Седиментационный метод как один из методов управления ОАО «ВЭЛВ»

 

Любой процесс подразделяется на четыре подчинённых процесса: планировать, выполнять, контролировать и анализировать. В СМК главной целью процессной модели является непрерывное улучшение качества продукции и её соответствия ожиданиям потребителей. Однако в сфере нефтехимической промышленности это невозможно без учёта экологического аспекта качества продукции. ОАО «ВЭЛВ» и автор настоящей работы принимают экологичность продукции как показатель качества продукции, которая характеризует основную функциональную степень влияния вредных воздействий/отсутствия вредных воздействий на окружающую среды, которые возникают при хранении, эксплуатации или потреблении продукции.

Представители ОАО «ВЭЛВ» подчёркивают, что в лаборатории ОАО «ВЭЛВ» проводится тщательная проверка продукции на её экологичность. Особое внимание уделяется экологичности наполнения аэрозольной банки. Основным методом проверки экологичности продукта является метод седиментационного анализа.

Сам бизнес-процесс схематически можно представить следующим образом:

 

 

Доставка на склад готовой продукции

Тестирование продукции

Сертификация продукции

Производство сырья

Литографическая жесть

Купала из жести

Донышки из жести

Детали из полимеров и металла

Пропеллент неочищенный

Очистка пропеллента

Сборка аэрозольного баллона

Сборка клапана

Подготовка упаковочных материалов

приготовление раствора

Наполнение аэрозольной продукции

 

Схема 2. Бизнес-процесс «Производить аэрозоли» ОАО «ВЭЛВ»

 

Для определения счётной концентрации монодисперсных аэрозолей в качестве образцового прибора используется проточный седиментатор с седиментационным цилиндром диаметром d=40 мм и высотой h=500 мм.

Методика определения счётной концентрации заключается в сле­дующем (рассмотрим применительно к аттестации или испытаниям конкретного прибора).

Аэрозоль с выхода генератора монодисперсного аэрозоля поступает одновременно на входы проточного седиментатора и испытуемого прибора по шлангам одинаковой длины с одинаковыми объёмными расходами. После заполнения объёма седиментатора аэрозолем и установления режима его течения через седиментатор (для этого необходимо пропустить через седиментатор не менее 5 л аэрозоля) подача аэрозоля в седиментатор прекращается, и одновременно закрываются верхняя и нижняя заслонки седиментатора.

В центре нижней заслонки должно быть предварительно размещено покровное стекло. Выжидается время, достаточное для осаждения всех частиц из объёма седиментационного цилиндра, после чего покровное стекло извлекается из седиментатора. Под микроскопом подсчитывается число частиц, осев­ших на известной площади покровного стекла.

Счётная концентрация n исследуемого аэрозоля определяется по формуле

                                        ,                                        (1)

где N - число частиц, находящихся на площади S покровного стекла.

Погрешность определения счётной концентрации аэрозолей с помощью проточного седиментатора может быть обусловлена следующими факторами:

1) погрешностью определения высоты седиментационного цилиндра G1; 3 -

2) отклонением осевой линии седиментатора от вертикали G2;

3) краевым эффектом при вдвигании заслонок G3;

4) неодновременностью закрывания заслонок G4;

5) возможностью возникновения конвективных потоков, обуславливаю­щих осаждение частиц на стенках седиментатора G5;

6) возможностью термодиффузии частиц к стенкам G6;

7) погрешностью определения обсчитываемой площади стекла G7;

8) погрешность подсчёта частиц G8;

9) возможностью разрушения агрегатов при падении на стекло G9;

10) статистической погрешностью G10;

11) осаждением частиц в тракте до седиментатора G11;

12) возможностью возникновения диффузии частиц к стенкам G12.

  Рассмотрим и оценим каждый из перечисленных источников пог­решностей.

Обычные измерительные средства позволяют определять высоту седиментационного цилиндра с погрешностью G1. не превышающей ±0.001.

