автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование процессов снижения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны при гальванической обработке металлических элементов на предприятиях стройиндустрии

На правах рукописи

Гасанов Вагиф Мамедович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ

В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СТРОЙИНДУСТРИИ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 «Охрана труда» (строительство) по техническим наукам

Ростов-на-Дону 2004

Работа выполнена на кафедре общей и неорганической химии ЮжноРоссийского государственного технического университета.

Научный руководитель доктор химических наук, профессор

Хентов Виктор Яковлевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Беспалов Вадим Игоревич, кандидат технических наук, доцент Соколова Галина Николаевна

Ведущее предприятие Отдел охраны труда и окружающей среды Администрации г. Дербента республики Да1 естан

Защита состоится 21 мая 2004 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.03 в Ростовском государственном строительном университете (РГСУ) по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 16 апреля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

СЛ. Пушенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Улучшение условий труда работающего персонала на участке гальванической обработки поверхностей закладных изделий стройныдустрии и снижение содержания вредных ядовитых веществ в воздухе рабочей зоны чрезвычайно актуально. Современное гальваничесхое производство занимает одно из лидирующих мест среди загрязнителей воздуха рабочей зоны. Профессиональные заболевания (астма, аллергия, язва внутренних органов, слепота и утрата обоняния), получаемые обслуживающим персоналом в этих цехах, в значительной мере связаны с воздействием на человека вредных производственных факторов на производстве. Основное воздействие на здоровье человека оказывают жидкостные, газообразные и пылевые аэрозоли в воздухе рабочей зоны. При этом значительно снижается производительность труда работников и ухудшается качество выпускаемой продукции.

В технологическом оборудовании гальванических цехов предприятий стройин дустри и образуется высокодисперсный жидкостный аэрозоль, который попадает в воздух рабочей зоны и оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Другой проблемой, связанной с охраной труда, является высокая запыленность воздуха рабочих зон. В строительстве и промышленности строительных материалов для борьбы с пылевыми выбросами используются процессы гидрообеспыливания с различными способами введения диспергированной жидкости в пылевой поток. Эффективность процесса гидрообеспыливания определяется физико-химическими свойствами жидкости и особенно смачиванием пылевых частиц.

В этой связи особый интерес представляло изучение влияния капель аэрозоля на процесс смачивания и улавливания пылевых частиц.

В силу важности этих проблем для защиты воздуха рабочей зоны, а также для других теоретических проблем представлялось целесообразным изучение физико-химических свойств жидкостного аэрозоля.

Область исследования. Изучение физико-химических процессов, определяющих условия труда в гальванических цехах и на участке изготовления бетонных плит предприятий стройиндустрии.

Цель работы. Улучшение условий труда работников участков обработки металлических элементов строительных конструкций предприятий стройиндусг-

РОС а ь "

(

"Л.ПЬНАЯ ' ГКА

¡»••ург

200^ Р )•

рии, путем оптимизации технологических решений и новых свойств жидкостного аэрозоля для интенсификации процесса гидроообеспыливания.

Основная идея работы. Заключается в использовании новых данных о физико-химических свойствах жидкостного аэрозоля для разработки технических решений, обеспечивающих улучшения условий труда при обработке поверхностей закладных изделий стройиндустрии и повышения эффективности процессов гидрообеспыливния.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов; разработанные автором методы контроля выброса жидкостного аэрозоля с поверхности гальванической ванны, краевого угла смачивания, измерения поверхностного натяжения, рН, кинетики испарения и концентрации солей малых капель жидкостного аэрозоля; использование статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

• Впервые установлены закономерности изменения физико-чими-ческих свойств жидкой фазы аэрозоля в условиях его распространения в во ¡духе рабочей зоны (поверхностного натяжения, краевого угла смачивания, концентрации электролита, кинетических параметров процесса испарения);

• установлена новая зависимость для определения краевого угла смачивания, основанная на рассмотрении гидростатического равновесия на периметре смачивания в условиях действия силы тяжести, учитывающая влияние объема капли на краевой угол смачивания, используемая в оценке эффективности процессов гидрообеспыливания.

• Впервые установлено явление взрывного характера испарения аэрозоля с гидрофильной поверхности (потеря массы), связанное с разбалансом ионов в капле, приводящие к изменению дисперсного состава жидкостного аэрозоля, что необходимо учитывать при оценке эффективности процессов удаления вредных веществ из воздуха рабочей зоны;

• выявлены закономерности снижения концентрации жидкостного аэрозоля в воздухе рабочей зоны с увеличением глубины всплывания пузыря, позволяющее повысить эффективность снижения вредных выделений в воздух рабочей зоны для технологического процесса обработки поверхностей закладных изделий на предприятиях стройиндустрии:

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена применением в опытах реактивов марки «ХЧ», «ЧДА» и «Ч». не сотер-

жащих следов поверхностно-активных веществ; приготовлением растворов на бидистиллированной воде; использованием разработанных методов исследования физико-химических свойств растворов электролитов; статистического анализа для большого массива экспериментальных данных (пакет 81аЙ8иса); относительная погрешность экспериментов находилась в пределах 5% при доверительной вероятности 0,95 и получении прогнозируемого эффекта в практическом использовании.

Практическая ценность работы:

• предложены и реализованы технологические мероприятия по снижению выделений жидкостного аэрозоля из гальванических ванн участка гальванической обработки поверхностей закладных изделий стройиндустрии, заключающиеся в оптимизации глубины погружения подвесок;

• по данным макроскопических измерений разработана методика определения равновесного краевого угла смачивания 0С, как важнейшего параметра эффективности процесса гидрообеспыливания;

• разработано математическое обеспечение для вычисления краевого угла смачивания 0е;

• предложен способ измерения поверхностного натяжения для капель жидкостного аэрозоля, параметра, влияющего на процесс гидрообеспыливания;

• разработаны рекомендаций по повышению эффективности 1идро-обеспыливания на основе учета свойств жидкостного аэрозоля.

Реализация результатов работы:

• разработанный технологический способ уменьшения выделения жидкостного аэрозоля из гальванических ванн, улучшающий условия труда, внедрен на заводе «Электросигнал» (г. Дербент);

• методика измерения равновесных краевых углов смачивания жидкостью поверхности твердого тела используется при выполнении научных исследований и лабораторных работ на кафедре общей и неорганической химии ЮРГТУ (НГГИ); методика опубликована: «Химические основы технологических процессов. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу химии». Новочеркасск, 1989; «Лабораторный практикум по общей и неорганической химии. Ч. 1.» Новочеркасск, 1999;

• разработанный способ измерения поверхностного натяжения для капель аэрозоля использован при проведении научных исследований на кафедре

общей и неорганической химии ЮРГТУ (НГ1И) (рационализаторское предложение внедрено в 1986 г. в Новочеркасском политехническом институте);

• разработаны и внедрены рекомендации по гидрообеспыливанию жи,т-костного аэрозоля, снизившие содержание пылевых частиц в возлухе рабочей зоны на участке изготовления бетонных плит предприятии ПСМО ДАГСТРОЙ

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

• предложенная методика определения равновесного краевого угла смахивания бе, по данным макроскопических измерений позволяет по форме реальной капли опредезить равновесный краевой угол Дюпре-Юнга;

• методика определения концентрации солей в каплях жидкостного аэро-юпя обеспечивает возможность оптимизации процесса гидрообеспыливания:

• методика определения влияния капель жидкостного ачрозоля, объемом 10"6 л, позволяющая повысить эффективность пылеулавливания;

• методика опредезения поверхностного натяжения капель жидкостного аэрозоля объемом 1С"6 л, обеспечивающая возможность оптимизации процесса гидрообеспыливания;

• разработанный автором способ снижения выделения жидкостного аэрозоля с поверхности электролита позволяет снизить концентрацию вредных веществ в рабочей зоне до уровня ниже ПДК.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике (г. Ташкент, 1984 г.), Всесоюзной конференции по пенам (г. Пенза, 1985 г.), Всесоюзной конференции по аэродисперсным системам (г. Одесса, 1988 г), на Ребиндеровских чтениях в МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва, 1989, 1990 г.г,), Европейской аэрозольной конференции (Цюрих, Швейцария, 1990 I.), Европейской аэрозольной конференции (Карлсруе, Германия, 1991 г), на семинарах в ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 26 рис>нкой и 112 библиографических описаний.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При нанесении антикоррозионных покрытий на закладные детали строительной конструкции в гальванических ваннах под действием электрического тока происходит рагтожение воды. На катоде кроме основной реакции осаждения металла на поверхность деталей, происходит еще побочная реакция восстановления водорода Это приводит к образованию в растворе электролита газовых пузырей, которые всплывают на поверхность и разрываются. Из полости разорвавшегося пузыря происходит выброс капель. Из таких капель в гальванических цехах образуется устойчивый туман (барботажный аэрозоль), который потоком воздуха может переноситься на большие расстояния. В некоторых гальванических цехах концентрация вредных веществ в воздушном пространстве в 310 раз превышает ПДК. Из наиболее вредных электролитов следует отметить хромовую кислоту - электролит весьма распространенных гальванических ванн хромирования. С капельным уносом теряется до 30-40 % хромовой кислоты 01 общего ее расхода. В результате требуется проведение частых корректировок этектролита. Исследования в области процессов барботажа и кипения, выполнявшиеся под руководством д.х.н., профессора В.Я. Хентова и его сотрудников на протяжении длительного времени в РГУПС и ЮРГТУ (НПИ), привели автора к разработке оптимального режима работы гальванической ванны.

