Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
13
Рис.1
EMBED PBrush
EMBED PBrush
Рис.5. Весы торсионные WT
Лабораторная работа №6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА В
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Цель работы
Ознакомление с вредным действием пыли на организм человека, требованиями санитарных и технологических норм для воздуха, рабочей зоны; изучение методов и приборов для измерения запыленности и дисперсного состава пыли в производственных помещениях, оценки, запыленности воздуха из условий пожаробезопасности.
1.Методические указания
В воздухе рабочей зоны- пространстве высотой 2 метра над .уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих, может содержаться пыль различного происхождения: пыль. проникающая снаружи через неплотности оконных и дверных проемов и вносимая персоналом на одежде и обуви, на материалах и инструментах; пыль и ворс технологической одежды; частицы, образующиеся в результате разрушения или изнашивания материалов: частицы, выделяемые при выполнении технологических процессов и т.п. Запыленность принято характеризовать аэрозолями. Под аэрозолями, или аэродисперсионными системами, понимают мелкие частицы, находящиеся в твердой или жидкой фазе. В зависимости от химического состава вещества аэрозоли подразделяются на органические, неорганические, смешанные и биологические. Аэрозоли могут обладать различной дисперсностью (d = 10-9м до d = 10-3м). Этот параметр аэрозолей оказывает огромное влияние почти на все их свойства. В зависимости от размера частиц аэрозоли делятся на высокодисперсные (d < 10-7м), среднедисперсные (10-7м < d < 10-6м) и грубодисперсные (d < 10-6м).
Размер аэрозольных частиц определяет их способность проникать в дыхательные пути и задерживаться там. Наибольшую опас ность для легких человека представляют частицы размером 0,2-5,0 мкм. Частицы размером более 10 мкм осаждаются в дыха тельных путях и, практически, не достигают альвеол легких. Бо лее крупные пылинки задерживаются слизистой оболочкой верхних дыхательных путей, а более мелкие- выдыхаются. По форме наи более опасные пылинки с острыми зазубренными краями и иголь чатые (асбест, стекло, металлы и пр.) В гигиенической практи ке принято аэрозольные частицы в диапазоне до 10 мкм называть преимущественно фиброгенного действия, т.к. именно они вызы вают фиброзные заболевания легких (пневмокониозы). Пыль спо собна адсорбировать (поглощать) содержащиеся в воздухе пары и газы, в том числе ядовитые, вследствие чего неядовитая пыль может стать ядовитой. Например, угольная пыль и сажа могут адсорбировать оксид углерода.
Пыль может обладать электрическим зарядом, который облег чает осаждение ее в легких, т.е. увеличивает количество за держивающейся в организме пыли.
Основным показателем для гигиенической оценки состояния воздуха рабочей зоны производственных помещений являются пре дельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ, которые утверждаются Минздравом России. ПДК вредных веществ в воз духе рабочей зоны представляют собой значения концентрации, которые при ежеднев ной восьмичасовой работе в течение всего рабочего стажа не могут вызывать у работающих заболеваний или отклонений в сос тоянии здоровья, обнаруживаемых современными мето-дами исследования непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки.
ПДК вредных веществ нормируются в воздухе рабочей зоны. Погрешность в измерении объема отработанной пробы воздуха не должна превышать 10%. При определении массы пыли в отработан ной пробе допускается отклонение 10%. Максимальная общая ошибка при определении содержания пыли в воздухе не должна превышать 25%. ПДК некоторых аэрозолей приведены в табл. 1.
