РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Работа добавлена на сайт TXTRef.ru: 2019-09-03

22

22

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Добровольський Микола Петрович

УДК 621.928.9

ОЧИЩЕННЯ ГАЗІВ ВІД КОМПОЗИЦІЙНИХ ДОМІШОК 

Спеціальність: 05.23.03 –Вентиляція, освітлення і теплогазопостачання

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків –

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:  доктор технічних наук, професор

Шушляков Олександр Васильович,

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

Офіційні опоненти:  доктор технічних наук, професор

Соколов Володимир Ілліч,

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, декан механічного факультету

кандидат технічних наук

Жуковський Тимофій Федорович, Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, заступник директора з наукової роботи

Провідна установа: Київський національний університет будівництва та архітектури

Захист відбудеться „21” березня 2007 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (61002, м. Харків, вул. Сумська, 40).

Автореферат розісланий  „16” лютого 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради      Колотило М.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Атмосферне повітря містить різні забруднюючі речовини, які відрізняються властивостями і агрегатним станом і утворюють композиційні домішки (КД). Для зниження забрудненості атмосферного повітря вентиляційними і технологічними відпрацьованими газами перед викидом в атмосферу їх слід очищати. У зв'язку з тим, що частка забруднюючих речовин все ж таки потрапляє в атмосферу, при подачі повітря в приміщення його необхідно очищати. Для цього системи вентиляції і кондиціонування повітря оснащуються пристроями для затримання, як правило, зважених домішок, які містяться у повітрі. В окремих випадках для затримання КД мікроорганічного походження використовуються фільтри-адсорбенти.

Приміщення спеціального призначення з правильно побудованою системою фільтрації і подачі очищеного повітря дозволяють забезпечити безпеку технології консервації різних продуктів.

Система вентиляції для приміщень спеціального призначення повинна подавати очищене повітря для підтримки заданого рівня чистоти в них, тобто повинна забезпечувати нормативні вимоги по гранично допустимому числу колонієобразующих одиниць (КУО) і гранично допустимому числу інших частинок різного розміру в 1 м повітря.

На сьогоднішній день ця проблема вирішується різними методами (фільтрація, радіаційна стерилізація, хімічна стерилізація, стерилізація УФ-промінням, фотокаталітичне очищення повітря і т.д.). При використанні цих методів порушується хімічний склад і параметри повітря, або не забезпечується безперервність очищення. Відомі сучасні способи і методи очищення повітря не дозволяють забезпечити ці умови, оскільки відсутнє таке обладнання, що указує на необхідність розробки методу постійного високоефективного очищення повітря від КД позбавленого недоліків наявних способів і методів.

Актуальність теми дисертаційної роботи підтверджується ще і тим, що результатом дослідження є розробка обладнання, яке дозволяє понизити зміст КД, в повітрі, що очищається, не порушуючи його склад і параметри в спеціальних приміщеннях різних галузей промисловості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до програми “Збереження навколишнього середовища та сталий розвиток”. Тема дисертаційної роботи відповідає прийнятому Закону України “Про основні напрями розвитку науки і техніки до 2004 року”, а також Закону України від 11.07.2001 р. №2623-  “Про пріоритетні напрями  розвитку науки і техніки до 2006 року”.

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка способу, методу і конструкції обладнання для постійного високоефективного очищення повітря від КД без порушення складу і параметрів повітря, що очищається.

Для досягнення мети необхідно вирішити ряд задач:

  1.  Обгрунтувати вибір існуючої конструкції обладнання для удосконалення і підвищення ефективності очищення припливного повітря методом дії надвисокочастотним (НВЧ) електромагнітним полем.
  2.  Провести теоретичне дослідження процесу інактивації КД за допомогою НВЧ електромагнітного поля і адсорбції за допомогою фільтру із активованого вуглецевого матеріалу.
  3.  Розробити конструкцію обладнання для безперервної інактивації і адсорбції КД.
  4.  Провести експериментальне дослідження і підтвердити адекватність результатів інактивації і адсорбції КД, одержаних розрахунковим і експериментальним шляхом.
  5.  Розробити методику розрахунку і підбору обладнання для високоефективного очищення повітря від КД.

Об'єкт і предмет дослідження. Об'єктом дослідження є обладнання для очищення повітря від КД і очищення повітря від часток інактивованих КД методом адсорбції.

Предмет дослідження –ефективність інактивації КД в НВЧ електромагнітному полі і адсорбції за допомогою фільтру із  активованого вуглецевого матеріалу, а також аеродинамічний опір вищезгаданого обладнання.

Методи дослідження.

Час експозиції КД в НВЧ електромагнітному полі необхідне для їх інактівациі визначалося розрахунком нестаціонарної теплопровідності чисельним методом.

Експериментальними методами за допомогою приладу Кротова і специфічних живильних середовищ визначено ефективність очищення повітря від КД по методиці викладеною в керівництві Р 2.2.755-99 і СанПиН 2.1.2.1199-03. Аеродинамічний опір установки для інактівації і адсорбції КД визначено стандартним методом, який викладений в ГОСТ 17.2.4.06-90.

