени». Чем меньше длина волны, тем больше область пониженного шума и эффектнее метод экранирования.
Экран область пониженного шума
Для очистки загрязненного воздуха, поступающего в окружающую среду из производственных помещений, используется специальная защитная техника:
очистка воздуха и пыли – используются различные аппараты, которые можно условно подразделить на 3 группы:
аппараты сухой очистки – используют различные эффекты для обеспечения очистки воздуха от пыли. Например, гравитационные осаждения, или центробежные осаждения, так называемые «циклоны». Фильтры (тканевые, зернистые) используются при небольших скоростях воздуха и невысокой температуре.
Чистый воздух
|
Грязный воздух подается
|
пыль
Аппараты электрической очистки или электрофильтры. Получая электрический заряд, частицы пыли осаждаются на пластинах.
|
Саруберы – аппараты влажной (мокрой) очистки. Они могут улавливать туманы.
|
эффективность очистки
0.8<=h<=0.98
Очистка воздуха от газа. Используются 2 группы специальных методов:
Каталитические методы. При их использовании примеси не выделяются из воздуха, не задерживаются, а превращаются в другие менее вредные вещества.
Некаталитические методы – примеси выводятся из газовой смеси путем конденсации или поглощением жидкими или твердыми поглотителями.
Абсорбция – газы поглощаются в объеме жидкости
Адсорбция – газы поглощаются на поверхности твердого поглотителя.
Способы очистки воды
Используются механические методы, химические, физико-химические и биологические.
Механические методы – сильные грубые методы очистки, обычно используются для первичной очистки.
Химический способ основан на химических реакциях. Которые переводят вредные примеси, содержащиеся в воде, в менее опасные, например, озонирование воды.
Физические и физико-химические методы – мембранный способ, флотационный, метод флокуляции (осаждаются хлопья), кристаллизации, конденсации.
Биологические – основаны на жизнедеятельности особых микроорганизмов. Которые разлагают, перерабатывают органические примеси.
Ни один из методов не очищает полностью, следовательно используются комбинированные методы: 1 уровень – механические. 2 – химические, 3 – биологические, 4 – физико-химические.
Метеорологические условия производственных помещений
Теплообмен человека с окружающей средой.
Микроклимат производственных помещений.
Контроль параметров микроклимата производственных помещений.
Микроклимат производственного помещения определяется следующими параметрами:
температура воздуха в 0С
относительная влажность j[%] основные
скорость движения воздуха n[м/с]
давление
Нормируемые параметры: 1,2.3.
Температура – важнейший показатель микроклимата. Человек вырабатывает тепловую энергию [28 Дж; 500 Дж]. Теплоотдача обеспечивает равновесие с окружающей средой.
Qr =QT +QК +Qи +Qисп. +Qв
QT — одежда является теплопроводной
QК – конвективный
Qи – инфракрасное излучение
Qисп – испарение
Qв – нагрев воздуха
При низких температурах воздуха может быть переохлаждение, что особенно опасно при больших скоростях и большой влажности.
При высоких температурах возможен перегрев человека (например, при t0=350QT +QК +Qи =0, следовательно Qr =Qисп +Qв )
2) Влажность меньше 20% — неприемлема для человека, пересыхание слизистых оболочек, они теряют защитную функцию. При j>80% и отклонениях температуры может быть охлаждение и перегрев.
n — «сквозняк»
www.ronl.ru
Пыль как газодисперсная система
Интенсификация промышленности приводит к очень сильному загрязнению окружающей среды. Ежегодный ущерб только от загрязнения воздуха в США оценивается в 16 млн. долларов. Промышленными предприятиями в атмосферу планеты ежегодно выбрасывается около миллиарда тонн пылевых частиц (сажи) и газов, то есть примерно по 0,25 тонн на каждого человека.
Многие технологические процессы в строительстве и промышленности сопровождаются выделением пыли, отрицательно воздействующей на организм человека и, в основном, на его органы дыхания.
Для предупреждения профессионального заболевания (вызванного воздействием на работника вредных условий труда) необходимо, чтобы в воздухе рабочей зоны, цеха и т.д. содержание пыли было ниже предельно допустимых концентраций (ПДК).
Вредность воздействия пыли на организм человека зависит, прежде всего, от её вещества, дисперсности, формы частиц, а также от растворимости и твердости пылинок. Так, частицы крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях: носовой полости, носоглотке, и только частично достигают бронхов. Чем мельче пыль, тем она опасней. Однако утверждение, что все пылинки крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях, не совсем правильное. Как показали наши исследования, при микроскопическом изучении легких шахтеров, погибших в результате аварий, были обнаружены пылинки до 50 — 70 мкм.
Наибольшую опасность представляют частицы размером 0,2 – 5 мкм.
Более мелкие частицы (меньше 0,2 мкм) не представляют такой опасности для органов дыхания, так как удаляются вместе с выдыхаемым воздухом, почти не вступая во взаимодействие с тканями легких.
Легкие обладают очень важным свойством. Они все время очищаются от пыли с помощью фагоцитов (особый вид лейкоцитов). Но при высоком содержании пыли в воздухе защитное действие организма ослабевает. Пыль, накапливаясь в легких, воздействует наних, приводя к заболеванию – пневмокониозу.
Такое заболевание характеризуется медленным превращением лёгочной ткани из эластичной, способной существенно растягиваться и увеличивать площадь воздухообмена при вдохе, в ткань с образованием множества рубцов (фиброзов).
Существует много разновидностей пневмокониоза. Наиболее распространенным и опасным пневмокониозом считается силикоз, являющийся результатом попадания в легкие большого количества пыли, содержащей свободную двуокись кремния SiО2. От цементной пыли возникает цементоз, силикатной — cиликaтoз, стальной — сидероз, угольной — антракоз. Известны также заболевания: люминитоз, асбетоз, талькоз и др.
Пневмокониоз обычно развивается медленно и может проявить себя через несколько лет после прекращения систематического пребывания в запыленной атмосфере.
Время развития и тяжесть заболевания зависят от многих факторов (химико-минералогический состав пыли, уровень запыленности, дисперсность, заряженность частиц, время пребывания в запыленной атмосфере и др.).
Процесс заболевания силикозом сводится к следующему: пылевые частицы (преимущественно размером менее 5 мкм) проникают вместе с вдыхаемым воздухом в легочные альвеолы и задерживаются на их стенках. Участвуя в реакциях, SiО2 частично превращается в кремниевую кислоту h3 Si03. Действие кремниевой кислоты понижает жизнеспособность фагоцитов, что снижает и защитные свойства, и ведет к накоплению пыли в легких и образованию фиброзных уплотнений. Это приводит к отвердению легких и снижению накопления кислорода в крови.
