Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Свойства аэрозольных частиц и защита атмосферы от пыли

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 786985.01.99
Учебно-методическое пособие направлено на закрепление знаний об условиях образования и свойствах аэрозольных частиц, приобретение умений и навыков экспериментального определения концентрации, дисперсного состава и некоторых физико-химических свойств частиц пыли в рамках формирования профессиональной компетенции (ПК-4) «Способность к проведению экспериментов по заданной методике, обработке и анализу полученных результатов с привлечением соответствующего математического аппарата» для бакалавров направления подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника». Может быть использовано при подготовке бакалавров по направлению 20.03.01. «Техносферная безопасность».
Селиванов, А. С. Свойства аэрозольных частиц и защита атмосферы от пыли : учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Источники загрязнений и технические средства защиты окружающей среды» / А. С. Селиванов, Л. А. Воронова. - Москва : РУТ (МИИТ), 2018. - 38 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1895075 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» 
________________________________________________________ 

 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного 

транспорта» 

 
 

А.С. Селиванов, Л.А. Воронова 

 
 
 

СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И  

ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ПЫЛИ 

 
 
 

Учебно-методическое пособие  

к лабораторным работам по дисциплине 

«Источники загрязнений и технические средства защиты окружающей 
среды» 

 
 
 
 
 

Москва – 2018 

 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» 
________________________________________________________ 

 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного 

транспорта» 

 
 

А.С. Селиванов, Л.А. Воронова 

 
 
 

СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И 

ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ПЫЛИ 

 
 
 

Учебно-методическое пособие 

для бакалавров направления подготовки 

13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника». 

 
 
 
 
 
 

Москва – 2018 

УДК 621.18 
С 29 

 
 
Селиванов А.С., Воронова Л.А. Свойства аэрозольных частиц 
и защита атмосферы от пыли: Учебно-методическое пособие 
к лабораторным работам по дисциплине «Источники загрязнений 
и технические средства защиты окружающей среды». 
– М.: РУТ (МИИТ), 2018. –  38  с. 

 
 
 
Учебно-методическое пособие направлено на закрепление 

знаний об условиях образования и свойствах аэрозольных частиц,  
приобретение умений и навыков экспериментального 
определения концентрации, дисперсного состава и некоторых 
физико-химических свойств частиц пыли в рамках формирования 
профессиональной компетенции (ПК-4) «Способность к 
проведению экспериментов по заданной методике, обработке и 
анализу полученных результатов с привлечением соответствующего 
математического аппарата» для бакалавров направления 
подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника». Может 
быть использовано при подготовке бакалавров по направлению 
20.03.01. «Техносферная безопасность». 

 

Рецензент: доцент кафедры  «Путевые, строительные машины и 
робототехнические комплексы» РУТ (МИИТ) канд. техн. наук 
И.В. Трошко 

 
 
 

 

© РУТ (МИИТ), 2018 

ВВЕДЕНИЕ 

Твердые и жидкие частицы, витающие в промышленном 

газе (или воздухе), представляют собой аэродисперсную систему, 
в которой пылинки, капельки – это дисперсная фаза, а газы, 
либо воздух – дисперсионная среда. Частицы с размером > 0,1 
мкм, витающие в газе, образуют с ним аэровзвесь, если размер 
частиц < 0,1 мкм – то коллоидный аэрозоль, который можно 
рассматривать как наносистему.  

Аэровзвеси по происхождению подразделяются на естественные (
песчаные бури, лесные пожары, вулканическая деятельность)  
и искусственные (вид отходов производства).  

Аэровзвесь с твердыми частицами исторически называют 

пылью. Пыль может быть органическая (мучная, табачная), неорганическая 
и смешанная. Неорганическая пыль может быть 
минеральной (кварцевая, силикатная, цементная и др.) и металлической (
цинковая, медная, железная, свинцовая).  

По способу образования аэродисперсные системы делятся 

на дисперсионные  и конденсационные. Первые образуются при 
дезинтеграции твердых тел (дробление, измельчение) и диспергировании (
распылении) порошков и жидкостей.  

Аэрозоли конденсации образуются при объемной конденсации 
пересыщенных паров (возгоны плавления, электросварки) 
и при химическом взаимодействии в газовой фазе 
(2NH3+H2O+SO3 = (NH4)2SO4тв). 

Пыли образуются дисперсионным способом и представляют 
собой грубодисперсные, малоустойчивые аэрозоли. Состоят 
из частиц неправильной формы с размером от 0,1 до 100-
150 мкм и более. 

Дымы образуются конденсационным способом. Это 

устойчивые аэрозоли, с твердыми частицами правильной кристаллической 
или сферической формы размером 0,1 мкм и менее. 
Первичные частицы дыма при столкновении часто слипа-

ются в рыхлые агрегаты произвольной формы, с размером до 5 
мкм.  

Туманы могут образоваться как конденсационным, так и 

дисперсионным способом. В капельках тумана сферической 
формы могут содержаться растворенные или суспензированные 
твердые частицы.  

