Реферат на тему:
«ТЕХНІЧНІ І ТЕХНОЛОГІЧНІ
МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ
ПОВІТРЯНОГО СЕРЕДОВИЩА ВІД ПИЛУ »
Пил як газодісперсная система
Інтенсифікація промисловості призводить до дуже сильного забруднення навколишнього середовища. Щорічний збиток тільки від забруднення повітря в США оцінюється в 16 млн. доларів. Промисловими підприємствами в атмосферу планети щорічно викидається близько мільярда тонн пилових частинок (сажі) і газів, тобто приблизно по 0,25 тонн на кожну людину.
Багато технологічних процеси в будівництві та промисловості супроводжуються виділенням пилу, негативно впливає на організм людини і, в основному, на його органи дихання.
Для попередження професійного захворювання (викликаного впливом на працівника шкідливих умов праці) необхідно, щоб у повітрі робочої зони, цеху і т.д. вміст пилу було нижче гранично допустимих концентрацій (ГДК).
Шкідливість впливу пилу на організм людини залежить, перш за все, від її речовини, дисперсності, форми частинок, а також від розчинності і твердості пилинок. Так, частки крупніше 10 мкм осідають у верхніх дихальних шляхах: носової порожнини, носоглотці, і тільки частково досягають бронхів. Чим дрібніше пил, тим вона небезпечніша. Однак твердження, що всі порошинки крупніше 10 мкм осідають у верхніх дихальних шляхах, не зовсім правильне. Як показали наші дослідження, при мікроскопічному вивченні легенів шахтарів, загиблих в результаті аварій, були виявлені пилинки до 50 - 70 мкм.
Найбільшу небезпеку становлять частинки розміром 0,2 - 5 мкм.
Більш дрібні частинки (менше 0,2 мкм) не представляють такої небезпеки для органів дихання, так як видаляються разом з повітрям, що видихається, майже не вступаючи у взаємодію з тканинами легенів.
Легкі володіють дуже важливою властивістю. Вони весь час очищаються від пилу за допомогою фагоцитів (особливий вид лейкоцитів). Але при високому вмісті пилу в повітрі захисну дію організму слабшає. Пил, накопичуючись у легенях, впливає на них, приводячи до захворювання - пневмоконіоз.
Таке захворювання характеризується повільним перетворенням легеневої тканини з еластичної, здатної істотно розтягуватися і збільшувати площу повітрообміну при вдиху, в тканину з утворенням безлічі рубців (фіброзів).
Існує багато різновидів пневмоконіозу. О 2 .
Найбільш поширеним і небезпечним пневмоконіозом вважається силікоз, що є результатом попадання в легені великої кількості пилу, що містить вільний двоокис кремнію Si О 2. Від цементного пилу виникає цементоз, силікатної - cілікaтoз, сталевий - сідероз, вугільної - антракоз. Відомі також захворювання: люмінітоз, асбетоз, талькоз та інПневмоконіоз зазвичай розвивається повільно і може проявити себе через кілька років після припинення систематичного перебування у запиленій атмосфері.
Час розвитку і тяжкість захворювання залежать від багатьох факторів (хіміко-мінералогічний склад пилу, рівень запиленості, дисперсність, зарядженість частинок, час перебування у запиленій атмосфері та ін.)
Процес захворювання силікоз зводиться до наступного: пилові частинки (переважно розміром менше 5 мкм) проникають разом з повітрям у легеневі альвеоли і затримуються на їх стінках. О 2 частично превращается в кремниевую кислоту H 2 Si 0 3 .
Беручи участь в реакціях, Si О 2 частково перетворюється на кремнієву кислоту H 2 Si 0 3. Дія кремнієвої кислоти знижує життєздатність фагоцитів, що знижує і захисні властивості, і веде до накопичення пилу в легенях і утворення фіброзних ущільнень. Це призводить до отвердінню легенів і зниження накопичення кисню в крові.Часто силікоз супроводжується силіко-туберкульозом.