Для исследования уноса барботажного аэрозоля из гальванической ванны хромирования был использован электролит, содержащий хромовый ангидрид (350 г/л.), серную кислоту (2 г/л.) и сахарозу (1,5 г/л.). В работе использованы свинцовые аноды. Покрытие наносилось при плотности тока 20-30 А/дм2 и при температуре электролита 57° С. Капли барботажного аэрозоля собирались на лист белой бумаги, расположенной параллельно поверхности электролита, до тех пор, пока контуры отдельных капель были еще хорошо различимы (на бумаге не происходило слияния капель). Подсчитывалось количество капель на площади в радиусе 1 см. В качесгве характеристики уноса принято количество капель, собранное за 1 с на площади 3,14 см2 (/V).

На рис. 1 представлена зависимость количества капель, собранных за 1с на площади 3,! 4 см2 N от высоты отбора уносимых капель Я (расстояние от поверхности электротяга до поверхности бумаги). С увеличением этого расстояния до 50 мм резко снижался унос хромовой кислоты. Все это указывает на не-

обходимость приближения бортовых отсосов к поверхности электролита на расстояние не более 50 мм.

V 25 20 15 10

5 Й

V

// см

Рис. 1. Зависимость количества капель, собранных за 1 с на площади 3,14 см2 А'от высоты отбора уносимых капель Н

С целью снижения капельного уноса из гальванических ванн в производственных условиях был поставлен специальный эксперимент (завод «Электросигнал» г. Дербент). В данном эксперименте подвески с деталями для нанесения покрытия погружали на различные глубины в гальванической ванне. При этом площадь покрытия деталей 5 и плотность тока / оставались неизменными. Глубина погружения Л подвесок в гальванических ваннах изменялась в пределах от 80 до 300 мм. Капельный унос собирали в течение 4 минут на лист белой бумаги, расположенный над поверхностью электролита на расстоянии 80 мм. Затем производился подсчет числа капель И, собираемых за минуту на 1 см2 поверхности листа. Хромирование производилось при плотности тока 31 А/дм2 при температуре электролита 57° С.

На рис. 2 показана зависимость числа капель, уносимых с поверхности электролита в минуту М, от глубины погружения подвесок к. Как видно из рисунка, при увеличении глубины погружения подвесок унос капель снижается.

ч

ч

50 100 150 200 250 300 h

Рис. 2 Зависимость числа капель уносимых с поверхности электролита в минуту Af от глубины погружения подвесок h мм

Таким образом, при погружении деталей в процессе электрохимического нанесения покрытия на глубину 250-280 мм происходит двукратное уменьшение капельного уноса с поверхности электролита и устанавливается постоянная частота уноса из гальванических ванн.

Данный метод позволяет улучшить условия труда обслуживающего персонала, уменьшить потери электролита с уносом из гальванических ванн, уменьшить количество корректировок гальванической ванн при сохранении качества покрытия.

Метод «заглубления подвесок в гальванических ваннах» внедрен в i альваническом цехе завода «Электросигнал» (г. Дербент).

Капли барботажного аэрозоля, образующегося при разрыве газовых пузырей на поверхности растворов, характеризуются разбалансом ионов по сравнению с исходным раствором и обладают электрическим зарядом.

Все это привело к мысли о необходимости изучения физических свойств барботажного аэрозоля и изучению влияния аэрозоля на эффективность захвата пылевых частиц. Эксперимент по выявлению эффективности пылеулавливания барботажного аэрозоля проводили следующим образом. Исследуемую пробу гидрофобной пыли сульфида меди (наивероятнейший размер частиц 45 мкм) в количестве 4 г вносили в емкость объемом 5 л. Затем компрессором нагнетали воздух для создания завихрения пыли в емкости. Взвешенные частицы пыли поднимались в верхнюю часть сосуда и по трубке поступали в пылеуловитель.

Капли, образованные при разрыве пузырей на поверхности раствора, проходили через пылевой поток и улавливались на поверхности фильтровальной бумаги. Разница показаний взвешивания фильтровальной бумаги до и после эксперимента для барботажного аэрозоля составляла 41 мг.

Для сравнения эффективности пылеулавливания барботажным аэрозолем и диспергированной жидкостью, жидкость с помощью пульверизатора впрыскивали в пылевой поток На фильтровальную бумагу собирали до 300 капель После сушки вычислялась масса фильтровальной бумаги. Разница показаний взвешивания фильтровальной бумаги до и после эксперимента составляла 27 мг. Объемы капель в обоих случаях были одинаковыми. В этом эксперименте использовался 0,1 М раствор хлорида калия.

Таким образом, общая масса пылевых частиц, уловленных барботажным аэрозолем, была больше, чем частиц, уловленных объемной фазой раствора на 14 мг. Это соответствует увеличению эффективности пыле\ лавливания на 51,8%.

Попутно был проведен дополнительный эксперимент по исследованию эффективности пылеулавливания барботажного аэрозоля. Капли барботажною аэрозоля улавливали на поверхности стекла и рядом с помощью капилляра наносили каплю объемной фазы раствора. Капли подбирались одинакового размера. В эксперименте использовали 0,01 М раствор хлорида калия. Затем эти капли вносили на 2 секунды в пылевой поток сульфида меди с концентрацией 0,8 г/см3. После этого с помощью микроскопа МБИ-6 изучались в этих каплях количество N и диаметр <1 захваченных пылевых частиц.

В капле барботажного аэрозоля оказалось больше захваченных пылевых частиц, чем в капле объемной фазы. Изменились также размеры захваченных частиц (рис. 3). Это соответствует результату предыдущего эксперимента и может быть объяснено тем, что жидкость барботажного аэрозоля лучше смачивает поверхность твердого тела.

Рис. 3. Гистограммы захвата пылевых частиц.

Таким образом, эффективность пылеулавливания жидкостью барботаж-ного аэрозоля оказалось выше, чем жидкостью объемной фазы.

Известно, что для полного растекания жидкости по поверхности твердого тела необходимо выполнение условия И/я> (т.е. работа адгезии должна быть больше, работы коагезии) или 5=0. Коэффициент растекания 5 был рассчитан по формуле Для достижения этих условий снижали

поверхностное натяжения воды путем добавки смачивателя марки ДБ (производство ОАО "Синтез" г. Дзержинск). Проведенные опыты показали, что при краевых углах менее 19 градусов жидкость полностью растекаются по поверхности угля. В табл. ! приведены рассчитанные значения коэффициента растекания раствора 5 по поверхности угля.

Таким образом, используя смачиватели, можно снизить запыленность воздуха угольных шахт в 20-30 раз.

Таблииа 1

Коэффициент растекания раствора 5 по поверхности угля

Равновесный краевой угол 9е (градусы) 76 65 44 27 19

Поверхностное натяжение раствора (7 , мН/м 72,75 63,53 52,57 47,80 46,46

Коэффициент растекания 5, мН/м 55.11 36,67 14,75 5,21 2,53

Разрыв газовых пузырей на поверхности жидкости сопровождается образованием капель барботажного аэрозоля. При этом наблюдается обогащение капель слабогидратированными ионами и их заряжение. В этой связи следовало ожидать различия в физических свойствах барботажного аэрозоля по сравнению с объемной фазой, что нашло подтверждение в изменениях краевых углов смачивания растворов электролитов.

Краевой угол смачивания является важной физико-химической характеристикой состояния поверхности твердого тела. Существующие методы измерения краевых углов смачивания основаны на измерении геометрических параметров капли. Точность измерения ограничивается возможностями измерительных устройств Так, с использованием микроскопа в качестве измерительного устройства точность не может превышать длину световой волны Реально, с учетом различных оптических эффектов эта длина оказывается на порядок выше. Поэтому в результате измерений геометрических параметров капли можно получить макроскопический краевой угол, который существенно отличается от равновесного краевого угла. Если равновесный краевой угол смачивания определяется только значениями межфазных поверхностных натяжений, то макроснопический краевой угол зависит еще и от размеров капли Строгий геометрический подход к данной проблеме приводит к вывод;, о сложной и неоднозначной связи между геометрическими параметрами капли и краевым углом смачивания.