Основной источник антропогенных (искусственных) аэрозолей 
и аэровзвесей - процесс горения топлив. Энергетика 
(тепловые электростанции, сжигающие высокозольный уголь, 
углеобогатительные фабрики) и транспорт дают 2/3 общего 
количества выбросов твердых частиц. За ними следуют метал-
лургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.  

Как известно, объем дымовых газов образуют продукты 

полного (СО2 , SО2, Н2О) и неполного (в основном СО, немного 
Н2, СmНn) сгорания горючих элементов топлива, а также кисло-
род О2 и азот N2 избыточного воздуха.  

Прочие газы (NOх, HCl, HF, Cl2, H2S, HCHO, NH3, HCN и 

др.), многие из которых токсичны, наблюдаются в дыме на 
уровне микропримесей.  

При сжигании твердого и жидкого топлива в окружаю-

щую среду поступают твердые продукты сгорания. К ним  от-
носят летучую золу и коксовый остаток. Летучая зола- часть 
золы топлива, уносимая из котла дымовыми газами. При слое-
вом сжигании топлива доля уноса золы составляет 10-20%, ос-
новная часть зольности топлива удаляется из котла в виде зо-
лошлаковых остатков, некоторое количество оседает на по-
верхностях нагрева. В случае камерного сжигания угольной 
пыли доля золы топлива в уносе аун = 0,9…0,95. 

  В составе золы, кроме основных компонентов (SiO2, 

Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, сульфаты, хлориды) со-
держится большое количество токсичных микропримесей, в ос-
новном оксидов тяжелых металлов V,Cr, Mn, Co, Ni, Ti, Cu, Zn, 
Pb, Hg, U. Содержание этих оксидов в летучей золе углей, тор-
фа достигает многих десятков и сотен г/т золы.  

Мазутная зола в основном состоит из оксидов металлов, и 

иногда в ней содержится до 25% пятиокиси ванадия V2O5 (по-
ловина его содержится в частицах с размером до 15 мкм). 

Коксовый остаток (недогоревшие частицы) при сжига-

нии твердого топлива и частицы сажи при сжигании мазута - 
это продукты механического недожога топлива. 

Сажеобразование в топках котлов тесно связано с кон-

струкцией топочно-горелочного устройства и режимом горения 
топлива. Частицы сажи (чешуйчатого углерода размером 
0,06…0,5 мкм) появляются в пламени при термическом разло-
жении органических веществ топлива. Частицы сажи переме-
щаются со скоростью газов, а подвод кислорода к ним осу-
ществляется молекулярной диффузией. Горение сажистых ча-
стиц в диффузионной области часто затягивается, и даже пол-
ностью прекращается при омывании пламенем холодных по-
верхностей. Это явление нередко наблюдается в котельной 
практике, когда при наличии в дымовых газах кислорода на по-
верхностях нагрева обнаруживается сажа.  

Частицы сажи слипаясь, образуют рыхлую структуру с 

развитой поверхностью. Сажа хорошо сорбирует токсичные и 
канцерогенные вещества,  в частности бензапирен С20Н12 (тем-
пература фазового перехода пар – твердое тело по разным дан-
ным 136…170 оС). 

Средние и крупные частицы сажи и золы (> 3 мкм)  за-

грязняют поверхности нагрева котлов, здания, оседают на ли-
стьях растений. Мелкие частицы (0,01-3 мкм) витают в воздухе, 
переносятся на большие расстояния. Они уменьшают види-
мость, проникают в дыхательные пути человека и частично 
оседают в  легких. 

  
 
 
 
 

Лабораторная работа 1 

 

Определение концентрации пыли в воздухе 

Содержание любых загрязняющих веществ в атмосферном 

воздухе или в отходящих газах технологической установки ха-
рактеризуют концентрацией.  

Массовая концентрация С, мг/м3 – масса загрязняющего 

вещества в 1 м3 воздуха (газа), приведенного к нормальным фи-
зическим условиям (давление 101325,3 Па, температура 0 оС).  

Удобно оперировать объемной концентрацией I загрязня-

ющего вещества, выраженной в «частях на миллион» (ppm). 
При этом:  1ppm = 1 см3/м3 = 10-6 м3/м3 = 10-4 % об. Массовую 
концентрацию  по известной объемной вычисляют по выраже-
нию: 

о
I
C



;                                                        

где ρо – плотность  загрязняющего вещества при нормальных 

физических условиях, кг/м3 . 

Для контроля состояния атмосферного воздуха установле-

ны гигиенические нормативы его качества, а именно предельно 
допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе 
населенных мест: максимально- разовая (ПДКмр) и среднесуто-
чная (ПДКсс). Значения ПДК, необходимые при контроле в 
воздухе «твердых» выбросов котельной приведены в табл. 1.  

Наибольшая, измеренная концентрация C (время осредне-

ния 20-30 мин) каждого загрязняющего вещества не должна 
превышать предельно-допустимой максимальной  разовой кон-
центрации, т.е. 

