‚ведение в пылевыведение

        Ћ.€.†олондковский. ‚нимание, воздух!

---------------------------------------------------------------
 ђаздел: Ќаука и техника / €нженернаЯ экологиЯ
 ‚опросы пылеулавливаниЯ, аппараты пылеулавливаниЯ.
 †анр: научно - популЯрный
 ѓод изданиЯ: 1984
 OCR, spellcheck: ‚иктор €ванов (monday2000@yandex.ru)
---------------------------------------------------------------

</pre>
<p>51.21

<p>†79

<p>ђецензент --

<p>кандидат технических наук

<p>Ћ. ‹. ‹ебедев

<p>

<p>

<p>†олондковский
Ћ. €.

<p>†79       ‚нимание, воздух! -- Њ.: Њоск. рабочий,
1985.--

<p>159с.

<p>

<p>‘
загрЯзнением атмосферы вредными примесЯми нужно боротьсЯ. Ђ  чтобы
борьба    была   успешной,    необходимо    хорошо   знать
врага. ‚ книге рассказано о различных видах пыли и вредных газах, как и
откуда   они  поЯвлЯютсЯ,  что   должны делать   люди  длЯ    того,
чтобы воздух  над   городами
стал   чистым.   Њного
вниманиЯ  уделено   изобретениЯм, помогающим в борьбе с
загрЯзнением атмосферы. ђассчитана на массового читателЯ.

<p>†

<p>4104020000--199


<p>Њ172(03)--85

<p>162--85

<p>

<p>ЃЃЉ 51.21

<p>613

<p>

<p>©
€здательство  "Њосковский рабочий",   1985 г.

<p>

<p>*****************************************************************************

<p>

<p>

<p>Ђкадемик ѓ.
Њ. Љржижановский рассказывал, что в один из солнечных дней 1922 года ‚ладимир
€льич ‹енин обратил внимание на дым, валивший из труб первой московской
электростанции, и заметил: "‘оциализм немыслим без дружбы с природой...
‘ерьезно, очень серьезно подумайте об этом в ѓосплане".

<p>ЉоммунистическаЯ
партиЯ и ‘оветское правительство с каждым годом все больше вниманиЯ уделЯют
вопросам борьбы с загрЯзнением воздуха. ‘оздана сеть
санитарно-эпидемиологических станций и региональных инспекций длЯ контролЯ за
вредными выбросами заводов, фабрик и энергетических предприЯтий. …жегодно
увеличиваютсЯ капитальные вложениЯ в строительство пылеулавливающих и
газоочистных устройств. ‚ стране действуют несколько институтов, разрабатывающих
новые способы очистки воздуха, пылеуловители и газоочистные установки.

<p>‚ "Ћсновных
направлениЯх экономического и социального развитиЯ ‘‘‘ђ на 1981--1985 годы и на
период до 1990 года" сказано, что необходимо "совершенствовать технологические
процессы и транспортные средства с целью сокращениЯ выбросов вредных веществ в
окружающую среду и улучшениЯ очистки отходЯщих газов от вредных примесей.
“величить выпуск высокоэффективных газопылеулавливающих аппаратов,
водоочистного оборудованиЯ, а также приборов и автоматических станций контролЯ
за состоЯнием окружающей природной среды".

<p>Ћсобенно
большое внимание охране воздушного бассейна уделЯет общественность. ‚
коллективных договоpax,    заключаемых    ежегодно    между   администрацией предприЯтий и коллективом
рабочих и служащих, один из основных пунктов зачастую посвЯщен
совершенствованию существующих и строительству новых пылегазо-улавливающих
устройств, освоению безотходных, технологий. Ѓезусловно, полностью безотходные
технологии -- оптимум длЯ охраны окружающей среды, но длЯ многих отраслей
промышленности -- это вопрос еще далекого будущего. Џока же приходитсЯ все более
и более совершенствовать очистные сооружениЯ, организовывать системы контролЯ и
наладки действующих пылеуловителей. Џроблема сейчас особенно остра не только
потому, что загрЯзненность атмосферы наносит огромный вред здоровью людей и
экологической среде, но и потому, что очень часто пыль представлЯет собой
ценное сырье длЯ металлургических предприЯтий, заводов строительных материалов
и химии.

<p>Љ сожалению,
новинки техники, направленные на борьбу с вредными выбросами, распространЯютсЯ
все еще очень медленно. ‚ современных учебниках и специальных книгах приводЯтсЯ
те же устройства, что ив литературе 50-х годов.

<p>‚
предлагаемой книге вопросы газоочистки и пылеулавливаниЯ изложены в популЯрной
форме, в ней описаны признанные ѓоскомизобретений устройства длЯ борьбы с
пылью, приводЯтсЯ случаи из практики внедрениЯ пылеуловителей. ‚ыход книги
своевременен и потому, что в постановлении'III пленума ‚‘Ќ’Ћ от 18 маЯ 1984 г. об участии
организаций Ќ’Ћ в работе по охране окружающей среды, в частности, говоритсЯ и о
задачах, стоЯщих перед Ќаучно-техническим обществом энергетики и
электротехнической промышленности имени ѓ. Њ. Љржижановского. ќто быстрейшее
внедрение высокоэффективных золоулавливающих установок длЯ мощных котлов,
парогенераторов, работающих на режимах, обеспечивающих максимальное подавление
окислов азота, создание установок по улавливанию сернистого ангидрида. Џеред
Ќ’Ћ черной металлургии поставлена задача по внедрению новых методов очистки
коксовых газов от сероводорода, сокращению выбросов окислов азота, разработке и
внедрению установок, позволЯющих предотвратить загрЯзнение атмосферы.

<p>Џодобные же
вопросы предстоит решить Ќ’Ћ цветной металлургии, ‚сесоюзному химическому
обществу имени „. €. Њенделеева, Ќ’Ћ нефтЯной и газовой ромышленности имени
академика €. Њ. ѓубкина др.

<p>“же сейчас
первичные партийные, профсоюзные и комсомольские организации, Ќ’Ћ и ‚Ћ€ђ на
многих предприЯтиЯх участвуют в охране атмосферного воздуха.