Газодісперсная система являє собою систему, що складається з двох і більше компонентів, з яких одна, звана дисперсною фазою, знаходиться в стані подрібнення і більш-менш рівномірно розподілена усередині іншої, що має безперервне будова і носить назву дисперсного середовища. Дисперсна середовище - це повітря, а дисперсна фаза може знаходитися у твердому (частинки пилу), рідкому (пари води та шкідливих речовин) і газоподібному (шкідливі гази) стані. Стійкість системи обумовлюється ступенем дисперсності (подрібнення), концентрацією дисперсної фази, щільністю і структурою дисперсних частинок, вологістю, здатністю до седиментації і коагуляції. На стабільність систем впливають повітряні потоки. Стійкість газодісперсной системи залежить від швидкості осадження пилу. Швидкість руху пилинок залежить (з фізичної точки зору) від сил, що діють в середовищі, і опору середовища. Опір середовища (Р) описується законом Ньютона:
(2.3.19)
— проекция поперечного сечения пылинки по направлению движения, м 2 ;
де S - проекція поперечного перерізу порошинки у напрямку руху, м 2;Р р - щільність газового середовища, кг / м 3;
— скорость движения пылинки, м/с;
w - швидкість руху порошинки, м / с;) и определяется опытным путем.
К - коефіцієнт опору, який є функцією критерію Рейнольдса (Re) і визначається досвідченим шляхом. (2.3.20)
— диаметр частицы, м;
де d - діаметр частинки, м;г — динамическая вязкость газовой среды, Па*с. μ г - динамічна в'язкість газового середовища, Па * с.
Критерій Рейнольдса визначає гідравлічний режим процесу. (К = 24/ Re ) в движении участвуют малые пылинки, которые движутся с небольшой скоростью.
З точки зору попередження професійних захворювань і охорони навколишнього середовища нас більше цікавить ламінарний режим, в якому беруть участь порошинки малих розмірів. Такі порошини дуже важко вловлювати, і в даний час проблема очищення повітря представляє важливу народногосподарську проблему. Великі порошинки практично уловлюються всіма видами пиловловлюючих апаратів. .
Тому надалі будемо розглядати ламінарний режим руху К = 24 / Re. Використовуючи формули (2.3.19) і (2.3.20), отримаємо: (2.3.21)
Ця формула (закон Стокса) широко використовується для практичних розрахунків аерозолів з інтервалом дисперсності від 0,1 до 40 мкм.
Час, протягом якого порошинка може перебувати в повітрі у зваженому стані, визначається, перш за все, її розмірами та щільністю. ), и силы сопротивления газовой среды ( F r ) .
Витання або осадження пилу залежить від співвідношення сили тяжіння, що діє на частку (F n), і сили опору газового середовища (F r). ) . Якщо розміри пилу і щільність більше, то порошинка, падає з більшою швидкістю, тому що опір газового середовища мізерно мало (ріс.2.3.12, положення I). = F r (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. Якщо розміри пилу (кулястої форми) малі, а опір газового середовища велике, і настає такий момент, коли F n = F r (положення II, ріс.2.3.12), то порошинка знаходиться в стані витання у висхідному потоці повітря або падає з постійною швидкістю (w) у спокійному повітрі, підкоряючись закону Стокса. Зазвичай визначають цю швидкість, прирівнюючи силу тяжіння до сили опору газового середовища. (2.3.22)
де Р п - густина частинки, кг / м 3.
Сталу швидкість падіння частинок пилу кулястої форми можна визначити за спрощеною формулою:
(2.3.23)
< F r , (положение III , рис.2.3.12), то пылинка будет витать в воздухе.
Якщо F n <F r, (положення III, ріс.2.3.12), то порошинка буде витати в повітрі.Ступінь впливу пилу на шкіру, дихальні органи, очі залежить від фізико-хімічних властивостей пилу, її токсичності та дисперсності, а також концентрації.