мр
ПДК
C 
 

Если измерена среднесуточная концентрация, то сравне-

ние производят с ПДКСС.  При одновременном содержании в 
воздухе нескольких веществ однонаправленного действия 
должно выполняться условие: 




i
i

i

ПДК

C
1

 

Таблица 1 

ПДК загрязняющих веществ в воздухе населенных мест 

Загрязняющее вещество
ПДКмр 
мг/м3
ПДКсс 
мг/м3
Класс 

опасности

3,4-бензапирен С20Н12
-
10-6
1

Ванадия пятиоксид V2O5
-
0,002
1

Сажа
0,15
0,05
3

Пыль неорганическая 
(SiО2 < 20%)
(20 < SiО2 < 70%)

0,5
0,3

0,15
0,1

3
3

 
Для определения концентрации пыли в воздухе преиму-

щественно используется гравиметрический метод (прямые из-
мерения). Метод применяется для определения разовых и сред-
несуточных концентраций пыли в воздухе населенных пунктов 
и санитарно-защитных зон в диапазоне 0,04…10 мг/м3. 

Есть также группа косвенных методов измерения запы-

ленности, как с выделением пыли из газа (радиоизотопный, 
оптический, пьезоэлектрический), так и без предварительного 
осаждения пыли (акустический, оптический, электрический 
методы).  

Анализирующие приборы (измерители концентрации, 

пылемеры) позволяют отбирать и сразу анализировать пробу 
воздуха косвенным методом. Результаты высвечиваются на 
дисплее, а также могут быть записаны в память прибора или 
распечатаны. В качестве достоинств этих приборов отметим 
быстроту получения данных (0,5…2 мин) и возможность рабо-
ты в непрерывном режиме измерений. В соответствии с ГОСТ 
17.2.4.05-83 , ГОСТ Р50820-95 при проведении градуировки и 

поверки анализаторов пыли, а также в качестве арбитражного 
следует использовать весовой гравиметрический метод, 

Определение концентрации пыли в воздухе гравиметриче-

ским методом предусматривает: 

- отбор некоторого объема воздуха (газа) с сохранением 

концентрации пыли; 

- измерение общего объема отобранной пробы; 
- полное улавливание пыли в объеме пробы и измерение 

ее количества. 

Если концентрирование загрязнений не требуется, пробы 

отбирают в стеклянные шприцы, газовые пипетки, полиэтиле-
новые мешки известной вместимости. 

При анализе воздуха с низкой запыленностью используют 

аспиратор, который прогоняет воздух с постоянным расходом 
через накопитель пыли (фильтр). Общий объем пробы опреде-
ляется произведением расхода воздуха на продолжительность  
отбора. Количество уловленной пыли определяют по увеличе-
нию массы фильтра. 

Обычно применяют перхлорвиниловые аналитические 

фильтры аэрозольные АФА-ВП-10 (или 20; число указывает на 
площадь фильтра Fф, в см2). Фильтры улавливают частицы раз-
мером dч ≥ 0,1 мкм при удельной  воздушной нагрузке до 7 
л/мин∙см2 со степенью очистки η = 0,999. Удельная пылеем-
кость фильтра АФА-ВП порядка 2,5 мг/см2. 

Фильтры изготовлены из тонких волокон, которые легко 

отделяются, могут остаться на пальцах или фильтродержателе. 
Фильтры нельзя складывать один на другой. Поэтому для ис-
ключения потери массы фильтров целесообразно их сразу 
вставлять между бумажными кольцами, с которыми и взвеши-
вать. После взвешивания на весах с точностью ±0,0001 г каж-
дый фильтр нумеруют (цифра на «ручке» колец) и помещают в 
отдельный пакет. Фильтр соединяют с аспиратором с помощью 
фильтродержателя (аллонжа) и резиновой трубки (рис. 1).  

 

Рис. 1. Фильтр АФА-ВП и фильтродержатель ИРА:  
1 – фильтродержатель ИРА, 2 – фильтр АФА в бумажных 
кольцах, 3 – фильтр с кольцами в фильтродержателе 
 
Оборудование, реактивы, материалы: 
1) фильтры АФА-ВП в кольцах; 2) фильтродержатель, ас-

пиратор; 3) эксикатор, пинцет; 4) аналитические весы, чашки 
стеклянные Ø10 см; 5) барометр, психрометр, анемометр. 

 

Ход работы 

Рабочий фильтр в кольцах, выдержанный 30 мин на воз-

духе лаборатории (в эксикаторе), взвешивают, нумеруют, по-
мещают в пакет. Аналогично подготавливают n=3 контрольных 
фильтра, пробный фильтр не взвешивают. Аспиратор и филь-
тры доставляют на место отбора проб.  

Пробный фильтр вставляют в фильтродержатель, уже 

присоединенный к аспиратору ПУ-2Э. Проверяют герметич-
ность (при закрытом входном отверстии фильтродержателя 
включают аспиратор – расходомер должен показывать ноль). 
Устанавливают по реометру расход воздуха v ≤ 7∙ Fф  л/мин.  

Выключают аспиратор и вставляют в фильтродержатель 

рабочий фильтр вместо пробного, контрольные фильтры распо-
лагают вблизи аспиратора. Включают аспиратор и проводят от-