<p>Ћ. €.
†олондковский ЯвлЯетсЯ энтузиастом охраны воздушной среды. Ћн не только
известный журналист-популЯризатор по этой теме, но и автор многих конструкций
пылеулавливающих и газоочистных устройств, примененных на таких предприЯтиЯх,
как завод "ђостсельмаш", Њосковский чугунолитейный завод имени ‚ойкова,
красногорский завод "–еммаш", Њагнитогорский металлургический комбинат и др.
‚се это позволЯет надеЯтьсЯ, что книга.Ћ. €. †олондковского поможет в решении
многих задач по очистке атмосферы. €так, "‚нимание, воздух!".

<p>

<p>Ѓ. Ђ. ‘€ЊЉ€Ќ,

<p>заместитель
председателЯ ‚‘Ќ’Ћ, доктор технических наук, профессор

<p>

<p>*****************************************************************************

<p>

<p>

<h1>‚ведение в пылевыведение</h1>

<p>

<p>…ще в
середине XIX в. пылеулавливание
мало кого интересовало. …динственной мерой, которую лондонцы принЯли против
пыли, было запрещение пользоватьсЯ каменным углем длЯ отоплениЯ. ‚ каминах
жарко потрескивали огромные поленьЯ, и старые леди кутались в теплые пледы.

<p>Њожет быть, в
один из таких зимних вечеров, сидЯ у камина, молодой физик „жордж ѓабриэль
‘токс задумалсЯ над тем, что настанет времЯ и мельчайшаЯ пылинка вырастет в
проблему угрожающих размеров. Ђ какие силы влиЯют на свободное парение пыли?
Љак применить здесь закон Ќьютона, безошибочный при расчете падениЯ крупных
тел? ‚едь железный шарик размером в несколько микрометров при падении Явно
чем-то тормозитсЯ. € сэр „жордж вывел закон, определЯющий силу сопротивлениЯ,
действующую на твердый шар при медленном перемещении в вЯзкой среде.
‚последствии закон лег в основу всех расчетов движениЯ частиц в жидкости и
газе.

<p>…сли, купаЯсь
в реке, нырнуть, открыть глаза и взглЯнуть вверх с рыбьей точки зрениЯ, увидишь
множество взвешенных частичек. ‡десь и песок, и глина, и какие-то организмы, и
шарики мазута. ‚се это несетсЯ течением и никак не хочет осесть.

<p>‚ воздухе
творитсЯ приблизительно то же самое. ’олько вЯзкость его намного меньше, чем
воды, поэтому и частицы в нем удерживаютсЯ лишь очень маленькие и легкие.

<p>„екабрьским
днем 1952 г. над ‹ондоном поЯвились барашки кучевых облаков. Џогода была тихаЯ.
„ымили трубы фабрик и заводов, работали дробилки и мельницы, врезались в металл
наждачные круги, полировальные шкурки драили дерево. Ђ облачность росла. Ќа
третий день затишьЯ над городом образовалсЯ темный свод, через который едва
просвечивало солнце. ‹юди оказались в положении рыб, живущих в загрЯзненном
водоеме. € вдруг эта дымно-пылеваЯ туча, получившаЯ позже название
инверсионного слоЯ, стала выдавать обратно все, чем ее напитали люди. Џыль
больше не могла удержатьсЯ в верхних слоЯх атмосферы и стала оседать. ‘ нею
спускались вниз гарь, капельки кислоты, газы.

<p>Џервыми
жертвами смога, а это был именно он, оказались легочные больные. ‡а четыре днЯ
смог унес 4 тыс. жизней.

<p>‹ишь тогда засуетились
санитарные инспекции. ”ирмы, выпускающие автомобили, начали разрабатывать
системы очистки и дожиганиЯ выхлопных газов. ‚новь решили строить не
выдержавшие когда-то конкуренции электромобили. Џод угрозой разорительных
штрафов к заводским трубам кое-где стали приделывать фильтры.

<p>‚ладельца
одного из металлургических заводов посетил необычный визитер. Ћн предложил
избавить хозЯина предприЯтиЯ от всех неприЯтностей, свЯзанных с требованиЯми
санитарной инспекции, а взамен просил пустЯк -- разрешение поставить возле
дымовых труб свои фильтры. •озЯин, считаЯ, что перед ним сумасшедший, тем не
менее дал согласие и обЯзалсЯ всю уловленную этим чудаком пыль отдавать ему
безвозмездно.

<p>Џрошло
несколько месЯцев, на территории завода выросли какие-то башни, а вскоре их
владелец пришел к хозЯину и предложил ему купить порошок металла, добытого из
пыли. € тут хозЯин подсчитал, что ему намереваютсЯ ежемесЯчно продавать ровно
6% выпускаемого продукта без затрат на доставку сырьЯ и оплату труда
плавильщиков...

<p>ЋказываетсЯ,
пылеулавливание -- выгодное дело! €з золы электростанций можно извлекать редкие
и даже драгоценные металлы, а основную массу сдавать как сырье на цементные
заводы. €з сернистого газа получать серу. €з, казалось бы, никому не нужной
минеральной пыли делать строительные блоки. € так далее -- без конца.
Џылеулавливание выгодно!

<p>‘ейчас, в
80-х годах, на большинстве предприЯтий тем или иным методом 90% пыли из газов
все-таки ловЯт. ‚ воздух летЯт 10%. Љонечно, можно сказать: "Џодумаешь, всего
десЯть процентов!" Ќо правильней воскликнуть: "–елых десЯть процентов!" Ќужно
воевать даже за доли процента. "‚оевать", но уместно ли здесь это слово? ‚едь
на каждом заводе есть специализированные службы, в обЯзанности которых входит
контроль за работой пылеуловителей. Љонечно, это так, но силы загрЯзнителей и
очистителей атмосферы несоизмеримы. ‘лужбе газоочистки без помощи
рационализаторов не справитьсЯ со смогом. ‡начит -- война?

<p>Ќо чтобы
воевать, нужно знать врага. ‚ данном случае-- физико-химические свойства пыли и
газов. Ќужно владеть оружием -- знать весь арсенал средств, уже придуманных
инженерами и учеными.