Часто силикоз сопровождается силико-туберкулезом.
Газодисперсная система представляет собой систему, состоящую из двух и более компонентов, из которых одна, называемая дисперсной фазой, находится в состоянии измельчения и более или менее равномерно распределена внутри другой, имеющей непрерывное строение и носящей название дисперсной среды. Дисперсная среда — это воздух, а дисперсная фаза может находиться в твердом (частички пыли), жидком (пары воды и вредных веществ) и газообразном (вредные газы) состоянии. Устойчивость системы обуславливается степенью дисперсности (измельчение), концентрацией дисперсной фазы, плотностью и структурой дисперсных частиц, влажностью, способностью к седиментации и коагуляции. На стабильность систем влияют воздушные потоки. Устойчивость газодисперсной системы зависит от скорости осаждения пыли. Скорость движения пылинок зависит (с физической точки зрения) от сил, действующих в среде, и сопротивления среды. Сопротивление среды (Р) описывается законом Ньютона:
(2.3.19)
где S — проекция поперечного сечения пылинки по направлению движения, м2 ;
Рг — плотность газовой среды, кг/м3 ;
w — скорость движения пылинки, м/с;
К — коэффициент сопротивления, который является функцией критерия Рейнольдса (Re) и определяется опытным путем.
(2.3.20)
где d — диаметр частицы, м;
μг — динамическая вязкость газовой среды, Па*с.
Критерий Рейнольдса определяет гидравлический режим процесса. При малых значениях критерия Re (К = 24/Re) в движении участвуют малые пылинки, которые движутся с небольшой скоростью. В этом случае режим движения газа относительно частицы ламинарный, т.е. скорость газа на поверхности частиц равна скорости частицы. Далее от частицы газ движется параллельными струями, которые не смешиваются и не образуют завихрений. При больших значениях критерия Re в движении участвуют крупные пылинки, которые движутся с большой скоростью. В этом случае режим движения газа относительно частицы — турбулентный, т.е. пограничный слой газа отрывается от поверхности частицы, происходит перемещение и завихрение струй газа. В данном процессе помимо сил трения (ламинарный режим) участвуют силы инерции, где существенное влияние оказывают и форма, и шероховатость поверхности пылинок.
С точки зрения предупреждения профессиональных заболеваний и охраны окружающей среды нас больше интересует ламинарный режим, в котором участвуют пылинки малых размеров. Такие пылинки очень трудно улавливать, и в настоящее время проблема очистки воздуха представляет важную народнохозяйственную проблему. Крупные пылинки практически улавливаются всеми видами пылеулавливающих аппаратов. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать ламинарный режим движения К=24/Re. Используя формулы (2.3.19) и (2.3.20), получим:
(2.3.21)
Эта формула (закон Стокса) широко используется для практических расчетов аэрозолей с интервалом дисперсности от 0,1 до 40 мкм.
Время, в течение которого пылинка может находиться в воздухе во взвешенном состоянии, определяется, прежде всего, её размерами и плотностью. Витание или осаждение пыли зависит от соотношения силы тяжести, действующей на частицу (Fn ), и силы сопротивления газовой среды (Fr ). Если размеры пыли и плотность больше, то пылинка, падает с возрастающей скоростью, так как сопротивление газовой среды ничтожно мало (рис.2.3.12, положение I). Если размеры пыли (шарообразной формы) малы, а сопротивление газовой среды велико, и наступает такой момент, когда Fn = Fr (положение II, рис.2.3.12), то пылинка находится в состоянии витания в восходящем потоке воздуха или падает с постоянной скоростью (w) в спокойном воздухе, подчиняясь закону Стокса. Обычно определяют эту скорость, приравнивая силу тяжести к силе сопротивления газовой среды.
(2.3.22)
где Рп — плотность частицы, кг/м3 .
Установившуюся скорость падения частиц пыли шарообразной формы можно определить по упрощенной формуле:
(2.3.23)
Если Fn < Fr, (положение III, рис.2.3.12), то пылинка будет витать в воздухе.
Степень воздействия пыли на кожу, дыхательные органы, глаза зависит от физико-химических свойств пыли, ее токсичности и дисперсности, а также концентрации.
По крупности частичек пыль подразделяется на три класса:
I класс – пыль с размерами частиц 30-40 мкм (видимая). Такая пыль видна невооруженным глазом, в спокойном состоянии оседает с возрастающей скоростью, подчиняясь закону Ньютона. Эти частицы пыли способны к коагуляции и диффузии, хорошо задерживаются бумажными и ватными фильтрами.
II класс – пыль с размерами частиц от 0,1 до 30 мкм (микроскопическая). Эти частицы пыли не видны невооруженным глазом, а различимы в проходящем и отраженном свете под микроскопом. В неподвижном воздухе они оседают с постоянной скоростью, подчиняясь закону Стокса. Эти частицы пыли частично коагулируют, задерживаются на бумажных фильтрах.
III класс – пыль с размерами частиц менее 0,1 мкм (ультрамикроскопическая). Такая пыль обнаруживается только в темном поле (ультрамикроскопирование), не осаждается даже в неподвижном воздухе, находится в постоянном движении, подчиняясь законам теплового (Броуновского) движения не задерживается на бумажных фильтрах.
Существуют классификации, основанные на составе вещества пылинок. Пыль, находящуюся в дисперсной фазе, можно разделить на органическую, неорганическую и смешанную.
К органической относится пыль животного и растительного происхождения: древесная, хлопчатобумажная и другие. К неорганической относится пыль минеральная, кварцевая, керамическая, цементная, металлическая и т.д.
В зависимости от заряда пыль подразделяется на: положительно заряженную; отрицательно заряженную; нейтральную.
По вредности пыль разделяется на инертную и агрессивную (вступающую в химическое взаимодействие с организмом).
В зависимости от отношения к возгоранию пыль подразделяется на: горючую; негорючую; взрывопожароопасную.
Разновидностями аэрозолей являются: дым (взвешенные в воздухе твердые частички), туман (взвешенные в воздухе капли жидкости).
