Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аэрология горных предприятий. Пыль и ее опасность в промышленности

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 195 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

а стекла – 6…10. При замене стеклянной колбы и трубки изолированными медными, сахарная пыль заряжалась положительно, в то время как медные части оказывались заряженными отрицательно. На медном резервуаре накапливалось столько электричества, что от него удавалось получить сильную искру – до 1 см длиной, соответствующую потенциалу в 25 000 В.

Из вышесказанного следует, что на практике при наличии пыли легко могут накопиться заряды статического электричества, превышающие значение в 10 000 В. Такие заряды часто наблюдаются на фильтрах, служащих для улавливания сахарной пыли из воздуха. Фильтры эти играют роль своего рода электрических машин. Они отделяют положительно заряженную пыль от отрицательно заряженного воздуха. Такой же сильный заряд нередко образуется на некоторых частях молотилок, вальцовых мельниц и на хлопчатобумажных «джинах». При отсутствии мер, предупреждающих накопление статического электричества, например таких как увлажнение воздуха или введение соответственным образом соединенных с землей коллекторов, создаются условия, благоприятствующие воспламенению пыли от искры при разряде (воспламенение пыли искровым разрядом).

Если пар выпускается через узкое отверстие, мелкие капли воды в возникающем при этом облаке оказываются заряженными положительно, а отверстие – отрицательно. Этот принцип положен в основу гидроэлектрической машины Армстронга (рис. 2.2). При пользовании совершенно сухим паром электрический заряд вовсе не образуется. Равным образом не образуется заряда, если пар загрязнен или края выходного отверстия изготовлены из неподходящего материала, например из слоновой кости. Фарадей (M. Faraday) [5] объясняет образование электричества трением между каплями воды и стенками отверстия. Сходный результат получается и при использовании влажного или пыльного воздуха.

Если какой-либо легко воспламеняющийся диэлектрик, как, например, диэтиловый эфир, бензин или керосин, при-

обретает электрический заряд подобным путем, например трением об изолированный металлический сосуд, из которого дают ему вытекать, то он может дать электрическую искру и воспламениться. Равным образом, горючий газ, например водород, может загореться от искр, образовавшихся при разряде взвешенных в газе пылевых частиц, заряжающихся при трении о построенные из соответствующего материала трубки или клапаны, через которые пыльный газ проходит.

Рис. 2.2. Гидроэлектрическая машина Армстронга

Значительное увеличение электроемкости вещества, находящегося во взвешенном состоянии, весьма часто является причиной взрыва горючей смеси.

2.5. Адсорбция газов пылевыми частицами

Если газ или пар приходят в соприкосновение с поверхностью какого-либо твердого или жидкого тела, то часть молекул газа или пара сгущается над ней. Некоторая доля этих сгущенных или адсорбированных молекул снова испарится, но в большинстве случаев интенсивность конденсации превышает интенсивность обратного испарения, вследствие чего при определенных условиях слой газа остается постоянно адсорбированным на поверхности тела. Вследствие этого поверхность твердого тела оказывается покрытой тонкой пленкой адсорбированных молекул. Постепенно молекулы эти проникают в ограниченном количестве путем диффузии внутрь твердого тела. Молекулы же, сгущающиеся на жидкой поверхности, благодаря их слабому сцеплению и свойственной жидкости подвижности, легко диффундируют в нее, причем постоянная пленка адсорбированных молекул образуется на поверхности жидкости лишь после того, как наступило насыщение ее этими молекулами.

Явление адсорбции отличается специфичностью и селективностью – при определенных значениях температуры и давления адсорбция зависит, с одной стороны, от природы газа, а с другой стороны, от свойств, а также физического состояния адсорбирующей поверхности.

Вообще говоря, чем легче сгущается газ, тем легче адсорбируется он данной поверхностью. Так, углекислый газ, пары воды и различных органических растворителей легче адсорбируются, чем кислород, азот или водород.

Чем выше давление и чем ниже температура, тем газ адсорбируется сильнее.