<p>‚ любой
патентной библиотеке вы найдете массу таких изобретений, как советских, так и
зарубежных. Љаких только систем нет: и пылеосадочные камеры, где пыль осаждаетсЯ
за счет расширениЯ газа, и рукавные фильтры из шерстЯной фланели, в которые
загонЯют газ и заставлЯют его выходить наружу через поры материи. ”ильтров
построено множество, но чтобы их поры очистить от пыли, рукава надо трЯсти,
продувать и выколачивать, а это гибельно длЯ ткани. ‚едь в дырЯвом мешке пыль
не удержать.

<p>Ћчень много
патентов на электрофильтры. …сли в пылеосадочной камере подвесить проволочные
электроды и подвести к ним высокое напрЯжение, то зарЯженные частицы,
образующиесЯ из воздуха, начнут двигатьсЯ по силовым линиЯм электрического,
полЯ. Џо пути они захватЯт с собой частицы пыли и тумана и доставЯт их к
электроду. Џотом электроды встрЯхнут, и пыль с них упадет в бункер. Ќо и этот
пылеуловитель имеет рЯд недостатков. Ћн очень громоздок, его
электрооборудование сложно в эксплуатации, а во времЯ встрЯхиваниЯ часть пыли с
электродов все же уноситсЯ в атмосферу.

<p>…сть другой
фильтр -- полнаЯ противоположность этому: не громоздок, не требует никакого
электрооборудованиЯ, эксплуатировать его просто. Ќа основе электрического,
точнее электростатического, ЯвлениЯ химики создали фильтрующие материалы из
ультратонких волокон. —астицы пыли, пробиваЯсь между паутинками этой ткани,
трутсЯ о них. Ќа волокнах возникают мощные электрические зарЯды, притЯгивающие
даже не видимые глазом частицы. Ќо и это не абсолютный пылеуловитель. ѓорЯчий
газ в него подавать нельзЯ -- ткань расплавитсЯ, как капроновый чулок. Џосле
загрЯзнениЯ вторично использовать ткань невозможно, старую приходитсЯ
выбрасывать и ставить новую.

<p>Ћдно времЯ
многие инженеры большие надежды возлагали на ультразвуковой способ.

<p>‚ библейской
легенде рассказываетсЯ о том, как стены €ерихона рухнули от рева множества труб
осаждающей его армии. ќто, может быть, одно из первых упоминаний о работе,
проделанной звуком. ‚ трудах немецкого физика Ђвгуста Љундта описан один из его
опытов: стеклЯнную трубку, заполненную дымом, "озвучивали" свистком. ђезультат
-- дым моментально исчезал. Ќа стенках трубки оставались лишь крупные частицы
сажи. Џод действием ультразвука частицы дыма соударЯлись и слипались друг с
другом. Љундт сделал вывод: если озвучивать поток частиц достаточно долгое
времЯ, от соударений они превратЯтсЯ в крупинки-драже, которые могут легко
выпасть из потока воздуха.

<p>Ќа этой
основе были созданы более мощные, чем свисток, ультразвуковые генераторы. ѓаз
пробовали обрабатывать прЯмо в дымовой трубе. Ќо мощность "неслышимого",
ультразвука, так велика, что рЯдом с таким пылеуловителем просто невозможно
находитьсЯ. ’ак что пока не прижилось и это устройство.

<p>Џытались
конструкторы копировать, и природу. ‚от прошел дождь. Џыль прибило, и воздух
посвежел. ђешили подражать дождю. Џостроили оросительную камеру, включили
форсунки. ‹ивень обрушилсЯ на запыленный газ, но... Ћдни пылинки сразу смыло
водой, а другие летЯт себе дальше, пройдЯ, казалось бы, непроходимую водЯную
завесу. ЋказываетсЯ, все дело в зарЯдах. Џылинки, имеющие разноименные с
каплЯми воды зарЯды, притЯгиваютсЯ к ним и улавливаютсЯ, а с одноименными
зарЯдами старательно обходЯт каждую каплю. ‘ледовательно, перед улавливанием
нужно всю пыль зарЯдить одноименным зарЯдом? Ќо как это сделать? Ќадо
приспособить "зарЯжающее" устройство, которое будет напоминать уже знакомый
электрофильтр. Ќо получитсЯ нагромождение двух известных аппаратов?! „а, двухступенчатые
пылеуловители -- не абсурдное решение. Ћ некоторых вариантах спариваниЯ двух
разных систем мы еще поговорим.

<p>€так, звучат
мощные сирены, бушуют фонтаны воды, сверкают высоковольтные разрЯды, а
зловреднаЯ пылинка продолжает летать.

<p>‡айдите в
прачечную и посмотрите на цвет воротника рубашки в том месте, где он касаетсЯ
шеи, и вы сразу узнаете, в каком районе города живет клиент.

<p>Љоричневый
цвет -- цвет окислившегосЯ железа: человек обитает где-то у металлургического
завода; синий -- это кубовый краситель: клиент -- сосед анилино-красочного
производства; серый -- цвет окиси алюминиЯ; зеленый -- меди. Ќад каждым заводом
облако своей пыли.

<p>Љак же
изловить сверхлетучую пылинку? ‘низить бы вЯзкость воздуха! Ќо этого мы не
умеем, а если и умели, не стали бы применЯть этот способ. —ерез атмосферу,
лишенную вЯзкости, нас атаковал бы дождь мелких метеоритов.

<p>Њожет быть,
поможет химиЯ? Џредставьте себе какое-то очень дешевое микропенистое или
микропористое активное вещество, через которое газ проходит легко, а все частицы
задерживаютсЯ. ‡агрЯзнилсЯ этот очиститель -- его убрали вместе с пылью. Ќо длЯ
этого он должен быть крайне дешевым...

<p>Ќа любой ’ќ–
горЯчий воздух, газы, дым проходЯт через дымосос. ’ам вращаетсЯ ротор -- большое
колесо, как у водЯной мельницы. ‚зглЯните, до какого блеска отполированы его
лопасти. ќто сделала тончайшаЯ зола.

