Көбікті ортада газ молекулаларының сорбциялануы және жоғары дисперсиялы шаң бөлшектерін басу нәтижелілігін зерттеу

Жоспар
Кіріспе

2 КӨБІКТІ ОРТАДА ГАЗ МОЛЕКУЛАЛАРЫНЫҢ СОРБЦИЯЛАНУЫ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ ДИСПЕРСИЯЛЫ ШАҢ БӨЛШЕКТЕРІН БАСУ НӘТИЖЕЛІЛІГІН ЗЕРТТЕУ

2.1 Шаң.тозаң бөлшектері мен газ молекулаларын көбікті ортада басу аэродинамикасының теориялық негіздерін зерттеу
2.2 Газдар молекулалары мен шаң.тозаңдарды ауалы.механикалық көбік ортасында ылғалдандырып нәтижелі зиянсыздандыруды аналитикалық негіздеу
2.5 Шаң.тозаң бөлшектері мен газ молекулаларын ауалы.механикалық көбікпен басып зиянсыздандырудың нәтижелі тәсілдерін негіздеу
2.6 Шаң бөлшектері мен газ молекулаларын ауалы.механикалық көбікпен басып зиянсыздандыруды негіздейтін аэродинамикалық моделі
2.7 Ауалы.механикалық көбіктің тиімді параметрлерін зертханалық тәжірибелермен анықтау
2.8 Ауалы.механикалық көбікпен шаң бөлшектерін басу нәтижелілігін зертханалық зерттеу моделінде анықтау

Ауланатын ортадағы жоғары дисперсиялы шаң-тозаң бөлшектері мен газ молекулалары броунды қозғалыста болады және көбік массасының барлық көлеміне сіңіріліп ылғалданады. Бөлшектер қабыршық бетінен көбік көпіршіктеріне жақын болғанда диффузиялы процесс жүреді. Көбік массасының біртұтас ортасында жоғары қатынастығына қолайлы жағдайлары туындайды да шаң бөлшектері мен газ молекулалары онымен белсенді түрде араласта болады [25-55].
Әрине, жоғары дисперсиялы бөлшектерді аулау мен газ молекулаларын сіңірілуінің тиімділігі Ленгмюр әдісімен анықталатындағы белгілі. Бұл әдіс есебімен өтілген сіңірілетін бөлшектің орташа қашықтығы және көбік арасында тиімділік қатынасы нәтижесінде зиянды заттектер концентрациясының азаюы анықталады. Ал басқаша тәсілдер бойынша, яғни бөлшектер мен газ молекулаларының диффузиясы жоғарыға шығатын шаңдыгаз қоспа көбік массасын құрайтын көпіршіктер қабығына жақын болғанда, газ молекуласын сіңіру уақыты бойынша шектеулі қабат арқылы диффузия жылдамдығы алмасу теориясы принципіне сәйкес анықтайтын Фик заңымен негіздеу қолайлы болатындығы ақиқат[52,54,55,57,59].
Бірінші жағдайда Ленгмюр «айналым қозғалысы» теориясының негізінде тазартылуға қатысты шаң бөлшектерінің көбік көпіршігінің қабатына енгізілу қалыңдығын (х) мына формула арқылы сипаттауға болады[48]:

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 41 бет
Таңдаулыға:

2 Көбікті ортада газ молекулаларыНЫҢ СОРБЦИЯЛАНУЫ ЖӘНЕ жоғары дисперсиялы
ШАҢ бөлшектерін басу нәтижелілігін зерттеу

2.1 Шаң-тозаң бөлшектері мен газ молекулаларын көбікті ортада басу
аэродинамикасының теориялық негіздерін зерттеу
Ауланатын ортадағы жоғары дисперсиялы шаң-тозаң бөлшектері мен газ
молекулалары броунды қозғалыста болады және көбік массасының барлық
көлеміне сіңіріліп ылғалданады. Бөлшектер қабыршық бетінен көбік
көпіршіктеріне жақын болғанда диффузиялы процесс жүреді. Көбік массасының
біртұтас ортасында жоғары қатынастығына қолайлы жағдайлары туындайды да
шаң бөлшектері мен газ молекулалары онымен белсенді түрде араласта болады
[25-55].
Әрине, жоғары дисперсиялы бөлшектерді аулау мен газ молекулаларын
сіңірілуінің тиімділігі Ленгмюр әдісімен анықталатындағы белгілі. Бұл әдіс
есебімен өтілген сіңірілетін бөлшектің орташа қашықтығы және көбік арасында
тиімділік қатынасы нәтижесінде зиянды заттектер концентрациясының азаюы
анықталады. Ал басқаша тәсілдер бойынша, яғни бөлшектер мен газ
молекулаларының диффузиясы жоғарыға шығатын шаңдыгаз қоспа көбік массасын
құрайтын көпіршіктер қабығына жақын болғанда, газ молекуласын сіңіру
уақыты бойынша шектеулі қабат арқылы диффузия жылдамдығы алмасу теориясы
принципіне сәйкес анықтайтын Фик заңымен негіздеу қолайлы болатындығы
ақиқат[52,54,55,57,59].
Бірінші жағдайда Ленгмюр айналым қозғалысы теориясының негізінде
тазартылуға қатысты шаң бөлшектерінің көбік көпіршігінің қабатына енгізілу
қалыңдығын (х) мына формула арқылы сипаттауға болады[48]:

,
(45)

