Установка для очистки воздуха от паров ртути

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПАРОВ РТУТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бесараб Сергей Васильевич Комаров Владимир Семенович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси(57) Установка для очистки воздуха от паров ртути, содержащая корпус, в котором размещен воздуховод и вентилятор, отличающаяся тем, что воздуховод выполнен в виде цилиндра, внутри которого с одной стороны установлен вентилятор, с другой стороны внутри воздуховода на нижней поверхности установлен резервуар, внутри которого размещены датчик уровня жидкости и ультразвуковой генератор с пьезоэлектрическим резонатором в виде керамической пластины, на верхней внутренней поверхности воздуховода параллельно резервуару размещена герметичная емкость, в которой выполнено загрузочное отверстие, причем верхняя емкость и резервуар соединены посредством трубы, в которую вставлен электромагнитный клапан, на внешней поверхности воздуховода размещен управляющий блок, соединенный с вентилятором, датчиком уровня жидкости, ультразвуковым генератором, электромагнитным клапаном.(56) 1. А.с. СССР 60077,1941. 2. А.с. СССР 70185, 1948. 3. Патент 3232033, 1966. 4. А.с. СССР 167284, 1965 (прототип). 5. Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. - М.-Л. Гос. энергет. изд-во, 1954. - С. 15-17. 6. Гуревич В.И. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применение. Настольная книга инженера. - М. Солон-Пресс, 2011. - С. 133. 96292013.10.30 7. Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением Справочник. - Л. Ленинградское отд. Машиностроение, 1982. - С. 27-49. 8. Схемотехника. -4. - 2006. - С. 40-41. Полезная модель относится к области промышленной санитарии и охране окружающей среды при использовании в производстве, научных лабораториях и в бытовых условиях металлической ртути, содержащих ее приборов и устройств, а также амальгам, и предназначено для обезвреживания паров ртути в закрытом пространстве химическим путем без применения растворов и адсорбентов. Установка также может быть использована для демеркуризации газового потока от паров ртути в различных отраслях промышленности. Известно устройство для улавливания паров ртути из воздуха помещений, в которых ведется работа с вакуумными ртутьсодержащими приборами, состоящее из фильтрующего элемента в виде алюминиевого патрона с большим числом вертикальных прорезей. В патрон засыпаны алюминиевые стружки. Над алюминиевым патроном со стружками помещается угольный адсорбционный фильтр. Патрон подключен к выхлопной трубе форвакуумного насоса. Металлический алюминий (в т.ч. покрытый тонким слоем оксидов),соединяется с ртутными парами при концентрации последних около 0,1-10 мг/м 3 воздуха. Активированный уголь задерживает ртутные пары при концентрации 10-20 мг/м 3 воздуха. При большей концентрации ртутных паров предложенный вариант фильтрующего элемента неэффективен 1. Известно устройство для очистки воздуха машинных залов электростанций от вредных паров ртути, выделяемых через выхлопные отверстия масляных насосов ртутных выпрямителей. Устройство герметически крепится к выхлопному отверстию масляного насоса. Брызги масла, попадающие в нижнюю часть фильтра, задерживаются колпачком, укрепленным над выхлопным отверстием. Пары масла поглощаются крупным силикагелем,насыпанным в ситообразный вкладыш, укрепленный в месте перехода из нижней части фильтра в верхнюю. Поглотителем паров ртути, попадающих в верхнюю часть устройства, служит силикагель, пропитанный йодом и йодистой медью. О степени использования поглотителя можно судить по заложенным в перфорированные трубки индикаторным бумажкам или наблюдать за постепенным покраснением поглотителя, происходящим по мере отравления его парами ртути. Очищенный от паров ртути воздух выходит через отверстия в крышке, прикрытые резиновым диском, выполняющим роль обратного клапана,для некоторой защиты от попадания наружного воздуха в поглотительную коробку 2. Известно устройство для адсорбции ртутных паров, содержащее корпус в виде камеры,устанавливаемой в стены или перегородки помещений. Корпус выполнен в виде трубы с фланцем, облегчающим установку сменного картриджа с адсорбентом (минеральная вата,покрытая пленкой золота). Во входное отверстие трубы установлен вентилятор, приводимый в движение электродвигателем, который служит для создания потока воздуха 