<p>џ видел
фотографии газовых потоков, возникающих между лопастЯми ротора. ‚от гаа поток
газа и частичек золы набегает быстро вращающийсЯ ротор. ‡ола ударЯетсЯ о его
лопасти, скользит по металлу, как бы полирует его. ‹опасти быстро
срабатываютсЯ. Њестами они утоньшаютсЯ до толщины бумажного листа. Ѓыли попытки
использовать соударениЯ пылинок и лопастей ротора длЯ осаждениЯ пыли, но
сводились они к прикреплению на лопастЯх разных ловушек, лабиринтов и изгибов --
всего того, что пагубно сказываетсЯ на коэффициенте полезного действиЯ
дымососа. € все же заставить дымосос по совместительству вылавливать частицы
золы-- задача разрешимаЯ.

<p>‚озможных
решений -- множество. Ќо в идеале нужен совершенно универсальный и эффективный
абсолютный пылеуловитель, сокращенно ЂЏ“, Ћн должен не боЯтьсЯ высокой
температуры, иметь ничтожное сопротивление воздуху, не требовать больших затрат
электроэнергии, не загрЯзнЯть водоемы пульпой, иметь удобное устройство длЯ извлечениЯ
уловленной пыли. ‡адача такого ЂЏ“ -- ловить, ловить и ловить пыль. Њагнитную и
немагнитную, грубую и тонкую, электропроводную и изолЯционную, гладкую и
пушистую. ЂЏ“ ждут. Ќа него надежда проектировщиков домен, конвертеров и
химических реакторов.

<p>€зобретательские
предложениЯ нужны остроумные, с элементом неожиданности, но не скороспелые.
Ќадо помнить не только об эффективности пылезадержаниЯ, но и об экономике.
€наче можно прийти к абсурдным конструкциЯм. Ќапример, один француз предложил
нагнетать дым в многокилометровый подземный тоннель с тем, чтобы он
фильтровалсЯ через слой земли и выходил очищенным наружу через мельчайшие поры.
Ѓыло также высказано предложение надевать на дымовую трубу большой валЯный
сапог. ‘лов нет, и перваЯ, и втораЯ конструкции работоспособны. Ќо во что
обойдетсЯ прокачка газа через землю и как часто придетсЯ менЯть прогоревшие
валенки?!

<p>€ еще. ‚став
на путь изобретательства, любой новатор обЯзательно должен ознакомитьсЯ не
только с технической литературой по избранному направлению, но и начать
регулЯрный просмотр "ЃюллетенЯ изобретений и товарных знаков". Џравда, там
публикуютсЯ только чертежи и формулы изобретений, но зачастую этого достаточно
длЯ того, чтобы узнать, как развиваетсЯ даннаЯ отрасль техники.

<p>‘ловом, не
изучив вопроса, изобретать лучше не братьсЯ. „евЯтьсот девЯносто девЯть шансов
из тысЯчи, что вы пойдете уже хоженым путем.

<p>Ѓорьба с
промышленным загрЯзнением атмосферы стала осознанной необходимостью миллионной
армии инженеров. „ают свои предложениЯ ‚сесоюзный научно-исследовательский
институт охраны труда, Ќаучно-исследовательский институт очистки газов,
‚сесоюзный Ќ€€ санитарной техники и еще множество Ќ€€, ЉЃ и ЋЉЃ. ‚
ѓосударственный комитет по делам изобретений и открытий ‘‘‘ђ одна за другой
поступают заЯвки на. фильтры длЯ газов, на новые бездымные способы
производства. € комитет, и технические советы предприЯтий с особым вниманием
подходЯт к работам, посвЯщенным охране окружающей среды.

<p>Ђвтор ставит
перед собой задачу -- помочь новаторам сориентироватьсЯ в потоке информации,
посвЯщенной пылеулавливанию и газоочистке, уберечь от ошибок, которые
неизбежны, если за дело беретсЯ неспециалист, и тем не менее привлечь и их к
работе по охране атмосферного воздуха. ‚едь самые оригинальные идеи,
позволЯющие решить вопрос, стоЯщий перед специалистами многие и многие годы,
зачастую рождаютсЯ у исследователей, работающих в других отраслЯх науки и
техники, свободных от целого рЯда "цеховых" предрассудков.

<p>

<h2>‹Ћ‚–› Џ›‹€ЌЋЉ</h2>

<p><b> </b>

<p><b>—’Ћ ’ЂЉЋ…
Џ›‹њ ?</b>

<p>

<p>Ђнглийский
ботаник ђоберт Ѓроун, наблюдаЯ под микроскопом движение цветочной пыльцы в
воде, подумал, что перед ним микроорганизмы. Џылинки, как живые существа,
суетились, расталкиваЯ друг друга. Ћн нагрел воду до температуры, при которой
никакаЯ жизнь невозможна, и с удивлением увидел, что движение пылинок осталось
прежним. “ченый решил исследовать поведение тонкодисперсной пыли в воздухе,
заключенном в сосуд. ЏлЯска частиц продолжалась. Џозже стало понЯтно, что
пылинки движутсЯ под влиЯнием молекул окружающей среды. ‚ честь первооткрывателЯ
это Явление назвали броуновским движением.

<p>’ак был
сделан основополагающий вклад в физику, и в частности в теорию пылеулавливаниЯ,
с которой читателю хотЯ бы вкратце нужно ознакомитьсЯ. Џрежде всего уточним,
что такое пыль? Џыль -- это   мельчайшие  твердые
вещества, витающие в воздухе или промышленных газах.

<p>Ќаиболее
распространена та, с которой мы боремсЯ в обиходе и которую поднимаем на
дорогах. ‘ ней, кстати, труднее всего боротьсЯ, но она и наименее вредна.
ЏрочаЯ -- это те неуловимые 10%, о которых Я упоминал раньше,-- основной враг и
предмет данного разговора.

<p>Џо
происхождению пыль делитсЯ на органическую -- из растительных материалов,
неорганическую -- из металлических, минеральную и смешанную. ‚звешенные частицы
пыли значительно отличаютсЯ от родственного вещества в нераздробленном
состоЯнии, и соответственно менЯютсЯ их взаимоотношениЯ с окружающей средой.
Џыль различаетсЯ по удельному весу, форме, электрозарЯженности,
воспламенЯемости, способности поглощать, или адсорбировать, разные вещества и
другим физико-химическим свойствам.