мұндағы: Дd – диффузиялық коэффициент, t – енгізілу уақыты.
Шаңдыгаз ағымынан сіңірілетін жоғары дисперсиялы бөлшектер мен газ
молекулалары Стокс заңына сәйкес саралау жолымен жүзеге асатыны белгілі, ал
көбікті ортаның диффузиялық ықпалы мына теңдеумен анықталады:

.
(46)

Ленгмюр Стефан-Максвелдің саралау теориясын газ молекуласының орташа
көлемінен өте ұсақ бөлшектерге және газ молекулаларынан қолдана отырып
саралау коэффициентін теңдеу арқылы анықтаймыз:

,
(47)
мұндағы: Т – газдың тұрақтылық коэффициенті; Р – көпіршік құрайтын газ
қысымы.
Жоғары дисперсиялы бөлшектер мен газ молекулаларын аулаудың
тиімділігін анықтауда міндетті түрде барлық негізгі көрсеткіштерді, мәселен
Шмид, Рейнольдс, Пекле т.б-дың есебін ескеру қажет .
Sc-Шмид саны өлшемсіз көлемді саралау коэффициенті болып келеді:

,
(48)

мұндағы: =р – кинематикалық тұтқырлық.
Шаңдыгазды басылуының тиімділігі өлшемсіз көрсеткіш ретінде диффузиялық
Пекле саны беріледі, ол молекулярлы саралауды тасымалдау процесін
көрсетеді. Яғни, жылдамдықты газ ағымы к диаметрлі көбік
көпіршігі жанамалай жылжиды, соған сәйкес Пекле санының мәні былай
жазылады:

.
(49)

Диффузия әсерімен басудың тиімділігін көбік көпіршігі ортасында
төмендегі формуланы қолданамыз [40]:

.
(50)

Жоғарыда екпінді (инерциялы) қақтығыс есебінен, ілінісу нәтижесі
және саралау әсерімен басу тиімділігінің көлемі жеке – жеке қарастырылып,
олардағы негізгі сала Стокс, Фруд, Рейнольдс, Пекле, Шмид қағидаларына
сәйкес екендігі негізделген. Дегенмен де бұл қағидалар жеке-жеке
қарастырылған жағдайда нәтижелі шешім бере алмайды. Сондықтан да шаң-
тозаңдарды басудың нәтижелілігіне ең тиімді жол – бөлшектерді бір механизм
бойынша, бір ортада басу тиімділігін кешенді жағдайда қарастырып шешкен
жөн[59]. Яғни бір ортадағы әсерлі жағдай жалпылама нәтижелілікпен анықталуы
қажет:

,
(51)

мұндағы: Ні – ілінісу нәтижелілігі; Нс – соқтығысу нәтижелілігі; НД
–диффузия нәтижелілігі.

Жоғары келтірілген теңдеулерді қолданып жоғары дисперсиялы шаң мен газ
молекулаларын басу нәтижелілігін Қаратау қалалық жылу беру кәсіпорнына
сәйкес 6-суретте келтірілген.

6-сурет – Шаңдыгаз ағымының әртүрлі жылдамдығында, көбік көпірішігінің
Д=0,0008 диаметріне сәйкес шаң бөлшектерінің диаметрлерінің өзгерілуіне
байланысты оларды басу нәтижелілігі

6-суреттен шаң бөлшектерінің инерциялық әсерінен ұсталуы олардың
қозғалыс жылдамдығына, көпіршік диаметріне байланысты екенін байқауға
болады. Мысалы, ең жоғары нәтижелілігі шаңдыгазды ағым жылдамдығы 2мс
болғанда, ал ең төмен нәтижелігі 11мс жылдамдықта байқалады. Керісінше шаң
бөлшектері диаметрінің өсуіне байланысты нәтижелігі төмендей бастайды.
Есептеу нәтижелері қосымшадағы А.1-кестеде келтірілген
Ілінісу есебімен тосу нәтижелілігі минималды, бірақ, көбік көпіршігі
мен ағым жылдамдығының өсуіне байланысты ол да едәуір 0,7-6,1% дейін
ұлғаяды.
Мысалы, шаң бөлшектерінің диаметрі 0,0001 мкм – 5мкм 2 мс жылдамдықта
көбік көпіршігінің 0,0008 м диаметріне сай тиімділігі 79,28 % төмен, ал
0,001 м диаметрінде нәтижелік 56,05 % төмен өзгереді, яғни, көпіршік
диаметрінің үлкейгеніне қарай жоғары дисперсиялы шаң мен газ молекулаларын
көбік ортасында басу төмендейді. Зерттеу нәтижелері қосымшадағы А1-А4-
кестелерде келтірілген.
Яғни, шаң бөлшектерінің диаметрі d=5 мкм асқан соң, оның екпінді
қозғалысының нәтижесінде басылуы көбік көпіршігі диаметрінің ұлғаюына,
шаңдыгаздыауа ағымының жылдамдығына байланысты, ал ағымның жылдамдығы 1 мс
асқанда күрт төмендейді, себебі шаң-тозаң бөлшектерінің екпінді
қозғалысында көбік көпіршігімен соқтығысып оны жарып жібереді де,
ылғалданып үлгермейді (А.1-сурет). Көбік көпіршігінің ұлғаюы оның
қабыршығының жұқарып, құрғақталып, тез жарылуына әкеледі және шаң-
тозаңдарды сіңіріп үлгермейді.
Сонымен, шаң бөлшектерін басуда бетпе-бет қақтығысудың, ілінісудің,
саралаудың тиімділігі шаң бөлшектері мен көбік көпіршігі диаметріне,
шаңдыгаз ағымының қозғалу жылдамдығына байланысты. Шаң бөлшектері мен газ
молекулаларын басудың тиімділігін арттыру көбіктенгіш пен су қоспаларын
арнайы бүркіп шашыранды түрінде көбікті массаны шаңдыгаз ағымымен
араластырып біртұтас көбікті орта жасаумен шаң тозаң басу нәтижелілігін
арттыруға мүмкін болады.
Осылайша бөлшектер неғұрлым ұсақ болса, соғұрлым оларды басу нәтижесі
жоғары болады. Шаң бөлшектері диаметрінің өсуімен нәтижесінің төмендеуі
олардың араласуы барысында көбіктің құрғатылуы себебімен көпіршіктер
жарылып бөлшектер көбік қабыршығы ішіне еніп үлгермеуімен түсіндіріледі.
Ұсақ бөлшектердің көбік қабыршағына жылдамдықпен енудің тиімділігі олардың
үздіксіз қозғалуы диффузиялы процестің шектелуімен, бөлшектердің суланып
бір-біріне жабысуы броунды қозғалыс нәтижесінде болатындығымен
түсіндіріледі (7-сурет).