Ввиду того что адсорбция представляет собой явление, протекающее исключительно на поверхности тел, количество газа, адсорбируемого твердым или жидким веществом определенной массы, пропорционально величине адсорбиру-

ющей поверхности, т.е. удельной поверхности или, иными словами, степени дисперсности адсорбента.

Часто описанное выше явление в еще большей мере зависит от физического состояния и структуры поверхности. Пористая структура не только предоставляет большую поверхность газу, чем вещество той же массы с гладкой сплошной поверхностью, но вследствие капиллярности имеющихся в ней мельчайших пор она вместе с тем легче адсорбирует газы. Поэтому мелкие жидкие или твердые пылевые частицы, особенно если они обладают пористой структурой, легко адсорбируют газы.

Объем адсорбированного газа часто во много раз превышает объем адсорбировавшей его пыли. Так, 1 л сажи может

содержать 950 см нормальных условиях занимал бы 2,5 л, и лишь 50 см

Многие вещества, например осажденные SiO

адсорбированного воздуха, который при

сажи.

, MgCO3,

ZnO, истолченные в мелкий порошок, отсеянный через сито в 300 отверстий на квадратный дюйм, текут как жидкости – частицы их окутаны адсорбированным газом, а потому легко скользят одна над другой.

Бейерсдорфер показал [6], что если толочь в течение суток 200 г рафинада в герметически закрытой шаровой мельнице, то, вследствие адсорбции воздуха новообразовавшимися поверхностями, давление в ней снизится от 760 до 23 мм рт. ст.

Если частицы аэрозоля окутаны адсорбированным газом, то они в меньшей степени способы укрупняться путем сцепления. Следовательно, такой аэрозоль устойчивее.

Когда при определенных значениях концентрации, температуры и электрического заряда в аэрозоле происходит флокуляция, частицы соединяются в слабо сцепленные группы и образуют «хлопья» частиц соответствующего аэрогеля. Такие «хлопья» образуют в литейной мастерской дым окиси цинка или угольный дым в дымоходах, из которого выделяется осаждающаяся на внутренних стенках дымохода сажа.

2.6. Химическая активность пыли

Скорость протекания химической реакции между двумя телами зависит (при прочих равных условиях) от легкости, с которой они могут быть приведены в соприкосновение друг с другом. Соответственно этому, с наибольшей скоростью реакция протекает между двумя газами, с меньшей – между жидкостями, и с еще меньшей – между твердыми телами. В любой момент химическая реакция всегда ограничивается теми молекулами, которые расположены на контактирующей поверхности. Следовательно, химическая активность того или иного тела есть функция его удельной поверхности. Газ, с одной стороны, не имеет поверхности, а с другой – все его молекулы могут реагировать, т.е. каждая из них может вступить в реакцию, так что газ весь является «поверхностью».

Как уже упоминалось выше, поверхность жидкости может быть в чрезвычайной степени увеличена путем ее распыления или образования тонких пленок. Равным образом и удельная поверхность твердого тела может быть увеличена в результате его размельчения. Между двумя измельченными в пыль телами химическая реакция не только протекает быстрее, она еще и начинается легче, например, при более низкой температуре. Тонко измельченные железо и сера соединяются при растирании в ступке при нормальной температуре. Очень мелкая железная, а также и свинцовая пыль самовозгораются на воздухе. Следовательно, химическая активность вещества при измельчении может увеличиться под влиянием следующих двух причин:

1) в зависимости от большей удельной поверхности дан-

ная реакция может протекать быстрее;

2) вследствие увеличения поверхностной энергии отдель-

ных частиц они легче вступают в реакцию.

Описанный выше эффект столь велик, что многие вещества, которые, находясь в относительно компактном состоянии, горят с трудом, будучи рассеяны в воздухе в виде

пыли горят с взрывоподобной силой. Из многих промышленных веществ, образующих взрывчатую пыль, наиболее легко воспламеняющимися являются следующие: 1) сахар;

2) декстрин; 3) крахмал; 4) уголь; 5) какао; 6) рис; 7) солод;

8) мука; 9) кукуруза; 10) чай.

