Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат з теми випускної роботи

Зміст

Введення

Пил. Які асоціації виникають у людей при зустрічі з цим словом? Більшість скажуть, мовляв бруд, антисанітарія і вирішать, що потрібно прибратися в квартирі. Якщо запитати у людини досвідченішого в цьому питанні, людини, що займається розробкою та обслуговуванням побутових вентиляційних систем, то можна дізнатися ще одна цікава властивість пилу — вона небезпечна. Причому небезпечна не тим, що від вдихання ви почнете чхати або кашляти. Пил — причина хвороб серйозніше алергії. Саме на частинках пилу переміщуються різні шкідливі бактерії і віруси. І висновок випливає той же — від пилу потрібно позбавлятися.

А тепер давайте поглянемо на пил під іншим кутом зору — з боку працівника підприємства, а точніше особи,відповідального за пилеочистка. Крім вищенаведених відомостей, ми дізнаємося ще одну цікаву річ: пил — цінний ресурс. Та, незважаючи на її небезпеку і шкідливість, пил цінний. Для прикладу візьмемо ювелірну промисловість. Дорогоцінні камені, метали і мінерали, перш ніж відправитися на прилавки магазинів проходять обробку. При цьому одним з основних процесів є операції шліфування й полірування. Саме ті операції, при яких утворюється стружка, тобто пил. І що ж, ми поставимо вентилятор і будемо викидати золото, платину, алмази та інше цінні ресурси в атмосферу? Звичайно ні, ми постараємося цей пил зібрати і знову пустити в справу. Тому на таких підприємствах ми зустрінемо одні з найбільш просунутих систем газоочистки.

Але тут цінність пилу наявності. А що ж на рахунок промислових підприємств? Те ж саме — пил потрібно вловлювати. Розглянемо звичайну глину. Глина — це далеко не бруд. Так, на відміну від золота, пара грам глини, що потрапили в атмосферу не завдадуть збитку підприємству. Але якщо врахувати, що підприємства будівельної промисловості в процесі виробництва виробляють пил тоннами, то збитковість таких викидів видна без підрахунків. Звичайно можна подумати, що пил від глини або вугілля безпечна. На жаль це далеко не так. Всі мінеральні пилу при вдиханні у великих кількостях викликають невиліковні легеневі захворювання — пневмоконіози.

Тепер зробимо висновок — запиленість є проблемою. Причому грунтується ця проблема на двох здаються незв'язаних аспектах: небезпеки та цінності пилу. Звичайно, для різних видів пилу співвідношення цих понять різна. Так є пил, що володіє надзвичайною небезпекою для здоров'я і життя людини, але не має якої–небудь цінності для застосування. Хоча, можливо потенціал її використання ще не розкритий. Те, що сьогодні бачиться сміттям, завтра може стати основним ресурсом існування. Але замислюватися людство почало про це лише в XIX столітті — саме тоді був запатентований перший циклон–пиловловлювач. Саме після цього почався розвиток техніки і технології пиловловлення. Проблема запиленості актуальна і в наші дні.

Не надто райдужні перспективи вимальовуються, чи не так? Але все не так вже й жахливо. Насправді все вирішується фільтрацією промислових викидів. А хіба викиди не фільтруються, запитаєте ви? Звичайно фільтри і різне обладнання для пиловловлювання стоїть на багатьох підприємствах, але в тому–то й проблема, що стоїть. Багато чому газоочисного обладнання вже по кілька десятків років, і природно воно застаріло як морально, так і фізично. Саме про можливості удосконалення та розробки сучасного газоочисного обладнання і піде мова.

1. Актуальність роботи

Атмосфера Землі має здатність до самоочищення і відновлення порушень [1], викликаних діяльністю людини. При небудь катастрофі, що супроводжується викидами, відбувається порушення балансу природних природних процесів. З плином часу, під дією цього механізму, баланс відновлюється, але, чим сильніше порушення, тим більше часу потрібно на відновлення. При постійному впливі промислових викидів атмосфера не встигає відновлюватися, що спричиняє необоротні зміни, як правило негативні. Очищення безпосередньо повітря атмосфери є важко здійсненним процесом. Весь упор в дослідженнях і розробках робиться на зменшення надходять в атмосферу забруднювачів.

