zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



Очистка промышленных гаЗообразных выбросов от радионуклидов электростатическим полем

 

Машинистов В.Е., Алпаев Е.Н., Кобзарь О.Р.

Украина, г. Днепропетровск, НМетАУ

 

В статье рассмотрена технология очистки газообразных выбросов от радионуклидов электростатическим методом. В предложенном подходе учитывается, что радиоизотопы металлов находятся в аэрозольных выбросах в виде положительно заряженных ионов, поэтому отпадает необходимость в их принудительной ионизации.

Это дает возможность проводить очистку газов от изотопов металлов, в том числе и радиоактивных, в электрофильтрах при низком напряжении питания. Благодаря этому значительно упрощается технология очистки газов при высоких технико-экономических показателях этого процесса.

 

В процессе эксплуатации объектов ядерной индустрии и металлургической промышленности в окружающую среду поступают вредные вещества, в том числе и радиоактивные. При этом одним из потенциальных источников загрязнения биосферы и облучения населения, проживающего вблизи этих объектов, являются создаваемые ими аэрозольные выбросы, в которых содержатся радиоактивные вещества [1].

Основная часть радионуклидов, которые выбрасываются в газообразном или аэрозольном виде, быстро распадается или задерживается фильтрами. Значительное количество долгоживущих радионуклидов оказывается в окружающей среде и является потенциальным источником опасности для биологических объектов, прежде всего для людей. К таким радионуклидам относятсястрониц-90, цезий-137, кобальт-60, рубидий-88, натрий-24 и др.

Как искусственные, так и естественные радионуклиды (прежде всего, калий-40), могут попасть в металлургические плавильные печи вместе с шихтовыми материалами. Далее, в процессе плавления, они могут попасть в состав аэрозольных выбросов.

Решение задачи очистки промышленных аэрозольных выбросов от радионуклидов осложняется тем, что в этих выбросах находится смесь изотопов, как стабильных, так и радиоактивных, одного и того же химического элемента. Физические и химические свойства таких изотопов практически одинаковы. Разделение смеси на компоненты, которые содержат, например, только радиоактивные изотопы, представляет собой сложную техническую задачу. На практике используют разные методы очистки газов от примесей и аэрозолей, частью которых являются и радионуклиды.

Электрические способы очистки используются для улавливания высокодисперсных частиц пыли и обеспечивают высокий коэффициент очистки. Для осаждения аэрозолей используется электрическое поле высокого напряжения (до 50 000 В), которое ионизирует газы. Частицы аэрозолей получают дополнительный заряд, а затем осаждаются на противоположно заряженном электроде [2].

В составе газоаэрозольных выбросов больше всего радионуклидов таких металлов как цезий, стронций, калий и другие. Известно, что атомы металлов находятся в окружающей среде, в том числе и в газовой, в виде положительно заряженных ионов [3]. Поэтому для очистки аэрозольных выбросов от радионуклидов может быть использован электрический способ.

Поставленная задача, как показано в [4], может быть решена путем пропускания загрязненного радионуклидами газа через поперечное постоянное электрическое поле, созданное между пластинами электродов. Под действием этого электростатического поля положительно заряженные ионы движутся в направлении катода. Путем подбора параметров процесса очистки аэрозольных выбросов создаются условия, при которых радиоизотопы металлов накапливаются у катода, и таким образом происходит очистка газа.

Схема установки, на которой реализуется предложенный способ очистки, представленная на рис.1. Электрофильтр встроенный в газоход 1, поперечное сечение которого перекрывается системой пластинчатых электродов 2. Электроды длиной l размещены на одинаковом расстоянии d и подключены к блоку электропитания 3. Аноды А и катоды К объединены между собой параллельно. Загрязненный газовый поток передается в электрофильтр со скоростью Vг.

Двигаясь с этой скоростью вместе с газом, радионуклиды находятся в межэлектродном пространстве в течение времени ti = l/Vг. После прохождения между электродами 2 очищенный от радионуклидов газ покидает пределы электрофильтра. Под действием напряженности электрического поля E=U/d, положительные ионы радионуклидов движутся в направлении катода со скоростью

V+ = a+ × E,

где a+ - подвижность положительных ионов в газе, значение которой приводятся в таблицах (например, в [2]).

Для удаления всех радионуклидов, которые внесены в электрофильтр, необходимо, чтобы они за время ti успели сконцентрироваться у катода. Из рис.1 видно, что это требование будет выполнено, если минимальная длина катода l будет такой, чтобы ионы, которые поступили в межэлектродное пространство у анода и имеют перпендикулярную направлению движения газа составляющую скорости ионов V+, за время ti, преодолели расстояние d, то есть выполнялось соотношение

d = V+ × ti

 

Рис.1 Схема электрофильтра для очистки промышленных газоаэрозольных выбросов

 

Для обеспечения приемлимых технико-экономических показателей процесса очистки газа от радионуклидов, найдем количественную связь между параметрами этого процесса.

