Результаты исследований снижения запыленности воздуха с использованием мелкодисперсной воды в помещении овощехранилища при доработке корнеклубнеплодов

Введение. По данным Росстата на долю заболеваний органов дыхания приходится свыше 40% от общего числа заболеваний по всем нозологическим формам [1, 2, 3]. При доработке корнеклубнеплодов в помещениях овощехранилищ рабочие дышат воздухом с содержанием в нем пыли до 22 мг/м3 при ПДК – 8–9 мг/м3. Для снижения запыленности воздуха при доработке корнеклубнеплодов используют аэродинамический способ удаления пыли, но он не обеспечивает снижение запыленности воздуха рабочей зоны до нормативных требований. Гидроподавление почвенной пыли, использующееся в промышленности, при доработке корнеклубнеплодов применять нельзя из-за их увлажнения. Для ответа на вопрос о возможности использования гидроподавления почвенной пыли вначале необходимо понять физику процесса формирования пыли в зависимости от количества, физикомеханических свойств и влажности почвы, поступающей вместе с корнеплодами на линии доработки.

Методика и результаты исследования. Известно, что содержание почвы в ворохе корнеплодов может достигать 25%, а влажность - до 35% [4, 5, 6, 7]. Гранулометрический состав дерново-подзолистой почвы, поступающей вместе с корнеплодами на доработку, определенный по методике Н.А. Качинского, представлен в таблице 1 [8].

Таблица 1 – Гранулометрический состав почвы, поступающей вместе с корнеплодами от уборочных машин теребильного типа на линии послеуборочной доработки столовых корнеплодов

Показатели	Процентное содержание фракций, %
	крупные фракции, мм				мелкие фракции (пыль), мм
	1–0,25	0,25– 0,05	0,05– 0,01	Всего	0,01– 0,005	0,005– 0,001	<0,001	Всего
1-я повторность	50,21	25,49	9,59	85,29	3,12	5,47	6,12	14,71
2-я повторность	49,50	27,20	9,47	86,17	4,00	4,47	5,35	13,82
Среднее значение	49,86	26,35	9,53	85,58	3,56	4,97	5,74	14,28
Стандартн. отклонение	0,51	1,93	0,09	х	0,62	1,28	0,54	х
Коэф. вариации, %	1,02	7,0	0,94	х	17	13	9	х

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что среднее значение содержания мелкодисперсной пыли к общему содержанию почвы в корнеплодах составляет 14,28%. Используя закон сохранения количества движения (закон сохранения импульса), рассмотрена в о з -можность подавления пыли путем встречной подачи на нее мелкодисперсной жидкости. Представим движение капель жидкости и частиц пыли навстречу друг другу по одной осевой линии [8]:

mвVв – mпVп ≥ 0 L mвVв ≥  mпVп ,     , где mв и mп – масса частиц, соответственно жидкости и пыли, мг;

V в и V п – скорость движения частиц, соответственно жидкости и пыли, м/с.

Найдем подачу жидкости такой, чтобы площадь сечения капель жидкости и площадь сечения частиц пыли были равными между собой путем регулирования давления жидкости и диаметров отверстий распылителей в форсунках, тогда [6]:

V в>^    V п = — V п , м/с,        (2)

mB p8

где Pn и p₈ – плотность пыли и жидкости, г/см³. При V п = 0,7 м/с; Pn = 1,2 г/см³; Pe = 1,0 г/см³ скорость мелкодисперсной жидкости в зоне контакта с ворохом корнеплодов V вх. = (1,2/1,0) 0,7 = 0,84 (м/с).

В этой формуле скорость витания мелкодисперсных частиц почвы (пыли) принята равной V п = 0,7 м/с. На основании данных о распределении фракционного состава почвы в зависимости от ее скорости витания, представленного на рисунке 1, средняя скорость витания почвы (пыли) составляет 0,2 м/с.

