CC BY
14
Проф. В. Ф. Литвинов, доц. Н. Н. Литвинова и М. М. Дабахьян
Электрофильтр для получения проб атмосферной пыли
»
Как известно, в настоящее время нет единой методики изучения взвешенных в атмосфере частиц, в частности, атмосферной пыли. Объясняется это рядом трудностей, связанных прежде всего с получением проб атмосферной пыли для соответствующего анализа. Действительно, при обычно весьма незначительной, а часто и быстро изменяющейся концентрации взвешенных в атмосфере частиц, при большом разнообразии их размеров, а также физической и химической их природы даже решение простейшей задачи — достаточно полного улавливания на том или ином фильтре взвешенных в атмосфере частиц во всем их многообразии — представляет ряд трудностей. Кроме того, при получении пробы атмосферной пыли для дальнейшего ее изучения необходимо попутно разрешить еще ряд задач.
Необходимо, например, иметь возможность получать (не увеличивая чрезмерно время аспирации) достаточное для соответствующего анализа количество пылевого осадка; необходимо иметь возможность легко собирать и отделять полученный пылевой осадок от фильтра; желательно получить пробы пыли так, чтобы осадок можно было непосредственно изучать микроскопическими и иными методами, например, для определения дисперсности пыли или для микрохимического или минералогического анализа и пр.
В ведущих санитарно-гигиенических институтах Советского Союза, прежде всего в Институте коммунальной гигиены АМН СССР, в Институте имени Эрисмана и др., проведена большая работа по усовершенствованию методов изучения атмосферной пыли. Однако до сих пор нет еще прибора, позволяющего получать пробы пыли для определения весовой концентрации и проведения всех видов микроскопического и химического анализа.
На кафедре общей физики Ростовского-на-Дону государственного университета сконструирован в 1949 г. электрофильтр, который, по нашему мнению, мог бы найти широкое применение при ряде исследований взвешенных в атмосфере частиц.
Прибор этот предназначен для получения проб пыли из свободной атмосферы. Он представляет собой электрофильтр с электродом, работающий по принципу пылеуловительных промышленных установок (котрели).
Наш электрофильтр состоит в основном из трех узлов: 1) конденсатора с коронирующим электродом, в котором происходит осаждение пылинок; 2) анемометрической коробки с чашечным анемометром для измерения скорости просасываемого сквозь конденсатор воздуха; 3) аспиратора для просасывания воздуха. Все эти узлы, тесно связанные между собой, смонтированы в деревянном ящике с откидной боковой стенкой и крышкой. На внутренней стенке —г панели ящика — вмонтированы ручки управления и контрольные приборы. Высоковольтный трансформатор, подающий напряжение на коронирующий электрод конденсатора, устанавливается в непосредственной близости от электрофильтра, но вне ящика.
На рис. 1 изображен внешний вид электрофильтра в ящике и высоковольтный трансформатор фильтра. На рис. 2 показан блок основных узлов электрофильтра.
Конденсатор электрофильтра, в котором происходит осаждение пылинок (рис. 2, а), прь^ставляет собой круглую алюминиевую массивную трубку с квадратным внутренним сечением. Трубка разрезана по диаго-
нали и обе ее половинки соединены на шарнирах. На рис. 2 трубка конденсатора показана в открытом виде.
Концы трубки врезаны в соответствующие эбонитовые колодки. В закрытом состоянии винтовые затворы с барашками обеспечивают герметичность сочленения полбвинок конденсатора. Длина металлической части конденсатора—190 мм, ширина ребра квадратной в поперечном сечении внутренней полости конденсатора — 23 мм. Передняя эбонитовая колодка конденсатора врезана в боковую стенку ящика прибора и может быть закрыта с наружной стороны навинчивающейся алюминиевой крышкой.
Рис. I
Металлическая часть трубки является внешней заземленной обкладкой конденсатора фильтра. Внутренний (коронируюший) электрод представляет собой тонкую (0,1 мм) металлическую нить (вольфрам, нихром), натянутую по оси конденсатора между двумя штифтами, которые можно вынимать вместе с нитью из латунных гнезд, находящихся в нижней части эбонитовых колодок. На нить подается высокое напряжение от высоковольтного трансформатора.
