Создание аэрозоля мелкодисперсных электростатически заряженных частиц и его применение в технологических процессах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Степкина, Мария Юрьевна

• Степкина, Мария Юрьевна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Степкина, Мария Юрьевна

Оглавление

Введение

1 Описание методов и средств создания заряженных аэрозольных сред и улавливания вредных конденсированных частиц с использованием электростатических полей

1.1 Механизмы зарядки аэрозольных частиц

1.2 Способ распыления наноразмерных порошков на основе коронного разряда

1.3 Способы очистки от аэрозольных загрязнений и их аппаратурное оформление

1.3.1 Гравитационное осаждение

1.3.2 Сухое инерционное осаждение

1.3.3 Циклоны

1.3.4 Мокрое пылеулавливание

1.3.5 Звуковая и ультразвуковая коагуляция

1.3.6 Электростатическое осаждение

1.4 Физические основы электрофильтров

1.5 Особенности применения электростатических полей для очистки

1.6 Классификация электрофильтров по типам

2 Экспериментальные исследования и теоретический расчет распространения аэрозольного облака под действием электрического поля

2.1 Экспериментальные исследования промышленных образцов различных конструкций электростатических установок

2.2 Устройство регистрации параметров аэрозольного облака в динамике

2.3 Экспериментальные исследования по воздействию электрофильтра на микро- и наночастицы аэрозоля

2.4 Расчет скорости и критерии седиментации аэрозольных частиц

2.5 Определение скорости диффузии в замкнутом объеме

2.6 Скорость дрейфа частиц при распространении аэрозольного облака в электрическом поле

2.7 Сравнительная оценка скоростей аэрозольного облака при различных механизмах движения

3 Исследование влияния электростатического способа распыления на параметры конденсированной фазы

3.1 Исследование возможностей и свойств заряженных аэрозольных частиц модельного порошка при нанесении на поверхность

3.2 Влияние способа распыления на функцию распределения частиц аэрозоля по размерам

3.3 Определение значения заряда порошкового материала при осаждении на поверхности

3.3.1 Экспериментальная установка

3.4 Влияние электростатического заряда поверхности на краевой угол смачивания

3.4.1 Способ введения упрочняющих частиц в жидкий металл

4 Исследование изменений адсорбционных свойств заряженных аэрозольных частиц

4.1 Молекулярно-кинетические свойства мелкодисперсных порошков

4.2 Исследование удельной поверхности и дисперсности при различных способах распыления

4.3 Физико-математическое моделирование электростатической сорбции на частицах порошка

4.4 Комбинирование электростатического воздействия для увеличения

скорости осаждения вредных аэрозолей из воздушной среды

4.5 Отработка макета по очистке с использованием электростатических полей

4.6 Экспериментальное исследование коагуляционных процессов при комбинировании методов распыления и наличии заряженных частиц в потоке

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание аэрозоля мелкодисперсных электростатически заряженных частиц и его применение в технологических процессах»

Введение

Аэрозоль в процессе своего существования претерпевает значительные изменения в части дисперсных и концентрационных характеристик, что обусловлено процессами испарения, коагуляции и осаждения частиц конденсированной фазы.

При осаждении аэрозоли оказывают вредное воздействие на производственные процессы в различных отраслях промышленности (биотехнологии, микроэлектроника, экология, нанотехнологии и др.), вызывая загрязнение рабочих поверхностей, как открытых, так и труднодоступных для очистки. Поэтому исследование осаждения аэрозолей остается важной научно-технической проблемой [1, 2].

Электризация, обусловленная свободными зарядами частиц, заставляет частицы перемещаться в электрическом поле. Этот метод осаждения аэрозолей широко применяется в промышленном масштабе. Также большое значение в промышленности представляет задача зарядки порошков при их распылении. Интересным вопросом является влияние различных факторов на электризацию аэрозолей [3].

Вещество, находящееся в аэрозольном состоянии, имеет ряд особых свойств и признаков, которые необходимо учитывать в работе по очистке помещений от вредных выбросов. При выборе способа и метода очистки следует выявить особенности и границы применимости, связанные, прежде всего, с размерами частиц. До сих пор не до конца изучено электростатическое осаждение микронных и субмикронных аэрозолей. Можно предположить, что для частиц аэрозоля микронных и субмикронных размеров осаждение под воздействием электрического поля будет проходить существенно быстрее, чем в отсутствии поля. Однако так ли это на самом деле, или более эффективными являются другие механизмы воздействия на конкретное вещество определенной дисперсности, предстоит выявить с помощью математических моделей и проверить экспериментально.

Для очистки поверхностей объектов или воздуха помещений предлагается подобрать и распылить порошок, физико-химически взаимодействующий с опасным продуктом, нейтрализуя его. Затем отработанный порошок должен быть собран и дезактивирован. Применение специально распыленных сорбирующих аэрозолей для очистки поверхностей недостаточно изучено. В частности, для таких целей еще не предлагалось использовать электростатический способ распыления сорбирующих аэрозолей.

В качестве сорбирующих порошков предлагается рассмотреть наноструктурированные порошки, обладающие большой удельной поверхностью. Данная работа направлена на исследование очистки поверхности и воздушной среды за счет поглощения опасного вещества на поверхности и в порах наносорбентов с помощью применения электрического поля.

Электростатический способ распыления аэрозолей позволяет разбить агломераты частиц, что важно в тех практических приложениях, где требуется наибольшая дисперсность порошка. Это упомянутая задача сорбции вредных веществ в воздухе и на поверхностях.