Классификация способов борьбы с пылью
Средства защиты от пыли разделяются на общие, с помощью средств обеспечивается улучшение условий труда в производственном помещении в целом или на рабочих местах вблизи источников пылеобразования, и индивидуальные, применение которых защищает органы дыхания, лицо и глаза рабочих. К общим средствам защиты относятся системы естественной и искусственной вентиляции, применение различных пылеулавливающих аппаратов для удаления пыли из помещений и рабочих зон непосредственно от мест её образования и ряд организационных мер, направленных на снижение запыленности и уборку пыли на промышленных и рабочих местах. Очистка воздуха от пыли рабочих помещений осуществляется путем улавливания и осаждения ее специальными устройствами. Пылеулавливающие аппараты основаны на различных принципах и имеют разнообразные конструктивные решения. В связи с этим предложены различные классификации пылеулавливающих устройств. Все пылеулавливающие устройства можно разделить на четыре большие группы (рис.2.3.13.): а) сухие, механические аппараты; б) аппараты с применением воды; в) аппараты с применением фильтров; г) комбинированные устройства.
Правильное применение аппаратов любой группы дает положительный эффект по улавливанию пыли. Однако при выборе устройств необходимо учитывать их недостатки. Так, сухие механические аппараты характеризуются вторичным уносом пыли, имеют большие габариты (пылеотстойные камеры), ограниченные области применения по крупности пыли.
Рис. 2.3.13. Пылеочистные устройства
Аппараты с применением воды характеризуются потреблением большого ее количества. Использование воды требует дорогостоящей очистки и постройки соответствующих сооружений. В аппаратах с применением воды образуются наросты и кислые жидкости. Существенным недостатком устройств этой группы является вынос частиц жидкости, что отрицательно сказывается на здоровье людей и технологическом оборудовании. Аппараты с применением фильтров обычно очень дорогие, требуют регенерации фильтрующего материала или его замены. Электрофильтры характеризуются обратным взметыванием пыли. Электрофильтры категорически запрещается применять, если пыль обладает взрывчатыми свойствами: эта группа аппаратов требует постоянного квалифицированного ухода.
Комбинированным устройствам присущи недостатки тех пылеочистных аппаратов, которые используются в I, II, III группах. Такая классификация дает возможность с учетом технологии работ выбрать эффективные и экономически более выгодные пылеулавливающие аппараты и способствовать сохранению окружающей среды.
Сухие механические аппараты
Принцип работы пылеосадительных камер основан на использовании силы тяжести при медленном движении пылевого потока в камере. На частицу пыли с одной стороны действует сила воздушного потока, которая заставляет пылинку двигаться вдоль камеры со скоростью:
, (2.3.24)
где L — длина пылеосадительной камеры, м;
t — время движения частицы пыли, с.
На частицу пыли действует сила тяжести, заставляя частицу падать в спокойной среде со скоростью, определяемой по формуле (2.3.22). Тогда скорость движения в пылеосадительных камерах будет равна:
, (2.3.25)
где W1 — суммарная скорость движения пылинки в камере, м/с. Используя выражения (2.3.23) и (2.3.24), получим:
(2.3.26)
Тогда время пребывания пылинки в камере определяем из выражения:
или , (2.3.27)
где t1 — время пребывания пылинки в камере, с.
Пропускная способность камеры равна:
(2.3.28)
где Q – пропускная способность камеры, м³/с;
H, L, b – соответственно высота, длина, ширина камеры, м.
Подставив в уравнение (2.30) выражение (2.29), получим:
. (2.3.29)
Таким образом, основными параметрами, определяющими эффективность аппаратов по степени очистки в зависимости от диаметра и плотности вещества частиц (2.3.26), являются высота и длина пылеотстойных камер (2.3.29). Как показывает формула (2.3.25), резкое уменьшение скорости движения воздуха увеличивает эффективность улавливания пыли. При скоростях движения воздуха 0,3 — 0,4 м/с улавливаются частицы пыли диаметром 15-25 мкм. Для уменьшения скорости воздуха до 0,02-0,01 м/с приходится строить камеры большого сечения. Вторым направлением по повышению эффективности улавливания пыли в камерах (рис.2.3.14) является устройство перегородок, лабиринтов, полок и других устройств и приспособлений, устанавливаемых на пути движения запыленного воздуха. Это направление дает возможность более эффективно использовать скорость осаждения W1 за счёт силы тяжести (2.3.26) и использовать эффект оседания и прилипания к поверхности частиц пыли.
Эффективным средством улавливания пыли является циклон (рис.2.3.15.).
Рис. 2.3.15. Схема циклона:
1 – входной патрубок;
2 – дно конической части;
3 – центробежная труба.
Циклон представляет собой цилиндр, в верхнюю часть которого по касательной подводится воздух. Воздушная струя получает вращательные движения, пылевые частички за счет центробежных сил прижимаются к стенкам и по ним опускаются вниз. Коэффициент очистки до 90%, за счет смачивания 95-98%.
Скорость осаждения пылинок (W2 ) в циклонах с использованием центробежной силы оценивается по равенствуцентробежной силы запыленного потока (FП. Ц ) :
. (2.30)
кстокcовой силе сопротивления газовой среды:
, (2.31)
где m — масса частицы, кг;
W3 — угловая скорость, рад/с;
R — радиус вращения потока, м.
Следовательно, эффективность улавливания пыли зависит от диаметра частиц, угловой скорости и радиуса вращения потока воздуха. Однако эти и другие формулы дают только качественную сторону процесса, так как не учитывают турбулентных скоростей потока.
Центробежные пылеотделители (циклоны) более эффективны, чем пылестойкие камеры, так как циклон с объемом 0,15 м3 имеет производительность 1000 м3 /ч. Циклоны различных конструкций (рис.2.3.19) можно ставить на нагнетающий и всасывающий трубопровод.
Cтруя запыленного воздуха поступает из трубопровода в циклон по касательной к его круглому сечению и движется вниз по спирали между наружным кожухом и внутренней выходной трубой. При таком движении на пылинки действуют центробежные силы, отбрасывающие пылинки к стенке, где они укрупняются в агрегаты. С поступательным движением воздуха эти пылинки опускаются в нижний кожух циклона и в приемный бункер. Циклоны эффективны при очистке воздуха от пыли с размером частиц 10 мкм и более. При размере пылинок 5 мкм эффективность работы не превышает уже 50 %, поэтому внутренние стенки циклона увлажняют. Применяют в сочетании с другими способами улавливания пыли. Скорость движения воздуха для эффективной очистки воздуха должна быть не менее 15-18 м/с.
Мультициклоны — это циклоны диаметром 40-200 см; их соединяют параллельно в батареи для очистки больших объемов воздуха. Для очистки воздуха производственных помещений от крупных частиц пыли (30 мкм и более) применяют пылеуловители различных конструкций, основанных на инерционном принципе осаждения (рис.2.3.17.). В этих устройствах запыленный поток воздуха, встречая сопротивление (сопротивление имеет различные конструктивные решения), резко меняет свое направление, а частицы пыли, стремясь сохранить траекторию своего движения, отделяются от газового потока.