  Отклонение осевой линии седиментатора от вертикали приводит к увеличению эффективной длины седиментационного цилиндра. Допуская максимальное отклонение от вертикали в 5°, получаем:

                     <+0,004                                  (2)

     Краевой эффект при вдвигании заслонок может привести к тому, что частицы, находящиеся вблизи заслонок, могут увлекаться ими и выбывать из объёма седиментационного цилиндра. Толщина заслонок составляет 0,5 мм, поэтому других побочных эффектов при вдвигании заслонок не должно наблюдаться. Если считать, что частицы, нахо­дящиеся от заслонок на расстоянии менее 1 мм, выбывают из седи­ментационного цилиндра, тогда G3 < - 0,004.

  Неодновременность закрывания заслонок приводит к изменению эффективной высоты седиментационного цилиндра. Если нижняя зас­лонка седиментатора закрывается быстрее верхней, то за счёт осе­дания частиц под действием силы тяжести за время отставания t верхней заслонки в седиментационный цилиндр попадут частицы из слоя, расположенного выше верхней заслонки, толщиной ,

 где  - скорость седиментации частиц, и эффективная высота седиментационного цилиндра станет равной:

                               .                                          (3)

  Если верхняя заслонка седиментатора закрывается быстрее ниж­ней, то, прежде чем закроется нижняя заслонка седиментатора, седиментационный цилиндр покинут частицы из слоя толщиной , расположенного над нижней заслонкой. В этом случае эффективная высота седиментационного цилиндра будет равной

                                 (4)

  Считая t = t1, получим следующее выражение для погрешности, обусловленной неодновременностью закрывания заслонок:

                               (5)

  Величина G4 зависит от скорости оседания частиц, а, следова­тельно, от их размера.

  Если принять время закрывания заслонок равным 1с и угловое смещение заслонок при повороте на 70 - 80° не более 7 - 8° , то t не будет превышать 0,1 с.

  Были определены скорости оседания час­тиц в зависимости от диаметра при плотности вещества 0,9 г/см3 и по выражению (5) оценены величины погрешности G4 при t 0,1 с. Результаты этих расчётов приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Диаметр частиц, мкм	5	10	20	40	60
Скорость оседа­ния, V, см/с	0,07	0,27	1,08	4,33	9,84
G4 , не более	1,4х10-4	5. 4x10-4	2. 2x10-3	8. 7x10-3	2x10-2

  Критерием отсутствия естественной конвекции, обусловленной разностью плотностей является условие[39]:

                                        ,                        (6)

где: Gr - число Грасгофа; Pr - число Прандтля. Согласно ФЭС[40], имеем:

                                        ,                      (7)

                                        ,                                (8)

где: g - ускорение силы тяжести; L - характерный размер;

 и  - коэффициенты кинематической и динамической вязкости среды;

Ср - коэффициент теплоёмкости среды при постоянном давлении;

- коэффициенты объёмного расширения, теплопроводности и плотность среды; Т’ - разность температур между поверхностью седиментатора и средой.

      

Учитывая, что  и связаны выражением

                                         ,                             (9)

из выражений (6), (7), (8) для воздуха [3,5] получаем:

                                        ,                     (10)

  При разности температур между стенками седиментатора и аэрозолем, не превышающей 1°С, что практически всегда может быть выполнено, получаем

L< 18,6 см.

  Если для проточного седиментатора в качестве характерного размера взять средний геометрический размер l = (l-d2)1/3, то при d= 4 см будем иметь

 

                                         l = 9, 3 см < L .

 

  Таким образом, можно считать G5= 0.

  Возможность термодиффузии также практически исключается, ввиду малой разности температур. Следовательно, G6= 0.

  При подсчёте частиц, осевших на покровном стекле, обсчитывались все частицы, расположенные в пределах окулярной сетки мик­роскопа с размерами

0,95•0,95мм2. Размеры сетки определялись с помощью микроскопической шкалы с ценой деления 0,01мм. В этом случае  

                              

  Следует отметить, что в случае большего увеличения микроско­па, когда окулярная сетка соответствует меньшим размерам на объ­екте, возрастает, соответственно, и величина G7. Так, например, при размерах на объекте, перекрываемых окулярной сеткой 0,35x 0,35 кв. мм, получаем G7 =  0,04.