В работе рассматриваются и другие области применения электростатической зарядки частиц аэрозоля. В частности, это модификация известного способа упрочнения металлов за счет введения в расплав мелкодисперсных частиц. Один из перспективных способов упрочнения металлов - это внесение в расплав мелкодисперсных (наноразмерных) частиц различного физико-химического состава (оксиды металлов, ультрадисперсный алмаз и т.п.). При этом нанодисперсные порошки создают агломераты, с чем необходимо бороться. Электростатическое распыление позволяет разбить агломераты частиц; одноименно заряженные частицы не образуют агломераты вновь. Кроме того, наличие заряда поверхности улучшает смачиваемость частиц жидким металлом, что облегчает процесс их внедрения в металлическую матрицу.

В работе проведены исследования изменения свойств заряженных частиц (увеличение дисперсности порошка при распылении, уменьшение краевого угла

смачивания), предложен и экспериментально проверен способ внесения упрочняющих частиц в расплав металла с использованием электрического поля.

Таким образом, исследование аэрозолей в электрическом поле, аэрозолей, содержащих заряженные частицы, в теоретическом и прикладном плане является актуальной задачей.

Целью работы является: использование процесса электростатического осаждения и распыления мелкодисперсного аэрозоля и разработка способов применения заряженных частиц, включая очистку воздушной среды и поверхностей рабочих помещений.

Задачи исследования:

1 Экспериментальные исследования по оценке ускорения осаждения при воздействии электрического поля для различных вредных мелкодисперсных аэрозолей. Расчет скорости дрейфа частиц под действием электрического поля с использованием параметров электрофильтра. Оценка влияния различных механизмов движения аэрозольных частиц за счет: диффузии, дрейфа в электрическом поле и осаждения в поле силы тяжести.

2 Физико-математическое моделирование электростатического взаимодействия частиц порошков. Измерение потенциала и величины электрического заряда осажденных на различных поверхностях мелкодисперсных частиц при электростатическом распылении.

3 Экспериментальные исследования изменения дисперсности и концентрации частиц аэрозоля в процессе электростатического распыления и последующего распределения частиц мелкодисперсных аэрозольных сред в воздухе и на поверхности.

4 Поиск способов удаления вредных аэрозольных образований из воздуха и с поверхностей помещений и других областей применения аэрозолей электростатически заряженных частиц.

Научная новизна:

1 Впервые на основе экспериментально-теоретических исследований произведен сравнительно-оценочный анализ изменения параметров аэрозольного

облака и скоростей осаждения при различных механизмах движения аэрозольных частиц, таких, как диффузия, дрейф в электрическом поле и поле силы тяжести, позволяющий прогнозировать эффективность использования приборов для электростатического осаждения аэрозоля с учетом дисперсности и физико-химических свойств, а также электрических параметров электроосаждающих устройств. Установлено, что скорость электрического дрейфа достигает предельных значений для мелкодисперсного аэрозоля порошка талька (0,04-0,12 м/с) и раствора соли (0,02-0,07 м/с).

2 Показано, что электростатический способ распыления приводит к разбиению агломератов частиц, существенному уменьшению их размеров (в два раза по сравнению с дисперсностью частиц, распыленных пневматическим устройством) и увеличению удельной поверхности.

3 Предложена новая физико-математическая модель электростатического взаимодействия частиц порошка, которая позволяет получать зависимости убыли относительной массы сорбированного порошка от времени; в разработанной модели приведено условие возможности электростатического взаимодействия частиц с учетом силы трения.

4 Экспериментально установлено, что значения среднего краевого угла смачивания при наличии заряда на поверхности для различных пар веществ снижается более, чем на 3°, по сравнению со случаем без заряда, что говорит об улучшении смачивания этой поверхности жидкостью. Получена новая расчетная зависимость, позволяющая оценить величину краевого угла смачивания поверхности в зависимости от ее заряда.

5 Предложен способ измерения потенциала поверхности и определения величины электрического заряда осажденных на различных поверхностях аэрозольных частиц при электростатическом распылении с целью анализа влияния уровня заряда частиц на сорбционные свойства материалов. Установлено, что большинство порошков приобретает положительный заряд при электростатическом распылении, а величина заряда одной частицы составляет около 10-17-10-18 Кл.

Практическая значимость:

1 На основе результатов проведенных исследований предложены новые области использования метода электростатического распыления и электрофильтров, а именно для сорбции в воздухе и на поверхности вредных и опасных аэрозольных частиц или микроорганизмов и введение упрочняющих частиц в расплав металла.

2 Предложен новый способ нейтрализации опасных веществ в воздухе и на поверхностях с помощью электростатического распыления сорбирующих порошков. В результате экспериментальных исследований предложенного способа при электростатическом распылении активированного угля, как сорбента для малатиона, достигнута эффективность очистки более 99 %. Высокоэффективным (более 99,5 %) является применение заряженных частиц оксида железа и оксида алюминия для очистки 2-хлорэтилэтилсульфида.

3 Применение электростатического воздействия на двух технологических этапах (создание облака сорбента и осаждение отработанного сорбента) позволило снизить концентрацию выбранных веществ (талька и псевдобемита) в воздухе до нулевых значений в течение 100 с.

Работа проводилась при поддержке гранта 16-38-00581 мол_а «Исследование возможности очистки дегазируемых поверхностей с помощью сорбирующих порошков и электростатического поля», результаты диссертационной работы получены при выполнении проекта фундаментальных исследований СО РАН У.49.1.4 «Разработка теоретических основ, методов и высокоэнергетических материалов (ВЭМ) для генерации пространственно-распределенных полей субмикронных и наноразмерных частиц со специальными контролируемыми свойствами с целью дезактивации опасных химических агентов с одновременным обнаружением и идентификацией опасных веществ», научно-исследовательской работы (НИР) «Разработка методов получения аэрозолей наноразмерных порошков оксидов и последующего сбора отработанных порошков в процессах очистки воздуха от отравляющих веществ», НИР «Исследование возможности разработки комплекта технических средств на

основе наносорбентов для дегазации объектов», проекта «Разработка и совершенствование способов получения высокопрочных легких сплавов и металломатричных нанокомпозитов с повышенными эксплуатационными характеристиками» Соглашение № 14.578.21.0025 (2014-2016гг.) в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Методы исследования. При выполнении работы использовались:

- анализ и обобщение научно-технической литературы по способам распыления и осаждения аэрозольных сред;

- экспериментальные оптические методы контроля дисперсности и концентрации изучаемого аэрозоля;

- физико-математическое моделирование процесса взаимодействия частиц продуцируемого аэрозоля;

- методы математической статистики и обработки изображений;

- оптический анализатор для оценки степени взаимодействия нейтральных и заряженных частиц на поверхности и визуализации данного процесса;

- методы измерения заряда частиц порошкового материала;

- микроскопические методы исследования.