Ультразвуковые аппараты предназначаются главным образом для предварительного укрупнения частичек пыли в агрегаты, размеры которых могут достигать 5-100 мкм. Такое укрупнение (коагуляция) частичек пыли позволяет улавливать их в обычных циклонах. Частицы пыли, находясь в ультразвуковом поле, начинают вибрировать с различными скоростями и сталкиваться. При столкновении они слипаются под действием различных по интенсивности и частоте колебаний звукового поля. Этот процесс называется ортокинетической коагуляцией.
Отметим, что недостатком ультразвуковых установок является вредное воздействие ультразвука на организм человека при больших мощностях, представляющее опасность для жизни людей. Поэтому ультразвуковые аппараты устанавливают в изолированных помещениях, полностью преграждающих выход ультразвуковым волнам в зону работы людей.
Принцип действия мокрых пылеуловителей основан на явлениях, которые В барботажных и пенных аппаратах газ проходит через слой жидкости. Скрубберы, где газ проходит через слой жидкости, в зависимости от подвода воды по отношению к газу, делятся на прямоточные, противоточные и поперечным подводом воды. По скорости газового потока мокрые пылеуловители делятся на скоростные или турбулентные (при прохождении газа через трубы Вентури, где при скоростях 100-150 м/с наблюдаются турбулентные пульсации) и аппараты с небольшой скоростью истечения газа (полые и насадочные скрубберы).
www.ronl.ru
Министерство образования и науки Российской Федерации
Иркутский государственный технический университет
Заочно-вечерний факультет
Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Аэрология карьеров
Выполнил:
студент группы ГОз-09
Ховалыг А.А.
Проверил:
доцент кафедры РМПИ
Архипов Н.А.
Иркутск 2014
Содержание
1.Снижение запыленности воздуха на конвейерах и пунктах разгрузки горной массы
2.Метеорологический режим в карьерах
Литература
1. Снижение запыленности воздуха на конвейерах и пунктах разгрузки горной массы
Актуальность вопроса предупреждения выделения пыли в конвейерах возрастает в связи с увеличением использования на открытых горных работах технологических комплексов непрерывного действия большой производительности, включающих как одну из составных частей конвейера. Уже промышленность выпустило роторные экскаваторы и конвейеры производительностью 12000м3/ч с шириной ленты до 2,6м и скоростями ее движения 4,1-6,5 м/с. Такие скорости движения конвейерных лент значительно превышают критические по сдуванию пыли и интенсивность этого процесса будет резко возрастать при встречном направлении движения и действующих в карьере воздушных потоков. Для снижения пылевыделения на конвейерах наиболее широко применяется орошение. В Коркинском разрезе орошение с помощью форсунок снизило запыленность воздуха на рабочих местах у пунктов перегрузки угля с конвейера в 12 раз, а на рабочих местах породоотборщиков - в 5 раз. Исследования оросителей СВР-1, ПФП-180 и ФП-1 в Ангренском разрезе показали, что минимальная запыленность на пунктах перегрузки угля с конвейера на конвейер достигается с помощью оросителей ОВР-1 при давлении воды 4 кгс/см2.
Подавление пыли при транспортировке горной массы ленточными конвейерами должно осуществляться путем укрытия мест пылеобразования, орошения, аспирации и пылеулавливания или с помощью пены.
Орошение и пылеподавление пеной применяются при положительных температурах воздуха, аспирация и пылеулавливание - при положительных и отрицательных. Стационарные конвейерные линии должны иметь укрытия по всей длине для предотвращения сдувания пыли ветром.
В укрытиях мест перегрузок горной массы с конвейера на конвейер необходимо устанавливать оросители с направлением факелов в место падения угля. Оросительные устройства должны включаться в работу автоматически при наличии на движущейся ленте горной массы.
Аспирацию рекомендуется применять на стационарных конвейерных линиях путем укрытия пунктов перегрузки, из-под которых производится отсос запыленного воздуха с последующей его очисткой в циклонах или фильтрах.
Отсос запыленного воздуха из-под укрытий должен производиться центробежными пылевыми вентиляторами во взрывобезопасном исполнении. Выброс в атмосферу воздуха, удаляемого аспирационными системами, следует производить через высокие трубы или высокоскоростными струями ("факельный выброс") на высоте, исключающей попадание его в рабочие зоны.
Уловленная в циклонах пыль должна выгружаться в самосвал, на конвейер или на почву с применением мер, исключающих пылеобразование. Для предупреждения повторного взметывания пыли, выгруженной на почву, необходимо производить орошение ее при выходе из трубопровода пылесвязывающим веществом.
Для герметизации пунктов перегрузки следует применять типовые укрытия с одинарными или двойными стенками и наклонные желоба. Наклонные желоба следует устанавливать с минимально допустимыми углами наклона к горизонтали. Конструкция их должна обеспечивать выход материала в направлении движения конвейерной ленты со скоростью, близкой к скорости ее движения, а также иметь хорошее уплотнение для предотвращения выбивания пыли из-под укрытия.
Для уменьшения объема эжектируемого воздуха необходимо устанавливать двойные фартуки на входе в укрытие и выходе из него ленты и одинарные - по обе стороны всасывающего патрубка, а также байпасы (обводные трубы) для выравнивания давления воздуха в верхней и нижней частях укрытия. Для предупреждения забивания пылью байпасов необходимо предусматривать в них устройства для контроля отложений пыли и очистки от нее (контрольные замерные точки, смотровые лючки, быстроразборные соединения).
Управление аспирационными системами должно быть сблокировано с управлением конвейеров, обеспечивающее включение системы пылеулавливания одновременно с запуском конвейеров и иметь возможность отключения аспирационных систем при необходимости. Обслуживающий персонал должен вести регулярный контроль за работой аспирационных систем.
Подавление пыли пеной рекомендуется при дефиците воды на орошение и недостаточной эффективности систем аспирации при положительных температурах.
На открытых внутренних складах сортировочно-погрузочных комплексов обогатительных фабрик разрезов разгрузочные столбы необходимо оборудовать стационарными системами аспирации на базе высоконапорного (10-15 МПа) гидрообеспыливания с помощью эжекторов, обеспечивающих очистку от пыли отсасываемого от перегрузочного пункта конвейера воздуха и подавление искусственным снегом взвешенной пыли и пыли, выделяющейся при складировании угля и работе бульдозеров при отрицательных и тонкораспыленной водой - при положительных температурах.
Перегрузочные пункты конвейеров должны быть укрыты.