<p>„лЯ   определениЯ  состава   пыли и
содержаниЯ ее в воздухе или газах необходим химический анализ. Џыль
классифицируетсЯ по размерам частиц --фракциЯм, которые измерЯютсЯ в
микрометрах. ‘тепень измельчениЯ частиц пыли называетсЯ дисперсностью. Ћтсюда и
специальные термины: дисперсионнаЯ среда -- газы или воздух, дисперснаЯ фаза --
взвешенные частицы, всЯ система -- аэродисперснаЯ, или аэрозоли.

<p>‚сем нам
известный туман -- это не что иное, как аэрозоль из мельчайших частиц жидкости;
дым -- из мельчайших твердых частиц. Џыль же -- это грубодис-перснаЯ аэрозоль.

<p>‚ы смололи
кофе и немного просыпали его -- воздух сразу наполнилсЯ ароматом: это вы
вдохнули кофейную аэрозоль. Љроме удовольствиЯ, вы ничего от этого иметь не
будете. Ќо есть ведь пыль железнаЯ, меднаЯ, чугуннаЯ, алюминиеваЯ, цементнаЯ,
кварцеваЯ, асбестоваЯ, наждачнаЯ, свинцоваЯ, цинковаЯ... ЏостоЯнно, а во многих
случаЯх круглосуточно работают заводы, фабрики, шахты. ’ам идут помол,
дробление, истирание, бурение. ’ам сжигают, обжигают, плавЯт, сушат, возгонЯют
и т. д. и т. п. Ђ в результате в воздухе поЯвлЯютсЯ вредные туманы, пыль, дымы.
—астицы, их составлЯющие, тем вредней, чем больше дисперсность пыли. ‚едь при
этом увеличиваетсЯ суммарнаЯ поверхность раздробленного вещества, и оно куда
активней вступает в химические реакции, у него становитсЯ больше объемных
электрических зарЯдов, идет повышенное поглощение газов.

<p>Ћт
дисперсности пыли зависит и оседание ее частиц. Љрупные частицы оседают
быстрее. Ќа частицы размером 0,1--1 микрометр (мкм) оказывают влиЯние воздушные
тепловые потоки и броуновское движение, и они гораздо дольше находЯтсЯ во
взвешенном состоЯнии.

<p>ЉаждаЯ
взвешеннаЯ в воздухе частица подвергаетсЯ действию противоположно направленных
сил -- силы тЯжести и силы трениЯ частицы о воздух при ее падении. Џри
определенных значениЯх удельного веса, размера и формы частицы сила трениЯ
может уравновесить силу, тЯжести и падение ее будет продолжатьсЯ с постоЯнной
скоростью по закону ‘токса.

<p>Џри движении
частиц в воздухе происходит их столкновение, при этом отдельные частицы
высокодисперсной пыли соединЯютсЯ (коагулируют) в более крупные частицы.

<p>‘ближение
частиц, приводЯщее к их столкновению, может быть самопроизвольным
(самопроизвольнаЯ коагулЯциЯ) и вынужденным (вынужденнаЯ коагулЯциЯ).

<p>‘амопроизвольнаЯ
коагулЯциЯ может быть обусловлена одним лишь тепловым (броуновским) движением
частиц (тепловаЯ или броуновскаЯ коагулЯциЯ) или одними лишь электрическими
силами, действующими между зарЯженными частицами при отсутствии внешнего электрического
полЯ (самопроизвольнаЯ электрическаЯ коагулЯциЯ).

<p>‚ынужденнаЯ
коагулЯциЯ обусловлена внешними силами, действующими на частицы
высокодисперсной пыли, Љ ней относитсЯ ультразвуковаЯ, аэродинамическаЯ,
турбулентнаЯ и вынужденнаЯ электростатическаЯ коагулЯциЯ, обусловленнаЯ
действием внешнего электрического полЯ.

<p>Ћднако не
всЯкое столкновение частиц ведет к их коагулЯции. ќто объЯснЯетсЯ тем, что на
поверхности высокодисперсных частиц имеетсЯ слой адсорбированного газа, который
сильно мешает их слипанию. …сли же притЯжение частиц все-таки происходит, то
получаетсЯ слабое сцепление их с образованием очень непрочного хлопьевидного
агрегата.

<p>Џредставим
себе пылинку, падающую в воздухе. ‘ила притЯжениЯ тЯнет ее вниз, и частица
начинает разгонЯтьсЯ. Ќо при этом возникает и сила сопротивлениЯ воздуха,
котораЯ направлена вверх. ‘начала сила притЯжениЯ больше, чем сила
сопротивлениЯ, и частица движетсЯ с ускорением, но по мере роста ее скорости
увеличиваетсЯ и сила сопротивлениЯ воздуха. —ерез некоторое времЯ сила
притЯжениЯ будет полностью уравновешена силой сопротивлениЯ. Џосле этого
движение частицы не будет ни ускорЯтьсЯ, ни замедлЯтьсЯ, и она начнет двигатьсЯ
с постоЯнной скоростью, называемой предельной.

<p>Ќапример,
пылинка размером 1 мкм, содержащаЯсЯ в газах, выходЯщих из дымовой трубы, будет
опускатьсЯ со скоростью всего 0,003 см/с, а капелька дождЯ диаметром 1 мм -- со
скоростью 460 см/с. ‚ отличие от дождевых капель частицы дыма и пыли падают
настолько медленно, что фактически они как бы взвешены в воздухе и вместе с ним
поднимаютсЯ, перемешиваютсЯ с чистым воздухом и распространЯютсЯ в атмосфере.
Ћказавшись в ней, частицы там не остаютсЯ. Џодсчитано, что примерно за две
недели состав атмосферы обновлЯетсЯ. ќтот период называетсЯ временем
оборачиваемости частиц. Ќо это не значит, что за это времЯ атмосфера полностью
очищаетсЯ. ’ак было бы, если бы в нее больше ничего не попадало. Љ сожалению,
скорость поступлениЯ туда новых частиц примерно такаЯ же, как скорость их
удалениЯ.

<p>’аким
образом, общее содержание дыма и пыли вроде бы остаетсЯ приблизительно одним и
тем же. Ћднако в наше времЯ есть основаниЯ полагать, что загрЯзненность
атмосферы увеличиваетсЯ.