На защиту выносятся:

- Результаты исследования процесса электростатического осаждения мелкодисперсных аэрозолей.

- Оценки характерных времен процессов эволюции аэрозольного облака в электростатическом поле.

- Измерение удельной поверхности частиц аэрозолей при различных способах распыления.

- Математическая модель сорбции мельчайших частиц, расположенных на поверхности или распределенных в воздухе в виде аэрозоля, с помощью частиц электрически заряженных порошковых сорбентов.

- Результаты измерений и расчетов величины и знака электростатического заряда частиц различных порошков при напылении их электростатическим распылителем на поверхности различных материалов.

- Результаты испытаний по определению эффективности применения заряженных частиц сорбента для очистки поверхности от частиц вредных веществ.

Достоверность полученных результатов обоснована малой относительной погрешностью используемых средств и методик измерений, подробным анализом экспериментальных данных, а также сопоставлением их с экспериментальными данными аналогов используемого метода и литературными источниками.

1 Описание методов и средств создания заряженных аэрозольных сред и улавливания вредных конденсированных частиц с использованием

электростатических полей

1.1 Механизмы зарядки аэрозольных частиц

Можно выделить несколько основных процессов, которые приводят к созданию на частице электрического заряда:

- прямая ионизация;

- статическая электризация;

- столкновение частицы с ионными кластерами и одиночными ионами (в том числе, в присутствии внешнего электростатического поля). Перечисленные процессы могут протекать совместно и по отдельности.

Рассмотрим их более подробно.

Под прямой ионизацией частиц понимают ионизацию их с помощью атомов и молекул, несущих высокую энергию. Прямая ионизация не вызывается электромагнитным излучением. Такой механизм не является существенным, поскольку, в основном, эффект ионизации производится за счет воздушных молекул, а не от наличия аэрозольных частиц, которых в воздухе имеется лишь малое количество.

Статическая электризация может вызываться различными механизмами, описанными ниже.

Электролитический механизм ионизации свойственен для жидких аэрозольных частиц (капель), состоящих из растворов с высокой диэлектрической проницаемостью. Такая капля обменивается ионами с твердыми поверхностями (например, металлическими). Так, например, водяные капли, стекающие с металлической пластинки, уносят на себе значительный электрический заряд. Именно электролитический механизм считают основным при рассмотрении электризации частиц жидкокапельных аэрозолей.

В процессе контактной электризации электроны с чистых и сухих металлических поверхностей, соприкасающихся между собой, перемещаются внутрь металла, имеющего более низкую работу выхода электронов. Для осуществления такого механизма необходимым условием является отсутствие пленок примесей на поверхностях соприкасающихся металлов, что чаще всего не выполняется. Поэтому такой механизм вряд ли имеет существенное значение при статической зарядке металлических частиц.

Электризация реализуется при распылении жидкости с высоким показателем диэлектрической проницаемости (например, это относится к воде). Поверхностные силы приводят к росту концентрации электронов и отрицательных ионов, способствуя образованию двойного электрического слоя. Этот слой при распылении жидкости разрушается, и результирующие более мелкие капли, в основном, оказываются заряженными отрицательно. Заряд более крупных капель не определен: они могут оказаться заряженными отрицательно, положительно, либо остаться электронейтральными - приблизительно, с одинаковой вероятностью. Заряд капель, полученный ими при распылении, невелик: обычно они содержат лишь несколько элементарных зарядов.

В процессе электризации трением сухие неметаллические частицы получают заряд в контакте с другими неметаллическими или металлическими частицами.

Значимым механизмом зарядки частиц, широко применяемым в технологиях, является ионизация в пламени. Концентрация ионов в пламени может быть весьма значительной, например, в воздушно-углеводородном

9 12 3

пламени концентрация ионов достигает величины (10 ^ 10 ) 1/ см , причем известно, что в таком пламени присутствуют положительные ионы. Отрицательные ионы либо свободные электроны могут также присутствовать в пламени, но вопрос об их преобладании над положительными ионами остается спорным. В присутствии же мелких аэрозольных частиц в пламени значительно увеличивается количество свободных электрических зарядов. Так, например, при

сгорании ацетилена на частице углерода величиной 200 нм содержится 10

18

элементарных зарядов, что соответствует 10 элементарных зарядов на 1 грамм.

Наиболее изученным механизмом электризации частиц аэрозолей является столкновение с ионами и ионными кластерами. Такие ионы и кластеры образуются в воздухе с помощью энергии а-, Р-, у- в процессе разложения изотопов, либо при электрических разрядах [1]. Электризация частиц в таком механизме заключается в присоединении электронейтральными частицами аэрозолей положительных или отрицательных ионов [1-5].

1.2 Способ распыления наноразмерных порошков на основе коронного

разряда

На практике широко используется эффективный метод зарядки аэрозольных частиц коронным разрядом. Коронный разряд является разновидностью холодной плазмы, когда в зоне короны образуются свободные электроны, которые переполняют пространство между распылителем и объектом. Электроны соединяются с молекулами воздуха, создавая поток отрицательных ионов. Если электрическое поле за границами области коронного разряда обладает достаточной напряженностью, то ионизированные частицы, будут объединяться с частицами порошка в процессе распыления.