Оросители должны быть установлены под укрытием для предотвращения сноса факелов орошения ветром. На штабелеукладчике оросители устанавливаются в перегрузки с приемного конвейера склада на конвейер штабелеукладчика и по периметру разгрузочного укрытия на конце стрелы.
При усреднении и отгрузке горной массы со склада факелы оросителей должны быть направлены в место рыхления штабеля, в зону работы ковшей усреднительной машины и в укрытия пунктов перегрузки с конвейера машины на конвейер склада.
В укрытии пункта перегрузки устанавливается конусные оросители.
Для очистки воздуха от пыли в аспирационных системах конвейерных линий усреднительно-погрузочного комплекса, на штабелеукладчиках, углепогрузочных машинах, роторных экскаваторах и комплексах могут применяться обычные циклоны типа ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24, ЦН-11 и батарейные - ПБП-15-25-35.
2. Метеорологический режим в карьерах
пыль конвейер метеорологический карьер
Обеспечение оптимального воздействия горного производства на состояние воздуха рабочей зоны при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом остается одной из проблем горной науки и производства.
Прогноз состояния атмосферы карьера, процессов и явлений погоды, влияющих на загрязнение атмосферы, представляет собой одну из основных задач метеорологического обеспечения открытых горных работ.
Основным направлением проводимых по проблеме исследований является изучение закономерностей и причин нарушения естественного воздухообмена в карьерах и ресурсах для выведения атмосферы карьерного пространства из состояния устойчивости, прогнозирование моментов наступления загрязнения атмосферы карьеров, разработка средств и методов оперативной регистрации параметров физического и санитарно-гигиенического состояния атмосферы в карьерах.
На предприятиях горной промышленности учет потерь вследствие неблагоприятных погодных условий в настоящее время не ведется, хотя добыча полезных ископаемых в карьерах во многих случаях при опасных метеорологических явлениях осложняется. Прогноз и своевременное оповещение о таких явлениях позволяют предпринимать меры по сокращению простоя людей и механизмов, уменьшать количество недополученной по этим причинам продукции.
В настоящее время не подвергается сомнению, что актуальность проблемы создания безопасных атмосферных условий на рабочих местах в карьерах по мере их углубления постоянно возрастает. Важным этапом решения проблемы является создание системы контроля параметров атмосферы карьеров, без которой невозможно своевременно предупредить о сверхнормативном загрязнении воздуха и принять соответствующие меры безопасности.
Далеко не во всех вопросах решение этой проблемы идет эффективно и дает положительные результаты. Это связано с рядом объективных трудностей, вызванных попытками управления такой сложной вероятностной системой, как атмосфера карьера. Состояние загрязнения атмосферы карьеров зависит как от регулируемых, так и от нерегулируемых факторов - орографии местности, метеорологических условий и времени года, видов технологических процессов и системы разработки конкретного месторождения, типов, количества и режимов работы горного и транспортного оборудования III.
Технологические процессы, массовая отбойка горной породы с использованием взрывчатых веществ, применение дизельной техники в горнодобывающей промышленности приводят к выделению пыли и вредных газов в атмосферу. Поэтому возникает серьезная проблема поддержания нормальных санитарных условий на рабочих местах /2/.
Обострение проблемы проветривания карьеров и быстрое изменение условий накопления примесей приводят к необходимости более частого и надежного, чем это предусмотрено в ЕПБ /31, контроля загрязнения атмосферы карьера, его оперативного прогнозирования и управления качеством воздушной среды.
Среди факторов, способных изменить состояние воздуха в карьере (уровень его загрязнения), основным является поток тепла, который получает поверхность Земли от Солнца. Потоки тепла от почвы нагревают приземный слой атмосферы, тем самым, уменьшая его плотность и, соответственно, устойчивость. Поднимаясь, теплый приземный слой воздуха уносит с собой и загрязнители. Так работает естественный механизм очистки приземного слоя воздуха, где наблюдается конвекция. Конвекция обычно характеризуется высотой слоя перемешивания, мощность которого, в свою очередь, зависит от степени устойчивости атмосферы (градиент температуры) и при благоприятных условиях может достигать нескольких километров. Устойчивое состояние атмосферы, в отличие от неустойчивого, не только не способствует развитию конвективных течений, но и, наоборот, подавляет их, что приводит к накоплению вредных веществ в приземном слое атмосферы.
Другой фактор, изменяющий состояние воздуха в карьере, работа ветра. Аэрация карьеров (обмен внутри карьерного воздуха с атмосферным) под действием ветровых потоков также способствует выносу вредных примесей из объема карьеров и нормализации их атмосферы.
Можно выделить три способа взаимодействия внешней среды с атмосферой карьера:
передача теплоты, в том числе и антропогенной, поступающей в атмосферу при различных производственных процессах;
совершение работы ветром при изменении атмосферного давления;
перенос воздушных масс через открытую границу карьера, которые поступают или удаляются со своим запасом энергии.
При наличии на объекте источников вредностей сохранить или изменить состояние воздуха по фактору его загрязнения можно только в результате внешнего воздействия -совершения определенного, вида работы или подведения тепла, а для этого необходимо, чтобы объект был открытым, т.е. имел поверхности контакта с внешней средой - входы и выходы. Через входы оказывается воздействие на атмосферу объекта, а на выходе получают ожидаемую реакцию на такое воздействие. В то же время открытость объекта приводит к тому, что наряду с положительным воздействием появляется и возможность влияния внешней среды, масштабы, проявления которых возрастают по мере увеличения открытости границ.
Управление состоянием атмосферы карьера возможно лишь косвенными методами на основе надежного контроля и прогноза опасных по загазованности ситуаций - изменением организации горных и транспортных работ в карьере в эти периоды. Необходимо на основе исследований разработать методы обоснования параметров системы контроля и сформулировать технические требования к системе (диапазон измеряемых параметров, точность, частота и длительность измерений). Особое значение имеет метод определения количества и координат размещения пунктов контроля для надежной оценки состояния атмосферы и его прогноза.
В настоящее время предложены различные пути решения проблемы загазованности карьеров. Это и методы искусственной вентиляции (разработаны и созданы различные установки искусственного проветривания и схемы их применения) и интенсификация естественной аэрации различными техническими средствами. Предлагается оснастить кабины горной техники пылегазоочистительными устройствами с кондиционированием воздуха, индивидуальными средствами защиты. Рассматриваются и прогнозные варианты решения проблемы. Предлагаются долгосрочные прогнозы на стадии проектирования на весь срок существования карьера, среднесрочные прогнозы от нескольких суток до нескольких месяцев и краткосрочные суточные прогнозы. Так как в данной работе предлагается прогнозное краткосрочное решение, то остановимся на этих аспектах. Основными слабыми местами, предлагаемых методов является то, что предлагаются прогнозы пылегазового режима карьеров, а не условий, которые способствуют загазованности карьеров. Есть попытки спрогнозировать синоптические условия, опасные по загазованности карьеров, но это делается, как и в случае с прогнозом пылегазового режима, для одного конкретного карьера. В данной работе предлагается методика прогноза метеорологических условий, способствующих загрязнению карьера. Эта методика применима для целого региона, а при определенной доработке может стать универсальной.