  Погрешностью подсчёта частиц можно пренебречь, так как подс­чёт в каждом поле может производиться по нескольку раз.

  При проведении подсчёта частиц на покровном стекле иногда встречаются группы близко расположенных, но не слившихся частиц. Если эти частицы в воздухе составляли агрегат, рассыпавшийся при падении и ударе о покровное стекло на отдельные частицы, то всю группу следует считать за одну частицу. В противном случае необходимо считать каждую частицу группы в отдельности.

  Оценка энергии притяжения двух частиц полистирола, проведенная Н.В.Гавриловым[41], показала, что кинетическая энергия агре­гата, приобретаемая им в результате седиментации в поле силы тяжести, не значительна по сравнению с энергией притяжения двух частиц. Поэтому агрегат при ударе о покровное стекло не может разрушиться и, следовательно, G9= 0.

  Статистическая погрешность при общем числе подсчитанных час­тиц N определяется в виде:   

                                        ,                                  (11)

  Осаждением аэрозоля в коммуникациях перед седиментатором (G11) можно пренебречь по двум причинам. Во-первых, использованы коммуникации минимальной длины. Во-вторых, протяжённость комму­никаций от генератора аэрозолей до поверяемых приборов и до седиментатора, внутренний диаметр коммуникаций, а также скорости воздушных потоков в них, одинаковы.

  Рассмотрим погрешность G12. Седиментационным методом определяется счётная концентрация аэрозолей с размером частиц не менее 2 мкм. По данным Н.А. Фукса и П. Райста[42], время полного осаждения частиц из объёма седиментационного цилиндра с размерами 2 и 4 мкм составляет, со­ответственно, 66 и 17 мин (при плотности материала частиц, равной 1 г/см3).

  Воспользовавшись данными скоростей броуновского смещения, можно определить среднее смещение частицы в горизонтальном направлении за указанное время осаждения. Получаем, соответственно, 1,57 и 0,28 см. Таким образом, для частиц размером 2 мкм можно производить подсчёт на площадках, максимальное удаление которых от центра покровного стекла не превышает 4 мм. Для частиц размером 4 мкм и более подсчёт можно производить на любых участках покровного стекла.

Из приведенных данных по броуновскому смещению видно, что седиментационный метод, реализованный в виде проточного седиментатора, не может быть использован для исследования аэрозолей с размером частиц менее 2 мкм, поскольку такие частицы под действием броуновской диффузии могут выбывать из объёма седиментационного цилиндра, оседая на его боковых стенках, и процесс седиментации частиц становится неконтролируемым.

  Согласно выражению (1) и приведенной выше оценке погрешностей можно записать относительную среднеквадратическую погрешность измерения счётной концентрации аэрозолей с помощью проточного седиментатора в виде:

                     ,                           (12)

 

где: GN = G10 = N-1/2 ; GS = G7 = 0,015

ПриР = 0,95: GH = G1 + G2 + G3 + G4 = 0,015 G4

  Окончательно имеем:

 

                               .                                             (13)

  Величина А зависит от размера анализируемых частиц.

В таблице 6 приведены значения А для аэрозольных частиц различных размеров.

Таблица 6. Значения постоянной а в зависимости от размера частиц аэрозоля

d, мкм	5	10	20	40	60
А	2, 5x10-4	2, 55x10-4	2, 77x10-4	4.1x10-4	8, 5x10-4

  Значения погрешностей определения счётной концентрации аэрозолей с помощью проточного седиментатора для разных диаметров частиц и для различного числа частиц, подсчитанных на покровном стекле, приведены в таблице 7.

 

Таблица 7. Значение погрешности проточного седиментатора для различных размеров d и числа N аэрозольных частиц на покровном стекле.

---

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 714; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!