Михаил Бармин - Как обезвредить воздух?

• Название: Как обезвредить воздух?
• Автор: Михаил Бармин
• Жанр: Детская образовательная литература

Пошаговое руководство посвящено вопросам экологии. Представлены возможности создания удобной, переносной установки для обезвреживания вредных выбросов, сохранения урожая. Предназначена для широкого круга читателей: экологам, химикам, дачникам, студентам, аспирантам, фермерам, работникам сельского хозяйства, предпринимателям и всем творческим людям. Проблема защиты окружающей среды, возникающая с особой остротой в последние годы, обусловлена, главным образом, загрязнениями атмосферного воздуха, водного бассейна, а также почвы токсичными веществами и отходами производств. В России насущной является проблема восполнения таких ресурсов, как рекреационные, сельскохозяйственные и экологические (вода, воздух). Чистота воздушного бассейна оказывает влияние на все стороны жизни, особенно в условиях большой концентрации промышленных предприятий и людей. Своевременная нейтрализация газовоздушных смесей вентиляционных выбросов промышленных предприятий от стирола, ацетона, изопропанола с помощью легко тиражируемых на действующем оборудовании региона газоразрядных реакторов позволит внести достойную лепту в частичное лечение экологии региона.

---

Рис. 3 Схема лабораторной установки

1. Все операции, связанные с приготовлением хромовой смеси и работы с ней, должны проводиться в защитных очках или маске, резиновых перчатках и резиновом фартуке. При попадании хромовой смеси на кожу немедленно промыть это место большим количеством проточной воды. Не допускать взаимодействия концентрированной хромовой смеси с канализационными трубопроводами во избежании их течи.

2. Длина предохранительного слоя на концах стеклянной трубки должна находиться в пределах от 50 до 60 мм.

3. Все операции по приготовлению водного раствора едкого натра и проведение последующих с ним работ проводить в защитных очках и резиновых перчатках. При попадании щелочи на кожу промыть это место большим количеством проточной воды.

4. Допускаются трещины и сколы на концах трубки в местах непокрытых токопроводящим слоем.

В ходе эксплуатации опытно– экспериментального образца реактора не реже 1 раза за 8 часов работы следует проводить визуальный осмотр высоковольтных электродов. Если произошло отслоение токопроводящего слоя от стеклянной трубки или высоковольтный электрод разбился, необходимо заменить его на новый.

3.1.2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Принципиальная схема кассеты реакторов-озонаторов приведена на рис. 4

Рис.4 Схема стенда для снятия вольтамперных характеристик реактора трубки

Кассета состоит из шести одинаковых модулей реакторов (А1-А6) и блоков индикации (А7-А12).

Питание схемы осуществляется от блока питания, состоящего из автотрансформатора Т3, трансформатора Т2 и диодного мостика Д7. Питание схемы индикации осуществляется постоянным напряжением 27 В от выпрямителя, питание реактора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В.

В схеме электропитания имеется система управления и сигнализации, которая выносится на пульт управления. Пульт управления включает в себя амперметр, вольтметр и сигнальные лампы. Для коммутации силовых цепей предусмотрен магнитный пускатель. Пульт снабжен вентилятором воздуха.

3.1.3. ПРИНЦИП РАБОТЫ МОДУЛЯ РЕАКТОРА

Принцип действия модуля озонатора основан на использовании ионизационных процессов в парогазовоздушных смесях при давлениях близких к атмосферному. Эти процессы возбуждаются в электродных ячейках при подаче высокого напряжения и имитируют образование атомарного кислорода и озона, которые окисляют пары углеводородов (в данном случае от стирола) в конечном итоге, до воды и углекислого газа.

Механизм этого процесса неизвестен и требует серьезного научного исследования.

3.1.4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Опытно-экспериментальный модуль озонатора относится к установкам с высоким напряжением. Она выполнена в металлическом корпусе, который заземляется или зануляется, что обеспечивает безопасность в обслуживании и эксплуатации.

Перед включением модуля озонатора вентиляционных выбросов необходимо проверить надежность заземления или зануления его корпуса.

При выполнении ремонтных и профилактических работ открывать корпус модуля озонатора разрешается только через 15 минут после отключения его то сети.

Ремонтные работы и профилактическое обслуживание установки должно производиться электриками, имеющими доступ к работе с высоким напряжением (3 и 4 группы).

На полу у пульта управления модуля озонатора вентиляционных выбросов необходимо предусмотреть деревянную решетку (настил) и диэлектрический коврик.

3.1.5. УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ

При работе электроустановки с высоким напряжением в среде, содержащей воздух и горючие газы, возникает вопрос о взрыво – и пожаробезопасности.

Озонатор работает в пределах градиента потенциала 10-15 кВ/см, т.е. в области несамостоятельного темного разряда, при котором не достигается пробой газового промежутка 25 кВ/см (Еремин Е. Н. «Газовая электрохимия»).[15] Стироло – воздушная смесь имеет нижний предел воспламенения 50000-70000 (Розловский А.И. «Научные основы техники безопасности при работе с горючими газами и парами»). Реальная концентрация стирола в нейтрализуемых выбросах до 30 мг/м3, т.е. в сотни раз ниже.