7-сурет – Шаңдыгаз ағымының әр түрлі жылдамдығында, көбік көпіршігінің
Д=0,001м болғанда шаң бөлшектерінің диаметріне байланысты шаң басу
нәтижелілігі

Сондықтан шаң бөлшектері мен газ молекулаларын кешенді түрде
зиянсыздандыру мақсатында бетегелі белсенді зат – көбіктендіргіштің
ерітіндісін шаңдыгаз ағымы бағытында бүркіп, араластырылған қоспасын тор
арқылы өткізіліп алынған ауалы-механикалық орта жасаумен мүмкін болады,
оның нәтижелігінің негізгі функциялары: шаң бөлшектерінің диаметрі dк, газ
молекуларының енгізілуінің диффузиялық коэффициенті Дd, газ концентрациясы
C, көбік Vк пен көбіктендіргіш ерітіндісінің көлемі Vе, еселілігі К,
көбіктендіргіш диаметрі D.

.
(52)

Сонымен, шаң бөлшектері мен газ молекулаларын тікелей көбікті ауалы-
механикалық ортада басудың нәтижелілігін негіздейтін және физикалық-
химиялық қасиеттерін жақсарту мақсатында оның төмендегі тиімді
параметрлерін анықтауды қажет етеді.

2.2 Газдар молекулалары мен шаң-тозаңдарды ауалы-механикалық көбік
ортасында ылғалдандырып нәтижелі зиянсыздандыруды аналитикалық негіздеу
Ауалы-механикалық көбікті алу үшін ауалы кератинді көбіктендергіш
қоспасы таңдалған. Ауалы-механикалық көбікті шаңдыгаз басуға пайдаланумен
және оны жүзеге асыруда физикалық-химиялық сипаттама негізі көптеген
жұмыстарда қарастырылған [48-59].
Газ молекулалары мен шаң бөлшектерінің көбік ортасындағы қарым-
қатынасты әсерлері әр түрлі жағдайда өтеді, ал тиімділігі келесі
факторлармен негізделеді:
- шаңдыгаз қоспаны көбікпен жақсы араластыру;
- жоғары дисперсиялы шаң бөлшектері мен газ молекулаларының сұйық
фазамен өте жоғары деңгейдегі қатыстығы;
- көбік тұрақтығында әсер етуші құрауыштардың онымен араласу
уақытының ұзақтығы;
- кератинді көбіктендіргіш ерітіндісінде су байланысы мен химиялық
жекешелендіретін затты абсорбенттердің болуы.
Ауалы-механикалық көбік өз алдына сұйықтағы жоғары концентрациялы
дисперсиялы газды болып, өз алдына белгілі бір құрылымды түзейді.
Жоғары дисперсиялы шаң бөлшектері өздерінің ең ұнтақ күйлерінде сумен
өте аз ылғандырылады, дәл сол жоғары дисперсиялы шаң бөлшектері жоғары
адсорбциялы қасиеті болғандықтан ыңғайлы жағдайларда су шаң бөлшектерінің
бетіне газ қабыршығын алып шығара алмайды. Сондықтан қабыршықтың жоғары
дисперсиялы шаңды аэрозольдың бетіне шығарылуы және ылғандандыру сапасын
көтеруде, шаң бөлшектерін ерітіп байланыстыратын көбік көпіршіктерінің
кинетикалық энергиясы есебінен жүзеге асатындығы белгілі.
Шаңды жібіту процесі өз кезегінде қоспаның беткейлі тартылысына тәуелді
жібіту бұрышымен сипатталады және де оның концентрациясы төмен болған
сайын қоспаның тартылуы да аз болады.
Жүйенің тепе-теңдігі [49,52] төмендегі теңдеуге сәйкес сипатталады.