Длину электродов l можно найти из выражения

l = Vг × ti = Vг × (d/ V+) = (Vг× d 2)/( a+ × U)

На практике значения параметров электрофильтра, входящие в выражение (2), а именно, длина электродов l и расстояние между ними d, задаются. Также известны скорость газа Vг и подвижность ионов радионуклидов, от которых очищается газ. Поэтому выражение (2) представим иначе

U = ( Vг × d 2)/( l × a+)

При этом нужно иметь в виду, что подвижность ионов a+ в большой степени зависит от давления и температуры газа, а также от его чистоты [2]. Это может привести к большим изменениям значение этого параметра в процессе эксплуатации электрофильтра, что обусловливает необходимость регулирования напряжения U в широком диапазоне ее значений.

При попадании положительно заряженного иона на отрицательно заряженный катод атом металла становится тоже отрицательно заряженным. Между ним и катодом возникает кулоновская сила, и атом отталкивается назад в газовый поток. Величина этой силы быстро уменьшается с увеличением расстояния между зарядами. В результате положительные ионы металла не осаждаются на катоде, а скапливаются у него в тонком слое толщиной 10-5м.

Оценим толщину слоя δ, в котором скапливаются ионы, исходя из следующих соображений. На ион действует сила, равная [3]:

Fk = k q1 q2 / r2

где q1 = 1,6∙10-19 Кл – заряд иона, который по величине будет равняться заряду одного электрона

q2 – заряд, который действует на ион со стороны катода

k = 9∙109 Н∙м2/Кл2  - коэффициент пропорциональности

rрасстояние между катодом и ионом.

Оказавшись в газовой среде, отрицательно заряженный ион металла быстро избавляется от электрона, и снова становится положительно заряженным. В таком случае со стороны между электродного электрического поля на него действует электрическая сила [3]:

Fe = Ee = Ue/d

Противоположно направленные кулоновская сила и сила электрического поля уравновешивают друг друга на расстоянии δ от катода, то есть, выполняется равенство Fk = Fe. То есть, расстояние δ определяет максимальное значение толщины прикатодного слоя, в котором накапливаются положительно заряженные ионы металлов.

Примем для определенности, что q1=q2=e, и из (4) получим:

, м

Например, для U=50В, d = 0,1м, толщина слоя δ = 1,7∙10-6 м, , то есть, составляет несколько микрометров.

Ионы могут перемещаться вдоль эквипотенциальной поверхности катода под действием потока газа и покинуть пределы электрофильтра. Для предотвращения этого эффекта предлагается нанести на катод сетку из диэлектрического материала толщиной 5мм, которой будет достаточно, чтобы сетка стала непреодолимой преградой для ионов. Это связано с тем, что межэлектродное электрическое поле не позволяет положительным ионам обогнуть диэлектрическую сетку вместе с потоком газа. В результате ионы остаются у катода в ячейках этой защитной сетки.

Такой защитный слой толщиной до 5 мм можно сделать из фильтрующих материалов, которые способны пропускать через себя ионы металлов в направлении к катоду, и тормозить их движение вдоль него.

Оценим возможности практической реализации предложенного способа очистки загрязненных радионуклидами газообразных выбросов. Примем, что используется пластинчатый электрофильтр с длиной электродов  каждый и расстоянием между ними  м. Газ в межэлектродном пространстве движется со скоростью Vг = 2 м/с, а подвижность ионов составляет a+ = 1 см2/(с ∙ В).

Для обеспечения того, чтобы все ионы металлов остались в электрофильтре, на пластины электродов необходимо подать напряжение

С учетом того, что концентрация ионов металла в газообразных выбросах чрезвычайно низкая, то для реализации предложенного подхода понадобится маломощная электроустановка с возможностью регулировки в широком диапазоне значений ее напряжения питания.

Приведенный пример иллюстрирует возможность практического воплощения рассматриваемого способа очистки газовых выбросов от радионуклидов с помощью достаточно простого оборудования при высоких технико-экономических показателях процесса очистки.

 

Литература

1.     Бекман И.Н. Ядерная индустрия. Изд. МГУ 2005, с. 870

2.     Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. Изд. Хими, Москва, 1967, с. 344

3.     Кошкин Н.И., Ширкевич М.Н. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, 1980

4.     Заявка на изобретение №201512993 от 29.12.2015 «Спосіб очищення промислових газоподібних викидів від радіонуклідів». Авторы: Машинистов В.Е., Алпаев Е.Н., Кобзарь А.Р Заявитель: НМетАу, г. Днепропетровск..



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info