2. Вплив забруднювачів повітря на природу і людей

Здоров'я людини в значній мірі залежить від якості що надходить в організм повітря. При великій забрудненості повітря у людей починається порушення самопочуття, а при тривалому впливі — розвиток хронічних захворювань.

Викиди промислових забруднень, енергетичних систем, автотранспорту в атмосферу робить прямий вплив на все живе. Страждає природа, гинуть рослини і тварини , відбувається підвищена захворюваність населення. Вплив забруднень на людину і тварин проявляється, насамперед, у ураженні верхніх дихальних шляхів, а також зниженні опірності організму до збудників інфекцій. Несприятливо впливає на здоров'я людей і тварин викидаються автотранспортом сполук свинцю, що призводять до нервових розладів, недокрів'я, втрати пам'яті, сліпоти і безплідності.

Висока запиленість повітря призводить до легеневих і алергічних захворювань, зареєстрованим у 20% міського населення планети. Небезпечні забруднювачі утворюються при виробництві цементу і скла. Забруднення атмосферного повітря таїть у собі не тільки загрозу здоров'ю людей, а й носить великий економічний збиток.

Рисунок 1 — Схема джерел забруднення атмосферного повітря

Підвищена запиленість атмосфери перешкоджає проникненню ультрафіолетових променів, які сприяють очищенню повітря від шкідливих бактерій. Незважаючи на шкідливий вплив ультрафіолетового випромінювання на всі живі організми, зменшення його рівня нижче норми призведе до поширення захворювань, можливо епідеміям і пандемій.

3. Проблеми промислових забруднень атмосфери ультрадисперсними частинками

Діяльність підприємств не обходиться без викидів у вигляді пилу і отруйних речовин. Наявність у викидах великих часток пилу або крапель хімікатів на сучасному етапі хоч і становить небезпеку, але на підприємствах передбачені ефективні системи газоочистки [6] з успіхом справляються з частинками забруднень. Дослідження показують, що великі частки представляють певну загрозу навколишньому середовищу і здоров'ю людини. Такі частинки володіють відносно великою масою і розмірами, що зменшує їх небезпеку, оскільки при великій масі частинки, навіть потрапивши в атмосферне повітря з часом осідають, причому, чим важче і крупніше частка, тим менше часу вона знаходиться в підвішеному стані.

Рисунок 2 — Методи боротьби з забрудненням повітря

Рисунок 3 — Принцип роботи комплексної системи пиловловлювання

Основними джерелами промислових викидів є теплоелектростанції та підприємства важкої промисловості, які відповідно дають майже дві третини техногенних забруднень. У складі газопилових викидів знаходяться оксиди сірки та азоту, зола, дрібні частки палива, небезпечні радіоактивні елементи, діоксини, чадний газ та багато інших шкідливі речовини. Значним забруднювачем повітря є автотранспорт.

4. Аерозолі, нано забруднювачі повітря в різних сферах людської діяльності

Особливу небезпеку становлять частинки дуже малих розмірів, які в суміші з повітрям або газовим середовищем утворюють ультрадисперсні системи (УДС) — аерозолі [2]. Тут позначається так званий розмірний ефект: чим менше розмір частки, тим більше її активна поверхню. Найбільшу небезпеку для людини становлять аерозолі та частинки ультра– і нанодисперсного діапазону розмірів. Через дуже малих розмірів ці частинки здатні проникати через пори, легені й навіть клітинні мембрани, що призводить до незворотних процесів в клітинах і розвитку важких захворювань. Ультрадисперсні частинки зустрічаються не тільки на підприємствах, але і в умовах житлових комплексів: парфумерія, освіжувачі повітря, пудри, тальк, продукти косметики і побутової хімії.

Сучасна цивілізація все більшою мірою створює проблему аерозолів штучного походження. Поширення зважених часток у газі з часом тільки збільшується. У 60–70 роки ХХ століття дослідження найдрібніших частинок проводилися тільки в специфічних галузях, таких як атомна промисловість, радіоелектроніка, космонавтика. В даний час частки ультрадисперсного розміру можна зустріти повсюдно. Це пов'язано з підвищенням вимог до точності і якості продукції, що випускається. Це також стимулює пошук нового, більш високотехнологічного шляхи удосконалення процесу виробництва.