Предложена и внедрена в лабораторный практикум на кафедре общей и неорганической химии и кафедре физической и коллоидной химии ЮРГТУ (НПИ) методика определения равновесного краевого угла смачивания жидкостей на твердой поверхности. Метод основан на рассмотрении г идростатиче-ского равновесия на периметре смачивания в условиях действия силы тяжести Для расчета равновесного краевого угла смачивания с исключением гравитационных эффектов получено уравнение:

. (1)

Функция ]{г,Ь) уравнения стремится к постоянной величине при уменьшении силы поверхностного натяжения на границе жидкое:ь - газ. Значение этой постоянной определяется линейным натяжением, зависящим от дальнодейст-

вующих поверхностных сил, которые ответственны за образование переходной зоны между мениском и пленкой.

Предложенное уравнение применимо для вычисления равновесных краевых углов смачивания по данным макроскопических измерений. Точность аппроксимации функциональной связи по предложенной формуле между геометрическими параметрами порядка 1 %. Таким образом, используя гидростатический подход, можно определить значение равновесного краевого угла. Результаты измерения краевых углов 9е смачивания представлены в табл. 2. Значение 0г определяется гидратацией ионов.

Для вычисления равновесных краевых углов смачивания жидкостей бар-ботажного аэрозоля использовали уравнение (1). С этой целью был проведен барботаж водных растворов неорганических солей. Барботажу были подвергнуты растворы солей с концентрацией 0,1 моль/л. В эксперименте использовазся кварцевый барботер диаметром 1,2 мм. при температуре 22° С.

Таблица 2

Равновесные краевые углы Ве смачивания фторопласта-4 водными

растворами солей для капель барботажного аэрозоля и исходной жидкости

Растворы концентрация 0.1 моль/л 9е, градус (аэрозоль) 0е, градус (исходная жидкость)

Хлорид натрия 108 124

Хлорид калия 106 125

Нитрат натрия 103 119

Иодид натрия 98 114

Сульфат натрия 94 108

Для улавливания капель, выбрасываемых из полости разрушающегося пузыря, на пути их полета на высоте 50 мм размещали пластинку из фторопласта-4.

Для предотвращения испарения капель с поверхности пластинки последние размещались в боксе с насыщенной атмосферой той жидкости, краевой угол которой измеряли. С помощью микроскопа МИР-2 измеряли высоту А и радиус г основания капли. В дальнейшем вычисление равновесного краевого угла смачивания 0е проводили, используя уравнение (1). Капли из объемной

фазы наносились на поверхность фторопласта-4 с помощью тонкого кварцевого капилляра.

Как видно из таблицы, барботажный аэрозоль лучше смачивает поверхность фторопласта-4, по сравнению с объемной фазой. Аналогичные измерения проводились на поверхности платины и кварца.

Обнаруженное явление изменения смачивания поверхности твердого тела каплями барботажного аэрозоля представляет практический интерес для процесса пылеулавливания. До сих пор на это обстоятельство не было обращено достаточного внимания.

В связи с тем, что содержание анионов в барботажном аэрозоле превышает содержание катионов, интересно было изучить рН капель аэрозоля. Экспериментальные данные по определению рНк капельного уноса и рН0 объемной фазы, приведены в табл. 3.

Таблица 3

| Концентрация, моль/л РНо рНк ДрН

ЫаС1

0.1 4.9 4.4 0.5

0.3 4.6 4.1 0.5

0.5 4.5 40 0.5

0.7 4.4 4.0 0.4

1.0 4.2 3.9 0.3

КС1

0.1 4.6 4.3 0.3

0.3 4.5 4.2 0.3

0.5 4.2 4.0 0.2

0.7 4.2 4.0 0.2

1.0 4.1 3.9 0.2

ПСЛ

0.1 4.7 4.4 0.3

0.3 4.5 4.3 0.2

0.5 4.2 4.0 0.2

0.7 4.2 4.0 0.2

1.0 4.1 3.9 0.2

Барботажу были подвергнуты растворы солей с различной концентрацией. Капли, вылетающие вертикально вверх из полости разорвавшегося пузыря,

собирались на индикаторную бумагу. В эксперименте использовалась бромкре-золовая зеленая индикаторная бумага с интервалом изменения рН от 3,9 до 5,4. Точность измерения рН составляла 0,2. Одновременно анализировалось от 3 до 5 капель. Для каждой системы проводилось не менее 50 измерений. Индикаторная бумага располагалась на высоте 50 мм от поверхности электролита.

Во всех случаях значение рНк < рН0, а значение ДрН по порядку величины соответствует расчетному.

Таким образом, при формировании капельного уноса внутри кумулятивной струи возникает характерная область, имеющая плотность заряда, отличную от объемной. Эта область может быть названа диффузионным поверхностным слоем кумулятивной струи. Важной особенностью этой области является то, что в ней обнаруживается подкисление по отношению к объему.

Известно, что с каплями барботажного аэрозоля происходит перенос вещества и энергии с поверхности водного раствора в газовую фазу. Капли аэрозоля, испаряясь, образуют ядра конденсации. В этой связи представлялось интересным изучение поверхностного натяжения жидкости капель барботажного аэрозоля.

Целью исследования явилось изучение различия поверхностного натяжения водных растворов электролита в объемном растворе и в каплях барботажного аэрозоля. Для измерения поверхностного натяжения использовали метод выдавливания дозированного объема жидкости, находящегося в цилиндрическом кварцевом капилляре диаметром 0,9 мм. Капилляр находился в одном боксе с барботером. Стеклянный и кварцевый капилляры предварительно промывали хромовой смесью и водой. Необходимый объем жидкости засасывали в кварцевый капилляр. Высоту столбика жидкости от основания капилляра до верхнего мениска измеряли измерительным микроскопом МИР-2 с точностью 0,05 мм и погрешностью, не превышающей 1%.

На рис.4 приведена зависимость отношения поверхностного натяжения жидкости барботажного аэрозоля и объемной фазы (<Та / Сго) от энергии гидратации ионов (АС).

Концентрация растворов электролитов составляла 0,1 моль/л. Ошибка в определении значения поверхностного натяжения не превышала 2%. Наблюдаемое на рис. 4 понижение поверхностного натяжения жидкости капельного

уноса по сравнению с объемной фазой может быть связано с

Д С, кДж/моль Рис. 4. Зависимость ста/а0 от АС изменением ионного состава капельного уноса и заряжением капель. Действительно, одним из существенных факторов, понижающих поверхностное натяжение, является заряд капли. С увеличением энергии гидратации анионов различие в поверхностном натяжении уменьшается, а катионов увеличивается. Это связано с обогащением капель барботажного аэрозоля слабогидрагированными анионами. В этих же рядах наблюдается закономерное изменение разности эпектри-чеоких потенциалов на межфазной границе раствор электролита-газ.

В связи с проблемой формирования из капель барботажного аэрозоля ядер конденсации, представлялось интересным изучение кинетики испарения аэрозольных капель. Объектами исследования служили капли, полученные как в неравновесных (барботажный аэрозоль), так и в равновесных условиях (объемный раствор).

Детали механизма испарения выявляются при рассмотрении кинетики изменения высоты Я и радиуса основания /? капли. На рис. 5 отражена кинетика изменения геометрических параметров капель. Для сопоставления подбирались капли одинаковых размеров.

*

До определенного момента времени Т сохраняется периметр смачивания (уменьшается только высота Н). Далее при Т>Т* наблюдалось одновременное уменьшение геометрических параметров Ни Я. Особенности функцио-

*

нальной зависимости Я-/(т), связанные с постоянством Я при т<т , объясняются гистерезисом смачивания для гидрофобной поверхности. С увеличением

*

гидрофильности подложки X уменьшается как для барботажного аэрозоля,

*

так и для объемной жидкости. Для ооъемной жидкости I принимало большее значение по сравнению с жидкостью барботажного аэрозоля.

При испарении с гидрофильной поверхности капли барботажною аэрозоля эффектно взрывались. Наблюдаемый эффект взрыва капель, по-видимому, связан с разбалансом ионного состава в каплях барботажного аэрозоля. Явление интенсивного испарения жидкости, мгновенного создания высокой плотности вещества в газовой фазе может быть использовано в технологиях, основанных на особенностях испарения жидкости.

