РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОТИВОАЭРОЗОЛЬНЫХ СИЗОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕСТ-АЭРОЗОЛЯ ХЛОРИДА НАТРИЯ
2.1. Обоснование основных направлений в определении защитных свойств противоаэрозольных СИЗОД
На основании анализа исследований по определению критериев оценки защитных свойств СИЗОД выявлено, что решение данной задачи сводится к определению основных защитных свойств фильтрующих элементов СИЗОД (коэффициента защиты, коэффициента проникания, эффективности фильтрации). Для этого производятся расчеты, основанные на полученных экспериментальных данных по прониканию через фильтрующий элемент СИЗОД тест-аэрозолей, с характеристиками максимально приближенными к реальному пылевому потоку.
Промышленная пыль многообразна по составу, свойствам, условиям образования и действию на организм человека [53-57]. Источниками образования пыли являются технологические процессы предприятий угольной и горнодобывающей промышленности, а также производство строительных материалов, машиностроительной, металлургической, химической, пищевой и других отраслей. Высокая дисперсность промышленной пыли является наиболее существенным свойством, определяющим ее физико-химическую активность. Для оценки степени дисперсности пыли могут быть использованы различные характеристики. Например: наибольший и наименьший размеры частиц, разность между наибольшим и наименьшим размерами, средний диаметр частиц, удельная поверхность и т.д. Однако наиболее полно дисперсность пыли характеризуется дисперсным составом. При такой характеристике устанавливаются все перечисленные выше параметры, а также процентное соотношение частиц каждого размера, которое может зависеть не только от природы пыли, а также от места ее образования, возраста и расстояния между источниками отбора пыли и местом отбора проб [58-61].
Вследствие наличия в пылевом облаке сравнительно быстрооседающих частиц распределение их по размерам непрерывно уменьшается во времени. В производственных помещениях при восходящих и нисходящих потоках, обусловленных разностью температур, работой подвижных машин и механизмов, обособленных вентиляционных установок процесс оседания мелкодисперсных частиц пыли представляет собой сложный процесс. Так, Ромашов [62] дает математическое выражение кривой распределения для пылевых частиц, взвешенных в воздухе, рассматривая процесс витания. Он показывает, что при наличии достаточного количества частиц с разной скоростью падения , т.е. частиц разных размеров , плотность распределения числа частиц со скоростями падения через некоторое время удовлетворяет уравнению:
, (2.1)
где и - постоянные.
При этом плотность распределения числа частиц по скоростям падения и плотность распределения числа частиц по диаметрам будут связаны соотношением:
, (2.2)
Однако, для практического применения, скорость осаждения мелкодисперсных частиц шарообразной формы в неподвижной воздушной среде производственного помещения удобно определять из условия равенства, действующих во взаимно противоположных направлениях сил тяжести, вязкого сопротивления воздушной среды [63].
Сила тяжести і-й частицы
, (2.3)
где -диаметр і-й частицы; -плотность і-й частицы.
Для значения сила сопротивления воздушной среды относительному движению частицы определяется законом Стокса
, (2.4)
где - динамическая вязкость, - скорость оседания i-ой частицы.
Из условия равенства формулы (2.3) и (2.4) получаем:
, (2.5)
откуда скорость оседания і-ой частицы равна
. (2.6)
На основании расчетов сферических частиц с плотностью 1,0, 2,0 и 2,5 г/см3 (плотности частиц пыли образующихся на горнодобывающих предприятиях) на рис. 2.1 представлены функции скорости осаждения частиц в зависимости от их диаметров.
Рисунок 2.1 - Изменение скорости осаждения сферических частиц пыли с плотностью: 1-1,0 г/см3, 2-2,0 г/см3, 3-2,5 г/см3
При этом время оседания і-ой частицы можно определить по формуле:
(2.7)
где H-высота рабочей зоны, м.
Для тех же частиц на рис. 2.2 представлены функции их времени осаждения в зависимости от их диаметров.
Рисунок 2.2 - Изменение времени осаждения сферических частиц плотностью: 1-1,0 г/см3, 2-2,0 г/см3, 3-2,5 г/см3
Как видно из графиков скорости и времени осаждения грубодисперсная пыль с частицами размером ?10,0мкм оседает практически мгновенно, поэтому вероятность ее нахождение во вдыхаемом воздухе ничтожно мала. Тонкодисперсная пыль с размерами частиц =0,1...10,0 мкм трудно оседает с постоянной скоростью и может оказаться во вдыхаемом воздухе. Высокодисперсная пыль с размерами частиц ?0,1 мкм, которая не оседает под действием гравитационных сил и постоянно находится в броуновском движении, обязательно будет присутствовать во вдыхаемом человеком воздухе. Исходя из вышесказанного, на человека оказывает воздействие пыль с размерами частиц менее ?10,0 мкм и чем меньше размеры частиц тем более вероятно ее нахождение во вдыхаемом воздухе.
Однако, не вся пыль, находящаяся во вдыхаемом воздухе, оказывает на человека одинаковое воздействие. Профессиональная вредность пыли определяется степенью ее воздействия на организм человека, то есть способностью вызывать профессиональные заболевания легких, так называемые заболевания пылевой этиологии (пневмоканиозы, пылевой бронхит, бронхиальную астму) [53,64]. В случае пневмоканиозов, потенциальная опасность производственной пыли обуславливается осаждением частиц в альвеолах легких и их разрушающим действием. Наиболее точные результаты осаждения частиц в альвеолах легких получены английским исследователем Брауном [52]. Полученная им кривая осаждения представлена на рисунке 2.3 и дает долю частиц, осевших в альвеолах от общего числа вдыхаемых человеком.