Наукова новизна отриманих результатів.

  1.  Запропоновано і досліджено нові спосіб, методи і обладнання для високоефективного безперервного очищення повітря від КД. Встановлено, що ефективність очищення повітря від КД мікроорганічного походження =99.9%. Аеродинамічний опір Р запропонованого обладнання не перевищує 1000 Па, зокрема нового розробленого –не більше 57 Па.
  2.  Виконано теоретичні дослідження і отримані розрахункові залежності для визначення зв'язку між глибиною проникнення електромагнітного поля і діелектричними характеристиками КД, визначена залежність діелектричних характеристик КД від їх температури, вологості, частоти електромагнітного поля і довжини електромагнітної хвилі.
  3.  Визначена залежність між необхідним часом експозиції і потужністю джерела НВЧ електромагнітного поля, масою, питомою щільністю і теплоємністю КД.
  4.  Досліджено процеси інактивації КД і на основі отриманих даних розроблено обладнання для безперервного високоефективного очищення повітря від КД.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено високоефективне обладнання для постійної інактивації КД і їх адсорбції за допомогою фільтру із активованого вуглецевого матеріалу.

Розроблена методика підбору генератора НВЧ електромагнітного поля, а також конструкція і методика підбору фільтру з активованого вуглецевого матеріалу.

Апарати для очищення повітря від КД досліджені в лабораторних умовах, знайшли застосування в промисловості і упроваджені для очищення вентиляційного припливного повітря в Басейновій гидрохимічеськой лабораторії (м. Долгопрудний) і хімічному підрозділі лабораторії географії і еволюції грунтів (м. Москва).

На конструкцію обладнання для очищення повітря від КД одержаний патент, що додатково підтверджує практичне значення дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні наукових і експериментальних дослідженнях, обробки отриманих результатів, формулюванні основних положень і виводів, а також апробації результатів дослідження. Отримані теоретичні залежності, які дозволяють розрахувати параметри установки для очищення повітря від КД. Встановлені теоретичні залежності для розрахунку часу експозиції КД в надвисокочастотному електромагнітному полі. Проведені експериментальні дослідження ефективності інактівації КД в НВЧ електромагнітному полі, яка складає 99.9%, і встановлені експериментальні залежності ефективності інактівації від коливальної потужності магнетрона, швидкості повітря і початкової концентрації КД. Експериментальним шляхом встановлена ефективність очищення повітря за допомогою фільтру з активованого вуглецевого матеріалу, яка складає 80% частинок, не інактивованих в НВЧ електромагнітному полі, при цьому загальна ефективність роботи установки складає 99.9%. Розроблена методика розрахунку і підбору установки для інактівації і адсорбції КД повітря і програма розрахунку на ПЕОМ часу експозиції частинок КД в НВЧ електромагнітному полі.

Апробація результатів дисертації. Матеріали, що увійшли до дисертації, доповідалися і обговорювалися на науково-технічних конференціях: Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (м. Харків, 2001–рр.), на науково-технічній конференції, присвяченій 75-річчю ХГТУБА (м. Харків, 2005 р.), на другій Міжнародній науково-технічній конференції “Еколого-економічні проблеми карпатського єврорегіону”           (м. Івано-Франківськ, 2005 р.), а також на п'ятій всеукраїнській науково-практичній конференції “Біосферно-ноосферні ідеї В.І. Вернадського і еколого-економічні проблеми розвитку регіонів”  (м. Кременчук, 2005 р.).

Публікації. По матеріалах дисертації опубліковано 6 наукових робіт, з яких 3 статті  у виданнях, регламентованих ВАК України. Три роботи опубліковано без співавторів.

Структура дисертації. Дисертаційна робота включає введення, п'ять розділів, виводи, список використаних джерел з 87 найменувань на 8 сторінках і 13 застосувань на 26 сторінках. Загальний об'єм дисертації складає 167 сторінок, з них основний текст –сторінок. На окремих сторінках робота містить 9 таблиць і 10 рисунків.


ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, об'єкт і предмет дослідження, визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, а також особистий внесок автора.

У першому розділі зроблено аналіз сучасних способів, методів і конструкцій обладнання для очищення повітря в приміщеннях спеціального призначення на підставі літературних джерел.  Встановлено, що в даний час відсутнє високоефективне обладнання для постійної інактивації КД. На підставі аналізу способів і методів очищення припливного повітря, визначена необхідність використання найбільшого числа способів і методів очищення, що реалізовуються одночасно, або в заданій послідовності для ефективного очищення повітря від КД.

Встановлено, що в існуючих методах розрахунку і підбору фільтру відсутні аналітичні і експериментальні залежності для розрахунку і підбору обладнання для безперервної інактивації і адсорбції інактивованих КД. Над вирішенням цих питань працювали відомі учені, фахівці і інженери П.А. Коузов, О.Я. Кокорін, А.Е. Федотов, А.Г. Сотніков та ін.