450 400 I 350 ® 300

« 2*ю 200 150

О 5 10 15 0 5 10 15

Г, мин х, мин

Рис. 5. Зависимость высоты Н и радиуса Я (мкм) капли в от времени г(мин). -■ барботажный аэрозоль, • - исходная жидкость

Таким образом, испарение капель с гидрофильной подложки происходит быстрее. Увеличение скорости испарения капель барботажного аэрозоля по сравнению с каплями объемной жидкости можно объяснить наличием электрического заряда капель, так как заряженные капли имеют меньшее поверхностное натяжение по сравнению с незаряженными. Причина уменьшения поверхностного натяжения заключается в ослаблении межмолекулярного взаимодействия в поверхностном слое. Это обстоятельство должно снижать работу выхода молекул жидкости в газовую фазу Влияние взрывного характера испарения капли с гидрофильной поверхности на эффективность пылеулавливания требует специального изучения.

600 500 400 300 200 100

ТКг—

В литературе отсутствуют данные о концентрации солей в каплях барбо-тажного аэрозоля. В этой связи был поставлен специальный эксперимент. На пути полета капель барботажного аэрозоля в закрытом боксе помешали фильтровальную бумагу. На нее собирали до 100 капель. Затем фильтровальная бумага подвергалась сушке, после этого вычислялась масса солевого остатка. По разнице масс определяли привес, обусловленный наличием соли. Объем капли определяли по геометрическим параметрам лежащей капли (высоте и радиусу основания капли в зоне контакта) Расчет объема капли производился по формулам сферического приближения. Приближение допустимо, если эффективный радиус капли не превышает капиллярную постоянную.

Для расчета молярной концентрации солей использовалась следующая формула:

с» = /М зnRi ~ \лкг{-Ък - кУ> '

В работе изучены водные растворы солей LiCl, NaC!, KCl, RbCl, Na2S04, NaF, NaBr, NaNO,, NaJ с концентрацией исходного раствора 1 моль/л

Величина концентрации соли в барботажном аэрозоле оказалась на порядок ниже, чем в исходном растворе. Для системы KCl - Н20 установлена линейная зависимость между логарифмом концентрации электролита в исходном растворе и барботажном аэрозоле (рис. 6).

Логарифм концентрации электролита в объемном растворе

Рис. 6. Зависимость логарифма концентрации электролита в каплях аэрозоля от логарифма концентрации в объемном растворе

Итак, при формировании состава отдельных капель аэрозоля происходит частичное опреснение жидкости капель. Концентрация изменяется на порядок. Наблюдаемое частичное опреснение связано с энергией гидратации ионов Гидратация ионов отражает состав поверхностного слоя. Сильногидратирован-

ные ионы уходят в объем раствора, создавая на межфазной границе водную прослойку, которая и попадает в капли барботажного аэрозоля.

Жидкость барботажного аэрозоля отличается от объемной жидкости изменением ионных отношений. Поэтому должны отличаться и ее физико-химические свойства. Обнаружено различие в смачивании, кинетике испарения, поверхностном натяжении, наблюдается частичное опреснение капель барботажного аэрозоля. Представлялось интересным изучить изотермы поверхностного натяжения для различных водно-солевых систем и сравнить величины адсорбции солей. Для этого были изучены водные растворы солей в следующих лиотропных рядах:

По результатам измерений строили зависимость поверхностного натяжения от натурального логарифма активности, умноженного на величину энергии ЯТ, где Я - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура (рис. 7). Таким образом, выявлена зависимость поверхностного натяжения от приращения химического потенциала 8/Л1. Определяя по этому графику производную, получаем величину адсорбции Г в соответствии с функциональным уравнением:

ЫаР, N301, КаВг, N31, МаШ3 и 1лС1, ЫаС1, КС1, И>С1

(3)

72,7

-1,8

-3,3

Рис. 7. Зависимость поверхностного натяжения а (мН/м) от натурального логарифма активности а, умноженного на величину энергии ЯТ (1л аИТ) 1 - барботажный аэрозоль, 2 - объемная фаза

Поскольку концентрация вещества в электролите барботажного аэрозоля на порялок ниже, чем в исходной жидкости, сравнение поверхностных натяжений для каждой водно-сопевой системы выполнялось в одинаковых концентрационных интервалах. Это означает, что часть ионов под действием сил «зеркального изображениям была вытолкнута на поверхность.

Полученный экспериментальный факт можно объяснить тем, что разбаланс ионного и зарядового состава приводит к двум процессам. Первоначально в момент формирования капельного уноса имеет место сброс электронной плотности до энергии поля соответствующей энергии сродства, а затем остаточный, избыточный заряд электромагнитным полем выносится на поверхность. Таким образом, при кумуляции жидкости происходит частичная дегидратация ионов, что через изменение поверхностного натяжения и краевого угла влияет на процесс гидрообеспыливания.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований достигнута основная цель работы - улучшение условий труда работников путем оптимизации процессов и физико-химических свойств жидкостей, используемых для снижения выделения вредкьгх веществ до уровня ниже ПДК на участке гальванической обработки поверхностей закладных изделий предприятий стройин тустрии и повышения эффективности гидрообеспыливания на 51,8 %, а также техноло! ических решений. По результатам работы сделаны следующие основные выводы:

I Разработан метод снижения выделения капель барботажного аэрозоля из гальванических ванн в воздух рабочей зоны путем увеличения длины подвески покрываемых деталей до 250-270 мм. При этом улучшаются условия труда в иехе снижается вынос ценных химических веществ из гальванических ванн, уменьшается число корректировок электролита гатьванических ванн.

2. Процесс гидрообеспыливания может быть проведен с большей эффективностью при использовании жидкости барботажного аэрозоля, поскольку барботажный аэрозоль характеризуется меньшем значением поверхностного натяжения по сравнению с исходной жидкостью и, следовательно, лучше смачивает поверхность пылевых частиц.

3. Решающим фактором, влияющим на снижение поверхностного натяжения капель барботажного аэрозоля, является изменение ионных отношений. Это связано с обогащением капель барботажного аэрозоля слабогидратирован-ными ионами.

4. Предложена аналитическая зависимость для определения равновесною краевого угла смачивания 9е по результатам макроскопических измерений.

5. Увеличение скорости испарения капель барботажного аэрозоля по сравнению с каплями исходной жидкости можно объяснить наличием электрическсн о заряда капель, так как заряженные капли характеризуются меньшим значением поверхностною натяжения по сравнению с каплями исходной жидкости. Причина уменьшения поверхностного натяжения капель барботажного аэрозоля состоит в ослаблении молекулярного взаимодействия в поверхностном микрослое. В результате снижается работа выхода молекул жидкости в газовую фазу. Установлено, что краевой угол смачивания барботажного аэрозоля имеет меньшее значение на 19 %, чем для объемной жидкости. Обнаруженное явление изменения смачивания поверхности твердого 1ела каплями барботажного аэрозоля представляет практический интерес для процесса гидрообеспыливания.

6. Установлено, что концентрация неорганических солей в каплях барботажного аэрозоля на порядок ниже, чем в исходной жидкости (явление опреснения) при этом повышается эффективность процесса пылеулавливания.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Изучение формирования электрического заряда при капельном уносе ' Ю.В Власов, В.Я.Хентов, Т.В.Гапонова, В М.Гасанов. Ч Журн. физич. химии -1984,- Т. 38, № 10,- С. 2550-2552. (автор 25 %).

2. Разрушение газовых пузырей на поверхности жидкостей и загрязнение окружающей среды / В.Я.Хентов, Ю.В.Власов, Ф.А.Шакирова, В.М.Гасанов // Всесоюзная конф. по коллоидной химии и физико-химической механике. Тез докл. (31 мая - 3 июня). Ташкент.-1983.-5-6 (автор - 25 %).

3. Смачивание поверхности твердого тела каплями жидкости, образовавшимися при разрушении газовых пузырей / Хентов В.Я., Власов Ю.В., Га-санов В.М. // Изв. Сев.Кав.науч.центра.высш.школы. Технич. науки,- 1988,- № 10,- С. 64-66 (автор - 35 %).

4. Об испарении капель барботажного аэрозоля с твердой подложки / В.Я Хентов. В М Гасанов, Ю.В.Власов, Я Х.Халилов // Инженерно-физический журн., 1988.-Т. 55, № 6.- С. 894-896. (автор - 40 %).

5. О раиичии поверхностных натяжений жидкости капельного уноса и объемной фазы / В Я.Хентов, Ю.В.Власов, Я Х.Хапилов, В.М.Гасанов // Изв.

Сев.Кав.науч.центра.высш.школы. Технич. науки.-1989.- № 2,- С. 109-111. (автор - 30 %).

6 Влияние диффузионного пограничного слоя электрода на состав барботажного аэрозоля. / В.Я.Хентов, Ю.В.Власов, Я.Х.Халилов, В.М.Гасанов //Изв. Сев.Кав.науч.центра высш.школы. Технич. науки,- 1989.- № 1 - С. 125127. (автор - 25 %).