<p>Ќекоторые
думают, что очищению атмосферы способствуют дождь и снег. „ействительно, в
какой-то мере это так. Њногие наблюдали, как в ветреный, пыльный день прошедший
вдруг дождь переносил грЯзь из воздуха на стеклЯ автомобилей, сохнущее белье,
на волосы. ЋчищаетсЯ одно -- загрЯзнЯетсЯ другое.

<p>‚ теории
пылеулавливаниЯ очень важно знать размеры частиц промышленной пыли. “словно их
разделЯют на три группы:

<p>частицы
радиусом больше 10 мкм (грубаЯ пыль), которые можно рассмотреть в микроскоп при
малом увеличении;

<p>микроскопические
частицы радиусом 10--1 мкм, различимые при обычных методах микроскопии;

<p>v
ультрамикроскопические частицы радиусом меньше 1 мкм, видимые в
ультрамикроскопе или в электронном микроскопе.

<p>„иаметр
частицы можно определить по скорости ее витаниЯ, или падениЯ, в спокойном
воздухе. Ќу, а как же узнать, что собой представлЯет та или инаЯ уловленнаЯ пыль?
Џрежде всего ее нужно суметь поймать. —ем тоньше пыль, тем сложней и дороже
приборы, предназначенные длЯ ее улавливаниЯ. Ќа большинстве московских заводов
созданы службы, следЯщие за работой пылеулавливающих установок. —аще всего длЯ
взЯтиЯ проб пыли они используют воздуходувку с присоединенными к ней
ротаметрами -- стеклЯнными трубками, внутри которых находЯтсЯ легкие алюминиевые
колпачки. ђезиновые шланги соединЯют ротаметры с пылезаборными трубками, к ним
же подсоединены расширители с предварительно взвешенными тончайшими фильтрами,
сделанными из синтетических волокон.

<p>‡аметив
времЯ, лаборант устанавливает пылезаборные трубки в помещении, где необходимо
отобрать пробу воздуха, и включает прибор. ‚оздуходувка начинает всасывать
воздух по резиновым шлангам через ротаметры и фильтры. ЏроходЯ через стеклЯнные
трубочки ротаметров, потоки отсасываемого воздуха поднимают алюминиевые
колпачки. —ем больше объем отсасываемого воздуха, тем выше поднимаютсЯ
колпачки. ‹аборант следит, чтобы они находились на заданном уровне,
соответствующем определенному расходу воздуха. Џо истечении заданного времени
отсос воздуха прекращают и фильтры взвешивают. “знав, насколько они потЯжелели,
лаборант делит полученную величину на количество пропущенного через фильтр
воздуха. Ќапример: привес фильтра 2 г, а пропущено через него 10 м3 воздуха.
‚ыходит, запыленность в помещении катастрофически велика -- 200 мг/м3! „анные
испытаниЯ передаетсЯ вентбюро с предписанием срочно принЯть меры по
обеспыливанию данного участка.

<p>Ќесколько
сложней отобрать пробу воздуха из газохода, по которому пыль летит с большой
скоростью. ѓлавное условие правильности отбора -- это создание в устье
пылезаборной трубки, введенной в газоход, точно такой же скорости, как и в
сечении газохода. „ело в том, что при более быстром заборе частиц мы будем
брать не только те частицы, которые оказываютсЯ перед устьем, но и подсосем
соседние. ‚ результате количество попавших в фильтр частиц будет больше, чем
фактически их было в газоходе. € наоборот, при низкой скорости отбора пробы
пыли в устье трубки возникает воздушнаЯ пробка, мешающаЯ попасть в фильтр всем
частицам, которые оказались перед устьем трубки в момент отбора пробы. ‚
результате проба окажетсЯ заниженной по сравнению с фактической запыленностью,
котораЯ в данное времЯ была в газоходе.

<p>‘ложность,
которую приходитсЯ преодолевать лаборантам при отборе проб,-- выпадение росы в
пылезаборной трубке. Љонденсат попадает на фильтр и затруднЯет просасывание
воздуха. Ќередко фильтр разрываетсЯ, и тогда опыты повторЯют. —тобы избежать
этого, иногда приходитсЯ делать электроподогреватели длЯ пылезаборных трубок
или ставить специальные емкости длЯ выделениЯ конденсата из отсасываемой пробы
воздуха.

<p>…ще большие
сложности лаборанты испытывают, когда требуетсЯ определить размеры пылинок в
отобранной пробе. ‚озьмите ватный шарик и бросьте его с определенной высоты.
‘колько времени потребовалось ему, чтобы достичь пола? ‘екунда? Њеньше? Ќо то
же количество ваты, если ее распушить на волокна, проделает этот путь не за
одну, а за несколько секунд. Џричина этого несовпадениЯ -- сопротивление
воздуха. ‚ысота, с которой сбросили частицы, поделеннаЯ на времЯ падениЯ,
называетсЯ скоростью витаниЯ. —ем она выше, тем легче поймать пылинки с
соответствующим размером в поперечнике.

<p>Ќо как
измерить его? —то считать поперечником пылинки, если сами эти пылевые частицы
имеют, как правило, самую разнообразную форму: это и спиральки, и пластиночки,
и стержни. „лЯ простоты расчетов ученые условились все пылинки считать
шариками, а диаметры их определЯть в соответствии со скоростью витаниЯ. —ем она
больше, тем, стало быть, больше диаметр пылинок. “словно пылинка с низкой
скоростью витаниЯ -- это шарик диаметром 5 мкм, а фактически это может быть
чешуйка с поперечником 50 мкм. ’олько падает она очень медленно из-за того, что
парашютирует в воздухе. Ќа практике почти нет монофракционных пылей -- с
одинаковыми размерами всех частиц. €нженерам приходитсЯ иметь дело с
полифракционными пылЯми, и скорости витаниЯ их отдельных частиц разнЯтсЯ в
десЯтки раз. Ћсобенно заметно это во времЯ "залповых" пылевых выбросов,
свЯзанных с падением больших масс земли, когда крупные песчинки сразу падают на
землю, а мелкие фракции глины еще долго парЯт над карьером. Ќа основе сравнениЯ
скорости витаниЯ пылинок с их диаметрами разработан и метод исследованиЯ --
воздушнаЯ сепарациЯ в вертикальных цилиндрах. Џринцип ее действиЯ заключаетсЯ в
том, что исследуемую пыль вводЯт в воздушный поток, имеющий постоЯнную
скорость. Џри этом мелкие частицы выносЯтсЯ из цилиндра, а остальные падают вниз.
ЋставшуюсЯ, пыль пропускают через другой цилиндр с более высокой скоростью, и
вновь в нем оседает только часть пробы. Џропустив навеску пыли через несколько
цилиндров и каждый раз взвесив остаток, можно рассчитать процентное соотношение
частиц с различными скоростЯми витаниЯ и, следовательно, с разными условными
диаметрами.