Цель работы заключается в выявлении особенностей внутрикарьерной циркуляции воздуха и закономерностей пространственно-временного распределения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы для разработки методики прогноза опасных состояний атмосферы карьера.
Идея работы заключается в использовании экспериментально установленных закономерностей пространственно-временного распределения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы и особенностей внутрикарьерной циркуляции воздуха для разработки методики прогноза опасных состояний атмосферы карьеров и организационно-технических мероприятий по нормализации воздушной среды.
Литература
1.Щербань А.Н., Кремнев О.А., Журавленко В.Я. Руководство по регулированию теплового режима шахт, ? М., 1977.
2.Михайлов М.В., Гусева С.В. Микроклимат в кабинах мобильных машин, ? М., 1977.
.Филатов С.С. Вентиляция карьеров Текст. / С.С.Филатов. ? М.: Недра, 1981. - 206 с.
.Ушаков К.З. Аэрология карьеров. Текст. / К.З. Ушаков, В.А. Михайлов. ? М.: Недра, 1985. - 169 с.
.Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Текст. / Л.Т. Матвеев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. ? 751 с.
Теги: Снижение запыленности воздуха на конвейерах и пунктах разгрузки горной массы Реферат Геологияdodiplom.ru
Пыль как газодисперсная система
Интенсификация промышленности приводит к очень сильному загрязнению окружающей среды. Ежегодный ущерб только от загрязнения воздуха в США оценивается в 16 млн. долларов. Промышленными предприятиями в атмосферу планеты ежегодно выбрасывается около миллиарда тонн пылевых частиц (сажи) и газов, то есть примерно по 0,25 тонн на каждого человека.
Многие технологические процессы в строительстве и промышленности сопровождаются выделением пыли, отрицательно воздействующей на организм человека и, в основном, на его органы дыхания.
Для предупреждения профессионального заболевания (вызванного воздействием на работника вредных условий труда) необходимо, чтобы в воздухе рабочей зоны, цеха и т.д. содержание пыли было ниже предельно допустимых концентраций (ПДК).
Вредность воздействия пыли на организм человека зависит, прежде всего, от её вещества, дисперсности, формы частиц, а также от растворимости и твердости пылинок. Так, частицы крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях: носовой полости, носоглотке, и только частично достигают бронхов. Чем мельче пыль, тем она опасней. Однако утверждение, что все пылинки крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях, не совсем правильное. Как показали наши исследования, при микроскопическом изучении легких шахтеров, погибших в результате аварий, были обнаружены пылинки до 50 — 70 мкм.
Наибольшую опасность представляют частицы размером 0,2 – 5 мкм.
Более мелкие частицы (меньше 0,2 мкм) не представляют такой опасности для органов дыхания, так как удаляются вместе с выдыхаемым воздухом, почти не вступая во взаимодействие с тканями легких.
Легкие обладают очень важным свойством. Они все время очищаются от пыли с помощью фагоцитов (особый вид лейкоцитов). Но при высоком содержании пыли в воздухе защитное действие организма ослабевает. Пыль, накапливаясь в легких, воздействует наних, приводя к заболеванию – пневмокониозу.
Такое заболевание характеризуется медленным превращением лёгочной ткани из эластичной, способной существенно растягиваться и увеличивать площадь воздухообмена при вдохе, в ткань с образованием множества рубцов (фиброзов).
Существует много разновидностей пневмокониоза. Наиболее распространенным и опасным пневмокониозом считается силикоз, являющийся результатом попадания в легкие большого количества пыли, содержащей свободную двуокись кремния SiО2. От цементной пыли возникает цементоз, силикатной — cиликaтoз, стальной — сидероз, угольной — антракоз. Известны также заболевания: люминитоз, асбетоз, талькоз и др.
Пневмокониоз обычно развивается медленно и может проявить себя через несколько лет после прекращения систематического пребывания в запыленной атмосфере.
Время развития и тяжесть заболевания зависят от многих факторов (химико-минералогический состав пыли, уровень запыленности, дисперсность, заряженность частиц, время пребывания в запыленной атмосфере и др.).
Процесс заболевания силикозом сводится к следующему: пылевые частицы (преимущественно размером менее 5 мкм) проникают вместе с вдыхаемым воздухом в легочные альвеолы и задерживаются на их стенках. Участвуя в реакциях, SiО2 частично превращается в кремниевую кислоту h3 Si03. Действие кремниевой кислоты понижает жизнеспособность фагоцитов, что снижает и защитные свойства, и ведет к накоплению пыли в легких и образованию фиброзных уплотнений. Это приводит к отвердению легких и снижению накопления кислорода в крови.
Часто силикоз сопровождается силико-туберкулезом.
Газодисперсная система представляет собой систему, состоящую из двух и более компонентов, из которых одна, называемая дисперсной фазой, находится в состоянии измельчения и более или менее равномерно распределена внутри другой, имеющей непрерывное строение и носящей название дисперсной среды. Дисперсная среда — это воздух, а дисперсная фаза может находиться в твердом (частички пыли), жидком (пары воды и вредных веществ) и газообразном (вредные газы) состоянии. Устойчивость системы обуславливается степенью дисперсности (измельчение), концентрацией дисперсной фазы, плотностью и структурой дисперсных частиц, влажностью, способностью к седиментации и коагуляции. На стабильность систем влияют воздушные потоки. Устойчивость газодисперсной системы зависит от скорости осаждения пыли. Скорость движения пылинок зависит (с физической точки зрения) от сил, действующих в среде, и сопротивления среды. Сопротивление среды (Р) описывается законом Ньютона:
(2.3.19)
где S — проекция поперечного сечения пылинки по направлению движения, м2 ;
Рг — плотность газовой среды, кг/м3 ;
w — скорость движения пылинки, м/с;
К — коэффициент сопротивления, который является функцией критерия Рейнольдса (Re) и определяется опытным путем.
(2.3.20)
где d — диаметр частицы, м;
μг — динамическая вязкость газовой среды, Па*с.