Предельно допустимые концентрации аэрозолей преимущественно фиброгенного действия (ГОСТ 12.1.005-88)
Таблица 1
|
№ |
Наименование веществ |
ПДК, мг/м3 |
|
1 |
Алюминий и его сплавы |
2 |
|
2 |
Алюминия окись |
2 |
|
3 |
Барит |
6 |
|
4 |
Бора карбид |
6 |
|
5 |
Вольфрама силицид |
6 |
|
6 |
Датолитовый концентрат |
4 |
|
7 |
Доломит |
6 |
|
8 |
Зерновая пыль |
4 |
|
9 |
Зола горючих сланцев |
4 |
|
10 |
Кремнеземосодержащие пыли: |
|
|
кремния двуокись с содержанием в ныли от 10 до 7098 |
2 |
|
|
кремния двуокись с содержанием в пыли от 2 до 10% |
4 |
|
|
11 |
Легированные стали |
6 |
|
12 |
Медно-никелевая руда |
4 |
|
13 |
Пыль растительного и животного происхождения: |
|
|
- с примесью двуокиси кремния (чолер 10% |
2 |
|
|
- с примесью двуокиси кремния пт дп 10% |
4 |
|
|
- с примесью двуокиси кремния менее 2% |
6 |
|
|
14 |
Сажи черные промышленные |
4 |
|
15 |
Титан и его двуокись |
10 |
|
16 |
Чугун |
6 |
|
17 |
Электрокорунд в смеси с легированными сталями |
6 |
Различают следующие концентрации аэрозольных частиц:
массовая () - масса аэрозольных частиц в единице объема воздуха, измеряется в мг/м3;
объемная () - масса аэрозольных частиц в единице объема воздуха, измеряется в см3/м3.; массовая концентрация равна объемной, умноженной на удельную массу аэрозольных частиц;
,
поверхностная () - суммарная поверхность аэрозольных частиц в единице объема воздуха, измеряется в м2/ м3;
счетная () - число аэрозольных частиц в единице объема воздуха (число частиц, содержащихся в 1 литре воздуха).
Большинство природных и искусственно получаемых аэрозолей обладают довольно значительной полидисперсностью (размеры частиц лежат в широком диапазоне). Для характеристики зависимости свойств аэрозолей от их дисперсности используются дифференциальные (рис.1) и интегральные (рис.2) функции распределения.
Дифференциальная кривая распределения выражает счетную долю частиц, радиусы (диаметры) которых заключены между d1 и d2, а интегральная показывает, какая доля частиц имеет радиус или диаметр меньше заданной величины. Дифференциальные функции распределения частиц по размерам в большинстве случаев имеет один, ярко выраженный асимметричный максимум, с крутым спадом в сторону мелких и пологим - в сторону крупных частиц. В большинстве случаев это распределение сводится к логарифмически нормальному закону, для которого дифференциальная f(d), интегральная F(d) функции распределения имеют вид:
= ,
,
где - среднеквадратичное отклонение логарифмов диаметров частиц;
- среднегеометрический диаметр частиц:
М - коэффициент перехода от натуральных логарифмов к десятичным, равный 0,4343.
Зная счетную концентрацию аэрозольных частиц, можно определить массовую концентрацию по формуле:
=, мг/м3 (1)
где =300 кг/м3 - плотность аэрозольных частиц,
V - объем пробы, м3 (1 л =1 дм3),
d - средний диаметр частицы, мкм ,
n - число частиц определенного размера.
Для оценки безопасности технологических процессов с использованием пылеобразных веществ необходимо располагать количественными показателями их пожаровзрывоопасности. Пыли различной химической природы неодинаково ведут себя при горении, однако условия их зажигания, распространения пламени и условия подавления горения подчиняются одним и тем же закономерностям, поэтому оценку пожарной опасности проводят по одинаковым методикам. При оценке пожаровзрывоопасности взвешенной пыли определяют массу пыли, нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), минимальную энергию зажигания, максимальное давление взрыва и скорость его нарастания, минимальное взрывоопасное содержание кислорода. НКПР распространения пламени - минимальное содержание горючего в смеси «горючее вещество - кислородная среда», при котором возможно распространение на любое расстояние пламени на любое расстояние от источника зажигания. На величину НКПР аэрозолей оказывает влияние форма и состояние поверхности частиц, их дисперсный состав и влажность. Влияние размера частиц на НКПР носит сложный характер: при увеличении среднего диаметра от 3 - 5 до 60 - 100 мкм НКПР снижается; дальнейшее увеличение диаметра приводит к повышению НКПР. При диаметре частиц 450 - 500 мкм аэрозоли становятся не взрывоопасными.
