Практическое задание 9
Поиск и анализ инновационных технических решений в области средств защиты от загрязнений воздушной среды на производстве
Тема 2. Анализ технических решений
Цель: получить практические навыки поиска и анализа инновационных технических решений в области средств защиты от загрязнений воздушной среды на производстве.
Алгоритм выполнения
1. Изучить алгоритм поиска и анализа инновационных технических решений в области охраны труда.
2. Ознакомиться с теоретической частью электронного учебника.
3. Оформить результаты в виде таблицы.
Бланк выполнения задания 9
Форма для выполнения задания
№ п/п
|
Наименование инновационного технического решения
|
Описание документа источника
|
Сведения об авторах и организации
|
Описание сущности инновационного решения
|
Результаты анализа достоинств и недостатков
|
1
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
Образец выполнения задания 9
№ п/п
|
Наименование инновационного технического решения
|
Описание документа источника
|
Сведения об авторах и организации
|
Описание сущности инновационного решения
|
Результаты анализа достоинств и недостатков
|
1
|
Способ очистки воздуха от вредных веществ
|
Патент РФ
№ 2381834
(опубликован
20.02.2010)
|
Авторы:
Тен Хак Мун (RU), Воронов Б.А. (RU), Чаков В.В. (RU)
Патентообладатель:
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (RU)
|
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение степени очистки воздуха от вредных веществ в виде формальдегида за счет увеличения сорбционной емкости адсорбента, а также упрощение технологии и снижение себестоимости технологического процесса за счет вторичного использования одного из исходных компонентов адсорбента – опилок.
Технический результат достигается тем, что в способе очистки воздуха от вредных веществ пропускают воздух через адсорбент, содержащий смесь опилок и цеолита, при этом адсорбент содержит аммиаксодержащие опилки лиственницы при массовом соотношении цеолита к опилкам 1 : (3–4), а в качестве аммиаксодержащих опилок используют опилки лиственницы, предварительно обработанные 1%-ным раствором нашатырного спирта в количестве 10 мл на 0,5–1,0 кг опилок, или опилки, отработанные при очистке воздуха от аммиака.
Предлагаемый способ позволяет повысить степень очистки воздуха от токсичных веществ – формальдегида с помощью адсорбента на основе опилок из лиственницы благодаря совокупному действию химической и физической адсорбции этого адсорбента. Химическая адсорбция в заявляемом способе происходит благодаря биологически активному компоненту адсорбента – это опилки из лиственницы, обладающие широким спектром практически полезных свойств. Так, древесина лиственницы содержит до 4,5 % флавоноидов, из которых более 80 % составляют однотипные по химическому строению соединения с преобладанием дигидрокверцетина, обладающего высокой антиоксидантной и капилляропротекторной активностью. Кроме того, при воздействии аммиаком и другими щелочными соединениями на дигидрокверцетин происходит реакция окислительной полимеризации с поглощением аммиака с приобретением при этом способности к адсорбции формальдегида. То есть аммиак, находящийся в составе очищаемого воздуха, не только сам адсорбируется опилками, но и опилки с адсорбированным аммиаком приобретают способность адсорбировать формальдегид, что к тому же дает возможность использовать отработанные опилки, например опилки, отработанные и лишенные адсорбирующей способности при очистке воздуха от аммиака. В заявляемом адсорбенте из цеолита в смеси с биологически активным компонентом – опилками из лиственницы высокие катионообменные и ионообменные свойства цеолита, проявляющие физическую адсорбцию, увеличивают сорбционную емкость смеси адсорбента в целом, что обеспечивает высокую степень очистки загрязненного воздуха. Кроме того, наличие многопористого минерального материала – цеолита способствует равномерному прохождению газового потока через адсорбционный слой, так как он разрыхляет опилки, предотвращая возможное образование комков, препятствующих равномерному распределению газовых соединений по адсорбентным частицам, что также влияет на степень очистки
|
Известен способ очистки отходящих газов от оксидов азота как из сухих, так и влажных серосодержащих отходящих газов с применением катализаторов на основе цеолитов, не содержащих драгметаллов (RU, п. 2088316, B01D 53/86). Недостатком данного способа является очистка газовых выбросов от конкретного соединения – метанола и низкая степень очистки.
Известен способ поглощения газообразного аммиака (а.с. 800134, МПК B01D 53/04) путем контактирования с твердым поглотителем, насыщенным кислотным ангидридом – серным ангидридом. В качестве поглотителя используется лигнин. Недостатком этого способа является избирательное поглощение одного газа.