Обгрунтована необхідність комплектації фільтрів обладнання для безперервної інактивації та адсорбції КД, а також розробки обладнання для високоефективного очищення повітря від КД шляхом постійної їх інактивації і подальшої адсорбції інактивованих часток.

В результаті проведеного аналізу сформульована мета і поставлені задачі дослідження.

У другому розділі запропонована принципова схема обладнання для очищення повітря методом інактивації КД в НВЧ електромагнітному полі і адсорбції інактивованих КД у фільтрі із активованого вуглецевого матеріалу (див. рис. 1).

Рис. 1. Принципова схема установки для підготовки повітря

Установка для підготовки повітря являє собою змонтовані послідовно жалюзійні ґрати 1, багатостулковий утеплений клапан 2, фільтр грубого очищення повітря 3, фільтр тонкого очищення повітря 4, теплообмінник 5, секція високочастотної інактивації композиційних домішок (НВЧІМ) 7, в якій змонтовані по паралельній схемі теплоізольовані робочі камери з генераторами електромагнітного поля надвисокої частоти. На вході в кожну робочу камеру вмонтований завіхрітель 6. Після НВЧІМ монтується секція фільтру із активованого вуглецевого матеріалу 8, нагнітач повітря 9, шумоглушник 10. До шумоглушника кріпиться ділянка повітроводу 11, до іншого кінця якого приєднується високоефективний фільтр 12.

Проведено розрахунок питомої теплоємності і щільності КД|.

Питома теплоємність КД визначалася за наступною формулою:

,     (1)

де см –питома теплоємність КД, кДж/(кг  оС);

ki –відсоткова доля складового компоненту у складі КД,  %;

ci  –теплоємність складового компоненту у складі КД, кДж/ (кгС).

Щільність КД визначається за формулою:

,     (2)

де  м. –щільність КД, кг/м;

i  –щільність складового компоненту у складі КД, кг/м.

За середньою ефективністю фільтру тонкого очищення визначена середня маса часток КД (mср, мг.) в 1 м оброблюваного повітря, що проходить через НВЧІМ:

,     (3)

де  z –концентрація пилу, мг/м;

Ea –середня ефективність фільтру тонкого очищення, %.

Визначено глибину проникнення електромагнітного поля в КД (, м.)  по формулі:

,     (4)

де  КД  –діелектрична проникність КД;

f –частота НВЧ електромагнітного поля, Гц;

tgКД –тангенс кута діелектричних утрат КД.

Запропонован розрахунок необхідного часу дії НВЧ електромагнітного поля на частки КД.

Розрахунок нестаціонарної теплопровідності проведений чисельним методом. При цьому були зроблені наступні допущення:

  1.  Якщо частка має не кулясту форму, то її нагрів за рахунок теплопровідності швидше протікатиме за мінімальним розміром частки КД. Вважатимемо, що такі частки розташовані нормально до осі х, так що dx є  мінімальним розміром часток КД, тоді розглядається одномірна теплопровідність тільки вздовж осі x.

В тому випадку, якщо частка КД має форму, близьку до кулі, то її мінімальні розміри вздовж осей будуть рівні діаметру частки, що дозволяє розглядати процес її нагріву тільки вздовж однієї осі, наприклад х.

  1.  Вважатимемо, що КД однорідні і їх основні фізичні властивості не залежать від зміни температури. Тобто  –коефіцієнт теплопровідності, с с –теплоємність і  –щільність КД залишаються постійними в його межах і не залежать від часу.
  2.  Унаслідок порівняно повільної зміни вологозмісту U з часом при інактивації КД в надвисокочастотному електромагнітному полі, можна вважати, що U=const. Тоді,  У рівнянні теплопровідності (5) член ( /cr)(U /) також буде рівний нулю.

За вихідне рівняння теплопровідності часток КД прийнято:

t/ t+(/cr)(U/)+Рпит/со.   (5)

З урахуванням допущень рівняння теплопровідності прийняло вигляд:

  t/ t+Рпит/смм,     (6)

де  а –коефіцієнт температуропровідності КД|, м/с;

t –температура, оС|;

 –оператор Лапласа;

м –щільність КД, кг/м;

Рпит –питома активна потужність, що виділяється в діелектрику, Вт/м.

Відомо, що при нагріві в НВЧ електромагнітному полі Рпит знижується залежно від відстані від поверхні КД за експоненціальним законом:

Рпит /смм=Ае-dэ .   (7)

де dэ –еквівалентний діаметр, розрахований по масі і щільності всіх композиційних домішок, рівний діаметру кулі з об’ємом, рівновеликим об’єму всіх композиційних домішок в 1 мповітря, м;

А –потужність джерела НВЧ електромагнітного поля, Вт;

–коефіцієнт поглинання енергії КД.