3. Наиболее близким к заявляемой полезной модели, прототипом, является устройство для очистки воздуха от паров ртути, содержащее корпус в виде рамы-тележки, на которой смонтирована воздуходувка (вентилятор) и блок демеркуризации, состоящий из трубчатой поглотительной колонки с насадкой для забора воздуха, сетчатой кассетой для удержания сорбента, патрубков загрузки сорбента и отбора проб воздуха, смотрового окна, съемного фильтра, выхлопной трубы, ручки и приборной доски. Масляный воздушный фильтрпылепоглотитель (поглощает угольную пыль, образующуюся вследствие истирания и уноса сорбента потоком всасываемого воздуха) соединен с поглотительной колонкой и воздуходувкой воздухопроводами, в роли которых выступают прорезиненные шланги, и снабжен шиберной заслонкой 4. Недостатком этого устройства является низкая производительность, так как эффективность адсорбционного метода демеркуризации паров напрямую зависит от множества 2 96292013.10.30 факторов скорости воздушного потока, активности и емкости адсорбента. Лимитирующим фактором является производительность воздуходувки и тип используемого в поглотительной колонке адсорбента. Предложенное в прототипе устройство ввиду своих конструкционных особенностей может быть использовано только для удаления малых количеств паров ртути из воздуха небольших рабочих помещений, например зубоврачебных кабинетов. После непродолжительного периода работы накопительная колонка требуют замены адсорбента. Задачей полезной модели является создание высокопроизводительного устройства,позволяющего проводить очистку воздуха от паров ртути, не зависящую от объема демеркуризируемых помещений и необходимости использования адсорбционного материала повышение безопасности процесса демеркуризации закрытых объектов и уменьшение времени, затрачиваемого на очистку воздуха от паров ртути. Поставленная задача решается следующим образом. Предложена установка для очистки воздуха от паров ртути, содержащая корпус, в котором размещен воздуховод и вентилятор, воздуховод выполнен в виде цилиндра, внутри которого с одной стороны установлен вентилятор, с другой стороны внутри воздуховода на нижней поверхности установлен резервуар, внутри которого размещены датчик уровня жидкости и ультразвуковой генератор с пьезоэлектрическим резонатором в виде керамической пластины, на верхней внутренней поверхности воздуховода параллельно резервуару размещена герметичная емкость, в которой выполнено загрузочное отверстие, причем верхняя емкость и резервуар соединены посредством трубы, в которую вставлен электромагнитный клапан,на внешней поверхности воздуховода размещен управляющий блок, соединенный с вентилятором, датчиком уровня жидкости, ультразвуковым генератором, электромагнитным клапаном. Датчик уровня жидкости представляет собой контактное устройство для измерения уровня жидкости, где изменение механического перемещения управляет электрической цепью путем замыкания или размыкания контактов. Конструкция датчика следующая датчик имеет поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находятся два герметичных контакта (геркон). Герконы срабатывают на замыкание при приближении магнита, т.е. при достижении жидкости в емкости определенного уровня (минимум и максимум). Максимальный уровень жидкости подразумевает полное покрытие пластины резонатора рабочим раствором и готовность установки к запуску, при минимальном уровне установка работает в дежурном режиме. Преимущество данного типа датчика состоит в том, что он позволяет производить контроль уровня жидкости в резервуаре вне зависимости от вязкости и состава раствора, является простым, надежным и доступным компонентом, не требующим наличия внешнего питания и легко ремонтируемым в случае неисправности 5, 6. Электромагнитный клапан состоит из корпуса, соленоида (электромагнита) с сердечником, на котором установлен поршень, регулирующий поток. На электромагнитную катушку клапана подается электрическое напряжение, после чего магнитный сердечник втягивается в соленоид, что приводит к открытию либо закрытию клапана. Для герметичности сердечник помещен внутри закрытой трубки катушки соленоида. Клапан представляет собой эффективное электромеханическое устройство, предназначенное для регулирования потока жидкости, поступающей из герметичной емкости. Клапан необходим для того,чтобы не допускать перерасхода демеркуризационного раствора и осуществлять постепенное