Рис. 2
Пыль осаждается на плоских стеклах, помещаемых на плоских внутренних стенках конденсатора фильтра. Стекла эти вкладываются в конденсатор и плотно прижимаются к стенкам пружинками, как в фотографической кассете.
При нити диаметром 0,1 мм интенсивная корона устанавливается по всей длине нити при разности потенциалов около 5 ООО V. Это напря-
жение через специальную штепсельную розетку с заземленной крышкой подается на нити от высоковольтного трансформатора высоковольтным кабелем с заземленной «броней». Первичное напряжение подается на высоковольтный трансформатор от городской сети через автотрансформатор ЛАТР2, вмонтированный в ящик фильтра, и может, таким образом, регулироваться в широких пределах. Величина его отмечается соответствующим вольтметром.
Исследуемый воздух протягивается сквозь конденсатор посредством аспиратора, который представляет собой крыльчатый вентилятор с моторчиком (моторчик на 127 V 24 от настольного вентилятора Электросбыта), вмонтированный в металлической трубке диаметром 10 см (рис. 2, в). Такой простейший вентилятор работает вполне удовлетворительно, так как вся система нашего фильтра обладает весьма малым воздушным сопротивлением.
Скорость воздуха устанавливается с помощью диафрагмы, помещаемой между анемометрическим узлом и аспиратором, и регулируется в небольших пределах реостатом, вмонтированным в ящик фильтра.
Скорость просасываемого воздуха определяется метеорологическим чашечным анемометром, который для повышения чувствительности помещен в алюминиевую цилиндрическую камеру (рис. 2, б). Воздух, просасываемый аспиратором через конденсатор, проходит камеру эксцентрично. Обратное движение чашек анемометра происходит в «воздушном кармане» камеры при почти полном покое воздуха. Это позволяет уверенно измерять линейные скорости воздушного потока порядка 0,3—0,4 м/сек. При осаждении атмосферной пыли именно с такой скоростью обычно и просасывается воздух сквозь фильтр. Анемометр в такой камере заново градуируется для каждого электрофильтра в собранной установке. Это выполняется при помоши специального лабораторного термоанемометра. Шкала анемометра, вмонтированная в глубине ящика (рис. 1), подсвечивается специальной сигнальной лампочкой, которая одновременно является и контрольной.
Скорость просасывания воздуха сквозь электрофильтр устанавливается тщательной проверкой при помощи ультрамикроскопической кюветки эффективности .улавливания в электрофильтре взвешенных в воздухе частиц. Кюветка включается между конденсатором и анемометрическим узлом. Подбирается такая скорость воздушного потока, при которой включение на фильтр напряжения уже не обнаруживает в ультрамикроскопической кюветке проскочивших через фильтр частиц. Проверка проводится для каждого прибора и в соответствии с результатами задается рабочая скорость воздуха.
При конструировании электрофильтра на опытном экземпляре была проведена еще дополнительная проверка коэфициента полезного действия фильтра при выбранной указанным методом скорости просасывания сквозь конденсатор воздуха. Эта проверка состояла в измерении микрохимическим путем количества осажденного в конденсаторе электрофильтра хлористого аммония при возгонке известного весового количества его в специальной трубке, присоединенной к прибору. Опытами с ультрамикроскопической кюветкой было установлено, что при скорости просасывания воздуха через электрофильтр менее 18 л в минуту в нем действительно улавливаются все взвешенные в атмосфере частицы вплоть до ультрамикроскопических. Проверка хлористым аммонием показала, что при этой скорости улавливалось не менее 96% всего возогнанного хлористого аммония. Такова обычно рабочая скорость просасываемого через наш электрофильтр воздуха. Фильтр работает с полной эффективностью при пропускании сквозь него до 1 м3 воздуха в час.
Обслуживание электрофильтра крайне несложно, и, как показали первые проведенные работы, он работает весьма надежно.
Чтобы оградить работающих с фильтром от высокого напряжения, система имеет блокировочный выключатель, автоматически выключающий питание при открытой крышке ящика. Электрическая схема электрофильтра изображена на рис. 3.