Известен способ дезодорации отходящих газов, содержащих примеси органических веществ (спирты, эфиры углеводородов, акролеин). Отходящие газы пропускают через биологически активный фильтрующий материал, в качестве которого используют смесь коры деревьев хвойных пород (ель, сосна), торфа и опилок при объемном соотношении 1:0,5:0,5, пропитанную питательной средой для накопления микроорганизмов, состоящей из разбавленного водного раствора нитрата аммония, гидрофосфата калия, сульфата магния, хлорида кальция и хлорида железа (а.с. СССР 1337127, B01D 53/02). Недостатком способа является то, что фильтрующий материал необходимо постоянно пропитывать предварительно подготовленной питательной средой, что приводит к трудоемкости процесса очистки и делает способ дорогим, а также то, что данный способ не позволяет удалять такие экологически опасные вещества, как формальдегид.
Известен способ очистки газов от формальдегида путем контакта с биологически активным фильтрующим элементом, в качестве которого используют древесные опилки, которые модифицируют водным раствором мочевины и фосфорной кислоты или азотной кислоты при 90–95 °С в течение 0,5–1 ч, и массовым отношением твердой и жидкой фаз 1 : 4,5–5,4, которые затем термообрабатывают при 140–160 °С в течение 1 ч. В качестве модифицирующих веществ используют также мочевину с азотной кислотой при их массовом соотношении 1:1 (RU, п. 2223812, B01D 53/72, B01D 53/04). К недостаткам данного технического решения можно отнести низкую сорбционную емкость.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ очистки отходящих газов от комплекса дурнопахнущих веществ (аммиак, сероводород, фенол, меркаптаны), пропускаемых через биологически активный фильтрующий материал, содержащий уложенные слоями щепу мелкую деревьев лиственных пород, опил, скоп и кору с содержанием влаги 70–80 %. Кору и опил используют от переработки деревьев лиственных или хвойных пород, а скоп – отход от целлюлозно-бумажного производства в виде осадков, содержащих волокно, мелкую кору и каолин (RU п. 2180261, B01D 53/02, B01J 20/24).
К недостаткам данного способа можно отнести трудоемкость приготовления фильтрующего материала в виде слоев из различных материалов (щепы, опила, скопа и коры), низкая сорбционная емкость, а также то, что данный способ не позволяет производить очистку воздуха от формальдегида
|
2
|
Фильтр-поглотитель для очистки воздуха от вредных веществ
|
Патент РФ
№ 2156644
(опубликован
27.09.2000)
|
Авторы:
Чебыкин В.В., Васильев Н.П., Дворецкий Г.В., Макляев В.П., Романчук Э.В.
Патентообладатель:
Государственное унитарное предприятие «Электростальское научно-производственное объединение «Неорганика»
|
Целью изобретения является уменьшение габаритных размеров и повышение устойчивости фильтра к механическим нагрузкам.
Поставленная цель достигается предложенным устройством, содержащим цилиндрический корпус с дном, крышкой, впускным и выпускным патрубками и расположенные внутри корпуса коаксиально с ним фильтрующий элемент, закрепленный на каркасе, и поглощающий элемент, выполненный в виде блока, зажатого между дном и крышкой, при этом соотношение внутреннего диаметра корпуса, внешнего и внутреннего диаметров поглощающего элемента и внешнего и внутреннего диаметров фильтрующего элемента составляет 1:(0,92–0,96):(0,60–0,70): (0,55–0,59):(0,30–0,40).
Отличие предложенного устройства от прототипа заключается в том, что фильтрующий элемент закреплен на каркасе, поглощающий элемент выполнен в виде блока, зажатого между дном и крышкой, при этом соотношение внутреннего диаметра корпуса, внешнего и внутреннего диаметров поглощающего элемента и внешнего и внутреннего диаметров фильтрующего элемента составляет 1:(0,92–0,96):(0,60–0,70):(0,55–0,59):(0,30–0,40).
Из научно-технической литературы авторам неизвестен фильтр-поглотитель для очистки воздуха, в котором фильтрующий элемент закреплен на каркасе, а поглощающий элемент выполнен в виде блока, зажатого между дном и крышкой, при этом соотношение внутреннего диаметра корпуса, внешнего и внутреннего диаметров поглощающего элемента и внешнего и внутреннего диаметров фильтрующего элемента составляло бы 1:(0,92–0,96):(0,60–0,70):(0,55–0,59):(0,30–0,40).