дозирование раствора, поступающего из герметичной емкости. Ввиду небольшого количества используемых деталей электромагнитный клапан обладает простотой в обслуживании и высокой степенью надежности в эксплуатации 7. Ультразвуковой генератор, содержащий пьезоэлектрический (керамическая пластина) преобразователь, установленный на дне емкости, заставляет вибрировать открытую поверхность жидкости и генерировать мелкодисперсные капли жидкости (туман) во внут 3 96292013.10.30 реннем пространстве воздуховода. Когда прибор включают, пластина-резонатор начинает вибрировать с заранее определенной частотой и заставляет вибрировать объем воды в емкости, что приводит к разъединению молекул воды и образованию тумана из мелких капелек жидкости над открытой поверхностью в емкости. Частота вибрациивыбирается в зависимости от необходимого размера капель(мкм) по уравнению 63,75-0,292. Вибрация пластины приводит к диспергированию жидкости до размера капель 0,05-0,08 мкм,т.е. позволяет точным образом рассеивать текучую среду в виде аэрозоля. Данный тип рассеивателя выбран ввиду его высокой эффективности и безопасности, по сравнению с пиротехническими или ротационными диспергаторами, 8. Управляющий блок состоит из микроконтроллера с управляющей программой, к которому подключены исполнительные элементы, отвечающие за взаимодействие с внешними устройствами. Питание микроконтроллера осуществляется от автономного аккумуляторного блока питания, который допускает возможность подключения внешнего источника переменного напряжения для подзарядки/прямого подключения. С помощью программы,заложенной в микроконтроллер, в установке осуществляется управление вентилятором и ультразвуковым генератором в зависимости от сигнала поступающего с внешних устройства (датчики уровня жидкости). Преимущество данного решения заключается в малом количестве радиоэлектронных компонентов и возможности работы установки в полностью автономном режиме, исключающем необходимость контроля со стороны обслуживающего персонала. Кроме того, в случае отказа электромагнитного клапана, микроконтроллер может переключать установку в упрощенный режим работы. Герметичная емкость снабжена загрузочным отверстием для того, чтобы в случае отказа электромагнитного клапана стала возможной работа в упрощенном режиме. Данный режим активируется с помощью следующей подпрограммы микроконтроллера герметичный контакт максимального уровня в датчике уровня дает сигнал в микроконтроллер, о том что уровень понижен, если при этом геркон минимального уровня в датчике уровня не активен, установка работает, но начинает опрашивать датчик уровня каждые 5 секунд,после достижения жидкостью минимума и поступлении сигнала в микроконтроллер,управляющий блок отключает вентилятор и ультразвуковой генератор и несколько раз,через определенные промежутки времени открывает электромагнитный клапан, не переставая опрашивать последовательно датчик уровня. В случае, если уровень жидкости не повышается - микроконтроллер переходит в упрощенный режим, открывая электромагнитный клапан и блокируя его в таком положении. В этом режиме жидкость из герметичной емкость вытекает в резервуар, и уровень ее устанавливается на уровне края горловины,полностью покрывая пластину резонатора и блокируя герметичную емкость пробкой из демеркуризационного раствора. При этом в герметичной емкости образуется пониженное давление. Как только уровень жидкости в резервуаре понижается, открывается край горловины и раствор из герметичной емкости поступает в резервуар до восстановления первоначального уровня, т.е. до края горловины. Важным условием работы в упрощенном режиме является использование пробки, которая герметично закрывает загрузочное отверстие. Заправка герметичной емкости производится жидкими реагентами, которые в мелкодисперсном состоянии способны соединяться с парами ртути, образуя нерастворимые соединения. В качестве таких веществ могут использоваться растворы содержащие активный кислород (перевод паров ртути в труднорастворимый оксид ртути ), растворы содержащие иод (перевод паров ртути в малорастворимые иодиды), растворы содержащие элементарную серу или сульфид-ионы (перевод паров ртути и нерастворимые сульфиды). На фигуре представлена схема предлагаемой установки. Установка для очистки воздуха от паров ртути состоит из корпуса 1, в котором размещен воздуховод 2, выполненный в виде цилиндра, внутри которого с