Для мелкодисперсного аэрозоля (диаметр частиц менее 10 мкм) НКПР можно выразить следующим образом: НКПР = 0,41МН; для крупнодисперсного аэрозоля (размер 40 - 50 мкм): НКПР = 0,164МН , где М - молекулярная масса, Н - нижний концентрационный предел распространения пламени (%). Увлажнение частиц аэрозолей приводит к повышению НКПР. Увеличение влагосодержания с 0 до 5% повышает НКПР незначительно, с 5 до 10% - существенно (в 2 и более раз), с 10 до 15% - аэрозоли многих органических веществ перестают быть взрывоопасными. На концентрационные пределы распространения пламени влияет температура смеси. С повышением начальной температуры смеси концентрационные пределы расширяются в результате снижения нижнего и повышения верхнего пределов. Это расширение описывается соотношением:
,
где нижние концентрационные пределы распространения пламени при температуре t и 250С соответственно.
Методы измерения концентрации аэрозольных частиц делятся на две группы: методы, основанные на предварительном выделении частиц из дисперсной среды и методы непосредственного измерения частиц. Основным преимуществом методов первой группы является возможность измерения массовой концентрации аэрозоля, недостатками их являются циклический характер измерения, длительность отбора проб при измерении малых концентраций и сложность измерения жидкой фракции.
Преимуществом методов второй группы является возможность непосредственных измерений в самой пылевоздушной среде и непрерывность измерений, что позволяет автоматизировать процесс контроля запыленности вредными веществами.
В санитарно гигиенической практике широкое распространение нашел метод с использованием аналитических аэрозольных фильтров (АФА). С помощью фильтров АФА проводится массовый, радиоспектрометрический, радиографический, радиохимический анализ аэрозолей.
Методика определения массовой концентрации частиц с помощью фильтров АФА включает следующие этапы: предварительную подготовку и взвешивать фильтра, отбор пробы, вычисление концентрации аэрозольных частиц.
Рассмотрим фотоэлектрический метод регистрации аэрозольных частиц Частицы, попадая в освещенный рабочий объем, рассеивают свет. Интенсивность рассеянного света определяется размером частиц. В качестве приемника света используется ФЭУ, на нагрузке которого возникает электрический импульс. Амплитуда импульса пропорциональна количеству рассеянного света, т.е. определяется размером частиц.
Таким образом, возможен анализ частиц по размерам. На рис.3 изображена оптическая система счетчика.
Свет от источника 6 фокусируется с помощью объективов 7,9 и диафрагмы 8 в луч диаметром 1 мм. Перпендикулярно этому лучу поступает аэрозоль. Диаметр струи аэрозоля 0,9 мм. Попадая в рабочий объем, каждая аэрозольная частица 10 дает импульс рассеянно, который воспринимается фотокатодом фотоэлектронного умножителя 14, расположенным под углом 90 градусов к оси луча. Падающий луч, пройдя камеру, улавливается световой ловушкой 11, выполненной в виде конуса. Свет, рассеянный частицей при прохождении луча света, собирается объективом 12. Рабочий объем образуется при пересечении луча света и потока аэрозоля. Для уменьшения рабочего объема на фигуру пересечения накладывается изображение диафрагмы 13. Для увеличения освещенности в рабочем объеме используется рефлектор 5.
Рис.3. Оптическая система счетчика: 1, 4 - световоды; 2 - модулятор; 3 - двигатель; 5 - рефлектор; 6 - источник света; 7,9,12 - объективы; 8,13 - диафрагмы; 10 - частица; 11 - световая ловушка; 14 - фотоэлектронный умножитель.
Экспериментальная часть
Требуется определить: массовую концентрацию в производственных помещениях, используя весовой метод, счетную концентрацию и фракционно-дисперсный состав частиц, а также выполнить расчеты по определению параметров закона распределения аэрозольных частиц по размерам, оценить значение концентрации респирабельной фракции и провести сравнительный анализ экспериментальных данных по чистоте воздуха в производственных помещениях и действующих санитарных и технологических норм.
Установка для определения массовой концентрации весовым методом (рис.4) состоит из пылевой камеры (1) и пункта управления (2). Пылевая камера имитирует производственное помещение, в котором производится исследование воздуха. В камере может быть создана различная степень запыленности воздуха. На внутренней стороне откидной стены камеры (3) расположен бункер-дозатор (4) с пылью. При повороте ручки дозатора на одно деление в камеру вводится порция пыли. В камере расположен вентилятор, создающий в ней движение воздуха. На откидной стенке имеется смотровое окно, через которое можно визуально определить наличие пыли в камере. В рабочем положении патрон с фильтром (5) закрепляется в отверстии для забора воздуха (7). На пульт управления вынесены ручки регулировки аспиратора и вентилятора. Аспиратор - прибор для просасывания запыленного воздуха с определенной скоростью (л/мин) через патрон с фильтром.