<p>

<h3>Џ›‹…‚Ћ‰  ЏЋ’ЋЉ ЌЂ ЏђЋ‘‚…’</h3>

<p>

<p>‚ июне 1984
г. над ’окио поЯвились Ќ‹Ћ (неопознанные летающие объекты). џрко-зеленые
светЯщиесЯ диски зависли над городом. ‚озникла паника. ‹юди ждали массового
десанта инопланетЯн. ’олько под утро выЯснилось, что это были блики от
многократно отраженного луча лазера, которым доктор ‘акурао определЯл уровень
запыленности воздуха. ‚опреки ожиданиЯм плотность инверсионного слоЯ оказалась
настолько велика, что луч от него отразилсЯ, как от стенки. Ђ сейчас немного
истории.

<p>‚ 1899 г. с
помощью филигранной экспериментальной техники Џ. Ќ. ‹ебедеву удалось измерить
световое давление. € теперь оно становитсЯ привычным инструментом длЯ инженера.
Џрактическое применение лазеров до недавнего времени в основном относилось либо
к области чистой оптики, либо было свЯзано с тепловыми воздействиЯми светового
луча. ’аковы лазерные микроскопы, лазерные резаки, прошивные и сварочные
аппараты, которые сверлЯт алмазы, лечат сетчатку глаза, выжигают татуировку и
раскраивают текстильные ткани.

<p>Ћстроумные
эксперименты, недавно проведенные в научных лабораториЯх, убедительно говорЯт о
большом изобретательском потенциале этого физического феномена. ЏрименЯютсЯ
лазеры и в цехах заводов.

<p>‚
производственных условиЯх многих предприЯтий, особенно металлургических,
необходимы автоматические приборы, надежно следЯщие за запыленностью помещений.
’ребуетсЯ также неослабный контроль за нарастающей концентрацией пыли силиката
кальциЯ и ферросилициЯ в закрытых трубопроводах и бункерах. ‚едь при повышенной
концентрации (30--40%) возможны самопроизвольные взрывы.

<p>Џоэтому
большим достижением Явилось создание в †дановском металлургическом институте
универсального пылемера, основанного на лазерном методе определениЯ
концентрации любой пыли в воздухе. ЏоЯвлЯетсЯ возможность вести измерениЯ
непрерывно, не разрушаЯ агрегаты частиц, что имеет место при пользовании
другими способами.

<p>Џри анализе
загрЯзнений воздуха необходимо узнать и вес парЯщих в нем частиц на единицу
объема. €наче не определишь, не превышает ли его запыленность допустимые нормы.
‘вой способ, как взвесить пылинку, показала на выставке в Њоскве фирма
"‘арториус" из ”ђѓ. Ђвтоматический пылеуловитель, прокачав заданный объем
воздуха (до 25 м3/ч), собирает взвешенные в нем пылинки механическими и
электростатическими фильтрами. "„обыча" автоматически заворачиваетсЯ в
салфеточку из стеклоткани и помещаетсЯ в кассету, точный вес которой известен.
‘обранные загрЯзнениЯ взвешиваютсЯ затем на электронных весах, пружина или
коромысло которых заменены электромагнитным полем. ‚ибрации и смена температур
на точность весов не влиЯют, а сама точность в 10 раз выше, чем у весов
механических. ‚се показатели обрабатываютсЯ встроенной в корпус весов мини-ќ‚Њ.
Ћна ведет свою "бухгалтерию" пылинок: учитывает вес отдельного сбора или
нескольких за определенный период, среднее значение всех взвешиваний, сравнение
их между собой. ђезультат выдаетсЯ за 2 с на табло.

<p>‚оздушнаЯ
среда над городами и крупными промышленными центрами требует постоЯнного
контролЯ. Ќезначительное изменение состава воздуха может повлечь за собой
катастрофу.

<p>Џо сведениЯм,
распространенным "ћнайтед пресс €нтернейшнл" 11 маЯ 1982 г., сотрудники
‚ашингтонского университета доктор ђоберт —арлсон и Ќормал Ђлквист получили
патент на прибор, предназначенный длЯ определениЯ содержаниЯ вредных примесей в
атмосфере. Џринцип действиЯ нового прибора, названного интегральным
нефелометром, основан на Явлении рассеЯниЯ света мельчайшими твердыми
частицами, содержащимисЯ в воздухе. Ђналогичный принцип, кстати, использовалсЯ
раньше в приборах длЯ определениЯ видимости на аэродромах.

<p>‚оздух в
приборе засасываетсЯ в трубообразное устройство, в котором проба облучаетсЯ
светом лампы-вспышки, и количественное содержание твердых частиц определЯетсЯ
по Яркости рассеиваемого света.

<p>‚ настоЯщее
времЯ интегральный нефелометр используетсЯ в обсерватории на одном из ѓавайских
островов, где проводитсЯ сериЯ экспериментов по определению оптических свойств
чистого воздуха и разработке методов оценки загрЯзнениЯ атмосферы твердыми
частицами в глобальном масштабе.

<p>‚се эти
приемы относЯтсЯ к взЯтию проб пыли, которую уже не поймаешь. ’ак сказать,
картина запыленности воздуха есть, а точно узнать, откуда какаЯ пылинка
взЯлась, крайне трудно.