Однак, без ультрадисперсних часток, зокрема наночастинок, наше повсякденне життя вже немислима. Нанотехнологія несе в собі величезний потенціал для використання наукових досліджень у сфері захисту клімату та природних ресурсів. Використовуючи дослідження нанорозмірних частинок можливе провести розробку ефективних технологій з охорони навколишнього середовища і методів з отримання відновлюваної енергії. Варто звернути увагу на неорганічні наночастинки, що представляють собою дуже цінний ресурс. Як і будь–яке явище, проблема наночастинок має дві сторони. З одного боку завдяки своїм специфічно властивостям, певні наночастинки можуть знайти застосування в медицині. З іншого боку, як все недостатньо досліджене, наночастинки можуть нести в собі велику небезпеку.

5. Повітря побутових приміщень — особлива проблема

У повсякденному житті рекуперація повітря, особливо з сучасними склінням і герметизацією в квартирах вельми актуальна. Повітря, що надходить в житлове приміщення з атмосфери, тобто відносно чисте повітря, який не несе ніякої загрози здоров'ю людини можна знайти хіба що в гірських районах або у віддалених поселеннях з малою кількістю автомобільного транспорту, що знаходяться на великій відстані від яких або промислових комплексів . У містах, а особливо в мегаполісах, атмосферне повітря містить у собі різні види аерозольних частинок, бактерії і хімічні сполуки. Їх кількість невелика, але великий період впливу, що негативно позначається на здоров'ї і самопочутті людей. Проблема очищення подається в приміщення атмосферного повітря частково вирішена за допомогою кондиціонерів, що володіють функціями очищувача, однак вони забезпечують очищення від великої пилу і, в кращому випадку, лише частково від мікроорганізмів.

Рисунок 4 — Фотографія структури побутового пилу під мікроскопом

Домашній пил може містити шерсть і лупа домашніх тварин, фрагменти пір'я, частинки комах, волосся і шкіри людини, суперечки цвілевих грибів, нейлон, скловолокно, пісок, частки тканин і паперу, найдрібніші фрагменти матеріалів, з яких зроблені стіни, меблі та предмети побуту.

Тому, необхідно очищати і знаходиться в квартирі повітря. Зазвичай цьому не надають значення, але в процесі життєдіяльності людина звикла користуватися різними хімічними засобами, косметикою, освіжувачі повітря, порошками, миючими засобами та інші УДС. Як відомо, запахи є наслідком потрапляння молекул речовин на рецептори органів нюху. Ароматичні кошти також є хімічними сполуками. При попаданні в органи нюху людина відчуває приємний або неприємний запах, але з часом рецептори звикають і чутливість зменшується. Однак частинки аромату продовжують потрапляти в дихальну систему і починають та накопичуватися. Від надлишку таких сполук у людському організмі може розвиватися алергія, погіршуватися імунітет і загальний тонус.

Крім того, людина сама є джерелом аерозольних частинок: частинки шкіри, волоски складають 80–85% навколишнього людини пилу в житловому приміщенні. Аерозольні частки органічного походження можуть послужити місцем зародження хвороботворних мікроорганізмів. Все це - фактори рекуперації повітряного простору в житлових приміщеннях і очищення повітря, що надходить ззовні.

6. Відомі масштабні і часткові рішення в забезпеченні чистоти повітря

Як приклад очищення великих обсягів запиленого газу від пилу можна навести промислову очистку. Всі системи пиловловлення, встановлені на підприємствах, розраховані на ефективне використання при великих газових потоках. Для цього застосовують різні фільтри [3], вловлювачі, зрошувачі та ін [4]. Очищення малих обсягів газу зазвичай проводитися за допомогою фільтрів. Така фільтрація властива приладами переносного типу (обладнання для забору проб повітря) або для захисту людини (протигази, респіратори) [5]. Ці пристрої мають високий ступінь очищення повітря, але фільтри мають одноразове застосування. Однак звичайні промислові пиловловлювачі не здійснюють очистку повітря до максимально допустимих концентрацій ультрадисперсних частинок. Наприклад, у промисловості ефективність уловлювання часток розміром менше 1 мкм ніколи не досягає 99%.