Для определения счетной концентрации аэрозольных частиц и их дисперсного состава используем счетчик аэрозольных частиц. Счетчик регистрирует аэрозольные частицы в шести каналах по размерам: 2, 5, 10, 15, 20 и 25 мкм, а также общую концентрацию от 102 до 3105 частиц в литре.
Указания по технике безопасности.
1. Строго соблюдать инструкцию по ТБ на стенде.
2. Не выключать стенд без проверки его преподавателем.
3. В случае неправильной работы отключить стенд.
Порядок выполнения работы.
1.Определить исходную массу фильтра с точностью до 1 мг, используя торсионные весы WT рис.5 (инструкция по эксплуатации на стенде).
2.Заложить фильтр в патрон и вставить его в отверстие для забора воздуха.
3.Включить вентилятор и поворотом ручки бункера-дозатора ввести порцию пыли.
4.Включить аспиратор и в течение 5-10 минут прокачивать запыленный воздух через патрон с фильтром, фиксируя по верхнему краю поплавка ротаметра скорость воздушного потока.
5.Отключить аспиратор и вентилятор.
6.Извлечь фильтр из патрона и произвести его повторное взвешивание (см. п.1).
7.Вычислить концентрацию пыли С (массу пыли в мг, содержащуюся в 1 м3 воздуха) в камере, имитирующей помещение, по формуле:
С = (Р2 Р1)/(tV)103,
где P1 - начальная масса фильтра, мг;
Р2 - масса фильтра после прохождения через него запыленного воздуха, мг;
t - время прохождения запыленного воздуха через фильтр, мин.;
V - скорость прохождения воздуха воздуха через фильтр, л/мин.
Сравнить вычисленное значение концентрации пыли с ПДК. Для двуокиси кремния с содержанием пыли до 10% ПДК составляет 4 мг/м3.
8.Включить оптический прибор, нажав кнопку "СЕТЬ". Выдержать счетчик включенным в течение 10 минут. Все остальные кнопки на левой панели отжаты. Шланги выхода подсоединить к входному штуцеру оптического прибора.
9.Нажмите кнопку «2» переключателя каналов. При нажатии кнопки время измерения устанавливается таймером автоматически и начинается процесс измерения концентрации аэрозоля в диапазоне 2 мкм.
10.Поочередно нажимая кнопки «5, 10, 15, 20, 25» определяем концентрацию по показанию электронного счетчика.
11.Выключите оптический прибор.
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1.Элементарную схему установки для определения запыленности весовым и счетным методами.
2.Протокольную запись определения запыленности воздуха весовым методом: массу фильтра до и после забора пыли, продолжительность и скорость просасывания воздуха через фильтр, объем исследуемого воздуха, вычисление концентрации пыли в камере и выводы о степени запыленности воздуха - действительную оценку отношения концентрации пыли к ПДК.
3.Протокольную запись определения запыленности воздуха счетным методом: результаты подсчета количества частиц по фракциям и суммарная величина. Построить дифференциальную кривую распределения частиц по размерам.
4.Зная счетную концентрацию аэрозольных частиц, определить массовую концентрацию по формуле (1).
5.Сравните значение концентраций, полученных счетным и весовым методами. Каковы возможные причины рассогласования значений.
Произвести расчет НКПР для мелкодисперсного аэрозоля при t=25оC. влажности 65%, используя данные для исследуемого аэрозоля на стенде.
Сделать выводы о пожаровзрывоопасности пыли.
Контрольные вопросы
1. Как действует промышленная пыль на организм человека? Пример.
2. От чего зависит вредное воздействие пыли на организм человека?
3. Отчего зависит величина ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны. в атмосферном воздухе?
4. Какие существуют пути снижения запыленности воздуха на производстве?
5. Какие существуют методы определения запыленности воздуха на производстве?
Изложите сущность счетного и псового методов определения запыленности воздуха. Какой из них позволяет установить соответствие воздушной среды принятым нормам?
Литература
Охрана труда / под редакцией Б. А. Князевского, М.: Высшая школа. 1982..