В результате создается облако заряженного вещества и свободных (неприсоединившихся) ионов (рисунок 1.1) между распылителем и объектом. Совокупный заряд порошкообразных частиц и ионов, составляющих облако, образуют «пространственный заряд». При этом «пространственный заряд» формирует собственное электрическое поле, которое действует на аэрозольные частицы совместно с полем высоковольтного электрода и приводит к осаждению мелкодисперсных частиц порошка на заземленную подложку.

- - • _ • • С

- .. -л «-

1

___ —

5

1 - электрод коронирующий; 2 - поток заряженных частиц вещества; 3 - ионы;

4 - создаваемое электрическое поле; 5 - силовые линии Рисунок 1.1 - Заряд мелкодисперсных частиц в потоке коронного разряда

Порошок, который под определенным давлением выдает распылитель, проходит вблизи коронирующего электрода, получая заряд необходимый для прилипания к поверхности, равномерно распределяясь по всей площади (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Схема распределения частиц на заземленную поверхность при

электростатическом распылении

Когда заряженный поток частиц вещества проходит у краев детали, на них воздействуют электростатические и аэродинамические силы. Крупные частицы вещества образуют большую площадь поверхности, за счет чего в большей степени подвержены воздействию аэродинамических сил и силы тяжести.

Если скорость потока воздуха у детали имеет большие значения, то крупные частицы материала будут проскальзывать у краев, не осаждаясь на объекте. Более

мелкие частицы вещества испытывают большее электростатическое притяжение к заземленной поверхности.

Масса дисперсного материала может содержаться в специальной емкости, снабженной разгрузочным отверстием, в котором поверхность массы является открытой по меньшей мере в процессе распыления. Приложенное напряжение может быть положительным или отрицательным (предпочтительным является положительное напряжение) и обычно находится в диапазоне от 3 до 40 кВ.

Электростатическое распыляющее устройство обычно содержит схему генерирования высокого напряжения, электропитание на которую подается от схемы низкого напряжения, содержащей один или больше чувствительных к облучению элементов и средство накопления заряда. Такие устройства неизменно содержат генератор высокого напряжения для вырабатывания напряжения в диапазоне киловольт с целью приложения к подлежащему распылению материалу.

Отсутствие проводимости гарантирует прилипание материала к цели в течение значительного промежутка времени. Однако если вещество обладает низким электросопротивлением, возникает растекание заряда по массе и снижает степень налипания распыленного вещества на поверхность материала. Надежность покрытия будет определяться влажностью и липкостью самой поверхности, при наличии электрического поля частицы способны перемещаться вдоль такой поверхности.

Нанесение тонкого слоя на заземленную поверхность распыляемого порошка позволяет существенно снизить расход материала. Также к достоинствам зарядки коронным зарядом можно отнести высокую производительность системы, относительно низкую чувствительность к параметрам окружающей среды, низкими затратами на обслуживание и ремонт. Все это дает дополнительное преимущество электростатическому распылению коронным разрядом перед другими видами распылителей.

Электростатические распылители способны распылять жидкофазные вещества, однако имеется ряд особенностей.

Распылитель такого рода имеет специальную форму для обеспечения контактной зарядки подаваемой жидкости, которая под действием электростатического поля высокого напряжения транспортируется к покрываемой поверхности, находящейся под нулевым потенциалом.

При движении частицы жидкости, под действием электрического поля, измельчаются, расталкиваются и снова дробятся. Равномерное распределение частиц жидкости происходит за счет действия кулоновких сил между заряженными частицами. При движении заряженных частиц в электростатическом поле высокого напряжения, происходит хорошее покрытие поверхности жидкостью.

Однако не все жидкости можно эффективно электростатическим способом распылять. Огромное влияние на процесс распыления имеет величина вязкости, проводимости, поверхностного натяжения жидкости и величина напряженности электрического поля.

Таким образом, устройство электростатического распыления имеет несколько сфер применения, включающих очистку воздуха, распыление сорбирующих порошков и инсектицидов (средств от насекомых), продукции личного ухода - гигиены (например, дезодоранты, косметические средства и духи) и медицинских и квазимедицинских продуктов, типа аэрозолей носовых и дыхательных путей.

1.3 Способы очистки от аэрозольных загрязнений и их аппаратурное

оформление

Большинство взвешенных частиц образуются в атмосфере воздуха в результате человеческого фактора, связанного с различными видами производственных работ. К числу таких процессов можно отнести:

- гальваническое производство;

- сварочные и горные работы;

- механическая обработка и деревообработка материалов;

- выхлопные продукты при движении автотранспорта и т.д..

Большое количество вредных веществ, в том числе жидкофазного аэрозоля, поступает в атмосферу при нанесении гальванических и химических покрытий.

Загрязнения сварочным аэрозолем зависят от вида сварки, флюса и марок электродов, при этом образуются вредные для здоровья выбросы оксидов металлов (алюминия, ванадия, железа, меди, титана и др.). Аэрозоль, образовавшийся при резке и сварке обладает мелкой дисперсностью, скорость витания в среднем составляет 0,1 м/с.

При обработке деталей от царапин, неровностей и при образовании гладкой поверхности освобождается большое количество высокодисперсной пыли в результате полировки, шлифования, вибрации и галтовки и прочее. При такого рода работах скорость перемещения загрязненного воздушного потока не менее

3 3

18-20 м/с, расход 300-350 м /ч на 1 м . В окружающую среду при этом выделяется кислород и другие газы, образующиеся при испарении составных частей раствора при протекании химических реакций. Дисперсный состав подобного аэрозоля зависит от процесса: при обезжировании - 5-5,5 мкм, при травлении - 5-6,5 мкм, при хромировании - 8-10 мкм, при цинковании - 5-8 мкм.