2.7. Устойчивость аэрозолей

Взвешенные в газе и образующие аэрозоль частицы находятся в состоянии неустойчивого равновесия. С течением времени они удаляются из газа следующими путями:

1) падают на дно (например, сосуда);

2) оседают на стенках резервуара или на поверхности

жидких тел;

3) диффундируют в окружающее пространство.

–5

Если диаметр частиц меньше 10 условиях испытываемые ими удары молекул не дадут этим частицам выпасть из газа и осесть. Лишь весьма немногие частицы придут в соприкосновение со стенками резервуара и осядут на них. Удаление частиц из аэрозоля этим путем может быть ускорено «перемешиванием», благодаря которому в единицу времени придет в соприкосновение со стенками резервуара и друг с другом большее число частиц. Увеличение числа столкновений между частицами приводит к образованию относительно крупных, быстро оседающих агрегатов, или «хлопьев». Удаление взвешенных частиц в газе путем оседания таких хлопьев может, очевидно, быть значительно ускорено введением в газ соответствующих поверхностей так, чтобы в определенный момент все частицы были бы достаточно близки к пригодной для оседания поверхности и, следовательно, могли бы ее достигнуть в результате диффундирования или образования конвективных потоков достаточно быстро.

На описанном выше принципе построена фильтрация таких аэрозолей, как дым и пыльные газы: аэрозоль пропускают через мягкую, пористую бумажную или шерстяную

см, то при нормальных

ткань, настолько плотную, что при прохождении аэрозоля сквозь фильтр взвешенные в ней частицы путем диффузии приходят в соприкосновение со стенками фильтра или же прибавляются к этим последним вихревым движением газа и оседают на них. Таким именно образом при прохождении сквозь фильтр аэрозоля частицы его оседают на поверхности тканевых волокон.

Удаление взвешенных частиц простым оседанием их может быть значительно интенсифицировано путем приведения их к образованию крупных агрегатов – хлопьев. Природная склонность аэрозолей к образованию таких хлопьев часто встречает препятствие в виде находящейся на поверхности частичек пленке адсорбированного газа или одноименного электрического заряда частиц. В некоторых случаях адсорбированный газ может быть удален введением в аэрозоль какого-нибудь более легко адсорбируемого пара, например водяного пара. В других случаях пленка из адсорбированного газа может быть механически удалена путем создания таких условий, при которых частицы резко ударяются друг о друга или о введенное в исследуемую среду постороннее тело. При удалении подобной пленки частицы получают возможности прийти в достаточно тесное соприкосновение друг с другом.

Возрастание устойчивости, вызванное приобретением частицами одноименного электрического заряда, может быть преодолено введением частиц, имеющих заряд противоположного знака, что приводит к взаимному притяжению частиц и их агрегации, или иначе – пропусканием сквозь аэрозоль тока соответствующего потенциала, в результате чего перемещающиеся в одном направлении частицы в конечном итоге осаждаются на одном из электродов.

Как заряженные, так и незаряженные частицы могут быть удалены из аэрозоля описанным выше путем при условии, что приложенная ЭДС достаточно велика, чтобы вызвать значительную ионизацию газа, ибо в таком случае поток ионов, перемещающийся в газе от одного электрода к другому, заряжает взвешенные частицы, увлекая их и

осаждая на противоположном электроде. Этот принцип положен в основу хорошо известного способа Лоджа – Котрелла (Lodge – Cottrell) очистки дыма, различных паров и пыльных газов [7].

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятия «пыль».

2. Что такое аэрозоль и в чем заключается его отличие

от аэрогеля?

3. Какой из разделов химии изучает аэрозоли и аэрогели?

4. Назовите порядок размера частицы, начиная с которо-

го она может считаться пылевой частичкой.

5. Каков размер частиц сигаретного дыма?

6. От чего зависит скорость оседания пыли?

7. Дайте названия устойчивым системам аэрозолей с раз-

личной агрегатной природой частиц.

8. Сколько категорий производственных аэрозолей суще-

ствует и в чем заключается их различие?

9. Как образуется пыль?

10. Каким способом заряжаются пылевые частицы?

11. От чего зависит знак заряда, приобретаемого частицей?

12. Есть ли взаимосвязь между диэлектрическими посто-

янными пыли и твердого тела, о которое истирается материал?