7. Расчет краевого угла Дюпре-Юнга. / Власов Ю.В., Гасанов В.М., Медведева Л.И.// Обеспыливание в строительстве. Сб.науч.трудов. Ростов-на-Дону,- 1990,- С. 894-896. (автор - 50 %).

8. Власов Ю.В., Хентов В.Я., Гасанов В.М. / Механизм сбрасывания заряда при образовании барботажного аэрозоля // Борьба с пылью в строительстве и промышленности: Тез. докл. и выступлений регион, школы. Ростов-на-Дону,- 1989,- С. 33. (автор - 40 %).

9 Химические основы технологических процессов. Метод, указ. к выполнению лаб. работ по химии. Новочеркасск. -1989.- 24 с.(автор 25 %).

10. Состав и свойства барботажного аэрозоля / Хентов В.Я., Власов Ю.В., Гасанов В.М. // XV Всесоюзная, конф. «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем». Тез. докл., Одесса. 26-29 сент,- 1989.- Т. 1.-е 133 (автор - 30 %).

11. Исследование влияния глубины погружения детали на капельный унос в процессе хромирования / В.М.Гасанов, В.И.Гаршин, В.Я.Хентов //Материалы международной научно-практической конференции. Ростов-на-Дону 2002,- С. 165-166. (автор - 50 %).

12. Снижение уноса из гальванических ванн. / В.М.Гасанов, В Я.Хентов. В.И Гаршин, В.М.Виленский. // Труды науч.-теоретич. конф. профессорско-преподавательского состава. «ТРАНС'ПОРТ-2002» Апрель 2002 г. Ч. I. Рос1. гос. ун-т путей сообщения. Ростов н/Д.- 2002- с. 240-241. (автор - 40 %).

13. О концентрации солей барботажного аэрозоля / В.М.Гасанов. В.Я.Хентов, Ю.В.Власов, В.М.Виленский // Вестник РГУПС,- 2003 - №1 - С. 117-119.(автор-50 %).

14. Изучение поверхностного натяжения жидкости барботажного аэрозоля / Ю.В.Власов, В.М.Гасанов, В.Я.Хентов, В.М.Виленский // Вестник РГУПС,- 2003,- С. 114-117. (автор - 40 %).

15. Контроль состояния поверхности твердого тела по результатам измерения краевого угла / В.Я.Хентов, Ю.В.Власов, В.М.Гасанов, Н.В.Ильенко // Теория,методы и средства измерений, контроля и диагностики. Материалы /V Международной научно-практической конференции. 4.2 ЮРГТУ (НПИ) Новочеркасск -2003. -С. 16-17. (автор - 35 %).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Wa и WK - работа адгезии и работа когезии жидкости соответственно (мН/м), S - коэффициент растекания (мН/м),

<угж, сгтг, <уш - межфазное поверхностное натяжение на границе твердое тело-жидкость, твердое тело-газ, жидкость-газ соответственно (мН/м), 9 - краевой угол смачивания (градусы), ве- равновесный краевой угол (градусы), г - радиус основания капли (мкм), Гц - молярная концентрация соли (моль/л), т - масса соли барботажного аэрозоля (г), ц- относительная молекулярная масса соли, R - радиус основания капли в зоне контакта (мкм), h - высота капли (мкм), d- диаметр пылевых частиц (мкм).

Q6T.

РНБ Русский фонд

2006z4 5774

Гасанов Вагиф Мачедович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ

В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СТРОЙИНДУСТРИИ

Автореферат

Подписано в печать 09.04.2004. Формат 60x84 Ч\ь- Бумага офсетная. Печать офсетная Печ л 1. Тираж 100 экз. Заказ

Типография ЮРГТУ (НПИ) 346428, г Новочеркасск, ул Просвещения, 132 Тел., факс (863-52) 5-53-03 E-mail: typographytajnovoch ru

1 i i'\й 2004

ВВЕДЕНИЕ. .5

ГЛАВА

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ.11

1.1. Состояние воздушной среды участка по обработке закладных деталей стройиндустрии.11

1.2. Характеристика основных свойств пыли.19

1.3. Анализ механизмов процессов гидрообеспыливания.21

1.4. Существующие методы снижения капельного уноса из электрохимических ванн.23

1.5. Формирование и физико-химические свойства барботажного аэрозоля.25

1.6. Краевой угол смачивания как важный фактор состояния поверхности твердого тела.30

1.7. Макроскопический краевой угол.32

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАПЕЛЬ БАРБОТАЖНОГО АЭРОЗОЛЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРООБЕСПЫЛИВАНИЯ ВОЗДУХА.34

2.1. Влияние барботажного аэрозоля на эффективность гидрообеспыливания воздуха.34

2.2. Исследование влияние растекания жидкости по твердой поверхности при гидроорошении воздуха.38

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЕ БАРБОТАЖНОГО АЭРОЗОЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ.41

3.1. Исследование влияние глубины погружения подвесок на капельный унос, возникающий в процессе хромирования в гальваническом цехе.41

3.2 Снижение уноса с поверхности хромового электролита «методом заглубления» подвесок в гальванической ванне.46

3.3 Расчет экономического эффекта по борьбе с капельным уносом за счет заглубления подвесок ванн хромирования.50

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ БАРБОТАЖНОГО АЭРОЗОЛЯ.52

4.1. Образование и отбор капель барботажного аэрозоля.52

4.2. О форме капель на твердой поверхности.54

4.3. Методика вычисления равновесного краевого угла смачивания капли, лежащей на твердой поверхности, по данным макроскопических измерений.65

4.4. Вычисление равновесных краевых углоэ смачивания капель барботажного аэрЬзоля.74

4.5. Исследование рН капель барботажного аэрозоля растворов электролитов в сравнении с объемной фазой.76

4.6. Исследование поверхностного натяжения барботажного аэрозоля.79

4.7. Кинетика испарения малых капель барботажного аэрозоля с твердых подложек.83

4.8. Вычисление концентрации солей капель жидкости барботажного аэрозоля.90

4.9. Вычисление адсорбции в водно-солевых системах барботажного аэрозоля.94

ГЛАВА

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ БАРБОТАЖНОГО АЭРОЗОЛЯ НА ПРОЦЕСС ГИДРООБЕСПЫЛИВАНИЯ И УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЯ ТРУДА РАБОЧИХ ПРИ ОБРАБОТКЕ

ЭЛЕМЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ.101

5.1 Результат внедрения капель жидкости барботажного аэрозоля на процесс пылеподавления в производственных условиях.101

5.2 Применение способа «удлинения подвесок» в гальваническом цехе предприятия «Электросигнал».105

5.3 Расчет экономического эффекта процесса снижения запыленности на предприятии ПСМО ДАТ.СТРОИ.108

Актуальность темы исследования. Улучшение условий труда работающего персонала на участке гальванической обработки поверхностей закладных изделий стройиндустрии и снижение содержания вредных ядовитых веществ в воздухе рабочей зоны чрезвычайно актуально. Современное гальваническое производство занимает одно из лидирующих мест среди загрязнителей воздуха рабочей зоны. Профессиональные заболевания (астма, аллергия, язва внутренних органов, слепота и утрата обоняния), получаемые обслуживающим персоналом в этих цехах, в значительной мере связаны с воздействием на человека вредных производственных факторов на производстве. Основное воздействие на здоровье человека оказывают жидкостные, газообразные и пылевые аэрозоли в воздухе рабочей зоны. При этом значительно снижается производительность труда работников и ухудшается качество выпускаемой продукции.

В технологическом оборудовании гальванических цехов предприятий стройиндустрии образуется высокодисперсный жидкостный аэрозоль, который попадает в воздух рабочей зоны и оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Другой проблемой, связанной с охраной тру,ца, является высокая запыленность воздуха рабочих зон. В строительстве и промышленности строительных материалов для борьбы с пылевыми выбросами используются процессы гидрообеспыливания с различными способами введения диспергированной жидкости в пылевой поток. Эффективность процесса гидрообеспыливания определяется физико-химическими свойствами жидкости и особенно смачиванием пылевых частиц.

В этой связи особый интерес представляло изучение влияния капель аэрозоля на процесс смачивания и улавливания пылевых частиц.

В силу важности этих проблем для защиты воздуха рабочей зоны, а также для других теоретических проблем представлялось целесообразным изучение физико-химических свойств жидкостного аэрозоля.

Область исследования. Изучение физико-химических процессов, определяющих условия труда в гальванических цехах и на участке изготовления бетонных плит предприятий стройиндустрии.

Цель работы. Улучшение условий труда работников участков обработки металлических элементов строительных конструкций предприятий стройиндустрии, путем оптимизации технологических решений и новых свойств жидкостного аэрозоля для интенсификации процесса гидроообеспыливания.