За крупності частинок пил поділяється на три класи:
класс – пыль с размерами частиц 30-40 мкм (видимая).
I клас - пил з розмірами частинок 30-40 мкм (видима). Така пил видно неозброєним оком, у спокійному стані осідає зі зростаючою швидкістю, підкоряючись закону Ньютона. Ці частинки пилу здатні до коагуляції і дифузії, добре затримуються паперовими та ватяними фільтрами.класс – пыль с размерами частиц от 0,1 до 30 мкм (микроскопическая).
II клас - пил з розмірами частинок від 0,1 до 30 мкм (мікроскопічна). Ці частинки пилу не видно неозброєним оком, а помітні в прохідному і відбитому світлі під мікроскопом. У нерухомому повітрі вони осідають з постійною швидкістю, підкоряючись закону Стокса. Ці частинки пилу частково коагулюють, затримуються на паперових фільтрах.класс – пыль с размерами частиц менее 0,1 мкм (ультрамикроскопическая).
III клас - пил з розмірами частинок менше 0,1 мкм (ультрамікроскопічні). Така пил виявляється тільки в темному полі (ультрамікроскопірованіе), не осідає навіть в нерухомому повітрі, знаходиться в постійному русі, підкоряючись законам теплового (Броунівського) руху не затримується на паперових фільтрах.Існують класифікації, засновані на складі речовини пилинок. Пил, що знаходиться в дисперсної фазі, можна розділити на органічну, неорганічну і змішану.
До органічної відноситься пил тваринного і рослинного походження: деревна, бавовняна та інші. До неорганічної відноситься пил мінеральна, кварцова, керамічна, цементна, металева і т.д.
У залежності від заряду пил поділяється на: позитивно заряджену; негативно заряджену; нейтральну.
За шкідливості пил поділяється на інертну й агресивну (вступающую в хімічну взаємодію з організмом).
У залежності від ставлення до займання пил поділяється на: горючу; негорючу; вибухопожежонебезпечних.
Різновидами аерозолів є: дим (зважені в повітрі тверді частинки), туман (зважені в повітрі краплі рідини).
Класифікація способів боротьби з пилом
Засоби захисту від пилу поділяються на загальні, за допомогою засобів забезпечується поліпшення умов праці у виробничому приміщенні в цілому або на робочих місцях поблизу джерел пилоутворення, і індивідуальні, застосування яких захищає органи дихання, обличчя й очі робітників. До загальних засобів захисту відносяться системи природної та штучної вентиляції, застосування різних пиловловлюючих апаратів для видалення пилу з приміщень і робочих зон безпосередньо від місць її освіти і ряд організаційних заходів, спрямованих на зниження запиленості та прибирання пилу на промислових і робочих місцях. Очищення повітря від пилу робочих приміщень здійснюється шляхом уловлювання та осадження її спеціальними пристроями. Пиловловлюючі апарати засновані на різних принципах і мають різноманітні конструктивні рішення. У зв'язку з цим запропоновані різні класифікації пиловловлюючих пристроїв. Всі пиловловлюючі пристрої можна розділити на чотири великі групи (ріс.2.3.13.): А) сухі, механічні апарати; б) апарати з застосуванням води; в) апарати з застосуванням фільтрів; г) комбіновані пристрої.
Правильне застосування апаратів будь-якої групи дає позитивний ефект з уловлювання пилу. Однак при виборі пристроїв необхідно враховувати їх недоліки. Так, сухі механічні апарати характеризуються вторинним винесенням пилу, мають великі габарити (пилеотстойние камери), обмежені області застосування по крупності пилу.
Рис. 2.3.13. Пилоочисного пристрої
Апарати з застосуванням води характеризуються споживанням великої її кількості. Використання води потребує дорогої очищення і споруди відповідних споруд. В апаратах із застосуванням води утворюються нарости і кислі рідини. Істотним недоліком пристроїв цієї групи є винесення частинок рідини, що негативно позначається на здоров'я людей і технологічному обладнанні. Апарати з застосуванням фільтрів зазвичай дуже дорогі, вимагають регенерації фільтруючого матеріалу або його заміни. Електрофільтри характеризуються зворотним взметиваніем пилу. Електрофільтри категорично забороняється застосовувати, якщо пил має вибуховими властивостями: ця група апаратів вимагає постійного кваліфікованого догляду.