Рисунок 1 – Распределение фракционного состава почвы в зависимости от её скорости витания

Диаметр поперечного сечения струи на расстоянии Hот выходного отверстия распылителя зависит от угла конуса распыла при выходе из распылителя, который может достигать 35^°. При угле распыла жидкости в 35^° диаметр поперечного сечения струи d с. на расстоянии H от выходного отверстия распылителя, обычно равного 0,5 ÷ 0,6 м, достигает 0,4 м.

Расход жидкости через один распылитель можно определить по формуле [9, 10]:

Q ж. = °'^{66 f}^^p, л/с,            (3)

где f c. – площадь выходного отверстия распылителя, мм²;

9 – ускорение свободного падения, м/с²;

P – давление при входе жидкости в распылитель, кг/см2;

μ – коэффициент расхода.

Коэффициент расхода μ зависит от геометрической характеристики распылителя и составляет от 0,22 до 0,47.

При известных значениях расхода жидкости через один распылитель, диаметра поперечного сечения струи на расстоянии H от выходного отверстия распылителя, толщины слоя вороха, подаваемого приемным бункером на инспекционные столы, удельного веса подаваемого вороха корнеплодов можно определить расход жидкости на 1 т обрабатываемого вороха корнеплодов.

Расход жидкости на подавление мелкодисперсной почвенной пыли при доработке 1 т корнеплодов (Q ж ) определим по формуле

Q ж. = Qt ж. n р. , л/т,               (4)

где t ж. – время подачи жидкости при опрокидывании 1 т корнеплодов из контейнеров в приемный бункер линии, с (t ж. = до 4 с);

n р. - количество распылителей.

При выборе диаметра выходного отверстия распылителя (d р. ) необходимо, чтобы площадь сечения капель жидкости и площадь сечения частиц пыли были равны между собой. Почвенная пыль на линии доработки корнеплодов имеет размеры от 0,05 мм и ниже. По данным Э.М. Ивановича (1967 г.) размеры капель жидкости 50 мкм (0,05 мм) при давлении жидкости свыше 5 кг с/см² соответствуют размерам частиц почвенной пыли – 0,05 мм [10]. Это условие может быть обеспечено путем повышения давления подаваемой жидкости при одновременном снижении диаметра выходного отверстия распылителя (d р. 0,5 мм).

Представленные данные показывают возможность подавления мелкодисперсной пыли на линиях доработки корнеплодов мелкодисперсной жидкостью с давлением выше 5 кг с/см2 и с диаметром выходных отверстий распылителей до 0,5 мм. Ориентировочный расход жидкости на подавление пыли с 1 т подаваемого вороха корнеплодов на линию доработки - от 0,2 л/т.

Факел мелкодисперсной жидкости из распылителей накрывает всю поверхность вороха корнеплодов, выгружаемых в приемный бункер линии. Подъему облака пыли из вороха корнеплодов препятствует облако мелкодисперсной жидкости из распылителей. В это время мелкодисперсная жидкость поглощается пылью, которая затем оседает на корнеплоды в бункере в виде пластичной массы на глубину до 10 см. Выгрузка корнеплодов из транспортных средств в приемный бункер осуществляется за несколько приемов. Время, затрачиваемое на выгрузку корнеплодов за один прием, достигает 5 с, время на поглощение пылью мелкодисперсной жидкости – не менее 10 с. Для обеспечения этого условия распылители необходимо установить на расстоянии свыше 600 мм от поверхности корнеплодов.

Определение содержания почвенной пыли в воздухе в зависимости от содержания почвы в ворохе корнеплодов, толщины слоя корнеплодов и продолжительности подачи мелкодис- персной жидкости проведено на лабораторной установке по матрице 23-1 [11]. Расстояние от распылителей до поверхности корнеплодов – 600 мм, расход жидкости через один распылитель – до 317 мл/мин. Уровни факторов по матрице 23-1 представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Уровни факторов по матрице 23-1

(масса корнеплодов во всех опытах – 7,5 кг, абсолютная влажность почвы – 2,45%) [6]

Факторы	Уровни факторов			Интервал варьирования
	- 1	0	+ 1
А – содержание почвы в корнеплодах,	1%	3%	5%	2%
%, (г)	(75)	(225)	(375)	(150)
В – толщина слоя корнеплодов	7	14	21	7
в контейнере, см (количество слоев)	(1)	(2)	(3)	(1)
С – продолжительность подачи жидкости на ворох корнеплодов, с	0,0	5	10	5

Уравнение регрессии У (мг/м3) – содержание почвенной пыли в воздухе помещения, полученное с использованием программы Statgraphics, имеет следующее выражение:

У = 12,8325 + 0,0775А – 1,4725В – 4,0875С, мг/м3.