<p>ѓораздо чаще
нужно брать пробы газов прЯмо на месте, непосредственно у пылЯщего и дымЯщего,
оборудованиЯ, в воздуховодах, дымовых трубах, открытых проемах световых
фонарей. „елаетсЯ все это по определенным методикам. ‡апыленность газа выражают
в граммах или миллиграммах на 1 м3 газа при нормальных условиЯх. „лЯ ее
определениЯ применЯют прЯмой и косвенные методы. —аще используют прЯмой метод.
Ћн состоит из отбора из запыленного газового потока части газа, в котором
концентрациЯ и дисперсный состав пыли не отличаютсЯ от этих показателей в
основном потоке. Њесто отбора газа должно быть на прЯмом и ровном участке
газопровода, чтобы газовый поток находилсЯ в установившемсЯ состоЯнии и пыль в
нем была равномерно распределена по сечению газопровода. „лЯ получениЯ
правильных значений запыленности газопровод разбивают на равные по площади
участки. ђаспределение пыли по сечению газопровода называют полем запыленности.
Џо полученным результатам находЯт средневзвешенную величину запыленности газа
по сечению газопровода. Џри прЯмом методе определениЯ запыленности газа
применЯют внешнюю и внутреннюю фильтрации.

<p>Џри внешней
фильтрации газ отбирают заборными трубками. €х вводЯт внутрь газопровода, а
фильтр длЯ осаждениЯ пыли из пробы газа располагают вне газохода. Џри внутренней
фильтрации устройство длЯ улавливаниЯ пыли помещают прЯмо в газоход. ќтот метод
применЯют, когда в газах содержатсЯ смолы, липкаЯ пыль или другие компоненты,
которые могут засорить заборную трубку и привести к неправильным результатам
при определении запыленности газа.

<p>„лЯ измерениЯ
объема отобранной пробы газа и приведениЯ его к нормальным условиЯм чаще всего
применЯют ротаметры.

<p>…сть и
косвенные методы установлениЯ величины запыленности газа. ѓустоту окраски газа,
выходЯщего из дымовой трубы, сравнивают со специальной шкалой; с помощью
оптических приборов судЯт о величине поглощениЯ пылью световых или тепловых
лучей и т. д. Ќо это не дает точных результатов.

<p>‘корость газа
в газоходе замерЯют пневмометрической трубкой, соединенной с микроманометром,
температуру и разрежение газа -- термометром и микроманометром, влажность газа --
психрометром.

<p>Ћпределение
запыленности газа внешней или внутренней фильтрацией -- сложнаЯ и трудоемкаЯ
операциЯ. Џоэтому в производственных условиЯх часто применЯют упрощенные
ловушки, которые вводЯт на определенное времЯ в газоход, и по разности массы
фильтра ловушки до и после запылениЯ судЯт о запыленности газа.

<p>ЏрименЯют их
иногда и длЯ контролЯ золоуловителей. Ћдну такую ловушку мне пришлось сделать
длЯ быстрого  определениЯ   качества
помола углЯ   в шахтной мельнице.
—тобы избежать подключениЯ к ловушке вакуум-насоса,   в качестве источника разрежениЯ решено было использовать
эжектор, действующий   непосредственно
от проходЯщего через него пылевоздушного потока. ‹овушку прикреплЯли к
стальному прутку и помещали в исследуемом потоке -- за 5--6 мин она наполнЯлась
пылью. Ћставалось только просеЯть навеску пыли через набор сит различной
плотности, и картина работы мельницы становилась Ясна. …сли пыль задерживалась
только самым плотным ситом, значит, все оставалось в порЯдке, а если частицы
оседали и на ситах с большими отверстиЯми, пора  было  мельницу
ремонтировать, так как молотки, которыми она измельчает уголь, износились. €
все-таки процесс отбора пробы был не совсем удобен. “станавливать ловушку в
характерных точках шахты, перемещать ее в поперечном сечении, следЯ за тем,
чтобы  она всегда была   направлена   носиком навстречу потоку,-- дело не из легких.

<p>Љ счастью,
упростить эту операцию помог случай.

<p>

<h3>‹ЂЃЋђЂЌ’ Ѓ›‹ ‘ ‹…Ќ–Ћ‰</h3>

<p>

<p>Ќужно ли
доказывать, что скрупулезность -- залог успеха научного эксперимента? •отЯ
бывают и исключениЯ... ‚о времЯ проведениЯ опытов по снЯтию скоростных полей
запыленного потока Я пользовалсЯ прозрачными участками воздуховодов, в которых
были просверлены отверстиЯ длЯ измерительных трубок. ‘огласно инструкции после
извлечениЯ трубки из отверстиЯ его необходимо закрыть резиновой пробочкой.
’аких, в общем-то правильных, требований в методиках немало, да вот только
следуют им далеко не всегда.

<p>Џосмотрите на
вентилЯционные воздуховоды, проложенные в производственных помещениЯх. —то ни
ответвление, то отверстие с двухкопеечную монету. Џровели наладчики испытаниЯ,
а загерметизировать дырочки забыли, а может, пробочек под рукой не оказалось.

<p>Ћднажды после
очередного опыта, осматриваЯ прозрачные воздуховоды установки, Я вдруг заметил
напротив отверстиЯ длЯ трубки маленькое белое пЯтнышко. Џроанализировав
ситуацию, Я понЯл, что пылевой нарост поЯвилсЯ из-за попаданиЯ в пылевой поток
чистого воздуха, струЯ которого пронизывает поток под углом в 90° и выносит из
него пылевые частицы. ‘пасибо лаборанту, который поленилсЯ поправить
наладчиков...

<p>‚озникла
мысль, а что если использовать этот эффект длЯ отбора представительной пробы
пыли, идущей на технологические нужды. ’онина помола в целом рЯде случаев
играет решающую роль в самых разных процессах. Њашинисту парового котла нужно
знать дисперсный состав угольной пыли, вдуваемой в топку, машинисту мельницы и
технологу цементного завода -- то же. ‚место пылезаборных трубок, фильтров и
ротаметров можно сделать простейший пробоотборник, всЯ суть которого сводитсЯ к
тому, что на противоположных стенках пылепровода просверливаетсЯ по отверстию.
‚ одно поступает воздух, а из другого вылетает проба. …сли пылепровод под
разрежением, не нужно никакого добавочного источника давлениЯ, а если под
напором, достаточно от линии сжатого воздуха отвести 4-миллиметровую трубочку.
ЋстраЯ, как игла, воздушнаЯ струЯ пронижет запыленный поток и моментально
выхватит из него встретившиесЯ на пути пылевые частицы.

<p>Ќа следующий
день Я