Основная идея работы. Заключается в использовании новых данных о физико-химических свойствах жидкостного аэрозоля для разработки технических решений, обеспечивающих улучшения условий труда при обработке поверхностей закладных изделий стройиндустрии и повышения эффективности процессов гидрообеспыливния.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов; разработанные автором методы: контроля выброса жидкостного аэрозоля с поверхности гальванической ванны, краевого угла смачивания, измерения поверхностного натяжения, рН, кинетики испарения и концентрации солей малых капель жидкостного аэрозоля; использование статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

• Впервые установлены закономерности изменения физико-химических свойств жидкой фазы аэрозоля в условиях его распространения в воздухе рабочей зоны (поверхностного натяжеция, краевого угла смачивания, концентрации электролита, кинетических параметров процесса испарения);

• установлена новая зависимость для определения краевого угла смачивания, основанная на рассмотрении гидростатического равновесия на периметре смачивания в условиях действия силы тяжести, учитывающая влияние объема капли на краевой угол смачивания, используемая в оценке эффективности процессов гидрообеспыливания.

• Впервые установлено явление взрывного характера испарения аэрозоля с гидрофильной поверхности (потеря массы), связанное с разба лансом ионов в капле, приводящие к изменению дисперсного состава жидкостного аэрозоля, что необходимо учитывать при оценке эффективности процессов удаления вредных веществ из воздуха рабочей зоны;

• выявлены закономерности снижения концентрации жидкостного аэрозоля в воздухе рабочей зоны с увеличением глубины всплывания пузыря, позволяющее повысить эффективность снижения вредных выделений в воздух рабочей зоны для технологического процесса обработки поверхностей закладных изделий на предприятиях стройиндустрии;

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена применением в опытах реактивов марки «ХЧ», «ЧДА» и «Ч», не содержащих следов поверхностно-активных веществ; приготовлением растворов на бидистиллированной воде; использованием разработанных методов исследования физико-химических свойств растворов электролитов; статистического анализа для большого массива экспериментальных данных (пакет 81аиБЙса); относительная погрешность экспериментов находилась в пределах 5% при доверительной вероятности 0,95 и получении прогнозируемого эффекта в практическом использовании.

Практическая ценность работы:

• предложены и реализованы технологические мероприятия по снижению выделений жидкостного аэрозоля из гальванических ванн участка гальванической обработки поверхностей закладных изделий стройиндустрии, заключающиеся в оптимизации глубины погружения подвесок;

• по данным макроскопических измерений разработана методика определения равновесного краевого угла смачивания 9е как важнейшего параметра эффективности процесса гидрообеспыливания;

• разработано математическое обеспечение для вычисления краевого угла смачивания 0е;

• предложен способ измерения поверхностного натяжения для капель жидкостного аэрозоля, параметра, влияющего на процесс гидрообеспыливания;

• разработаны рекомендаций по повышению эффективности гидрообеспыливания на основе учета свойств жидкостного аэрозоля.

Реализация результатов работы:

• разработанный технологический способ уменьшения выделения жидкостного аэрозоля из гальванических ванн, улучшающий условия труда, внедрен на заводе «Электросигнал» (г. Дербент);

• методика измерения равновесных краевых углов смачивания жидкостью поверхности твердого тела используется при выполнении научных исследований и лабораторных работ на кафедре общей и неорганической химии ЮРГТУ (НПИ); методика опубликована: «Химические основы технологических процессов. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу химии». Новочеркасск, 1989; «Лабораторный практикум по общей и неорганической химии. Ч. 1.» Новочеркасск, 1999;

• разработанный способ измерения поверхностного натяжения для капель аэрозоля использован при проведении научных исследований на кафедре общей и неорганической химии ЮРГТУ (НПИ) (рационализаторское предложение внедрено в 1986 г. в Новочеркасском политехническом институте);

• разработаны и внедрены рекомендации по гидрообеспыливанию жидкостного аэрозоля, снизившие содержание пылевых частиц в воздухе рабочей зоны на участке изготовления бетонных плит предприятии ПСМО ДАГСТРОЙ.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

• предложенная методика определения равновесного краевого угла смачивания 9е, по данным макроскопических измерений позволяет по форме реальной капли определить равновесный краевой угол Дюпре-Юнга;

• методика определения концентрации солей в каплях жидкостного аэрозоля обеспечивает возможность оптимизации процесса гидрообеспыливания;

• методика определения влияния капель жидкостного аэрозоля, объемом 10"6 л, позволяющая повысить эффективность пылеулавливания;

• методика определения поверхностного натяжения капель жидкостного аэрозоля объемом КГ6 л, обеспечивающая возможность оптимизации процесса гидрообеспыливания;

• разработанный автором способ снижения выделения жидкостного аэрозоля с поверхности электролита позволяет снизить концентрацию вредных веществ в рабочей зоне до уровня ниже ПДК.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике (г. Ташкент, 1984 г.), Всесоюзной конференции по пенам (г. Пенза, 1985 г.), Всесоюзной конференции по аэродисперсным системам (г. Одесса, 1988 г.), на Ребиндеровских чтениях в МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва, 1989, 1990 г.г.), Европейской аэрозольной конференции

Цюрих, Швейцария, 1990 г.), Европейской аэрозольной конференции (Кар-лсруе, Германия, 1991 г), на семинарах в ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на

126 страницах машинописного текста и содержит 14 таблиц, 26 рисунков и 112 библиографических описании

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа и обобщения литературных данных, теоретических и экспериментальных исследований физико-химических свойств капель барботажного аэрозоля сделаны следующие выводы.

1. Разработан метод уменьшения выброса капель из гальванических ванн в воздушно-газовую среду путем подбора глубины погружения подвески покрываемых деталей. Это связано с влиянием глубины всплывания пузыря на формирование вторичного диффузионного двойного электрического слоя при электрохимическом покрытии деталей в гальванических ваннах. При этом снижается вынос ценных химических веществ из гальванических ванн, уменьшается число корректировок электролита гальванических ванн, улучшаются условия труда в цехе. Экономический эффект для завода «Электросигнал» (г. Дербент) составляет 60070 руб./год.

2. Процесс гидрообеспыливания может быть проведен с большой эффективностью при использовании жидкости барботажного аэрозоля, поскольку барботажный аэрозоль лучше смачивает поверхность пылевых частиц.

3. Решающим фактором, влияющим на снижение поверхностного натяжения капель барботажного аэрозоля, является изменение ионных отношений. Это связано с обогащением капель барботажного аэрозоля слабогидра-тированными ионами.

4. Впервые предложено уравнение для вычисления равновесного краевого угла в смачивания по результатам макроскопических измерений.

5. Увеличение скорости испарения капель барботажного аэрозоля по сравнению с каплями исходной жидкости объясняется наличием электрического заряда капель, так как заряженные капли характеризуются меньшим значением поверхностного натяжения.

6. Установлено, что концентрация вещества в электролите барботажного аэрозоля на порядок ниже, чем в исходном растворе. При формировании состава отдельных капель происходит частичное опреснение раствора. Это согласуется с моделью поверхностного слоя раствора электролита на границе с газом, построенного с применением метода «зеркальных изображений». Наблюдаемое частичное опреснение связано с изменением энергии гидратации ионов.

7. Установлено, что краевой угол смачивания барботажного аэрозоля ниже, чем у объемной жидкости. Это связано с тем, что капли барботажного аэрозоля имеют меньшее значение поверхностного натяжения, чем объемная жидкость. Обнаруженное явление изменения смачивания поверхности твердого тела каплями барботажного аэрозоля представляет практический интерес для процесса гидрообеспыливания.

8. Поверхностный микрослой жидкости барботажного аэрозоля обогащен электролитом в большей степени, чем объемная жидкость. Это объясняется появлением избытка заряженных ионов, которые электрическим полем выталкиваются на поверхность. Данный факт объясняется тем, что отрицательные ионы в жидкости аэрозоля, возникающего в процессе формирования капель, сбрасывают часть избыточного заряда, превращаясь в предельном случае в нейтральные атомы. В результате электронная плотность в капле уменьшается и распределяется между ионами. Величина средней электронной плотности, приходящая на ионы данного типа, становится дробной. В этом смысле можно говорить об эффективном дробном заряде отдельного иона, дегидратации ионов и их вхождении в поверхностный микрослой жидкости. Это согласуется с представлениями А.Н. Фрумкина о выталкивании неорганических анионов в поверхностный слой раствора электролита.

1. Хентов В.Я. Физико-химия капельного уноса. Ростов н/Д. Из-во. РГУ.-1979. -126 с.

2. Woodcock A.N., Kientzler C.F., Arons А.В., Blanchard D.C.// Nature. -1953.-v. 172, 144 p.

3. Knelman F., Dombrowski N., Newitt D.M.// Nature. -1954.- V. 173.-261 p.

4. Moore D.J., Mason В .J., Quart J., Roy J.// Meteorol. Soc.- 1954.- V. 80.- 83 p.

5. Мейсон Дж. Б. Физика облаков. Л.: Гидрометиздат.- 1961.- 100 с.