Для дополнительной страховки и предупреждения распространения горения в аварийных экстремальных ситуациях с двух сторон озонатора на расстоянии 0,5 м должны быть установлены огнепреградители с диаметром каналов 0,7– 1,2 мм, в сочетании с предохранительными клапанами, которые устанавливаются с обеих сторон от огнепреградителя. Диаметр отверстия предохранительного клапана должен быть равен диаметру трубы, на которой он устанавливается.

3.1.6. ПОРЯДОК ВКЛЮЧЕНИЯ

Подать напряжение на пульт управления средств контроля и сигнализации. Для этого включить рубильник. При этом загорается сигнальная лампа («Сеть включена»). Установить ЛАТР в нулевое положение, ручку ЛАТРа повернуть влево до конца. Включить высокое напряжение путем нажатия кнопки. На табло загорается сигнальная лампа («Высокое напряжение включено»). Посредством ЛАТРа установить по вольтметру не более 40 В. Рекомендуется оставить в рабочем состоянии модуль озонатора в течение всего времени подачи вентиляционных выбросов. Целесообразно выключить модуль озонатора после окончания подачи вентиляционных выбросов.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОК ОЗОНАТОРА.

Электродная трубка является основным элементом реактора. На ее поверхности при большой разности потенциалов между внутренним электродным покрытием и наружной спиралью происходят процессы ионизации с выделением озона.

Известно, что количество ионов, образующихся на поверхности трубки пропорционально разности потенциалов на электродах. При этом ограничивающим фактором является электрическая прочность (пробивное напряжение) материала трубки, в данном случае, стекла. Эффективность выделения ионов на поверхности трубки косвенно может быть оценена разрядным током при постоянном напряжении. Для исследования вольтамперных характеристик трубок изготовлен стенд, схеме которого представлена на рис.2. Высоковольтный трансформатор напряжения 1 типа НОМ-10 питается от ЛАТРа 2. ток, протекающий в цепи трубки 3, измеряется миллиамперметром 4, включенным в диагональ выпрямительного моста 5. Для защиты прибора в цепи при пробое служит сопротивление R и разрядник 6.

Напряжение в высоковольтной цепи измеряется киловольтметром 7, а в низковольтной цепи – вольтметром 8.

Для исследования вольтамперных характеристик (ВАХ) использовались трубки длиной 30 мм, толщиной стенки 2 мм из технических сортов стекла. Внешняя спираль изготавливалась из стальной вязальной проволоки диаметром 2 мм.

Рабочая длина трубок изменялась в пределах 260– 440 мм, число витков спирали от 7 до 29 , напряжение питания 0-15,5 кВт.

На рис.3 представлены ВАХ с длиной рабочей части трубок 440 мм – 1, 380 мм – 2 и 260 мм – 3 и 4. Для трубки 1 ток увеличивается от 0,4 мА до 3,7 мА при увеличении напряжения с 3,85 кВ до 15,4 кВ. с уменьшением рабочей длины трубок до 380 мм при том же количестве витков спирали максимальный ток при U – 15,4 мА уменьшается до 3,0 мА, а для трубки длиной 260 мм– ток 2,5 мА.

Y, mA

Рис. 5 Вольтамперная характеристика трубок

Зависимость величины тока от рабочей длины трубок при прочих равных условиях показана на рис.5. Из графика видно, что увеличение рабочей длины трубки на 60% сопровождается соответствующим нелинейным возрастанием величины тока на 65-67% в интервале напряжений 10,0…15,5 кВ

Рис. 6. Вольтамперная характеристика реактора

Исследование влияния количества витков спирали (шага) навивки на величину тока при различных напряжениях проводили на трубках диаметром 30 мм с длиной рабочей части 380 мм. Количество витков спирали изменяли в пределах от 14 до 54, причем для трубки 4 спираль изготовили из проволоки диаметром 0,8 мм. Напряжение питания изменяли в пределах от 0 до 15,5 кВ.

Как видно из графиков, наибольшим потребляемым током отличается трубка 4, имеющая 54 витка с шагом 7 мм. Характеристики остальных трубок 4 расположены в порядке убывания тока, практически параллельно друг другу во всем диапазоне напряжений. Снижение количества витков спирали с 33 до 13 (на 39%) сопровождается адекватным снижением потребляемого тока на 50% при 10 кВ и на 30% при 15 кВ.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения работ по теме «Очистка вентвыбросов от стирола с помощью газоразрядного реактора» выполнено следующее:

1. Разработан эскизно-технический проект с деталировкой отдельных элементов опытно-экспериментального образца реактора-озонатора.

2. Разработана схема электрическая принципиальная кассеты реакторов.

3. Разработана лабораторная установка для проверки конструктивных и электрических характеристик реактора.