При обработке полимерных материалов в атмосферу выделяется много различных химических соединений: стиролов, формальдегидов, фенолов и других входящих в компоненты обрабатываемых материалов. При деревообработке выделяются: шлифовальная пыль, стружка, поры вредных веществ, поры ароматических углеводородов, спирты, эфиры. При сжигании топлива, мазута и дымовых газов совместно с основными продуктами выделяются оксиды серы, углерода, летучая зола, азот, диоксид азота, ванадий и другие [7].

Среди способов нейтрализации опасных и вредных аэрозолей из воздушной среды используют электрические, мокрые и сухие способы. Аппараты, реализующие данные методы, различают по конструкции, типам и принципу осаждения (таблица 1.1). К сухой очистке относят методы: инерционные, гравитационные, центробежные, фильтрационные, звуковая и ультразвуковая коагуляция. Контакт запыленных газов с жидкостью происходит в мокрых

пылеуловителях. В аппаратах электрической очистки осаждение происходит на осадительных электродах.

Таблица 1.1- Зависимость способа улавливания от дисперсного состава аэрозоля

Дисперсность частиц, мкм Пылеуловитель

40-1000 Пылеосадительная камера

5-1000 Циклон диаметром менее 1 м

20-100 Скруббер

0,9-100 Фильтры тканевые

0,05-100 Фильтры волокнистые

0,01-10 Электрофильтры

Эффективность нейтрализации вредных аэрозолей можно рассчитать, используя соотношение:

M

v = -f-■ 100, (1.1)

Mвх

где 77 - степень очистки, %;

Мул, Мвх - масса взвешенных частиц, уловленных и входящих в систему очистки, соответственно.

Одними из характеристик являются парциальный или фракционный коэффициент. Фракционный коэффициент очистки есть отношение осажденной массы взвешенных частиц данной фракции в системе к массе частиц, входящих в систему для той же фракции. Отношение числа взвешенных частиц определенного размера, осажденных в аппарате, к числу частиц того же размера на входе аппарата [8].

1.3.1 Гравитационное осаждение

Наиболее простой вид осаждения вредной пыли производств возникает в результате естественных седиментационных процессов, под действием силы тяжести. Гравитационный процесс возникает при движении пылевоздушного ламинарного потока в камере осаждения. Обычно осадительные камеры имеют огромные размеры (по поперечному сечению и длине), чтобы предотвратить турбулизацию потока.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степкина, Мария Юрьевна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Берснев, С. А. Физика атмосферных аэрозолей : курс лекций / С.А. Берснев, В.И. Грязин. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2008. - 227 с.

2. Архипов, В. А. Аэрозольные системы и их влияние на жизнедеятельность : учеб. пособие / А.В. Архипов, У.М. Шереметьев. - Томск : ГТПУ, 2007. - 136 с.

3. Грин, Х. Аэрозоли - пыли, дымы и туманы / Х. Грин, В. Лейн. - Санкт-Петербург: Изд-во Химия, 1971. - 428 с.

4. Санаев, Ю. И. Обеспыливание газов электрофильтрами/ Ю.И. Санаев. -Изд-во Семибратово «Кондор-Эко», 2009. - 163 с.

5. Пискунов, В. Н. Теоретические модели кинетики формирование аэрозолей: монография / В.Н. Пискунов. - Саратов: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2000.209 с.

6. Коровина, Н. В. Распыление жидкости при импульсном воздействии [Текст] / Н. В. Коровина, О. Б. Кудряшова, А. А. Антонникова, Б. И. Ворожцов // Известия вузов. Физика. - 2013. - № 9/3(56). - С. 169-172.

7. Тищенко, Н. Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе / Н.В. Тищенко. - Справ. изд. -М.: Химия, 1991. - 368 с.

8. Панасенко, А. И. Технология очистки от аэрозолей: учеб. пособие / А. И. Панасенко. - Донецк, ДВНЗ «ДонНТУ» 2008. - 119 с.

9. White, H. J.Fifty Years of Electrostatic Precipitation [Текст] / H.J. White. -Bound Brook , New Jersey , USA, 2012. - 177 c.

10. Biswas, P. Nanoparticles and the Environment [Текст] / PratimBiswas. -Journal of the Air &Waste Management Association, 2005. - 746 c.

11. Верещагин, И. П. Высоковольтные электротехнологии: учебное пособие / И.П Верещагин. - Москва, МЭИ, 1999. - 92 с.

12. Ворожцов, Б.И. Проблематика и особенности использования электростатических полей для нейтрализации мелкодисперсных аэрозолей [Текст]

/ Б.И. Ворожцов, М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // Южно-Сибирский научный вестник. - 2014. - № 2(6). - С. 67-69.

13. Островский, Г. М. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий: Ч. II / Г. М. Островский. - Изд-во АНО НПО «Профессионал», 2006. - 916 е., ил.

14. Коузов, П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов / П.А. Коузов. - Л. : Химия, 1971, 280 с.

15. Ивлев, Л. С. Физика атмосферных аэрозольных систем / Л.С. Ивлев, Ю.А. Довгалюк. - СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999. - 194 с.

16. Лопатин, В. Н. Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред / В.Н. Лопатин, А. В. Приезжев, А.Д. Апонасенко, Н.В. Шепелевич, В.В. Лопатин, П.В. Пожиленкова, И.В. Простакова - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 384 с.

17. Ахмадеев, И. Р. Метод и быстродействующая лазерная установка для исследования генезиса техногенного аэрозоля по рассеянию луча в контролируемом объеме: дис ... канд. тех. наук. - АлтГТУ - Бийск, 2008. - 98 с.

18. Ахмадеев, И. Р. Модифицированный метод малоуглового рассеяния для измерения дисперсности аэрозольных частиц [Текст] // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: материалы V Всероссийской научной конференции. - Томск: ТГУ, 2006. - С. 55-56.