одной стороны установлен вентилятор 3, с другой стороны внутри воздуховода на нижней поверхности 4 96292013.10.30 установлен резервуар 4, внутри которого размещен датчик уровня жидкости 5 и ультразвуковой генератор 6 с пьезоэлектрическим резонатором в виде керамической пластины 7,на верхней внутренней поверхности воздуховода, параллельно резервуару 4 размещена герметичная емкость 8, в которой выполнено загрузочное отверстие 9, причем верхняя емкость 8 и резервуар 4 соединены посредством трубы 10, в которую вставлен электромагнитный клапан 11, на внешней поверхности воздуховода размещен управляющий блок 12,соединенный с вентилятором 3, датчиком уровня жидкости 5, ультразвуковым генератором 6, электромагнитным клапаном 11. Работает устройство следующим образом. Для проверки работоспособности установки в лабораторных условиях искусственно была смоделирована ситуация, соответствующая загрязнению помещения парами ртути. Для этого на специальный поддон выливалось 20 г ртути, помещение герметично закрывалось, ртуть оставляли испаряться при температуре 20 С на протяжении суток. Затем концентрацию паров ртути замеряли с помощью многофункционального переносного атомно-абсорбционного анализатора РА-915 М(оценка по поглощению пробой воздуха УФ-излучения). Прибор показывает превышение допустимого уровня (ПДК) в 270 раз. Перед запуском процесса очистки воздуха помещения от паров ртути корпус 1 установки помещают на горизонтальную поверхность, герметичную емкость 8, через загрузочное отверстие 9 заполняют реагентом для демеркуризации водным раствором коллоидной серы. Примерный расчет объема необходимого раствора производят по формулепаркомнр ра где р-ра - объем раствора коллоидной серы, требуемый для демеркуризации, л пар плотность паров раствора (при 20 С - 17,2 г/дм 3), р-ра - плотность раствора коллоидной серы, комн - объем помещения, в котором производится очистка, м 3- коэффициент экспозиции серы, приблизительно равен 1,3. Микроконтроллер управляющего блока 12 находится в дежурном режиме и периодически опрашивает датчик уровня жидкости 5. В исходном состоянии электромагнитный клапан 11 открыт, поэтому жидкость заливается в герметичную емкость 8 и, проходя по трубе 10, поступает в резервуар 4 до тех пор, пока поднявшись до нужного уровня не активирует датчик уровня жидкости 5. Вместе с включением датчика 5 активируется работа вентилятора 3 и генератора ультразвука 6. За счет ультразвуковых колебаний пьезокерамической пластины 7 образуются частицы мелкодисперсного тумана, которые потоком воздуха, создаваемым вентилятором 3 в воздуховоде 2, уносятся в помещение, где соединяются с парами ртути. Аэрозоль серы, то есть взвесь мельчайших частиц элементной серы в газовой фазе, так же как и парообразная сера, способен проникать в самые труднодоступные места. За время работы установки в помещении аэрозоль серы равномерно распределяется по всему свободному объему помещения и практически сразу высокодисперсная сера вступает во взаимодействие с парами ртути с образованием сульфида ртути. Кроме того, аэрозоль серы, проникая в самые труднодоступные места, со временем оседает на различные поверхности, содержащие остатки ртути, и также вступает с ней во взаимодействие. Время полного оседания частиц серы не превышает 3-5 часов, что и составляет полное время демеркуризации. После окончания демеркуризации в комнате опять проводят определение содержания паров ртути с помощью атомно-абсорбционного анализатора. Замеры концентрации паров ртути показывают, что она не превышает ПДК и не возникает вторичного загрязнения объектов в дальнейшем,Использование предложенной установки позволяет проводить демеркуризацию воздуха в помещениях и обеспечить высокую производительность процесса очистки. Установка обеспечивает экологически безопасную качественную очистку воздуха закрытых 5 96292013.10.30 помещений от паров ртути при минимальных габаритах устройства. Ни один из известных способов не позволяет достичь такого уровня эффективности, безопасности и качества демеркуризации объектов. Установка не требует использования дорогостоящих адсорбентов и может использоваться неограниченное время (при наличии необходимого количества раствора реагентов), ее производительность не лимитируется объемом обрабатываемого помещения, а процесс очистки не требует присутствия обслуживающего персонала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6