,
(53)
мұндағы:– бөлшектер жиегіндегі үстіңгі тартылысына сәйкес қатты
дене-сұйық қоспа, сұйық-газды, газды-қатты дене.
Шаң бөлшектерінің бетінен ауаны шығару үшін атқарылатын жұмыс деңгейі
төмендегідей анықталады:

.
(54)

(53) тепе-теңдік жүйесі шартымен, (53)-(54) теңдіктерін біріктіре
отырып,

(55)

аламыз. (55) теңдеу бойынша шаң бөлшектері бетімен ерітіндінің ағызылуы
үшін біршама энергияны жұмсау қажет. бұрышы қатты дененің
үстіңгі тартылыс бағыты арасындағы бұрыш екені белгілі.
Жиегіндегі бұрышпен ол =180–0 қатысымен байланысты, бұрышы
бөлшектер енуіне байланысты 0-ден 1800 дейін өзгереді. =0 болғанда
меншікті энергияның азаюы нөлге тең. Егерде =900 болса, онда W=:
ал =1800 болғанда W=2-ға тең болады (жоғары дисперсиялы шаң
бөлшектерін ылғалдандыру жағдайы жоғары адсорбциялы белсенді түрінде
жүргізіледі).
Газды қабыршықтарды бөлшектердің сфералық сыртынан шығару үшін
жасалатын жұмыстың ауқымы оның көбік көпіршігімен соқтығысында мынаған тең
болу керек:

.
(56)

Шаң бөлшектерінің газды қабыршықтардың сыртымен қатынасында олардың
адгезионды байланысы туындайды, содан кейін шаң бөлшектерінің кинетикалық
энергиясы мен қатынасты құрамды фазаларға байланысты , ендіру жұмысынан
шаң-газ, шаң-сұйықтық қабатында оларды толықтай сұйықтық қабатына
ендіру шегіне түгел ауыстыру мүмкіндігі туындайды.
Шаң бөлшектері ағымының кинетикалық энергиясы мынаған тең болуы керек:

,
(57)

мұндағы: u – бөлшектер ағымының жылдамдық модулі; m –бөлшектер
салмағы.
Бөлшектер мен көбік көпіршігінің қақтығысынан туған жұмысты (57)
формуладағы жұмыс нәтижесіне теңестіре отырып, мынаны анықтаймыз:

,
(58)
мұндағы: – бөлшектердің салмақты тығыздығы .
(57) формулада көрсетілгендей қатынасты ортасының тең жағдайларында
шаң бөлшектерінің көбік көпіршіктерімен қақтығысу жылдамдығының әсерінен
газ қабыршағына адсорбциялануын қамтамасыз етеді де беткейлі тартылысының
азаюымен аэрозоль бөлшектерінің тығыздығын әлсіретеді.
Шаң бөлшектерін көбікпен ылғалдандырып жібітудің нәтижелілігі мынадай
жолмен анықталады:

,
(59)

мұндағы: Wк – шаң бөлшектері қозғалысының кинетикалық энергиясы; Wа –
шаң бөлшектерін көбік ортасымен енгізіп жібіту жұмысы; –
шаң бөлшектерінің тығыздығы; r – шаң бөлшектерінің радиусы; u
– шаң бөлшекгі қозғалысының жылдамдығы.
(59) формулада көрсетілгендей шаң бөлшектерінің ылғалдандыру жылдамдығы
мен көлемдерінің ұлғаюымен кинетикалық энергиясы артып, нәтижелілігі де
артатыны ақиқат. Яғни, Қаратау қаласындағы жылу қазандығынан шығарылатын
шаңдыгаз ағымының жылдамдығы 10 мс асатын болса (59) шартты
қанағаттандырады.
8-суреттен шаң бөлшектерінің диаметрі 20мкм, ал оның жылдамдығы 8,6 мс
болғанда ылғалдандыру нәтижелілігі жоғары деңгейге жететіндігін көреміз.
Есептеу нәтижелері А.5-кестеде келтірілген.

8-сурет – Әр түрлі радиусты шаң бөлшектерінің қозғалысы жылдамдығына
байланысты көбік көпіршігімен шаң бөлшектерін ылғалдандыру нәтижелілігі

Сондықтан, шаң-тозаң бөлшектері мен газ молекулаларын бір-бірімен
жабыстырып ірілендіріп басудың нәтижелілігін арттыру үшін тұрақты ылғалды
ортасын таңдау қажет. Осындай физикалық-механикалық сипаттамалары тұрақты,
нәтижелі орта – ауалы-механикалық көбік.
Шығарылған шаңдыгаз ағымы және бүріккішпен бүркілген көбіктендіргіштің
су ерітіндісінен алынған ауалы-механикалық көбік тұрақтылығы оның көлемінің
бұзылу уақытының ұзақтылығымен сипатталады. 100-1000 к.б аралығында көбік
еселілікті тұрақтылығымен оның көпіршік диаметріне байланыстылығы белгілі
қатынаспен сипатталады:

мин,
(60)

мұндағы: D – тор ұясының диаметрі, см.
Еселілік көбік көлемінің көбіктендіргіш сұйығы көлемінің қатысымен
анықталады:

,
(61)

Көбік еселілігі аз (Е 400 к.б.); орташа (40 200 к.б.) және
жоғары еселік (200 к.б. -нен аса) болып бөлінеді[52,59].
Көбіктің Е, Т және D көлемдерінің тиімді концентрациясы нақты қолдану
технологиясына байланысты анықталады.
Әр түрлі тиянақты жағдайларда көбік көпіршіктерінің диаметрі Гельфанд
мәліметтеріне сай еселілікпен анықталады[52,59]. Сондықтан да газдарды
көбіктермен сіңірілуді соңғы кездегі газ бен сұйықтықтың гетерогенді
әрекетті кинетикасы негізінде қарастыруға болады[52,54,117]. Берілген
жағдайда газ молекуласы сұйықтығы қатты дене сыртында физикалық немесе
химиялық әсерінен тұрақталады.
Қазандықтан шығарылатын көбікті ортадағы газдардың химиялық әсері бірге
белгілі жылдамдықта өтеді және оның температурасына, газ қысымына және
түрлі газ молекуласы байланысты. молекуласының тасымалдау жылдамдығы
Фик заңымен сипатталады:

,
(62)

мұндағы: Са – ауалы-механикалық көбік құрамындағы газ концентрациясы;
– ауалы-механикалық көбік әсерінен газ концентрациясының
өзгерілуі; Дd –диффузия коэффициенті, м2с.
Сұйық фазадағы араласу коэффициенті Эйнштейн болжамына сәйкес есептелуі
ықтимал, өйткені газ молекулаларына еріген зат концентрациясының азаю
бағытында қарсылық күш әсер етеді:
.
(63)

Бұл мән сфера тәрізді қабылданған молекулалар қозғалысына, Стокс заңына
сәйкес беріледі:

,
(64)

мұндағы: – молекула диаметрі; – ерітінді тұтқырлығы;
–молекула-ның қозғалыс жылдамдығы.
(63) және (64) формулалар теңдігінен

табамыз.
(65)

- диффузия жылдамдығы молекулалармен газ концентрациясы
жылдамдығынабайланысты:

.
(66)

Фик заңына сәйкес диффузия коэффициенті мына теңдеумен есептелуі
керек:

.
(67)

Ұсынылған диффузия коэффициенті Эйнштейн–Стокс теңдеуімен сипатталады,
болмаса тәжірибе негізінде анықтауды талап етеді, Вильке мен Чанга эмпирлі
теңдеуін қолдануды ұсынады:

,
(68)

мұндағы: – ерітетін заттың 1 молінің көлемі; – динамикалық
тұтқырлық көбіктендіргіш ерітіндісі молекуласының
абсорбция деңгейі.
Осы көрсеткіштерге сәйкес ауалы-механикалық көбік алу үшін
көбіктендіргішті таңдап алу қажет.
Қазіргі кезеңде Қазақстанда сойылған мал қалдықтарынан – молекуласының
абсорбциялық деңгейі жоғары () кератинді көбіктендіргіш ауалы-
механикалық көбік алуға болады.
Сонымен, таңдап алынған ортаның шаңдыгаз ағымы құрамындағы зиянды
заттектерді ылғалдандырып жібітіп, бір-бірімен байланыстырып басу
нәтижелілігіне көз жеткізу мақсатында ауалы-механикалық көбіктің негізгі
физикалық-механикалық, химиялық қасиеттерін аналитикалық негіздеу қажет.
2.3 Газдарды ауалы-механикалық көбіктермен нәтижелі сіңіріп алынуын
аналитикалық негіздеу
Шаңдыгаз ағымы алдымен бүріккішпен бүркілген көбіктендіргіш
ерітіндісімен араласып, тор ұяларынан өтіп ауалы-механикалық көбікке
айналады.
Газ молекуларының көбікпен әрекеттесу процесінде масса алмасу жүреді.
dх қалыңдықты көбіршік қабыршығы арқылы газ араласу барысындағы оның
концентрациясының өзгерісі dсdх тең деп аламыз .
Сонда, dМ газ мөлшерінің өзгерісі dt уақытында dх қабығымен жұтылып,
былайша сипатталады:

,
(69)

мұндағы: – көбік көпіршігі қабыршығының газ молекулаларын сіңірген
ауданы, мөлшерлі көлемі, м2м3.
dМ және көлемін (78) теңдеуге сәйкес былайша келтіреміз:

,

мұндағы: – уақыты аралығындағы газ концентрациясы.

,
(70)

мұндағы: х – көбік көпіршігі қабығының қалыңдығы.
Сонда (69) есеп мынадай қалыпқа келеді:

.
(71)

Көбік көлеміндегі газ концентрациясы делік, ең төменгі
– бастапқы концентрация үшін.
Газ концентрациясының жоғары жылдамдықта химиялық қышқылданудың
нәтижесінде фаза бөлімдері шегінде уақытында тең деп
есептейміз, диффузиялық жылдамдығын қабылдап сәйкес, (71)
теңдеуді ықшамдай келе дан С=0 дейін аралықта:

, мгм3.
(72)

Көбік көпіршігінің сыртқы әсерлі қатыстық аумағы мынаған тең:

, м2,
(73)
мұндағы: Vк=KVе – көбік көлемі; K – көбік еселігі; D – көпіршік
диаметрі; Vе – көбіктендіргіш ерітіндісі көлемі, газдарды
көбік арқылы жоюда деп аламыз, осыдан газдың соңғы
қалдық концентрациясы мынаған тең болады:

, мгм3.
(74)

Ауаны зиянды газдардан тазартудың нәтижелілігі:

,
(75)

немесе Сr мәнін (75) теңдікке байланыстыра келіп төмендегі шешімді аламыз:

.
(76)

Осылайша, (74)-(76) теңдік талдаулары газдарды көбік арқылы
зиянсыздандырудың тиімділігін тікелей диффузия коэффициентінің ұлғаюына,
көбік еселігіне, көбіктендіргіштің меншікті шығын ерітіндісіне, олардың
қарым-қатынасы уақытындағы көбіктің тұрақтылығына және көбік көпіршігі
көлемдеріне байланысты болатындығын 9-13-суреттерден және 5-кестеде
келтірілген нәтижелерден көруге болады.