, II , III группах.
Комбінованим пристроїв притаманні недоліки тих пилоочисного апаратів, які використовуються в I, II, III групах. Така класифікація дає можливість з урахуванням технології робіт вибрати ефективні і економічно вигідніші пиловловлюючі апарати і сприяти збереженню навколишнього середовища.Сухі механічні апарати
Принцип роботи пилеосадітельних камер заснований на використанні сили тяжіння при повільному русі пилового потоку в камері. На частку пилу з одного боку діє сила повітряного потоку, яка змушує порошинку рухатися вздовж камери із швидкістю:
, (2.3.24)
- длина пылеосадительной камеры, м;
де L - довжина пилеосадітельной камери, м;t - час руху частинки пилу, с.
На частку пилу діє сила тяжіння, змушуючи частку падати в спокійній середовищі зі швидкістю, яка визначається за формулою (2.3.22). Тоді швидкість руху в пилеосадітельних камерах буде дорівнює:
(2.3.25)
1 — суммарная скорость движения пылинки в камере, м/с.
де W 1 - сумарна швидкість руху порошинки у камері, м / с. Використовуючи вирази (2.3.23) і (2.3.24), отримаємо: (2.3.26)
Тоді час перебування порошинки у камері визначаємо з виразу:
або
(2.3.27)
де t 1 - час перебування порошинки у камері, с.
Пропускна здатність камери дорівнює:
(2.3.28)
– пропускная способность камеры, м ³ /с;
де Q - пропускна здатність камери, м ³ / с;, L , b – соответственно высота, длина, ширина камеры, м.
H, L, b - відповідно висота, довжина, ширина камери, м.Підставивши в рівняння (2.30) вираз (2.29), отримаємо:
(2.3.29)
Таким чином, основними параметрами, що визначають ефективність апаратів за ступенем очищення в залежності від діаметра і щільності речовини часток (2.3.26), є висота і довжина пилеотстойних камер (2.3.29). Як показує формула (2.3.25), різке зменшення швидкості руху повітря збільшує ефективність уловлювання пилу. При швидкостях руху повітря 0,3 - 0,4 м / с уловлюються частинки пилу діаметром 15-25 мкм. Для зменшення швидкості повітря до 0,02-0,01 м / с доводиться будувати камери великого перерізу. Другим напрямком щодо підвищення ефективності уловлювання пилу в камерах (ріс.2.3.14) є пристрій перегородок, лабіринтів, полиць і інших пристроїв і пристосувань, що встановлюються на шляху руху запиленого повітря. 1 за счёт силы тяжести (2.3.26) и использовать эффект оседания и прилипания к поверхности частиц пыли.
Цей напрямок дає можливість більш ефективно використовувати швидкість осадження W 1 за рахунок сили тяжіння (2.3.26) і використовувати ефект осідання та прилипання до поверхні частинок пилу.Ефективним засобом уловлювання пилу є циклон (ріс.2.3.15.).
Рис. 2.3.15. Схема циклону:
1 - вхідний патрубок;
2 - дно конічної частини;
3 - відцентрова труба.
Циклон являє собою циліндр, у верхню частину якого по дотичній підводиться повітря. Повітряний струмінь отримує обертальні рухи, пилові частинки за рахунок відцентрових сил притискаються до стінок і по них опускаються вниз. Коефіцієнт очищення до 90%, за рахунок змочування 95-98%.