Рисунок 5 — Схема основних методів очищення промислових викидів

У зв'язку з цим отримала поштовх розробка високоефективних способів фільтрації. Результатом досліджень і розробок у цій області стала поява так званих абсолютних фільтрів. Такі фільтри дозволяють здійснювати уловлювання частинок ультрадисперсного діапазону розмірів: радіоактивних частинок , бактерій і мікробів, а також запахів і туманів. При проведенні подальших досліджень у цій області були розроблені целюлозні і скловолокнисті фільтруючі матеріали. Уловлювання частинок в цих середовищах відбувається в основному не внаслідок механічного відсіювання, а в результаті осадження частинок на волокнах при проходженні газового потоку.

Ефективність очищення при фільтрації прийнято розраховується за такою формулою:

де ψ — показник структури фільтруючого шару;

η'Σ — сумарний коефіцієнт захоплення.

Сумарний коефіцієнт захоплення показує кількість факторів уловлювання, що беруть участь при проходженні потоку газу через фільтр.

где η'R — коефіцієнт захоплення за рахунок торкання;

η'Stk — коефіцієнт захоплення за рахунок інерції;

η'D — коефіцієнт захоплення за рахунок молекулярної дифузії;

η'G — коефіцієнт захоплення за рахунок гравітаційних сил;

η'E — коефіцієнт захоплення за рахунок електростатичних сил.

Висновок

Проаналізувавши цю формулу можна зробити висновок, що процес фільтрації— один з найбільш складних процесів в пилоуловлюванні. Причому при проходженні газового потоку через фільтр на частинки діють як мінімум 5 різних факторів, і залежно від розміру частки ті чи інші фактори діють на частинку в різному ступені.

Вивчення властивостей наночастинок можливо шляхом їх уловлювання або отримання. Частинки, що знаходяться в газопилових викидах підприємств також потребують вивчення фізичних властивостей. Такі частинки складно отримати в лабораторних умовах, з огляду на непередбачуваність і неоднорідності їх властивостей. Якщо вивчити особливості поведінки ультрадисперсних частинок в потоці газу, про можливе надалі сконструювати обладнання для ефективного виділення цих частинок з потоку. Для наночастинок існують специфічні дослідження, розглядають питання виділення часток з газового потоку.

В даний час існує безліч способів і рішень для очищення газу від різних дрібнодисперсних домішок. За час досліджень ультрадисперсних частинок, їх властивостей і законів поведінки було запропоновано велику кількість різних інноваційних технічних рішень і корисних моделей. При проведенні аналізу конструкцій пристроїв, їх застосовності і ефективності можна побачити загальні риси в конструкціях і виділити різні способи уловлювання УДС [7]. Аналіз цих даних дозволяє класифікувати пристрої для очищення газу від аерозолів по механізмах очищення:

  1. Озонування. Для очищення повітря від запахів, активних хімічних компонентів і бактерій широко застосовують генератори озону — озонатори. У цих пристроях застосовують електричний розряд, під дією якого кисень повітря перетворюється на озон. Озон являє собою дуже сильний окислювач, який при взаємодії з хімічними компонентами нейтралізує їх. Також озон має корисні антисептичними властивостями. Озонатори отримали широко застосування в різних сферах: медицина, обладнання для контролю клімату, переносні пристрої для видалення запахів.
  2. Фільтрація . Тверді дрібнодисперсні частинки і краплі рідини звичайно вловлюють за допомогою фільтрації газу через пористий матеріал на малих швидкостях. У промисловості застосовують волокнисті матеріали різної структури : зернисті, волокнисті, рукавні й паперові фільтри. Застосування фільтруючих матеріалів дозволяє досягти дуже високої ефективності фільтрації (близько 99,9%). Такі фільтри називаються абсолютними. Основним недоліком цього методу очищення газу є складність або неможливість регенерації матеріалу фільтра. Це призводить до різкого зростання вартості фільтрації таким методом.
  3. Хімічна обробка. Окремим видом ультрадисперсних частинок, що представляють загрозу для людини, є бактерії і віруси. При очищенні повітря від таких частинок варто приділити увагу тому, що необхідно не просто вловити, а нейтралізувати або знищити мікроорганізми, що містяться в повітрі. Для цих цілей особливого поширення набули різні хімічні склади, що володіють антисептичними властивостями, що вводяться в потік газу. Але при цьому такі склади не повинні нести будь–якої шкоди організму людини. Також антибактерицидні склади часто застосовують не методом введення їх в розпиленому стані в газ, а шляхом обробки поверхонь в приміщенні.
  4. Сорбція. Для очищення газових викидів і повітря приміщень від хімічно активних компонентів використовують сорбенти. При цьому вид сорбенту безпосередньо залежить від виду улавливаемого речовини. Фільтрація через шар сорбентів зазвичай відбувається через зернистий шар.
  5. Очищення повітря від зважених домішок. Проводиться в атмосфері водяного туману або шляхом зіткнення газового потоку з твердою поверхнею або рідиною. При цьому частинки, що містяться в газі адсрбіруются твердою поверхнею або змочується і коагулюють, після чого можливе їх виділення з потоку в простих пило– або краплевловлювачі.
  6. Мокре пиловловлювання. Поширеними мокрими пиловловлювачами є скрубери і ротаційні пиловловлювачі, а рідина, що використовується в пиловловлювачах може бути з будь–якими домішками і присадками, що додають антисептичні або антистатичні властивості.
  7. Ультрафіолетове випромінювання. Очищення повітря від шкідливих мікроорганізмів також можлива за допомогою ультрафіолетового випромінювання. Для цього застосовують різні ультрафіолетові лампи, які опромінюють проходить газ.

У сучасній техніці і технології давно перестали використовувати фільтрацію з використанням лише одного механізму очищення. Для підвищення ефективності очищення ці фактори поєднують в одному апараті. Всі ці способи уловлювання, дезінфекції та рекуперації повітря мають свої переваги і недоліки. Деякі з них застосовні лише для невеликих обсягів газу і малих швидкостей. Однак існують об'єкти, на яких необхідно очищати і знезаражувати великі обсяги газу. Такі системи дуже мало поширені і їм мало приділяється уваги в дослідженнях, однак необхідність в ефективному очищенню великих об'ємів газів зростає. Надалі планується продовжити дослідження властивостей пилу і на їх основі запропонувати технічне рішення, яке дозволить впоратися з широким колом завдань, що виникають перед газоочіщающім пристроєм.

У майбутньому цілком можливе застосування і більш екзотичних і наукомістких способів уловлювання. Наприклад на основі пондеромортного тиску світла, тобто тиск світлових хвиль на тверді тіла. Але поки основним напрямком щодо поліпшення якості фільтрації явлется поєднання різних способів уловлювання в одному пристрої. Нова ідея не появляеться на порожньому місці, а являеться продутому переробки декількох чужих ідей, або їх суміщення.

Cписок джерел

  1. А.І. Панасенко П–16 Технологія очищення від аерозолей: Навчальний посібник. — Донецьк: ДВНЗ ДонНТУ, 2008. — 119 с.: іл.
  2. Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно–практической конференции. Донецк–Авдеевка — 3–5 июня 2013. — Донецк. ДонНТУ Министерства образования и науки Украины. 2013 — 261 с.
  3. Фильтры для улавливания промышленных пылей/ М.Г. Мазус, А.Д. Мальгин, М.Л. Моргулис. — М.: Машиностроение, 1985. — 240 с., ил.
  4. Очистка газов: Справочное издание/В.С. Швыдкий, М.Г. Ладыгичев. — М.: Теплоэнергетик, 2002. — 640 с.
  5. Высокоэффективная очистка воздуха. Под редакцией П. Уайта и С. Смита. Перевод с английского Б.И. Мягкова и В.Г. Лапенко под редакцией канд. Хим. Наук Б.И. Мягкова, М., Атомиздат, 1967, 310 с.
  6. Борьба с пылью в прокатном производстве. Очистка вентиляционного воздуха от пыли — Охрана труда и безопасность жизнедеятельности [Электронный ресурс] — Режим доступа: ohrana-bgd.narod.ru
  7. Устройство для очистки и ионизации воздуха — [Электронный ресурс] — Режим доступа: www.ntpo.com