Тоді рівняння (6) запишемо у вигляді:

t/ t+ Ае-dэ.    (8)

Для  вирішення задачі чисельним методом розіб'ємо частку КД на рівні відрізки з кроком h, а час експозиції –на рівні проміжки з кроком j.

Рис. 2. Просторове розбиття частки композиційних домішок рівномірними кроками h

Для підрахунку необхідного часу дії надвисокочастотного електромагнітного поля на КД розроблена програма розрахунку на ПЕОМ в середовищі Visual Basic.

Для ефективного уловлювання життєздатних і інактивованих КД після НВЧІМ розроблена конструкція фільтру з фільтруючою тканиною із активованого вуглецевого матеріалу (див. рис. 3).

Рис. 3. Конструкція фільтра з фільтруючою тканиною із активованого вуглецевого матеріалу

Площа поверхні фільтруючого матеріалу (Fф, м) визначалась за формулою:

,     (9)

де  lк –довжина кишені фільтра, м;

 hк –висота фільтра, м;

 gк –довжина основи кишені фільтра, м;

  –конусність фільтра ;

 n –кількість кишень фільтра, шт.

На підставі відомих технічних і сорбційних характеристик матеріалу УВИС-АК-Т проведений розрахунок фільтру.

Сорбційні характеристики матеріалу: питома поверхня –до 2000 м/г; поверхнева щільність пит.–.8 г/м; адсорбційна активність за індикатором метиленовим голубим (Апит), не менше –.6 мг/г; повітропроникність     (Lпит) –-720 м/(мг).

Повітропроникність фільтру (Lф, м/год) визначалася за формулою:

,     (10)

де  Lпит –питома повітропроникність фільтрувального матеріалу,            м/(мгод).

Вага фільтрувального матеріалу (Gф, г.) визначалася за формулою:

,     (11)

де  пит –питома поверхнева щільність фільтрувального матеріалу, г/м.

Адсорбційна ємкість фільтру (Аф, мг.) визначена за формулою:

,        (12)

де  Апит –питома адсорбційна активність фільтрувального матеріалу, мг/г.

У третьому розділі на підставі огляду літературних джерел визначені чинники, що впливають на ефективність роботи установки:

  1.  частота генератора електромагнітного поля надвисокої частоти, МГц;
  2.   геометричні характеристики робочої (резонаторної) камери, мм;
  3.  вид композиційних домішок;
  4.  фізичні характеристики часток композиційних домішок (розміри часток, температура, відносна вологість);
  5.  коливальна потужність генератора НВЧ електромагнітного поля, Вт;
  6.  швидкість повітря (витрата повітря), м/с (м/год);
  7.  концентрація композиційних домішок, КУО/м.

Основні фактори, що впливають на ефективність інактивації: коливальна потужність магнетрона, швидкість (витрата) повітря, концентрація композиційних домішок.

Ефективність інактивації (Енвч, %) визначається відсотковим відношенням різниці життєздатних мікроорганічних домішок в повітрі до і після НВЧІМ до кількості життєздатних мікроорганічних домішок в повітрі до НВЧІМ визначається за формулою:

,     (13)

де  Mд –кількість життєздатних часток мікроорганічних домішок до НВЧІМ, КУО;

Mп –кількість життєздатних часток мікроорганічних домішок після НВЧІМ, КУО.

Ефективність адсорбції (Еф, %) визначена за формулою:

,     (14)

де  Nд –кількість часток КД до фільтра із активованого вуглецевого матеріалу, КУО;

Nп –кількість часток КД після фільтра із активованого вуглецевого матеріалу, КУО.

Аеродинамічний опір пристрою (Р, Па) визначений за різницею повного тиску, виміряного мікроманометром, перед пристроєм і після, за формулою:

P=Pп.до Рп.після,      (15)

де  Pп.до –повний тиск повітря перед пристроєм, Па;

Рп.після –повний тиск  повітря після пристрою, Па.

Ефективність комплексного очищення припливного повітря (Е, %) складається з ефективностей фільтрів грубого і тонкого очищення, пристрою високочастотної інактивації, фільтра з активованого вуглецевого матеріалу і фільтра високої ефективності.  

У четвертому розділі наведена схема лабораторної установки, призначеної для дослідження ефективності очищення повітря від КД методом їх постійної інактивації в електромагнітному полі надвисокої частоти із подальшою адсорбцією у фільтрі із активованого вуглецевого матеріалу. Крім того, був визначений аеродинамічний опір установки.

В обсяг експериментальних досліджень входить: розробка методики проведення дослідження швидкості, аеродинамічного опору установки і зміни концентрації КД у повітрі, планування експерименту, визначення погрішностей вимірювань, розробка схеми і монтаж лабораторної установки і вимірювальних приладів, проведення вимірів, обробка і аналіз експериментальних даних.