5-кесте – Көбікпен өзара әсерлесу уақытына байланысты газ концентрациясының
өзгерілуі

Көбік ЕселігДиффу-зӨзара Соңғы концентрация Сc, мгм3
көпіршігі ия әсерлес
і-нің К, коэффи-у
диаметрік.б. циенті уақыты
d, мм Дd ,
c
К=100 D=1 мм D=2 мм D=3 мм D=4 мм D=5 мм
1 100 1E-05 30 2,11008E-00,2251 0,227810,228760,22921
1
2 100 1E-05 60 1,93584E-00,2203 0,225640,227540,22842
1
3 100 1E-05 90 1,77599E-00,2156 0,223490,226310,22763
1
4 100 1E-05 120 1,62934E-00,211 0,221360,2251 0,22685
1
5 100 1E-05 150 1,49480E-00,2065 0,219250,223890,22607
1
К=200
1 200 1E-05 30 1,93584E-00,2203 0,225640,227540,22842
1
2 200 1E-05 60 1,62934E-00,211 0,221360,2251 0,22685
1
3 200 1E-05 90 1,37136E-00,2021 0,217160,222690,22529
1
4 200 1E-05 120 1,15423E-00,1936 0,213040,2203 0,22374
1
D=1 мм D=2 мм D=3 мм D=4 мм D=5 мм
5 200 1E-05 150 9,71484E-00,1854 0,209 0,217940,22221
2
5-кесте – жалғасы

Көбік ЕселігДиффу-зӨзара Соңғы концентрация Сc, мгм3
көпіршігі ия әсерлес
і-нің К, коэффи-у
диаметрік.б. циенті уақыты
d, мм Дd ,
c
К=400
1 400 1E-05 30 1,62934E-00,211 0,221360,2251 0,22685
1
2 400 1E-05 60 1,15423E-00,1936 0,213040,2203 0,22374
1
3 400 1E-05 90 8,17668E-00,1776 0,205030,2156 0,22068
2
4 400 1E-05 120 5,79242E-00,1629 0,197330,211010,21766
2
5 400 1E-05 150 4,10339E-00,1495 0,189910,206510,21468
2
К=600
1 600 1E-05 30 1,37136E-00,2021 0,217160,222690,22529
1
2 600 1E-05 60 8,17668E-00,1776 0,205030,2156 0,22068
2
3 600 1E-05 90 4,87530E-00,1561 0,193580,208750,21616
2
4 600 1E-05 120 2,90687E-00,1371 0,182770,202110,21174
2
5 600 1E-05 150 1,73321E-00,1205 0,172570,195680,2074
2

9-сурет – Көбік көпіршігінің диаметріне байланысты шаңдыгазды басу
нәтижелілігі

10-сурет – Көбік көпіршігінің әртүрлі диаметрі жағдайында көбіктендіргіш
қоспасының меншікті шығынына байланысты шаңдыгаз басу нәтижелілігі

11-сурет – Газ бен көбік көпіршігінің өзара әсерлесу уақыты әртүрлі
жағдайда көбіктендіргіш қоспасының меншікті шығынына байланысты шаңдыгаз
басу нәтижеліліктің өзгеруі

12-сурет – К=600, Vе=0,18 м3 жағдайында газ бен көбік көпіршігінің өзара
әсерлесу уақытына байланысты шаңдыгаз басу нәтижеліліктің өзгеруі

13-сурет – К=400 жағдайында газ бен көбік көпіршігінің өзара әсерлесу
уақытына байланысты шаңдыгаз басу нәтижеліліктің өзгеруі
СО, NOх, SO2 газдарды зиянсыздандыру үшін қазіргі кезде санитарлы
тазартудың әр түрлі әдіс- тәсілдері қолданылады, ал дәлірек айтқанда газды
сұйықтықпен абсорбциялау, қатты заттың сыртының абсорбциясы немесе басқа да
зиянсыздандыратын заттарды қолдану. Барлық тәсілдердің ішінде шаңды сулап
басу әдісі мен газдарды ауалы-механикалық көбікпен зиянсыздандыру екені
дәлел.
Осылайша, ауалы-механикалық көбік алу үшін тиімді зиянсыз
көбіктендіргішті таңдап, зертханалық және өндірістік тәжірибелер жүргізу
арқылы олардың тиімді параметрлерін негіздеу керек.

2.4 Шаңды ауалы–механикалық көбікпен басудың тиімділігін
аналитикалық негіздеу
Жоғарыда айтылғандай шаңдыгаз қоспаларды көбікпен Nн басудың
нәтижелілігін оның құрамындағы бастапқы шаң бөлшектерінің концентрациясына
және көбік көлеміне байланысты анықталады:

% ,
(77)

мұндағы: Nб, Nс – шаң бөлшектерінің бастапқы және шаңдыгаз қоспасының
ауалы-механикалық көбікке айналуы процесінде бастапқы
тазалау сатысынан шығардағы концентрациясы.
Шаңдыгаз ағымы және көбіктендіргіштің су ерітіндісінен құралатын көбік
көлеміндегі шаң бөлшектерінің азаюы төмендегіше сипатталады:

, м3,
(78)

мұндағы: N – шаңдыгаз құрамындағы шаңның концентрациясы, мгм3; Vк-
ауалы–механикалық көбіктің көлемі, м3; Vл.а – шаңдыгаз
қоспа көлемі, м3.
Көбік көлемі:

, м3,
(79)

мұндағы: nk – көлемдегі көпіршік саны; D – көбік көпіршігі диаметрі; м;
Мk – 0,074 көпіршіктердің геометриялық тұлғасын
ескеретін коэффициент, көбіктендіргіш ерітіндісі көлемі мен
еселігі арқылы көбік көлемі анықталады:

, м3,
(80)

(78) және (79) формулаларды бірге қарастырып көбік ортасындағы шаң
бөлшектері концентрациясының өзгерілуін келесі формуламен анықтаймыз:
, мгм3.
(81)

Көбік еселігіне байланысты шаң бөлшектерінің азаю формуласы шығарылады:

, мгм3.
(82)

Шаң бөлшектерін ауалы-механикалық көбікпен ылғалдандырып басу
нәтижелілік формуласын анықтап табамыз:

(83)

және

.
(84)

Шығарылған формулаларды пайдалана отырып, компьютормен есептеп
көбіктендіргіш пен көбіктің барлық физикалық-механикалық көрсеткіштеріне
және ластанған ауа көлеміне байланыстылығын зерттеп, шаң бөлшектерін ауалы-
механикалық көбік ортасында ылғалдандырып басу нәтижелілігін 14,15, А.2,
А.3, А.4-суреттердегі графиктер мен 6,7, А.6, А.7, А.8, А.9-кестелердегі
келтірілген мәндер арқылы анықтаймыз.

6-кесте – Көбік еселігі әртүрлі жағдайында ластанған ауа көлеміне
байланысты шаңды басу нәтижелілігі

КөбіктендірЕселігі Ластанған ауа көлеміне байланысты шаңды басу
гіш К, к.б. нәтижелілігі Vла, м3
қоспасының
көлемі Vе
40 80 120 160 200 240
0,12 100 0,6681 0,4239 0,3076 0,2410 0,1979 0,1679
0,12 200 0,8876 0,6647 0,5174 0,4210 0,3541 0,3053
0,12 300 0,9612 0,8029 0,6613 0,5561 0,4778 0,4181
0,12 400 0,9863 0,8830 0,7608 0,6579 0,5761 0,5109
0,12 500 0,9951 0,9298 0,8299 0,7351 0,6545 0,5875
0,12 600 0,9982 0,9575 0,8782 0,7938 0,7173 0,6510
0,12 700 0,9998 0,9846 0,9380 0,8757 0,8114 0,7510
0,12 800 0,9997 0,9839 0,9363 0,8732 0,8084 0,7476

7-кесте – Көбіктендіргіш қоспасының әртүрлі жағдайында ластанған ауа
көлеміне байланысты шаңды басу нәтижелілігі

КөбіктендіЕселігі Ластанған ауа көлеміне байланысты шаңды басу
ргіш К, к.б. нәтижелілігі Vла, м3
қоспасының
көлемі Vе
40 80 120 160 200 240
0,08 600 0,9879 0,8898 0,7702 0,6681 0,5862 0,5206
0,10 600 0,9958 0,9349 0,8382 0,7449 0,6647 0,5977
0,12 600 0,9985 0,9612 0,8853 0,8029 0,7273 0,6613
0,14 600 0,9995 0,9766 0,9182 0,8470 0,7773 0,7139
0,16 600 0,9998 0,9857 0,9412 0,8806 0,8174 0,7575

14- сурет – Көбіктендіргіш қоспасының әртүрлі шығыны жағдайында ластанған
ауа көлеміне байланысты шаңды басу нәтижелілігі

15-сурет – Көбіктің әртүрлі еселігінде ластанған ауа көлеміне байланысты
шаң басу нәтижелілігі

Жоғарыдағы зерттеулер барысында ауалы–механикалық көбікпен шаңды басу
нәтижелілігі оның еселігі, көпіршік диаметрі мен көбіктендіргіш
ерітіндісінің меншікті шығынына, ластанған ауа көлеміне байланысты екенін
көрсетеді. Яғни, көбіктендіргіш ерітіндісінің көлемі Vе=0,12 м3 тұрақты
болып көбіктің еселігі өскен сайын шаң басу нәтижелілігі арта түседі, ал
ластанған ауа көлемі ұлғайған сайын төмендейді. Бірақ, көбіктің еселігі
К=700 к.б. асқан соң нәтижелілік төмендейді. Еселігі К=600 к.б. болып
көбіктендіргіш көлемі көбейген сайын шаң басу тиімділігі арта түседі.
Vе=0,16 м3, Vла=40 м3 болғанда ауалы-механикалық көбіктің ең тиімді
көрсеткіштері: К=600 к.б., Vр=0,16 м3.
Сонымен, олардың қасиеттерін зертханалық, өндіріс жағдайларында зерттеп
және жоғары дисперсиялы шаң бөлшектерінің ылғалданып бір-біріне
жабыстырылуын арттыру мен шаң басуда ауалы-механикалық көбік ортасының
тиімді параметрлерін анықтау қажет.
Дәлірек айтқанда, біркелкі көбік ортасында аэродинамикалық тосу, бір
бөлек механизм арқылы жүзеге аспайды, керісінше бөлшектердің бір-бірімен
бетпе-бет екпінді қақтығысуы, жанамалай тартылуы және нәтижелі жабысуы
процестерін бірыңғай әсерімен басудың жалпы тиімділігі есебін және газдарды
ауалы-механикалық көбікпен басуды кешенді жалпылама қарастыру қажет.
Шаңдыгаз ағымы көбіктендіргіш ерітіндісімен араласып еселенген ауалы-
механикалық ылғалды орта жағдайында өтетін бірыңғай процесс екенін ескеру
қажет.