Критерий Рейнольдса определяет гидравлический режим процесса. При малых значениях критерия Re (К = 24/Re) в движении участвуют малые пылинки, которые движутся с небольшой скоростью. В этом случае режим движения газа относительно частицы ламинарный, т.е. скорость газа на поверхности частиц равна скорости частицы. Далее от частицы газ движется параллельными струями, которые не смешиваются и не образуют завихрений. При больших значениях критерия Re в движении участвуют крупные пылинки, которые движутся с большой скоростью. В этом случае режим движения газа относительно частицы — турбулентный, т.е. пограничный слой газа отрывается от поверхности частицы, происходит перемещение и завихрение струй газа. В данном процессе помимо сил трения (ламинарный режим) участвуют силы инерции, где существенное влияние оказывают и форма, и шероховатость поверхности пылинок.
С точки зрения предупреждения профессиональных заболеваний и охраны окружающей среды нас больше интересует ламинарный режим, в котором участвуют пылинки малых размеров. Такие пылинки очень трудно улавливать, и в настоящее время проблема очистки воздуха представляет важную народнохозяйственную проблему. Крупные пылинки практически улавливаются всеми видами пылеулавливающих аппаратов. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать ламинарный режим движения К=24/Re. Используя формулы (2.3.19) и (2.3.20), получим:
(2.3.21)
Эта формула (закон Стокса) широко используется для практических расчетов аэрозолей с интервалом дисперсности от 0,1 до 40 мкм.
Время, в течение которого пылинка может находиться в воздухе во взвешенном состоянии, определяется, прежде всего, её размерами и плотностью. Витание или осаждение пыли зависит от соотношения силы тяжести, действующей на частицу (Fn ), и силы сопротивления газовой среды (Fr ). Если размеры пыли и плотность больше, то пылинка, падает с возрастающей скоростью, так как сопротивление газовой среды ничтожно мало (рис.2.3.12, положение I). Если размеры пыли (шарообразной формы) малы, а сопротивление газовой среды велико, и наступает такой момент, когда Fn = Fr (положение II, рис.2.3.12), то пылинка находится в состоянии витания в восходящем потоке воздуха или падает с постоянной скоростью (w) в спокойном воздухе, подчиняясь закону Стокса. Обычно определяют эту скорость, приравнивая силу тяжести к силе сопротивления газовой среды.
(2.3.22)
где Рп — плотность частицы, кг/м3 .
Установившуюся скорость падения частиц пыли шарообразной формы можно определить по упрощенной формуле:
(2.3.23)
Если Fn < Fr, (положение III, рис.2.3.12), то пылинка будет витать в воздухе.
Степень воздействия пыли на кожу, дыхательные органы, глаза зависит от физико-химических свойств пыли, ее токсичности и дисперсности, а также концентрации.
По крупности частичек пыль подразделяется на три класса:
I класс – пыль с размерами частиц 30-40 мкм (видимая). Такая пыль видна невооруженным глазом, в спокойном состоянии оседает с возрастающей скоростью, подчиняясь закону Ньютона. Эти частицы пыли способны к коагуляции и диффузии, хорошо задерживаются бумажными и ватными фильтрами.
II класс – пыль с размерами частиц от 0,1 до 30 мкм (микроскопическая). Эти частицы пыли не видны невооруженным глазом, а различимы в проходящем и отраженном свете под микроскопом. В неподвижном воздухе они оседают с постоянной скоростью, подчиняясь закону Стокса. Эти частицы пыли частично коагулируют, задерживаются на бумажных фильтрах.
III класс – пыль с размерами частиц менее 0,1 мкм (ультрамикроскопическая). Такая пыль обнаруживается только в темном поле (ультрамикроскопирование), не осаждается даже в неподвижном воздухе, находится в постоянном движении, подчиняясь законам теплового (Броуновского) движения не задерживается на бумажных фильтрах.
Существуют классификации, основанные на составе вещества пылинок. Пыль, находящуюся в дисперсной фазе, можно разделить на органическую, неорганическую и смешанную.
К органической относится пыль животного и растительного происхождения: древесная, хлопчатобумажная и другие. К неорганической относится пыль минеральная, кварцевая, керамическая, цементная, металлическая и т.д.
В зависимости от заряда пыль подразделяется на: положительно заряженную; отрицательно заряженную; нейтральную.
По вредности пыль разделяется на инертную и агрессивную (вступающую в химическое взаимодействие с организмом).
В зависимости от отношения к возгоранию пыль подразделяется на: горючую; негорючую; взрывопожароопасную.
Разновидностями аэрозолей являются: дым (взвешенные в воздухе твердые частички), туман (взвешенные в воздухе капли жидкости).
Классификация способов борьбы с пылью
Средства защиты от пыли разделяются на общие, с помощью средств обеспечивается улучшение условий труда в производственном помещении в целом или на рабочих местах вблизи источников пылеобразования, и индивидуальные, применение которых защищает органы дыхания, лицо и глаза рабочих. К общим средствам защиты относятся системы естественной и искусственной вентиляции, применение различных пылеулавливающих аппаратов для удаления пыли из помещений и рабочих зон непосредственно от мест её образования и ряд организационных мер, направленных на снижение запыленности и уборку пыли на промышленных и рабочих местах. Очистка воздуха от пыли рабочих помещений осуществляется путем улавливания и осаждения ее специальными устройствами. Пылеулавливающие аппараты основаны на различных принципах и имеют разнообразные конструктивные решения. В связи с этим предложены различные классификации пылеулавливающих устройств. Все пылеулавливающие устройства можно разделить на четыре большие группы (рис.2.3.13.): а) сухие, механические аппараты; б) аппараты с применением воды; в) аппараты с применением фильтров; г) комбинированные устройства.
Правильное применение аппаратов любой группы дает положительный эффект по улавливанию пыли. Однако при выборе устройств необходимо учитывать их недостатки. Так, сухие механические аппараты характеризуются вторичным уносом пыли, имеют большие габариты (пылеотстойные камеры), ограниченные области применения по крупности пыли.
Рис. 2.3.13. Пылеочистные устройства
Аппараты с применением воды характеризуются потреблением большого ее количества. Использование воды требует дорогостоящей очистки и постройки соответствующих сооружений. В аппаратах с применением воды образуются наросты и кислые жидкости. Существенным недостатком устройств этой группы является вынос частиц жидкости, что отрицательно сказывается на здоровье людей и технологическом оборудовании. Аппараты с применением фильтров обычно очень дорогие, требуют регенерации фильтрующего материала или его замены. Электрофильтры характеризуются обратным взметыванием пыли. Электрофильтры категорически запрещается применять, если пыль обладает взрывчатыми свойствами: эта группа аппаратов требует постоянного квалифицированного ухода.