Планування експерименту проводилося для трьох незалежних факторів: коливальна потужність магнетрона –А, концентрація композиційних домішок –zкуо, КУО/м, і швидкість повітря –v, м/с, на трьох рівнях варіювання. Експеримент проводився з використанням наступних домішок: дріжджовий грибок Saccharomyces cerevisiae і бактерії Bifidobacterium bifidum № 1.

Реалізований повний факторний експеримент.

Схема лабораторної установки представлена на рис. 4.

Метод визначення ефективності інактивації і адсорбції КД заснований на відборі КД з повітря із дотриманням умови ізокінетичності і подачі повітря з домішками на поверхню в'язких живильних середовищ (специфічних для даних домішок). І підрахунку колоній, що виросли, за типовими морфологічними ознаками.

Вимірювання витрати повітря проводилися відповідно до методики викладеною в ГОСТ 17.2.4.06-90. Аеродинамічний опір установки визначався по різниці повного тиску, зміряного мікроманометром, перед НВЧІМ і після фільтру (див. формулу 15).

Проби забрудненого повітря прямували на поверхню живильних середовищ. Базовим середовищем для бактерій є середовище №1, для дріжджових і цвілевих грибків –середовище №2 (агар Сабуро).

Вимірювання Після підготовки живильного агару повітря із композиційними домішками відбирали відповідно до вимог керівництва Р 2.2.755-99 із швидкістю 20 л/хв. протягом 5 хвилин на поверхню живильного (посівного) середовища в чашці Петрі, розміщеній в герметично зачиненій ємкості. В результаті повітря із домішками натікало на чашку Петрі. За інерцією частки КД осідали на шар живильної речовини.

Відповідно до вимог керівництва Р 2.2.755-99 посіви на середовище №1 інкубувалися при температурі 30 –°С протягом 48 год., на агарі Сабуро при температурі від 20 до 25°С протягом 72 год.

Кількість колоній в живильному середовищі на чашці Петрі підраховані прямим методом, після чого розраховувалася концентрація КД, що містяться в 1 м повітря, за формулою:

,      (16)

де  К –концентрації в повітрі, КУО/м;

П –кількість композиційних домішок, КУО;

С швидкість аспірації, м/год;

t –час аспірації, год.


Рис. 4.  Принципова схема лабораторної установки інактивації і адсорбції композиційних домішок

де: 1 –конфузор; 2 –мікроманометр; 3 –термометр; 4 –завихрював повітряного потоку; 5 –секція інактивації композиційних домішок в надвисокочастотному електромагнітному полі; 6 –секція фільтру із активованого вуглецевого матеріалу; 7 –повітровід; 8 –радіальний вентилятор ВЦ14-46-2; 9 –викидний повітровід; 10 –герметично закрита ємкість; 11 –аспіратор; 12 –чашка Петрі з живильним середовищем; 13 –автотрансформатор; 14 –трубка Пiто; 15 –повітрозабірна трубка.

За різницею концентрації КД у повітрі до і після НВЧІМ за формулою (13) визначали ефективність інактивації. За різницею концентрації КД у повітрі, до і після фільтру за формулою (14) визначали ефективність адсорбції.

За розробленою матрицею повнофакторного експерименту проведені дослідження на дріжджовому грибку Saccharomyces cerevisiae і бактеріях Bifidobacterium bifidum № 1, активні висушені штами яких, за даними заводу виготовлювача, містить відповідно 5 млрд і 500 млн. КУО/г.

Графік залежності аеродинамічного опору устроїв установки від витрати повітря приведений на рисунку 5.

Значення відсотка проскакування, позначене в експоненціальному вигляді, наприклад 1.000Е-05, слід читати як 110-5.

Рис. 5. Залежність аеродинамічного опору пристроїв установки від витрати повітря

За результатами досліджень на дріжджовому грибку Saccharomyces cerevisiae і бактеріях Bifidobacterium bifidum № 1 побудовані графіки залежності ефективності очищення від концентрації КД і швидкості повітря і наведені на рис. 6, 7.

За допомогою хроматографа та та інших вимірювальних приладів встановлено, що склад і параметри повітря при очищенні за допомогою запропонованої установки практично не міняються.

Рис. 6. Залежність сумарної ефективності очищення повітря Рис. 7. Залежність сумарної ефективності швидкості

від очищення повітря від концентрації КД     потоку повітря

Аналіз графіків залежності проскакування КУО в НВЧІМ від кількості часток показує, однакову тенденцію збільшення проскакування часток Saccharomyces cerevisiae і Bifidobacterium bifidum № 1, так, при збільшенні числа часток Saccharomyces cerevisiae від 4.6510 до 1410 при швидкості повітря 3.36 м/с проскакування збільшується від 4.0810-5 до 4.4110-5%.

Аналіз графіків залежності проскакування КУО у фільтрі від кількості часток показує однакову тенденцію збільшення числа часток: від 4.6510 до 1410 при швидкості повітря 3.36 м/с проскакування збільшується від 20.83 до 23.08%.

Збільшення проскакування КУО в НВЧІМ, а значить, зменшення ефективності інактивації при зміні кількості часток слід пояснити коагуляцією часток КД.