13. Назовите способ, позволяющий преодолеть возрастание устойчивости, вызванное приобретением частицами зарядов одноименного знака.

14. Как удалить из аэрозоля частицы?

15. Существует ли разница при удалении из аэрозоля заряженных и незаряженных частиц?

16. Как называются крупные агрегаты пыли?

17. Что представляет собой пыль – аэрозоль или аэрогель?

18. В чем заключается разница между аэрозолем и аэрогелем?

19. От чего зависит скорость химической реакции и как ее увеличить?

20. Чем отличается газ от пара?

3. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ «ПЫЛЕВЫЕ» ЗАБОЛЕВАНИЯ

3.1. Общая характеристика «пылевых» заболеваний

Вредность «пылевых» профессий известна уже с давних времен. У постоянно занятых на подобных производствах рабочих рано или поздно развиваются определенные профессиональные болезни. В каждом случае причиной заболевания является проникновение в организм пыли (иначе говоря, взвесей различных веществ) путем вдыхания или проглатывания, либо проникновения ее через кожу. По механизму возникновения пыль условно делится на две группы: 1) аэрозоль дезинтеграции; 2) аэрозоль конденсации. Аэрозоли дезинтеграции образуются при взрывных работах и бурении, дроблении материала, распиловке, обрубке, заточке и других процессах механического воздействия на твердое вещество. Аэрозоли конденсации образуются при быстром охлаждении газопаровой смеси и газофазных химических реакциях. В подавляющем большинстве случаев болезнь возникает в результате вдыхания пыли. Часть пыли при этом задерживается в носоглотке, остальная пыль проникает в бронхи и бронхиальное древо и может даже достичь легочных альвеол, особенно если пыль мелкодисперсная – размером 2…10 мкм и менее, а категория и тип работы предполагают значительные физические нагрузки или пребывание в помещении с высокой концентрацией аэрозолей различного вида.

Постоянное вдыхание пыли некоторых типов, превышающей предельно-допустимую концентрацию (ПДК), вызывает состояние хронической бронхиальной астмы или бронхита, в крайних случаях оно приводит к особой форме поражения легких – пневмокониозу, характеризующемуся разрастанием соединительной ткани, т.е. образованием фи-

брозной ткани вокруг скоплений пыли, осевших на стенках воздухоносных пространств легких. Вследствие постоянного раздражения стенок бронхов и альвеол пылью, дыхательные органы становятся восприимчивее к заражению бактериальными и вирусными инфекциями различного рода.

Рудокопы, каменщики, занятые отсеиванием муки рабочие мукомольных мельниц, гончары, точильщики железных и стальных изделий, мастера по производству напильников, литейщики, текстильные рабочие, шляпники и многие другие страдают различными, вызванными вдыханием пыли, болезнями дыхательной системы.

Установлено, что отравление свинцом происходит в 100 раз легче при вдыхании свинцовой пыли, чем при проглатывании ее. Хроническое отравление свинцом – сатурнизм – характеризуется угнетением работы центральной нервной системы (ЦНС), «свинцовыми коликами» и «свинцовой каймой» – отложением солей свинца на деснах. Меркуриализм – хроническое отравление ртутью, которое характеризуется психоэмоциональными расстройствами, расстройствами ЦНС, «ртутным тремором» конечностей и мягких тканей, угнетением работы сердечно-сосудистой системы.

Во многих отраслях промышленности, например в цементной, кирпичной и угольной, пыль содержит более 2 % SiO

, что дает возможность отнести такую пыль к аэро-

золям преимущественно фиброгенного действия. Аэрозоли, содержащие более 7 % SiO

обладают дополнительно кан-

церогенным действием. Вместе такие «пыльные» аэрозоли вызывают профессиональное заболевание – пневмокониоз (прил. 2).

Наряду с вдыханием пыли может иметь место и проглатывание ее со слюной, водой, причем пыль может раздражать внутренние стенки желудка и кишечника, либо растворяться в желудочном соке. Раздражающее действие мелкого песка пустыни явилось во время Месопотамской кампании причиной многочисленных заболеваний среди находивших-

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 195 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]