6. Jribarne V.J., Mason B.J., Trahs. Faraday. Soc.- 1967.- V. 63.- p. 2234.

7. Дасоян M.A., Вейнер Я.В. Технология электрохимических покрытий. Л.: Машиностроение.- 1972.- 427 с.

8. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидравлика газожидкостных систем. М.-Л.- 1958.- 325 с.

9. Mason В. I. Bursting of bubbles at the surface of sea water// Nature.- 1954.- V. 174.-P. 470-471.

10. Глейм В.Г. Рациональный режим кипения растворов и факторы его определяющие// Журн. прикл. химии.- 1953.- Т. 26.- № 11.

11. Knelman F., Dombrowski N., Newitt D.M. Mechanism of the bursting of bubbles//Nature.- 1954.- V. 173.- P. 266.

12. Хорн P. Морская химия. M.: Мир.- 1972.- 399 с.

13. Изменение погоды человеком. М.- 1972,- С. 37-38.

14. Юнге X. Химический состав и радиоактивность атмосферы. Л.- 1968.

15. Ролль Г.У. Физика атмосферных процессов над морем. Л.- 1965.

16. Woodcock A.N. /Bursting bubbles and air pollution. Sewage and Industr. //Wastes.- 1955.- v. 27.- № 40.

17. Blanchard D.C. Electrified droplets from the bursting of an air-sea water interface. Nature.- 1955.- V. 175.- P. 334-336.

18. Петрянов-Соколов И.В., Сутугин А.Г. Аэрозоли. М.: Наука.- 1989.- 142с.

19. Подорван В.И., Гвоздяк П.И. Концентрирование микроорганизмов в капельках воды барботирующим воздухом. Научные основы технол. очистки воды. Киев.- 1973.

20. Безопасность жизнедеятельности. Под ред. Арустамова А.А.- М.: Наука.- 2001,- 567 с.

21. Безопасность жизнедеятельности / Под. ред. Белова В.П. // М.: Наука. -2000.-421 с.

22. Бобровников Н.А. Охрана воздушной среды от пыли на предприятиях строительной индустрии. М.: Стройиздат.- 1981.- 278 с.

23. Баптренас П.Б. Обеспыливания воздуха на предприятиях стройиндуст-рии.-М.:Стройиздат.-1990.-342 с.

24. Лапшин А.Б. Обеспыливания в производстве извести.-М.: Стройиздат .-1988.-412 с.

25. Журавлев В.П., Поелуев А.Н., Рыжих Л.И. Повышение эффективности орошения при предварительном увлажнении угольных пластов. В кн.: Вопросы безоопасности в угольной промышленности. М.: -Недра.- 1971.-С.-217-220.

26. Цыцура А.А., Харченко Н.А. Исследование процесса осаждения пыли паром. Ростов н/Д: Рост. инж. строит, ин-т.- 1989.- С.- 102-107.

27. Журавлев В.П., Глузберг В.Е. Выбор способа орошения для пылеподав• ления./ Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. Научн.-техн. реф. сб./ЦНИЭИуголь.- 1979.- № 3.- С. 2-3.

28. Новые способы борьбы с пылью в угольных шахтах/ Ф.М.Гельфанд, В.П.Журавлев и др.- М.: Недра.- 1975.- 228 с.

29. Руководство по пневмогидроорошению в угольных шахтах / В.П.Журавлев, Л.И.Рыжих и др.- Караганда.- 1975.- 55 с.

30. Журавлев В.К., Казиева Г.С., Коровченко Т.И. Электрофизические свойства высокократных пен и пенных аэрозолей. В кн.: Пены. Физико-химические свойства и применение. / Тез. докл. зональной конференции 19-21 сентября. Пенза.- 1985.- С 49.

31. Экспериментальные исследования процесса цодавления угольной пыли водным аэрозолем / Рыжих Л.И., Журавлев В.П.и др. В кн.: Физика аэродисперсных систем. Киев-Одесса: Вища школа.- 1973.- вып 9.- С.- 53-57.

32. Журавлев В.П., Лоренс А.Х. Исследование и расчет оросителей с регу

33. Ф лируемой характеристикой. В кн.: Борьба с силикозом. М.: Наука.- 1982.1. Т. 11.- С.67-71.

34. Страхова H.A., Вейсенберг И.В. // К условиям стадийного формирования факела орошения при гидрообеспыливания/ Обеспыливание при проектирование, строительстве и реконструкции промышленных предприятий. Ростов н/Д:- 1989.- С 64-68.

35. Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра.- 1979.- 319 с.

36. Поздняков Г.А., Мартынюк Г.К. Теория и практика борьбы с пылью в • механизированных подготовительных забоях. М.: Наука.- 1983.- 126 с.

37. Роменский Л.П. Пена как средство борьбы с пылью. Киев: Наукова думка.- 1976.- 162 с.

38. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и применения. М.: Химия.- 1983,- 264 с.

39. Справочник по гальванопокрытиям. М.: Наука.- 1975.- 730 с.

40. Blanchard D.C. Electrification of the atmosphere by particles from bubbles in Ш the sea // Progress in oceanography.- 1963.- V. 1.

41. Blanchard D.C., Syedek L.D. Concentration of bacteria in jet drops from bursting bubbles // J. Geophys. Res.- 1972.- V. 77.- № 27.

42. Скрипов В.П. Метастабильная жидсть. M.: Наука.- 1972.- 190 с.

43. Несис Е.И. Кипение жидкостей. М.: Наука.- 1973.- С. 155-173.

44. Ledbetter J.O. Health harards from waste water treatment practices. // Environ. Lett.- 1973.- V. 11.-№ 3.

45. Ф 44. Хьюит Дж., Холл-Гэлор H. Кольцевые двух фазные течения. M.: 1974.

46. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л.: Наука,- 1975.529 с.

47. Хентов В.Я. и др. Влияние глубины всплывания пузырей на разделение ионов при капельном уносе / Коллоид, журн.- 1974.- Т. 36.- № 3.

48. Хентов В.Я., Гунбин Ю.В. Зависимость эффекта разделения ионов при капельном уносе от глубины всплывания пузыря с учетом его размера. Изв. вузов. Химия и хим. технология.- 1974.- Т. 17.- № 9.m

49. Хентов В.Я., Власов Ю.В., Крыжановская В.В. Эффект разделения ио-• нов при разрыве пузырей на границе раствор электролита-газ. Сообщ. 1.

50. Журн. физ. химии,- 1972.- Т. 46.- № 4.

51. Фрумкин А.Н. К вопросу о строению поверхностного слоя. Ч. 1. Разности потенциалов на границе между воздухом и растворами неорганических электролитов / Сб. работ по чистой и прикладной химии. 1924.- Вып. 2.-С 106-126.

52. Русанов А.И., Фактор Э.А. // Поверхностные свойства водно-солевых 4F бинарных систем / Успехи химии.- 1974.- Т. 43.- № 11.

53. Духин С.С. Разделение ионов вторичного двойного слоя при разрыве пузырей на границе раздела электролит-газ. / Коллоид. журн.-1974.- Т. 36.- С 547-548.

54. Безбородов А.А., Еремеев В.Н. Физико-химические аспекты взаимодействия океана и атмосферы. Киев: Наук. Думка.- 1984.- 192 с.

55. Еремеев Л.В., Безбородов А.А. Геохимия поверхности раздела океан-щ атмосфера. Препринт АН УССР № 30. Киев: Институт геологических наук.- 1981.- 56 с.

56. Bloch M.R., Kaplan D., Kertes V. et al. Ion separation in bursting bubbles: an explanation for the irregular ion relations in atmospheric precipitation //Nature.- 1966,- V. 209.-№ 5025.- P. 1134-1138.

57. Komabayasi M. Enrichment of inorganic ions with increasing atomic weight in aerosol, rainwater and snow in comparison with sea water. J. Meteorol. // Soc. Japan.- 1962.- ser. 11.- V. 40.- № 1,- P. 25-38.

58. Караваева Е.В., Исламова М.Р., Твердислов В.А., Хунджуа Г.Г. Океано-* логия. 1990.- Т. 30.- Вып. 2.- С. 228-233.

59. Корж В.Д. Исследование содержание микроэлементов в морских аэрозолях и поверхностном микрослое морской воды // Докл.акад.наук СССР.-1986.-Т. 286.-№6.-С. 1348-1351.

60. П.Ж.де Жен. Смачивание: статика и динамика. // Успехи физических наук.- 1987,- С. 617-679.

61. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. -М.: Химия, -1974. -410 с.

62. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Химия.-1982.- 350 с.

63. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Наука.- 1979.- 568 с.

64. Петрянов И.В., Рязенблюм М. // О краевых углах малых капель. / Докл. АНСССР.- 1948.- Т. 61.- № 4.- С. 661-665.

65. Дерягин Б.В., Щербаков JI.H. О влиянии поверхностных сил на фазовые равновесия полимолекулярных слоев и краевой угол смачивания. Колло-идн. журн.- 1961.- Т. 23.- № 1.- С. 40-52.

66. Горюнов Ю.В., Раут Э.А., Сумм Б.Д. Термодинамическое и капиллярное определение движущей силы процесса растекания. // Вестник Московского университета. Сер. 2. Химия.- 1984.- Т. 25.- № 6.- С. 591-595.

67. Русанов А.И. //К теории смачивания упругодеформируемых тел. Детализация условий равновесия при наличии гравитационного поля/- Колло-идн. журн.- 1975.- Т. 37,- № 4,- 704-710 с.

68. Власов Ю.В., Гасанов В.М., Медведева Л.И. Расчет краевого угла Дюпре-Юнга // Обеспыливание в строительстве Ростов н/Д.- 1990.- С. 24-29.

69. Хентов В.Я., Гасанов В.М., Власов Ю.В. / Смачивание поверхности ♦ твердого тела капялми жидкости, образовавшимися при разрушении газовых пузырей// Сев.-Кав. науч. центра Высш. шк. Естеств. науки.- 1988.- № 1.-С. 64-65.

70. Ю.В.Власов, В.Я.Хентов, Т.В.Гапонова, В.М.Гасанов. / Изучение формирования электрического заряда при капельном уносе // Журн. физической химии, -1984, -Т. 38, -№ 10, -С. 2550-2552.

71. Власов Ю.В Гасанов В.М., Виленский В.М., Хентов В.Я. / Барботажный ф аэрозоль как метастабильная жидкость // Труды научно-теоретическойконф. профессорского-преподавательского состава «Транспорт-2003» Ч. 1, апрель 2003. Ростов н/Д.- С. 143-144.

72. Гасанов В.М., Хентов В.Я., Виленский В.М., Власов Ю.В. Об эффективности гидрообыспыливания барботажным аэрозолем // Труды научно-теоретической конф. профессорского-преподавательского состава «Транспорт-2003» Ч. 1, апрель 2003. Ростов н/Д.- С. 145-146.

73. В.Я Хентов , Ю.В Власов, Я.Х. Халилов ,В.М. Гасанов. О различии поверхностных натяжений жидкости капельного уноса и объемной фазы // Изв. СКНЦ ВШ. Естественные науки.- 1989.- № 2.- С. 109-111.

74. В.Я.Хентов, В.М.Гасанов, Ю.В.Власов, Я.Х.Халилов. // Кинетика испарения малых капель с твердой поверхности // Инженерно-физич. журн.-1988.- Т. 55.- № 6.- С 894-896.

75. Тупицын Г.И., Шейко Т.С. Техника безоопасности производственная санитария в гальванических цехах. М.: Оборонгиз.- 1963.- 237с.

76. Гальванотехника / Справочник под.ред. Гринберга А.М. М.: Металлур-* гия.- 1987.- 735 с.

77. Ямпольский М.А. Гальванотехника. М.-Л.-1952.- 345 с.

78. В.Я Хентов, Ю.В.Власов, Ф.А.Шакирова, В.МГасанов. Всесоюз. Кон-фер.по коллоидной химии и физико-химической механике. Ташкент.-1984.

79. Гасанов В.М., Гаршин В.И., Хентов В.Я. Исследование влияния глубины погружения детали на капельный унос в процессе хромирования //

80. Ш: Материалы международной научно-практической конференции. Ростовна-Дону.- 2002.- С. 165-166.

81. Чизмаджев Ю.А., Маркин В.С., Тарасевич М.Р., Чирков Ю.Г. Макроки-ф нетика процессов в пористых телах. М.: Наука.- 1971.

82. Гасанов В.М., Хентов В.Я., Власов Ю.В. Виленский В.М. / О концентрации солей барботажного аэрозоля // Вестник РГУПС.- 2003.- № 1.- С. 117-119.

83. Сумм Б.Д., Машина Н.В., Горюнов Ю.В., Измайлова В.Н. / Смачивание гелей с различными структурно-механическими свойствами. Влияние времени формирования гелей // Коллоидн. журн.- 1986.- Т. 48.- № 1.- С. 188192.

84. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. Учебное пособие. М.: Высш. шк.- 1982.- 224 с.

85. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия.- 1974.- 352 с.

86. Думанский А.В. Учение о коллоидах. Из-во: Госкомхимиздат.- 1948.416 с.

87. Киреев В.А Курс физической химии. М.: Химия.- 1975.- 776 с.

88. Нагаев Э.Л. Малые металлические частицы // Успкхи физич.наук.-1992.- Т. 162.- №9.- С. 50-124.

89. Хентов В .Я. . Журн. физич. химии.- 1979.- Т. 53.- № 5.- С. 1325.

90. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Новые свойства жидкостей. М.: Химия, 1971 .176 с.

91. В.Я Хентов , Ю.В Власов, Я.Х. Халилов ,В.М. Гасанов. О различии поверхностных натяжений жидкости капельного уноса и объемной фазы // Изв. СКНЦ ВШ. Естественные науки.- 1989,- № 2.- С. 109-111.

92. Синюков В.В. Структура одноатомных жидкостей, воды и водных растворов электролитов.- М.: Наука.- 1976.- 256 с.

93. Jarvis N.L., Scheiman M.A. Surface potentials of aqueans electrolyte solutions / J. Phys. Chem.- 1968.- V.- 72.- № 1.- P. 74-78.

94. Macintyre F.J. Geophys. Res. 1972.- V. 77.- № 27.- P. 5211-5228.

95. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Изд-во Наука: -1978.

96. Кокин А.С., Попов Б.Г. Изэ. вузов. Энергетика. 1974,- № 10.- С. 80-85.

97. Власов Ю.В. Механизм формирования состава барботажного аэрозоля. Афтореф. дис. канд. хим. наук. Москва.- 1988.

98. Гунбин Ю.В. Исследование ионного состава диффузионного слоя на гарнице раздела фаз раствор электролита-газ. Афтореф. дис. канд. хим. наук. Новочеркасск.- 1974.

99. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. М: Наука.- 1976.- 736 с.

100. Woodcock A.N. Sewage and Industr. Wastes.- 1955.- V. 27.- № 10.- P. 11891192.

101. Физическая энциклопедия. Гл. ред. Прохоров A.M. Сов. Энциклопедия.-Т. 1.- 704 с.

102. Ребиндер П.А. Свойства и строение поверхностных слоев в растворах. // Молекулярные силы и их электрическая природа: Сб.- 1929.-С .135.

103. Хентов В.Я., Власов Ю.В. // Журн. физич. химии.- 1978.- № 12.- С. 31703172.

104. Юхновский И.Р., Курыляк И.И. // Электролиты / Киев.: Наукова думка.-168 с.

105. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 10. Статистическая физика.- М.: Наука.- 1976.- 584 с.

106. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 4. Квантовая элек-тродинамикаа.- М.: Наука.- 1976.- 736 с.

107. Духин С.С., Дерягин Б.В. Коллоидн. журн.- 1958.- № 20,- С. 705-727.

108. Журавлев В.К., Зуслина Е.Х. Влияние электрических сил на эффективность гидрообеспыливания воздуха // Обеспыливание при проектировании, строительстве и реконструкции промышленных предприятий Ростов н/Д.- 1999.-С 68-73.

109. Вейсенберг И.В./ Основные пути совершенствования гидрообеспыливания // Обеспыливание в строительстве. Ростов н/Д. Строит ин-т, -1990. -С. 50-53

110. Соколова Г.Н. Управление параметрами факела орошения применением добавок химических веществ: Дис. канд. техн. наук,- Ростов н/Д.- 1987.233 с.

111. Богуславский Е.И., Гаршин В:И., Жукова Т.В., Остащенко Д.Н. Вопросы ионизации воздуха а производственных помещениях / «СТРОИТЕЛТЬ-СТВО-2002» Материалы международной конференции Ростов-на-Дону.

112. Каспаров A.A. / Гигиена труда // Москва.: Медицина.- 1988.- 352 с.

113. Основы менеджмента / М.: Высшая школа.- 2002.- 368 с.

114. Гасанов В.М., Хентов В.Я., Виленский В.М., Власов Ю.В. / Об эффективности гидрообыспыливания барботажным аэрозолем// Труды науч.-теор. конф.профессорско-преподавательского состава «Транспорт-2003», Ч. I, апрель 2003 г.- Ростов н/Д.- 2003- с. 145-146.