Збільшення швидкості повітря також впливає негативно на ефективність, на рис. 7 при збільшенні швидкості від 1.93 до 3.36 м/с при кількості часток Saccharomyces cerevisiae 14 10 проскакування в установці збільшується від  510-5 до 2.510-4%, така ж тенденція спостерігається при очищення повітря від Bifidobacterium bifidum № 1.

На графіку рис. 7. показано, що при зміні швидкості від 1.93 до 2.65 м/с проскакування КУО змінюється незначно, при подальшому збільшенні швидкості спостерігається тенденція до збільшення проскакування КУО і значить, до зменшення ефективності очищення повітря.

Аналіз графіка, приведеного на рис. 6. дозволяє вважати, що зміна кількості КУО у меншій мірі впливає на загальну ефективність роботи пристрою НВЧІМ і фільтру із активованого вуглецевого матеріалу.

Проведені експериментальні дослідження дозволяють рекомендувати наступні параметри потоку повітря, що очищається.

Швидкість повітря не повинна перевищувати 2 м/с при концентрації КУО в повітрі 210 КУО/м. При збільшенні концентрації більше 210 КУО/м необхідно зменшувати швидкість повітря, що очищається, до 1 м/с.

Продуктивність модуля для інактивування КД повинна складати від 55 до 95 м/год повітря. Питоме навантаження на фільтр при цьому не повинне перевищувати 360 м/(мгод). Аеродинамічний опір чистого фільтру складає 33 Па, а запиленого –Па. При збільшенні опору фільтру до 50 Па слід провести його заміну.

За результатами експериментальних досліджень ефективності очищення повітря від КД встановлено, що ефективність НВЧІМ зменшується з збільшенням швидкості повітря, початкової концентрації КД, з зменшенням коливальної потужності магнетрона, а також за наявності домішок у повітрі.

Визначена ефективність фільтру із активованого вуглецевого матеріалу і встановлено, що вона зменшується при збільшенні питомого навантаження на 1 м і при зменшенні розмірів часток уловлюваних КД менше 0.5 мкм.

Отримані експериментальні дані, що дозволяють розрахувати значення проскакувань частинок КД залежно від початкової концентрації і швидкості, а також підтвердили правомірність прийнятих допущень при виведенні аналітичних залежностей.

Встановлено, що процес інактивації і адсорбції дріжджів Saccharomyces cerevisiae ідентичний процесу інактивації і  адсорбції бактерій Bifidobacterium bifidum № 1.

Підтверджено експериментальним шляхом незначний вплив відносної вологості повітря і температури на ефективність інактивації КД.

У п'ятому розділі приведена методика інженерного розрахунку і підбору обладнання для інактивації і адсорбції КД.

Час експозиції КД в НВЧ електромагнітному полі  необхідно розраховувати за запропонованою програмою. Для цього необхідно ввести наступні вихідні дані: коливальна потужність магнетрона –А, Вт; коефіцієнт діелектричної проникності КД –k, питома теплоємність КД –с, кДж/(кгоС); щільність КД –, кг/м; еквівалентний діаметр КД –dэ, м.

При використанні програми необхідно задати необхідну кількість вузлів просторової сітки, крок тимчасової сітки і кількість кроків тимчасової сітки. Результат розрахунку програма зводить в таблицю, в якій представлена температура КД у вузлах просторової сітки в заданих тимчасових інтервалах.

Після цього перевіряється час експозиції КД (, с.) при відомих габаритних розмірах НВЧІМ та питомому об’єму  повітря, що очищається, за формулою:

,     (17)

де  l, а, b –відповідно довжина, ширина і висота НВЧІМ, м;

L –питомий об’єм повітря, що очищається, м/год.

Якщо , то час експозиції достатній для інактивації КД.

Після підбору НВЧІМ за питомим повітряним навантаженням розраховується необхідна поверхня фільтру із активованого вуглецевого матеріалу по формулі (10).

Після підбору камер НВЧІМ і фільтру із активованого вуглецевого матеріалу їх рекомендується встановлювати як секції вентиляційної установки для очищення повітря від КД.