19. Степкина, М.Ю. Моделирование процессов осаждения конденсируемой фазы под действием электрического поля [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова, Н.В. Коровина, Е.В. Муравлев: сборник тезисов докладов XXI Рабочей группы «Аэрозоли Сибири». - Томск, ИОА СО РАН, 2014. - С. 30.

20. Ужов, В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами / В. Н. Ужов. - Москва, 1987. - 258 с.

21. Степкина, М.Ю. Экспериментальные исследования воздействия электрического поля на микро- и наночастицы аэрозоля [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова: тезисы X Международной конференции «ИБМв-2014». -Барнаул: АлтГТУ, 2014. - С. 169.

22. Степкина, М.Ю. Использование электрических полей для осаждения мелкодисперсных аэрозолей [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // Перспективы создания и применения конденсированных высокоэнергетических материалов: материалы докладов V Всероссийкой научно-технической конференции молодых ученых. - Бийск: АлтГТУ, 2014. - С. 198-203.

23. Степкина, М.Ю. Экспериментальное исследование способа ускорения осаждения мелкодисперсного аэрозольного облака под действием электрического поля [Текст] / М.Ю. Степкина, И.Р. Ахмадеев, Б.И. Ворожцов // Ползуновский вестник. - 2014 . - № 3. - С. 134-138.

24. Фукс, Н.А. Механика аэрозолей / Н.А. Фукс. - М: Изд-во Академии наук СССР, 1955.- 350 с.

25. Бабичев, А. П. Физические величины: справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский [и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с. -ISBN 5-283-04013-5.

26. Степкина, М.Ю. Математическая модель эволюции параметров частиц аэрозольного облака с учетом физико-химических свойств диспергируемого вещества [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // Информационные технологии в науке, экономике и образовании: материалы докладов Всероссийской конференции. - Бийск: АлтГТУ, 2014. - С. 106-108.

27. Степкина, М.Ю. Исследование влияния физических свойств распыляемого вещества на динамику седиментации и электростатического осаждения частиц продуцируемого аэрозоля с учетом его дисперсности [Текст]: сборник тезисов докладов XX Рабочей группы «Аэрозоли Сибири». - Томск: ИОА СО РАН, 2013. - С. 109.

28. Stepkina, M. Yu. Temperature and humidity effects of dispersion medium on evolution of liquid-drop aerosol parameters [Текст] / M.Yu. Stepkina, O.B. Kudryashova, B.V. Borisov // MATEC Web of Conferences.- Tomsk: EDP Sciences, 2015. - Vol. 23, DOI: 10.1051/matecconf/20152300138.

29. Titov, S.S. Sedimentation of harmful dust by means of acoustic fields and spraying of superfune aerosol [Текст] / S.S. Titov, M.Yu. Stepkina, A.A. Antonnikova,

N.V. Korovina, B.I. Vorozhtsov, E.V. Muravlev, O.B. Kudryashova // Book of abstracts International Conference on ATMOSPHERIC DUST Castellaneta Marina. - Italy: DUST, 2014. - P. 418.

30. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика: в 10 т. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц Гидродинамика. - М., Наука, 1986. - 6 т. - 736 с.

31. Кудряшова, О. Б. Генезис аэрозолей при ударно-волновом распылении и ультразвуковом воздействии [Текст]: дис... д. ф. - м. наук: 01.02.05: защищена 28.03.2013: утв. 29.12.2012 / Кудряшова Ольга Борисовна. - Томск, 2013. - 254 с.

32. Кудряшова, О.Б. Распыление нанопорошков для адсорбции токсичных веществ [Текст] / О.Б Кудряшова, М.Ю. Степкина, Н.В. Коровина, А.А. Антонникова, Е.В. Муравлев, А.А. Павленко // Инженерно-физический журнал. -2015. - Т. 88, № 4. - С. 808-813.

33. Titov, S.S. Sedimentation of harmful dust by means of ultrasonic waves and additional disperse phase [Текст] / S.S. Titov, M.Yu. Stepkina, A.A. Antonnikova, N.V. Korovina, B.I. Vorozhtsov, E.V. Muravlev, O.B. Kudryashova //Arabian Journal of Geosciences. DOI 10.1007/s12517-015-2007-0. ISSN 1866-7511.

34. Kudryashova, O. B. Atomization of nanopowders for adsorption of toxic substances [Текст] / O.B. Kudryashova, M.Yu. Stepkina, N.V. Korovina, A.A. Antonnikova, E.V. Muravlev, A.A. Pavlenko // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2015. - Vol. 88, No. 4, DOI 10.1007/s10891-015-1258-7.

35. Уайт, П. Высокоэффективная очистка воздуха / П. Уайт - Москва: АТОМИЗДАТ, 1967. - С. 311.

36. Chien, Chih-Liang Nanoparticle Charging Efficiency of a Single-Wire Corona Unipolar Charger [Текст] / Chih-Liang Chien , Chuen-Jinn Tsai , Hui-Lin Chen, Guan-Yu Lin // Aerosol Science and Technology, Taylor & Francis - 2011. - P. 1468-1479.

37. Podgorski, A. Singly Charged Nanoparticles through Polydisperse Fibrous Filters [Текст] / A. Podgorski , A. Maiber , A. Jackiewicz // Aerosol Science and Technology, Taylor & Francis -2011. - P. 215-233.

38. Intra, P Evaluation of a unipolar diffusion and field charger of aerosol particles by a corona discharge [Текст] / P. Intra, A.Yawootti, N. Tippayawong // Particulate Science and Technology - 2013. - P. 621-631.

39. Chaolong, Q. Miniature dual-corona ionizer for bipolar charging of aerosol [Текст] / Q. Chaolong, K. Pramod // Aerosol Science and Technology - 2013. - P. 8192.