,
(85)

мұндағы: - газдарды көбікпен зиянсыздандыру тиімділігі; -
шаңды көбікпен басудың тиімділігі.
Осы екі формулаларды (94) формулаға сәйкес шаң-газдарды бір көбікті
ортада басылу нәтижелілігін анықтаймыз:

. (86)

Тұңғыш рет талдау (аналитикалық) нәтижесінде шаңдыгазды
ауалы–механикалық көбікпен зиянсыздандырудың жалпы нәтижелілігін анықтауға
қатысты көрсететін барлық параметрлер ескерілген[113].
Ең алғаш теориялық тұрғыдан және есептеу тәсілімен шаңды басу мен
газдарды зиянсыздандыру нәтижелілігін анықтау теңдеуі алынды және олардың
біріккен шешімі – шаңдыгазды ауалы-механикалық көбікпен басудың барлық
тиімді параметрлерін 16-20, А.7, А.8, А.9-суреттер мен А.10-кестедегі
нәтижелер арқылы анықтауға мүмкіншілік болды.
Көбіктендіргіштің су ерітіндісі негізінде және сыртқы тартылыс күші
төмендеу себебінен көбіктің ұзақ тұрақтауын қамтамасыз етеді. Сыртқы тиімді
тартылысқа 0,5–2% көбіктендіргіш ерітіндісі концентрациясы сай
көбіктендіретін сұйықтың көлемінде құрғақ көбік қалыптасады, ал
көбіктендіргіштің ерітіндісі көлемінің ұлғаюы көбіктің барлық
физикалық–химиялық сипаттамаларын максимумға дейін көтереді және оның
қасиеттерінің тұрақтандырылуы көбіктендіргіштің 2-3% ерітіндісіне сәйкес
келеді.

16-сурет – Көбік көпіршігінің диаметрі D=1мм жағдайында еселікке байланысты
шаңдыгаз басудың жалпы нәтижелілігінің өзгеруі

17-сурет – Көбік еселілік К=600к.б, көбіктендіргіш ерітіндісі Vе=0,18м3
жағдайында ластанған ауа көлеміне байланысты көбікпен шаңдыгаз басудың
жалпы нәтижелілігінің өзгеруі

18-сурет – Көбік еселігі К=600к.б, көбіктендіргіш ерітіндісі Vе=0,18м3,
ластанған ауа көлемі Vла=120м3, көпіршік диаметрі D=1мм жағдайында өзара
әсерлесу уақытының ұзақтығына байланысты көбікпен шаңдыгаз басудың жалпы
нәтижелілігінің өзгеруі

19-сурет – Көбік еселігі К=400к.б., көпіршік диаметрі D=1мм жағдайында
көбіктендіргіш ерітіндісінің меншікті шығынға байланысты шаңдыгаз басудың
жалпы нәтижелілігінің өзгеруі

20-сурет – Көбік еселігі К=300 к.б. жағдайында көбік көпіршігінің
диаметріне байланысты шаңдыгаз басудың жалпы нәтижелілігінің өзгеруі

2.5 Шаң-тозаң бөлшектері мен газ молекулаларын ауалы-механикалық
көбікпен басып зиянсыздандырудың нәтижелі тәсілдерін негіздеу
Жоғарыда негізделгендей әртүрлі өндіріс жағдайларында шаң-тозаңдармен
күресудің негізгі тәсілі сумен ылғалдандыру. Бірақ бүркілген сумен шаң-
тозаңдарды басу нәтижесі жеткіліксіз, әртүрлі минералдық заттар
(аэрозольдар), зиянды газдар таза суда ери қоймайды, сондықтан да тікелей
жұмыс орындарында санитарлық мөлшер деңгейіне жеткізу мүмкін емес, олар
қалдық ретінде қоршаған ортаға шығарылып биосфера құрауыштарын ластайды [9-
15].
Өте ұсақ шаң бөлшектері мен газдарды басу үшін нәтижелі орта және
физикалық-химиялық процестер негізінде зиянсыздандыруға жағдай жасалынуы
қажет. Қазіргі кезеңде шаң-тозаңдар мен газдарды зиянсыздандыруға бетегейлі
белсенді заттар (ББЗ) көбік түрінде кеңінен қолданылуда. Шаң-тозаң мен
газдарды көбікпен басу, біріншіден суды үнемдеуге; екіншіден, зиянды
заттектер шығаратын ошақ көздерін оқшаулауға, ұсақ шаң бөлшектері мен газ
молекулаларын нәтижелі ылғандандыруға, коагуляциялауға, сонымен қатар шаң-
тозаңдар мен газ молекулаларын сулы механикалық араластырып енгізу
барысында оларды ерітіп сіңіру процесі ықпалды өтеді.
Көбік-дисперсиялы фаза, жоғарғы концентрациялы эмульсия, ал дисперсиялы
орта – сұйықтық, ол көбік құралу үшін сыртқы тартылысын төмендететін
құрауыш ББЗ-ға жатады.
ББЗ-ң көбік құрайтын қасиеті жоғарғы механикалық беріктікпен және көбік
қабыршықтарының жабысқақтығымен анықталады. Ауалы- механикалық көбік – ауа
қысымына байланысты ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.