ВИСНОВКИ

  1.  Очищення від композиційних домішок повітря в харчовій промисловості  має важливе економічне і соціальне значення. При подачі очищеного повітря в приміщення харчової промисловості забезпечується тривалий термін придатності продукту без використання хімічних консервантів. У даній роботі розроблена і досліджена установка для високоефективного постійного очищення повітря від композиційних домішок, яка забезпечує необхідний ступінь очищення повітря.
  2.  Отримано теоретичні залежності дозволяють розрахувати параметри установки для очищення повітря від композиційних домішок, і отримані дані, які підтвердили, що при очищенні повітря від композиційних домішок за допомогою секції надвисокочастотної інактівації і фільтру з активованого вуглецевого матеріалу досягається ефективність не менше 99.9%.
  3.  Визначена щільність і питома теплоємності композиційних домішок і встановлені теоретичні залежності для розрахунку часу експозиції в НВЧ електромагнітному полі.
  4.  Проведено експериментальні дослідження ефективності інактивації в НВЧІМ, яка складає 99.9%, і встановлено експериментальні залежності ефективності інактивації від коливальної потужності НВЧІМ, швидкості повітря і початкової концентрації композиційних домішок.
  5.  Експериментальним шляхом встановлена ефективність очищення повітря за допомогою фільтру із активованого вуглецевого матеріалу. При цьому встановлено, що ефективність уловлювання колонієутворюючих одиниць складає 80% часток, не інактивованих у НВЧІМ, при цьому загальна ефективність роботи установки складає 99,9%.
  6.  Розроблена методика розрахунку і підбору обладнання для інактивації і адсорбції композиційних домішок повітря.
  7.  Розроблена програма розрахунку на ПЕОМ часу експозиції часток композиційних домішок в НВЧ електромагнітному полі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Шушляков А.В., Добровольский Н.П. Очистка приточного воздуха, подаваемого в сверхчистые помещения // Науковий вiсник будiвництва. - Харьков: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2004. - Вип. 28. - С. 257-260.
  2.  Добровольский Н.П., Шушляков А.В. Методика розрахунку процессу теплообміну при інактивації мікрофлори у приточному повітрі // Захист довкілля від антропогенного навантаження. Вип. 11(13). Харків-Кременчук. –Кременчук: ПП ШВИДКА. - 2005. –С. 109-114.
  3.  Шушляков А.В., Добровольский Н.П. Очистка воздуха от микроорганических загрязнений. Наукові вісті №1(7) /Под. общ. редакцией В.І. Савич. –Івано-Франківськ: Інститут менеджменту та економіки ”Галицька академія”. - 2005. - С. 208-213.
  4.  Добровольский Н.П. Экспериментальное исследование установки для инактивации и адсорбции микроорганических примесей при очистке воздуха // Науковий вiсник будiвництва. - Харьков: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 37 - С. 135-145.
  5.  Добровольский Н.П. Обработка приточного воздуха подаваемого в специальные помещения в фильтре с фильтрующим материалом из высокопористых углеродных волокон сорбентов // Захист довкілля від антропогенного навантаження. Вип. 12(14). Харків-Кременчук. –Кременчук: ПП ШВИДКА, 2006. –С. 92-101.
  6.  Експериментальне дослідження установки для інактивації і адсорбцій мікроорганічних домішок при очищенні повітря / М.П. Добровольський. // Нові технології. –. - № 3 (13). –С. 165-172.
  7.  Патент № 2262640 (РФ). Устройство для подготовки воздуха / А.В. Шушляков, Н.П. Добровольский, Е.В. Иванов. –Заявл. 14.07.04, № 2004121487. Опубл. 20.10.05.  Официальный бюллетень (РФ) № 29.

АНОТАЦІЯ

Добровольський М.П. Очищення газів від композиційних домішок. –Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.03 –вентиляція, освітлення і теплогазоснабженіє. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена актуальній проблемі очищення повітря системи вентиляції від КД. У даній роботі розроблена і досліджена нова конструкція установки для високоефективного очищення повітря, яка ефективно очищає повітря від КД мікроорганічного походження.

Теоретичні залежності, отримані в дисертаційній роботі, дозволяють розрахувати параметри установки для очищення повітря від композиційних домішок. Отримані дані, які підтвердили, що при очищенні повітря від КД за допомогою секції надвисокочастотної інактівациі і фільтру з активованого вуглецевого матеріалу досягається ефективність не менше 99.9%.

Проведені експериментальні дослідження ефективності інактівациі в НВЧІМ і встановлені експериментальні залежності ефективності інактівациі від коливальної потужності НВЧІМ, швидкості повітря і початкової концентрації КД.

Встановлена ефективність очищення повітря за допомогою фільтру з активованого вуглецевого матеріалу. При цьому встановлено, що ефективність уловлювання КУО одиниць складає 80% частинок, не інактивованих в НВЧІМ.

Ключові слова: очищення, вентиляція, інактівация, фільтр, електромагнітне поле, адсорбція, вуглецевий матеріал, повітря, ефективність, композиційні домішки.

АННОТАЦИЯ

Добровольский Н.П. Очистка газов от композиционных примесей. –Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 –вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2007.

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме очистки воздуха системы вентиляции от композиционных примесей. Система вентиляции помещений специального назначения должна подавать очищенный воздух для поддержания заданного уровня чистоты в них. При подаче очищенного воздуха однонаправленным потоком в критическую зону наполнения и укупорки обеспечивается длительный срок годности продукта без использования химических консервантов. Создание чистой воздушной среды актуально и для других специальных помещений в микробиологической, фармацевтической промышленности, а также в аналитических лабораториях В данной работе разработана и исследована новая конструкция установки для высокоэффективной очистки воздуха сухим способом, которая эффективно очищает воздух от композиционных примесей микроорганического происхождения и обеспечивает требуемый уровень чистоты воздушной среды.