Отметим, что электрофильтр работает на городском переменном токе без выпрямления, так как сама система конденсатора с резко несимметричными электродами является выпрямителем.
Описанный электрофильтр весьма удобен для получения проб атмосферной пыли, забираемых с целью измерения ее весовой концентрации.
• Как показали первые наблюдения (Институт имени Сеченова в Ялте, физико-математический факультет Ростовского-на-Дону государственного университета), удается измерить весовую концентрацию пыли даже при весьма малом ее содержании, выражающемся сотыми долями миллиграмма в 1 м3. При взвешивании соответственно подготовленных и высушенных стекол применяются микровесы (РГУ) или хорошие анали-
тические весы, снабженные оптическим отсчетом (Институт имени Сеченова).
Отметим далее, что с осадками пыли, полученными в конденсаторе электрофильтра на широких плоских стеклах, можно произвести с помощью этого же прибора и микроскопический анализ пыли, например, определение дисперсности или микрохимический или минералогический ее анализ и т. п., на самих стеклах.
Наконец, пылевые осадки легко могут быть смыты со стекол и пыль может быть собрана для химического, спектрографического, рентгенологического анализа и т. д.
Прибор технически оформлен в экспериментальных мастерских Рос-товского-на-Дону государственного университета (конструктор Демидов), где и может быть поставлено серийное изготовление электрофильтров.
Стоимость полного комплекта в настоящее время около 3 ООО рублей. Конечно, при серийном выпуске она может быть значительно снижена.
4 Гигнена и санитария, № 10
Наш электрофильтр представляет собой лабораторный прибор, который нуждается в сетевом питании (переменный ток 220/120 V, мощность порядка 100
Дальнейшей нашей задачей является конструирование полевой модели электрофильтра, работающего от аккумуляторов. Однако и с описанным типом прибора мы проводим уже изучение атмосферной пыли в различных пунктах для геофизических, аэрохимических, медико-биологических и санитарно-гигиенических целей.
■¿г
М. Н. Красногорская
Силикоз при плавке боксита
Из Государственного научно-исследовательского института гигиены труда и профессиональных заболеваний (Ленинград)
Одним из наиболее распространенных в промышленности абразивных материалов является искусственный корунд, представляющий собой кристаллическую окись алюминия. Получают его путем плавки боксита — аморфного глинозема (А1203 • 2Н20) — в открытых дуговых электропечах при температуре 2 200—2 400°.
Боксит, как всякое минеральное сырье, имеет ряд примесей в различных количествах, в зависимости от его месторождения. В обследованном нами производстве искусственного корунда боксит содержал до 65% окиси алюминия, 12—20% кремнезема как в виде кварца, так и в виде силикатов и небольшие количества окислов других металлов.
Для получения чистого кристаллического корунда эти примеси должны быть удалены при плавке. С этой целью в шихту добавляют материалы, содержащие углерод (антрацит, кокс) и железные стружки. При температуре 2 100—2 200° углерод восстанавливает кремнезем, окислы железа, титана и другие вещества до металлов, которые, сплавляясь с прибавленным в виде стружек железом, образуют комплексный ферросплав, опускающийся вследствие своего большого удельного веса на дно печи.
Восстановление содержащегося в боксите кремнезема (температура плавления 1 710°) протекает по реакции:
5Ю2 + 2С —>■ + 2СО
По расчетам технологов, около 25% восстановленного кремния испаряется с поверхности расплавленной массы вследствие большой упругости его паров и поступает в воздух цеха. Около 8 % содержащегося в боксите глинозема (температура плавления 2 050°) также восстанавливается до металлического алюминия, который частично испаряется, частично переходит в ферросплав. Во время плавки, которая длится 40—46 часов, над каждой действующей печью можно наблюдать выделение густых белых паров. Пары кремния и алюминия, поступая в воздух цеха, быстро окисляются, коагулируют и конденсируются на холодных частях оборудования в виде белых хлопьев.
Наши исследования на содержание в воздухе цеха двуокиси кремния и окиси алюминия дали следующие результаты (табл. 1).
