Строительные технологии

Наладка и регулирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Аэрозолями называются дисперсные системы, состоящие из мелких твердых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе). Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твердой дисперсной фазы системы называются дымами и пылями. Размеры частиц в аэрозолях изменяются в очень широких пределах: от нескольких мм (хлопья снега, капли дождя) до сотых долей микрона (мкм).

Образование аэрозолей в природных и производственных процессах происходит двумя путями: диспергированием и конденсацией. Аэрозоли диспергационного происхождения образуются при механическом измельчении твердых тел и распылении жидкостей (дроблении, истирании, взрывах, разбрызгивании жидкостей и т.п.). Конденсационные аэрозоли образуются при переходе насыщенных паров в жидкое или твердое состояние, а также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз.

Свойства аэрозолей и способы их улавливания определяются, главным образом, концентрацией и размерами частиц дисперсной фазы. Концентрацию аэрозолей обычно выражают массой дисперсной фазы в единице объема дисперсионной среды. В частности, при санитарно-гигиеническом контроле состояния воздушной среды концентрацию аэрозолей (пыли, тумана) выражают в мг на 1 м3 воздуха (мг/м3).

Для получения сопоставимых данных объем воздуха, аспирированный при отборе проб, приводят к стандартным условиям пересчетом к 20° С и 760 мм рт. ст.

Если концентрацию аэрозолей определяют в воздухе высокой степени очистки (например, в производственных помещениях электронной промышленности), то ее выражают количеством частиц в 1 см3 воздуха (счетная концентрация).

Другой важнейшей характеристикой аэрозолей, определяющее их физические свойства и степень их устойчивости, является размер частиц дисперсной фазы, т. е. дисперсный состав  аэрозолей.

По дисперсному составу аэрозоли подразделяют на грубодисперсные и высокодисперсные.

 К высокодисперсным относятся аэрозоли с размерами частиц от одного до сотых долей микрона (мкм). Характерным примером высокодисперсного аэрозоля является табачный дым, состоящий из частиц диаметром менее 0,3 мкм; частицы подобных размеров содержатся и в выхлопных газах от автомашин.

Аэрозоли с размерами частиц 5—100 мкм и более условно относят к грубодисперсным. Грубодисперсные аэрозоли с твердыми частицами называют пылями. Циклоны эффективно задерживают частицы пыли с размерами более 5—10 мкм, а электрофильтры — аэрозоли с размерами частиц 0,5—1 мкм.

Высоко дисперсные аэрозоли с размерами частиц менее 1 мкм можно эффективно улавливать только одним способом — фильтрацией через волокнистые фильтры с тонкими и сверхтонкими волокнами (материалы ФП, т. е. ткани Петрянова).

Методы и аппаратура для определения дисперсного состава пылей (аэрозолей)

Дисперсным составом аэрозолей называется распределение частиц по размерам. Дисперсный состав выражается ил л в долях по массе (весовых процентах), или числом частиц данного размера, отнесенным к суммарному количеству просчитанных частиц в пробе. Счетную концентрацию аэрозолей определяют специальным счетчиком.

Фотоэлектрический счетчик аэрозольных частиц типа АЗ-5 выпускается в системе радиоэлектронной промышленности.

Действие прибора основано на том, что каждая аэрозольная частица в оптическом датчике генерирует электрический импульс амплитуда которого пропорциональна диаметру фиксируемой частицы. Прибор позволяет определять счетную концентрацию аэрозолей в пределах от 1 до 300 тыс. частиц в 1 л исследуемого воздуха. Канал непрерывного измерения имеет диапазоны (частиц на 1 л): 0—1000; 0—3000; 0—10000; 0—30000; 0—100000; 0—300000.

Продолжительность единичного измерения не превышает 1 мин. Объемная скорость просасывания воздуха 1,2 л/мин. Прибор позволяет также судить о дисперсном составе частиц в пределах    0,4—10 мкм. Погрешность определения счетной концентрации аэрозоля не превышает ±20% по отношению к эталонному прибору на пределе 0,7 мкм. Прибор включают в сеть переменного тока напряжением 220±10 В или к источнику постоянного тока напряжением 12 В. Масса прибора—не более 8,5 кг.

В практике пылеулавливания дисперсный состав пылей в долях от массы определяют методом воздушной сепарации или седиментационным способом, пользуясь приборами собственной конструкции и изготовления. Методы определения дисперсного состава аэрозолей основаны на законе Стокса — наиболее универсальном законе движения тел в вязкой среде.

Плотность вещества аэрозольных частиц, как правило, колеблется в пределах 1—4 г/см3, что в несколько тысяч раз превосходит плотность воздуха. Несмотря на такое различие в плотностях среды и частицы, высокодисперсные аэрозоли отличаются сравнительной устойчивостью в поле тяготения, обусловленной большой удельной поверхностью частиц.