Комбинированным устройствам присущи недостатки тех пылеочистных аппаратов, которые используются в I, II, III группах. Такая классификация дает возможность с учетом технологии работ выбрать эффективные и экономически более выгодные пылеулавливающие аппараты и способствовать сохранению окружающей среды.
Сухие механические аппараты
Принцип работы пылеосадительных камер основан на использовании силы тяжести при медленном движении пылевого потока в камере. На частицу пыли с одной стороны действует сила воздушного потока, которая заставляет пылинку двигаться вдоль камеры со скоростью:
, (2.3.24)
где L — длина пылеосадительной камеры, м;
t — время движения частицы пыли, с.
На частицу пыли действует сила тяжести, заставляя частицу падать в спокойной среде со скоростью, определяемой по формуле (2.3.22). Тогда скорость движения в пылеосадительных камерах будет равна:
, (2.3.25)
где W1 — суммарная скорость движения пылинки в камере, м/с. Используя выражения (2.3.23) и (2.3.24), получим:
(2.3.26)
Тогда время пребывания пылинки в камере определяем из выражения:
или , (2.3.27)
где t1 — время пребывания пылинки в камере, с.
Пропускная способность камеры равна:
(2.3.28)
где Q – пропускная способность камеры, м³/с;
H, L, b – соответственно высота, длина, ширина камеры, м.
Подставив в уравнение (2.30) выражение (2.29), получим:
. (2.3.29)
Таким образом, основными параметрами, определяющими эффективность аппаратов по степени очистки в зависимости от диаметра и плотности вещества частиц (2.3.26), являются высота и длина пылеотстойных камер (2.3.29). Как показывает формула (2.3.25), резкое уменьшение скорости движения воздуха увеличивает эффективность улавливания пыли. При скоростях движения воздуха 0,3 — 0,4 м/с улавливаются частицы пыли диаметром 15-25 мкм. Для уменьшения скорости воздуха до 0,02-0,01 м/с приходится строить камеры большого сечения. Вторым направлением по повышению эффективности улавливания пыли в камерах (рис.2.3.14) является устройство перегородок, лабиринтов, полок и других устройств и приспособлений, устанавливаемых на пути движения запыленного воздуха. Это направление дает возможность более эффективно использовать скорость осаждения W1 за счёт силы тяжести (2.3.26) и использовать эффект оседания и прилипания к поверхности частиц пыли.
Эффективным средством улавливания пыли является циклон (рис.2.3.15.).
Рис. 2.3.15. Схема циклона:
1 – входной патрубок;
2 – дно конической части;
3 – центробежная труба.
Циклон представляет собой цилиндр, в верхнюю часть которого по касательной подводится воздух. Воздушная струя получает вращательные движения, пылевые частички за счет центробежных сил прижимаются к стенкам и по ним опускаются вниз. Коэффициент очистки до 90%, за счет смачивания 95-98%.
Скорость осаждения пылинок (W2 ) в циклонах с использованием центробежной силы оценивается по равенствуцентробежной силы запыленного потока (FП. Ц ) :
. (2.30)
кстокcовой силе сопротивления газовой среды:
, (2.31)
где m — масса частицы, кг;
W3 — угловая скорость, рад/с;
R — радиус вращения потока, м.
Следовательно, эффективность улавливания пыли зависит от диаметра частиц, угловой скорости и радиуса вращения потока воздуха. Однако эти и другие формулы дают только качественную сторону процесса, так как не учитывают турбулентных скоростей потока.
Центробежные пылеотделители (циклоны) более эффективны, чем пылестойкие камеры, так как циклон с объемом 0,15 м3 имеет производительность 1000 м3 /ч. Циклоны различных конструкций (рис.2.3.19) можно ставить на нагнетающий и всасывающий трубопровод.
Cтруя запыленного воздуха поступает из трубопровода в циклон по касательной к его круглому сечению и движется вниз по спирали между наружным кожухом и внутренней выходной трубой. При таком движении на пылинки действуют центробежные силы, отбрасывающие пылинки к стенке, где они укрупняются в агрегаты. С поступательным движением воздуха эти пылинки опускаются в нижний кожух циклона и в приемный бункер. Циклоны эффективны при очистке воздуха от пыли с размером частиц 10 мкм и более. При размере пылинок 5 мкм эффективность работы не превышает уже 50 %, поэтому внутренние стенки циклона увлажняют. Применяют в сочетании с другими способами улавливания пыли. Скорость движения воздуха для эффективной очистки воздуха должна быть не менее 15-18 м/с.
Мультициклоны — это циклоны диаметром 40-200 см; их соединяют параллельно в батареи для очистки больших объемов воздуха. Для очистки воздуха производственных помещений от крупных частиц пыли (30 мкм и более) применяют пылеуловители различных конструкций, основанных на инерционном принципе осаждения (рис.2.3.17.). В этих устройствах запыленный поток воздуха, встречая сопротивление (сопротивление имеет различные конструктивные решения), резко меняет свое направление, а частицы пыли, стремясь сохранить траекторию своего движения, отделяются от газового потока.
Ультразвуковые аппараты предназначаются главным образом для предварительного укрупнения частичек пыли в агрегаты, размеры которых могут достигать 5-100 мкм. Такое укрупнение (коагуляция) частичек пыли позволяет улавливать их в обычных циклонах. Частицы пыли, находясь в ультразвуковом поле, начинают вибрировать с различными скоростями и сталкиваться. При столкновении они слипаются под действием различных по интенсивности и частоте колебаний звукового поля. Этот процесс называется ортокинетической коагуляцией.
Отметим, что недостатком ультразвуковых установок является вредное воздействие ультразвука на организм человека при больших мощностях, представляющее опасность для жизни людей. Поэтому ультразвуковые аппараты устанавливают в изолированных помещениях, полностью преграждающих выход ультразвуковым волнам в зону работы людей.
Принцип действия мокрых пылеуловителей основан на явлениях, которые В барботажных и пенных аппаратах газ проходит через слой жидкости. Скрубберы, где газ проходит через слой жидкости, в зависимости от подвода воды по отношению к газу, делятся на прямоточные, противоточные и поперечным подводом воды. По скорости газового потока мокрые пылеуловители делятся на скоростные или турбулентные (при прохождении газа через трубы Вентури, где при скоростях 100-150 м/с наблюдаются турбулентные пульсации) и аппараты с небольшой скоростью истечения газа (полые и насадочные скрубберы).
www.ronl.ru