Проведены исследования новой установки для очистки вентиляционного воздуха состоящей из устройств для инактивации композиционных примесей в сверхвысокочастотном электромагнитном поле и адсорбции в фильтре с фильтрующей тканью из активированного углеродного материала.

Теоретические зависимости, полученные в диссертационной работе, позволяют рассчитать параметры установки для очистки воздуха от композиционных примесей. Получены данные, которые подтвердили, что при очистке воздуха от композиционных примесей с помощью секции сверхвысокочастотной инактивации и фильтра из активированного углеродного материала достигается эффективность не менее 99.9%.

Определена плотность и удельная теплоемкости композиционных примесей и установлены теоретические зависимости для расчета времени экспозиции в сверхвысокочастотном электромагнитном поле.

Проведены экспериментальные исследования эффективности инактивации композиционных примесей (дрожжи Saccharomyces cerevisiae и бактерии Bifidobacterium bifidum № 1) в СВЧИМ, которая составляет 99.9%, и установлены экспериментальные зависимости эффективности инактивации от колебательной мощности генератора сверхвысокочастотного электромагнитного поля, скорости воздуха и начальной концентрации композиционных примесей в воздухе.

Установлена эффективность очистки воздуха с помощью фильтра из активированного углеродного материала УВИС-АК-Т. При этом установлено, что эффективность улавливания колониеобразующих единиц составляет 80% частиц, не инактивированных в СВЧИМ, при этом общая эффективность работы установки составляет 99.9%.

Разработана методика расчета и подбора секции инактивации композиционных примесей в сверхвысокочастотном электромагнитном поле и фильтра с фильтрующей тканью из активированного углеродного материала, а также программа расчета на ПЭВМ времени экспозиции частиц композиционных примесей в сверхвысокочастотном электромагнитном поле (язык программирования Visual Basic).

На основании результатов диссертационного исследования разработана и внедрена конструкция установки для очистки вентиляционного воздуха от КП методом их инактивации в сверхвысокочастотном электромагнитном поле и адсорбции инактивированных композиционных примесей в фильтре из активированного углеродного материала в Бассейновой гидрохимической лаборатории (г. Долгопрудный) и химическом подразделения лаборатории географии и эволюции почв (г. Москва). На конструкцию установки для очистки воздуха автором получен патент РФ.

Ключевые слова: очистка, вентиляция, инактивация, фильтр, электромагнитное поле, адсорбция, углеродный материал, воздух, экспозиция, эффективность, композиционные примеси.

resume

Dobrovolsky N.P. Clearing of gases from composite impurity. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.23.03 - ventilation, illumination and heat and gas supply. - Kharkov state technical university of construction and architecture, Kharkov, 2007.

Dissertational work is devoted to an actual problem of clearing ventilating air from composite impurity. Long working life of a product without using chemical preservatives is provided at supplying cleared air in the apartments of food-processing industry. The new construction of the unit for the high-performance cleaning with dry mode is developed and investigated in the given work. This unit effectively clears air of composite impurity of a microorganic origin.

The theoretical dependences received in dissertational work, allow calculating parameters of the unit for cleaning air of composite impurity. The received data have confirmed, that at cleaning air of composite impurity with the help of section superhigh-frequency inactivation and the filter out of the activated carbon material reaches the efficiency not less than 99.9%.

Experimental researches of efficiency inactivation in SHFICI which makes 99.9% are carried out, and experimental dependences of efficiency inactivation from oscillatory capacity SHFICI, speed of air and initial concentration of composite impurity are established.

Efficiency of cleaning of air with the help of the filter from the activated carbon material is established. Thus it is determined, that efficiency of capturing of composite impurity makes 80% of not inactivated particles.

Key words: cleaning, ventilation, inactivation, the filter, an electromagnetic field, adsorption, a carbon material, air, efficiency, composite impurity.

Другие работы

Ход боевых действий [2


Федеральных войск [2. Федеральных войск Боевые действия в Чеченской республике протекали в очень сложных условиях. Предполагалось что после взят...

Подробнее ...

роднойАнглийский бегло Должность- Охранник ра...


Ру правила внутреннего трудового распорядка правила охраны труда противопожарной безопасности. Соблюдать нормы правила и инструкции по охране тру...

Подробнее ...

рау... Киске ~ауын~а тиклем ирт~ ~ле тама~ты ...


rdquo; ? Бес?й бес?й бесбес. Бесбес ? тип с?релд?не Йомабик? ?арсы?. ? М? икм?к кимер? тор Бесбесбесбесбес. ? Бесбесбес Мыраубаай Бесбес Б?леш ?а...

Подробнее ...

Вариант 1 50 вопросов 1


Указать что Песнь о Нибелунгах это памятник: А исландский В норвежский С германский D французский Е скандинавский 23. Указать кто автор книги Ут...

Подробнее ...