К группе прямых методов определения гранулометрического состава порошкообразных материалов относится ситовой анализ. Мерилом крупности частиц в этом случае является размер ячейки сита. Сито представляет собой обечайку с днищем из металлической сетки. Обечайки могут плотно вставляться одна в другую, образуя набор сит с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек. Набор заканчивается поддоном, а сверху плотно закрывается крышкой.

Ситовой анализ сводится к просеиванию определенной навески порошкообразного материала через набор сит и раздельному взвешиванию остатка на каждом сите, а также взвешиванию фракции на поддоне. Относя навеску к весу исходной пробы, определяют процентное содержание каждой фракции.

Для комплектования набора сит используют металлические сетки, изготовленные согласно ГОСТ 3584—73 (сетки проволочные, тканые, с квадратными ячейками и высокой точности).

Для выполнения ситового анализа применяют различные встряхивающие устройства, действующие по заданному режиму. Продолжительность просеивания устанавливают опытным путем применительно к каждому виду исследуемого порошкообразного материала.

При определении дисперсного состава пылей в широком диапазоне исследуют фракцию пыли, прошедшую через сито с наименьшими размерами ячеек (т. е. собранную на поддоне), и анализируют, применяя более тонкие методы фракционирования. При исследовании промышленных пылей наибольшее распространение получили седиментометрический метод в жидких средах и способ воздушной сепарации.

Седиментометрический анализ в жидкой среде основан на законе Стокса и позволяет разделять фракции от 2—3 до 63 мкм  (при объемных весах вещества 2—3 г/см3). Из многочисленных вариантов аппаратуры для седиментометрического анализа получил практическое применение прибор с подъемной пипеткой, изготавливаемый экспериментальными мастерскими Ленинградского института охраны труда ВЦСПС.

Для выполнения на приборе двух параллельных определений дисперсного состава требуется 5—10 г пыли. Продолжительность седиментации при анализе относительно высокодисперсных пылей достигает 5—6 ч, не считая затрат времени на многочисленные подготовительные операции. Недостатком седиментометрического способа является то, что для каждого ранее не изученного вида пыли необходимо подбирать подходящую жидкую среду, инертную по отношению к исследуемой дисперсной фазе

Широкое распространение нашел также метод центробежной воздушной сепарации. Этот принцип положен в основу конструкции воздушной центрифуги «Бако», выпускаемой фирмой «NEU» (Франция) и позволяющей разделять навеску исследуемой пыли около 10 г на восемь фракций в пределах от 1—2 до 60 мкм в течение примерно 2 ч.

Для устранения погрешностей, связанных с возможным изменением дисперсного состава пылей при накоплении навески и при повторном ее диспергировании в жидкой или газовой фазах, предложены методы и аппаратура для разделения пыли на фракции непосредственно в процессе отбора пробы.

К этой группе приборов относятся: ротационный анализатор дисперсности пыли РАД-1; импактор конструкции физико-химического института им. Карпова; струйный сепаратор (импактор) НИИОГАЗ.

Ротационный анализатор дисперсности РАД-1 сконструированный в Семибратском филиале НИИОГАЗа, представляет собой ротационную центрифугу и предназначен для определения фракционного состава пыли в потоке воздуха. Запыленный воздух просасывается по каналу вращающегося ротора, при этом под действием центробежных сил частицы пыли сепарируются из потока и оседают на стенке канала.

Распределение массы осевшей пыли по длине канала зависит от размера частиц. Кривая накопления пыли, начерченная в осях «длина канала» и «масса пыли», позволяет рассчитать дисперсный состав взвешенной пыли

Импактор института им. Карпова представляет собой ряд последовательно расположенных усеченных конусов с соплами, установленных в цилиндрическом корпусе. За каждым конусом по пути потока воздуха расположена пластинка (диск), служащая приемником пыли определенной фракции по крупности. Скорость воздуха поступающего в импактор, по мере прохождения через сопла с постепенно уменьшающимися сечениями, скачкообразно возрастает ог ступени к ступени и достигает максимального сначеяшг при выходе из сопла последней ступени Струя запыленного воздуха, встречая на своем пути пластину, обтекает ее; при этом частицы пыли, обладая значительно большей инерционностью, чем воздух, смещаются с линий  тока и сортируются по размерам.

Для того чтобы осевшая фракция пыли не сдувалась, пластину покрывают тонким слоем масла или на лобовую поверхность пластины устанавливают подложку из фильтра АФА. Размер частиц, осевших на пластине данной ступени, определяется скоростью движения частицы  (воздуха), ее массой  (размерами и плотностью).

Количество дисперсной фазы аэрозоля, осевшей на пластине, определяют весовым способом или другими высокочувствительными методами химического анализа.

Калибровку импактора производят с помощью полидисперсного масляного тумана осаждением его на стеклянные пластины и измерением размеров частиц под микроскопом (при этом учитывают величины краевого угла и коэффициент растекания для используемой марки масла).

Струйный сепаратор НИИОГАЗ предназначен для анализа дисперсного состава пыли в потоке и дает возможность определять стоксовские размеры взвешенных в воздухе частиц в интервале от 1 до 15 мкм.