40. Jaehong, P. Deposition of charged aerosol particles on a substrate by collimating through an electric field assisted coaxial flow nozzle [Текст] / P. Jaehong, J. Jimin, K. Chul, H. Jungho // Aerosol Science and Technology. - 2013. - P. 512-519.

41. Степкина, М.Ю. Управление процессом осаждения конденсируемой фазы с использованием электрического поля [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // Известия Томского политехнического университета. - 2015. - № 5(326). - С. 28-37.

42. Степкина, М.Ю. Использование электрического поля для очистки поверхностей [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова, Е.В. Муравлев // Ползуновский вестник. - 2015. - № 4 (2). - С. 95-100.

43. Белоусов, В. В. Теоретические основы процессов газоочистки / В.В. Белоусов. - М.: Металлургия. - 1988. - 256 с.

44. Lerner, M. Application inorganic nanopowder for sorption microorganisms [Текст] / M. Lerner, A. Loghkomoyev, V. Pehenko, S. Psakhye // II Russian-German Conference of the Koch-Metchnikov-Forum. - Tomsk: Abstract book., 2007. - P. 221.

45. Восканян, А. Г. Демонстрация закона Кулона на основе количественных измерений / А.Г.Восканян, А.Д. Марленский, А.Ф. Шибаев. - М.: Школа-Пресс, 1996. - 243 с.

46. Степкина, М.Ю. Исследование взаимодействия частиц модельного порошка сорбента на поверхности при электростатическом нанесении [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова: сборник тезисов докладов XXII Рабочей группы «Аэрозоли Сибири». - Томск: ИОА СО РАН, 2015. - С. 23-24.

47. Степкина, М.Ю. Физико-математическое моделирование воздействия электрического поля на процесс сорбции [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б.

Кудряшова // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики: материалы V международной молодежной научной конференции. - Томск: ТГУ, 2015. - С. 67-68.

48. Степкина, М.Ю. Экспериментальное исследование дисперсности заряженных частиц в потоке и на поверхности при электростатическом распылении [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова, А.А. Антонникова // Наука. Инновации. Технологии. - 2016. - № 3. - С. 89-96.

49. Архипов, В. А. Лазерные методы диагностики гетерогенных потоков / В.А. Архипов. - Томск, 1987. - 139 с.

50. Верещагин, И.П. Основы электрогазодинамики дисперсных систем / И.П. Верещагин, В.И. Левитов. - Москва: Энергия, 1974 г. - 480 с.

51. Тукмаков, А. Л. Численная модель электрогазодинамики аэродисперсной системы на основе уравнений движения двухскоростной двух температурной газовзвеси / А.Л. Тукмаков // Прикладная механика и техническая физика (ПТМФ). - 2015. - № 4. - С. 112-120.

52. Овчаренко, А. Г. Измерение электростатических характеристик дисперсных и сплошных твердых сред материалов / А. Г. Овчаренко, С.Л. Раско // Ползуновский вестник. - 2008. -№ 4. - С. 118-124.

53. Плющ, Ю. А. Определение величины заряда контактирующих материалов / Ю.А. Плющ, В.В. Иванов, С.В. Иванов // Известия ВолгГТУ. - 2004. - № 9. - С. 38-39.

54. Бутиков, Е. И. Физика: учеб. пособие: В 3 кн. / Е.И. Бутиков, А.С. Кондратьев. - Электродинамика. Оптика. - М.: Физматлит, 2004.- Кн. 2. - 351 с.

55. Восканян, А. Г. Демонстрация закона Кулона на основе количественных измерений / А. Г. Восканян, А. Д. Марленский, А.Ф. Шибаев. - М.: Школа-Пресс, 1996. - Вып. 7. - 243 с.

56. Степкина, М.Ю. Экспериментальное определение величины заряда твердофазных аэрозольных частиц при электростатическом нанесении на поверхность [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова, А.А. Жирнов // Ползуновский вестник. - 2016. - № 2. - С. 217-221.

57. Жданов, К.В. Исследование влияния электростатического заряда поверхности на краевой угол смачивания [Текст] / К.В. Жданов, М.С. Ерохин, М.Ю. Степкина, А.А. Жирнов, О.Б. Кудряшова // Ползуновский вестник. - 2016. -№ 2. - С. 222-226.

58. Де Жен, П.Ж. Смачивание: статика и динамика / П.Ж. де Жен // УФН. -1987. - № 151. - С. 619-681.

59. Сумм, Б. Д. Физико-химические основы смачивания и растекания / Б.Д. Сумм, Ю.В. Горюнов. - М: Химия, 1976. - 232 с.

60. Русанов, А. И. Современная теория капиллярности / А.И. Русанов, Ф.Ч. Гудрич. - Л.: Химия, 1980. - 344 с.

61. Kudryashova, O. B. On the Mechanism of Ultrasound-Driven Deagglomeration of Nanoparticle Agglomerates in Aluminum Melt / O.B. Kudryashova, S.A. Vorozhtsov // The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society (JOM). - Vol. 68, No. 5. - 2016. - Р. 1307-1311. - DOI 10.1007/s11837-016-1851-z.

62. Протопопов, А. В. Лекции по коллоидной химиии: кафедра ТППиЭ /А.В. Протопопов. - 2013. - 104 с.

63. Kudryashova, O. B. Ultrasonic dispersion of agglomerated particles in metal melt [Текст] / O.B. Kudryashova, S.A. Vorozhtsov, A.P. Khrustalyov, M. Yu. Stepkina // Prospects of Fundamental Sciences Development (PFSD-2016). - Tomsk: AIP Publishing, 2016, DOI: 10.1063/1.4964535.

64. Несветайлов, Г. А. Теория и практика электрогидравлического эффекта / Г.А. Несветайлов, Е. А. Серебряков. - Минск: Наука и техника, 1966. - 36 с.