2 ) в циклонах с использованием центробежной силы оценивается по равенству
Швидкість осадження пилинок (W 2) у циклонах з використанням відцентрової сили оцінюється за рівністю П. Ц ) : відцентрової сили запиленого потоку (F П. Ц): (2.30)
до овой силе сопротивления газовой среды:
сток c ової сили опору газового середовища: , (2.31)
— масса частицы, кг;
де m - маса частинки, кг;3 — угловая скорость, рад/с;
W 3 - кутова швидкість, рад / с;— радиус вращения потока, м.
R - радіус обертання потоку, м.Отже, ефективність уловлювання пилу залежить від діаметру часток, кутовий швидкості і радіуса обертання потоку повітря. Однак ці та інші формули дають тільки якісну сторону процесу, так як не враховують турбулентних швидкостей потоку.
Відцентрові пиловідокремлювачі (циклони) більш ефек тивних, ніж пилестойкіе камери, так як циклон з об'ємом 0,15 м 3 має продуктивність 1000 м 3 / ч. Циклони раз особистих конструкцій (ріс.2.3.19) можна ставити на нагнітаю щий і всмоктуючий трубопровід.
труя запыленного возду ха поступает из трубопровода в циклон по касательной к его круглому сечению и движется вниз по спирали между наружным кожухом и внутренней выходной трубой.
C труя запиленого повіт ха надходить з трубопроводу в циклон по дотичній до його круглого перерізу і рухається вниз по спіралі між зовнішнім кожухом і внутрішньої вихідний трубою. При такому русі на порошинки діють відцентрові сили, що відкидають пилинки до стінки, де вони укрупнюються в агрегати. З поступальним рухом повітря ці пилін ки опускаються в нижній кожух циклону і в приймальний бун кер. Циклони ефективні при очищенні повітря від пилу з розміром частинок 10 мкм і більше. При розмірі пилинок 5 мкм ефективність роботи не перевищує вже 50%, тому внутрішні стінки циклону зволожують. Застосовують у поєднанні з іншими способами уловлювання пилу. Швидкість руху повітря для ефективного очищення повітря повинна бути не менше 15-18 м / с.Мультициклони - це циклони діаметром 40-200 см; їх з'єднують паралельно в батареї для очищення великих об'ємів повітря. Для очищення повітря виробничих приміщень від великих часток пилу (30 мкм і більше) застосовують пиловловлювачі різних конструкцій, заснованих на інерційному принципі осадження (ріс.2.3.17.). У цих пристроях запилений потік повітря, зустрічаючи опір (опір має різні конструктивні рішен ня), різко змінює свій напрямок, а частки пилу, прагнучи зберегти траєкторію свого руху, відділи ются від газового потоку.
Ультразвукові апарати призначаються головним чином для попереднього укрупнення частинок пилу в агрегати, розміри яких можуть сягати 5-100 мкм. Таке укрупнення (коагуляція) частинок пилу дозволяє вловлювати їх у звичайних циклонах. Частинки пилу, нахо дясь в ультразвуковому полі, починають вібрувати з різними швидкостями і стикатися. При зіткненні вони злипаються під дією різних за інтенсивністю та частотою коливань звукового поля. Цей процес назива ється ортокінетіческой коагуляцією.
Відзначимо, що недоліком ультразвукових установок є шкідливий вплив ультразвуку на організм людини при великих потужностях, що представляє небез ність для життя людей. Тому ультразвукові апарати встановлюють в ізольованих приміщеннях, повністю перепиняють вихід ультразвуковим хвилям в зону роботи л юдей.
Принцип дії мокрих пиловловлювачів заснований на явищах, які В барботажних і пінних апаратах газ проходить через шар рідини. Скрубери, де газ проходить через шар рідини, в залежності від підведення води по відношенню до газу, діляться на прямоточні, протиточні і поперечним підводом води. За швидкості газового потоку мокрі пиловловлювачі діляться на швидкісні або турбулентні (при проходженні газу через труби Вентурі, де при швидкостях 100-150 м / с спостерігаються турбулентні пульсації) і апарати з невеликою швидкістю витікання газу (порожнисті і насадочні скрубери).