Н

"s

18,7

16,7

14,7

12,7

10,7

8,7

Фактор А Фактор В Фактор С

s s

Рисунок 2 – Зависимость содержания пыли в воздухе помещения (мг/м3) от содержания почвы в ворохе корнеплодов (фактор А), толщины слоя корнеплодов (фактор В), продолжительности подачи мелкодисперсной жидкости на корнеплоды до 10 с (фактор С) во время выгрузки корнеплодов из контейнера в тару

Исследования показали, что с увеличением толщины слоя корнеплодов от 70 до 210 мм наблюдается незначительное снижение запыленности воздуха. Изменение содержания почвы в ворохе корнеплодов в интервале от 1 до

5% практически не оказало существенного влияния на снижение запыленности воздуха.

Основное влияние на содержание почвенной пыли в воздухе оказывает продолжительность подачи мелкодисперсной жидкости на корнеплоды. При отсутствии увлажнения корне- плодов среднее содержание почвенной пыли в воздухе рабочей зоны при их выгрузке из контейнера составило 18,37 мг/м3; при продолжительности подачи мелкодисперсной жидкости на корнеплоды в течение 10 с произошло снижение до 7,35 мг/м3 (при ПДК 8–9 мг/м3). Опыты, продолженные с увеличением подачи мелкодисперсной жидкости до 30 с, при постоянных значениях содержания почвы в корнеплодах (фактор А) и толщины слоя корнеплодов (фактор В) показали, что с увеличением продолжительности подачи воды резко снижается запыленность воздуха – до 3,45 мг/м3.

Так как при высоком увлажнении поверхности корнеплодов снижается срок их хранения, то подачу мелкодисперсной жидкости на корнеплоды следует ограничивать 30-ю секундами. Результаты экспериментальных исследований были учтены при проведении опытов в производственных условиях в овощехранилище ПК «Шушары» Тосненского района Ленинградской области. Во время массовой уборки урожая при затаривании корнеплодов и картофеля в камеры хранения с предварительным удалением на линиях из вороха корнеклубнеплодов почвы и свободной ботвы содержание пыли в воздухе достигает от 12 до 22 мг/м3. При такой запыленности воздуха возникает необходимость в технологических перерывах, рабочие вынуждены работать в респираторах, что приводит к потере рабочего времени и снижению производительности.

Для снижения запыленности воздуха на одной из линий для доработки столовой свеклы и картофеля нами установлена лабораторная установка для гидроподавления пыли в воздухе. В конце приемного бункера смонтировали два распылителя для мелкодисперсной жидкости на регулируемой по высоте П-образной штанге. Высота расположения распылителей на штанге до дна приемного бункера – от 600 мм, расход жидкости через один распылитель – до 317 мл/мин. При поступлении на доработку корнеплодов с сухой поверхностью силикатосодер-жание пыли в воздухе при использовании системы гидропылеподавления снижалось в два раза, т.е. до нормативного уровня ПДК и ниже.

Выводы. Проведенные исследования показали, что содержание пыли в воздухе при доработке корнеплодов в разные периоды времени различно и зависит от содержания почвы в ворохе корнеплодов и ее влажности. Основ- ное влияние на содержание пыли оказывает влажность почвы и время подачи на облако пыли мелкодисперсной жидкости. Результаты проведенных нами производственных опытов подтверждают результаты теоретических и экспериментальных исследований, то есть система гидроподавления пыли обеспечивает снижение запыленности воздуха рабочей зоны в овощехранилище при доработке корнеклубнеплодов до нормативных требований, что ведет к улучшению условий труда и снижению травматизма и профзаболеваемости.