65. Кудряшова, О.Б Ударно-волновая генерация высокодисперсных жидкокапельных аэрозолей [Текст] / О.Б. Кудряшова, Б.И. Ворожцов, Е.В. Муравлев, А.Н. Ишматов, А.А. Павленко // Ползуновский вестник. - 2010. - № 4(1). - С. 95-100.

66. Ворожцов, Б.И. Физико-математическое моделирование ударно-волновой генерации жидкокапельных аэрозолей в конструкции центробежной

форсунки [Текст] / Б.И. Ворожцов, О.Б. Кудряшова, А.А. Павленко // Известия вузов. Физика. - 2010. - № 12/2(53). - С. 102-108.

67. Коровина, Н.В. Распыление жидкости при импульсном воздействии [Текст] / Н.В. Коровина, О.Б. Кудряшова, А.А. Антонникова, Б.И. Ворожцов // Известия вузов. Физика. - 2013. - № 9/3(56). - С. 169-172.

68. Коровина, Н.В. Создание аэрозольных сред с помощью автономных распылительных устройств, их эволюция и распространение в замкнутых объемах: дис ... канд. физ.-мат. наук. - ТГУ. - Томск, 2014. - 120 с.

69. Разработка методов получения аэрозолей наноразмерных порошков оксидов титана, железа и магния и их последующего сбора, Шифр: «Дегазация-Н-2»: отчёт о НИР (итоговый) / ИПХЭТ СО РАН; рук. Сакович Г.В. - Бийск, 2016 г. - 34 с. - Инв. № 0-409.

70. Степкина, М.Ю. Применение электростатического поля для очистки дегазируемых поверхностей [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова, Б.В. Борисов: тезисы докладов XXIV Всероссийского семинара с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям. - Новосибирск: Параллель, 2015. - С. 150.

71. Степкина, М.Ю. Исследование взаимодействия частиц модельного порошка сорбента на поверхности при электростатическом нанесении [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // тезисы докладов XXII Рабочей группы «Аэрозоли Сибири». - Томск: ИОА СО РАН, 2015. - С. 23-24.

72. Степкина, М.Ю. Физико-математическое моделирование воздействия электрического поля на процесс сорбции [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики: материалы V Международной молодежной научной конференции. - Томск: ТГУ, 2015. - С. 67-68.

73. Klevens, R Metal Estimating health care-associated infections and deaths in U.S. hospitals: Public Health Reports, V. 122, 2007. - P. 160-166.

74. Лернер М.И. Сорбционно-бактерицидный материал, способ его получения, способ фильтрования жидких или газообразных сред, медицинский сорбент: патент РФ № 2426557; опубл.: 20.08.2011, БИ № 23.

75. Ложкомоев, А. С. Закономерности адсорбции микроорганизмов волокнистым сорбционным материалом, включающим частицы псевдобемита [Электронный ресурс] / А. С. Ложкомоев, Е. А. Глазкова, Н. В. Сваровская, О. В. Бакина, А. Н. Фоменко, Е. Г. Хоробрая, М. И. Лернер, А. А. Цхе. - Современные проблемы науки и образования, 2013. - № 2. - www.science-education.ru/108-8973 (дата обращения: 20.10.2015).

76. Патент РФ № 2317843 / Лернер, М. И.., Сваровская Н. В., Псахье С.Г., Руденский Г.Е., Репин В.Е., Пугачев В.Г. Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования, опубл. 2008.02.27, Бюл. № 6. - 12 с.;

77. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег., Синг К.: пер. с англ. 2-е изд. - М.: Мир, 1984. - 306 с.

78. Степкина, М.Ю. Увеличение скорости очистки воздушной среды от твердофазных вредных аэрозольных загрязнений с помощью электростатического воздействия [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. - Бийск: АлтГТУ, 2016. - С. 167-170.

79. Кудряшова, О.Б. Электростатический заряд частиц порошка и их сорбционная способность [Текст] / О.Б. Кудряшова, М.Ю. Степкина // Высокоэнергетические материалы: демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение: материалы XII Международная конференция HEMs-2016. - Томск: Национальный исследовательский Томский государственный университет, 2016. - С. 177-178.

80. Страус, В. Промышленная очистка газов / В. Страус. - М.: Химия, 1981. - 616 с.

81. Пат. 8084662 США, МКИ A62D 3/37. Method for degrading chemical warfare agents using Mn(VII) oxide with-and-without solid support / Rajan K. Vempati, Edward R. Biehl, Ramesh S. Hegde, David Y. Son. - № 11/1241742; заявлено 09.05.2005; опубл. 27.12. 2011, Бюл. № 36. - 5 с.

82. Пат. 8034253 США, МКИС09К 3/00, A62D 3/00, C01B 7/00, C11D3/39 Decontaminant / Bruce F. Monzyk, Russell R. Greene, Chad M. Cucksey, John A. McArthur, F. Michael Von Fahnestock, Steven C. Lorence, Michael J. Murphy, Brian J. Blackstone, Thomas A. Malloy, IV. - № 11/718,851; заявлено 14.11.2005; опубл. 14.11.2005, Бюл. №32 - 8 с.

83. Волощук, В.М. Процессы коагуляции в дисперсных системах / В.М. Волощук, Ю.С. Седунов Ю.С. - Гидрометеоиздат, 1975. - 320 с.

84. Степкина, М.Ю. Экспериментальное исследование коагуляции заряженных частиц в потоке [Текст] / М.Ю. Степкина, О.Б. Кудряшова, Е.В. Муравлев // Перспективы создания и применения конденсированных высокоэнергетических материалов: материалы VI Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых. - Бийск: РОАК ОООП «Общероссийское литературное сообщество», 2016. - С. 173-177.

Приложение А (рекомендуемое)