Использование указанных признаков в предложенном фильтре-поглотителе позволяет уменьшить его габариты, а также повысить прочность и работоспособность при механических нагрузках, что особенно важно при эксплуатации фильтра на подвижных объектах
|
Известен фильтр-поглотитель для очистки воздуха, состоящий из корпуса с впускным и выпускным патрубками и расположенных внутри корпуса коаксиально с ним поглощающего и фильтрующего элементов, при этом поглощающий элемент представляет собой зерненый активированный уголь, размещенный между перфорированными цилиндрами из тонкого листового материала (см. патент США № 4322230, кл. B 01 D 50/00, заявлен 08.09.1980 г.). Недостатком этого фильтра являются достаточно большие габаритные размеры.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является фильтр-поглотитель для очистки воздуха, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и расположенные внутри корпуса коаксиально с ним поглощающий и фильтрующий элементы. Поглощающий фильтрэлемент выполнен из зерненого активированного угля, ограниченного прокладками, а фильтрующий – из фильтркартона. Воздух, подлежащий очистке, проходит через фильтр радиально (см. патент США № 4345923, кл. B 01 D 46/46, заявлен 03.04.1981 г.). Этот фильтр является прототипом предлагаемого изобретения. Недостатками прототипа являются его громоздкость и недостаточная устойчивость к механическим нагрузкам
|
3
|
Устройство для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении и способ для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении
|
Патент РФ
№ 2094098
(опубликован
27.10.1997)
|
Авторы:
Григорьев А.И., Синяк Ю.Е., Злотопольский В.М.
Патентообладатель:
Государственный научный центр Российской Федерации «Институт медико-биологических проблем»
|
Технический результат изобретения выражается:
– в возможности повысить эффективность очистки воздуха от вредных микропримесей, включая микрофлору в условиях герметично замкнутых помещений;
– в уменьшении энергопотребления;
– в повышении пожаробезопасности;
– в удешевлении процесса окисления;
– в снижении массогабаритности устройства;
– в повышении надежности фильтра;
– в возможности использования предлагаемой конструкции в течение длительного периода времени (до года и более) без регенерации отдельных узлов.
В основу изобретения положена задача создания устройства и способа для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении, где введенные элементы имели бы конструкцию и технологические режимы работы, позволяющие при эксплуатации изобретения в условиях гермообъекта обеспечить достаточно полное удаление вредных микропримесей и микрофлоры из воздуха с целью создания благоприятных санитарно-гигиенических условий, отвечающих требованию сохранения здоровья и высокой работоспособности операторов.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении содержатся трубопровод, предадсорбционный фильтр, вентилятор, рекуперационная магистраль с теплообменником, низкотемпературный каталитический фильтр, постадсорбционный фильтр, согласно изобретению, оно снабжено плазмохимическим реактором, размещенным в рекуперационной магистрали и последовательно соединенной с трубопроводом посредством теплообменника, при этом низкотемпературный каталитический фильтр установлен в рекуперационной магистрали и механически соединен с плазмохимическим реактором.
В способе для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении, включающем введение носителя в низкотемпературный каталитический фильтр с нанесением катализатора, окисление вредных микропримесей, согласно изобретению, в качестве носителя используют оксид алюминия, а в качестве катализатора используют оксиды металлов переменной валентности седьмой-восьмой групп 4-го периода с концентрацией активной фазы 1–5 вес. ед. при этом вредные микропримеси окисляют в рекуперационной магистрали озоном при температуре 60–70 °C.
Таким образом, в изобретении предложена новая совокупность существенных признаков.
Все предложенные признаки существенны, так как влияют на достигаемый технический результат, то есть находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.
Так, например, в предпочтительном варианте выполнения устройства в рекуперационной магистрали установлен плазмохимический реактор, в котором одновременно подвергается деструкции часть вредных микропримесей, синтезируется озон из кислорода воздуха и достигается нагрев воздуха до 60–70 °C.
Процесс плазмохимического превращения кислорода в более химически активное состояние озон из литературы известен (Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1981. С. 222–229.).
Однако в предлагаемом изобретении для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутых помещениях плазмохимический реактор применяется впервые.
В результате использования плазмохимического реактора в системе очистки воздуха в процессе окисления достигается удаление вредных микропримесей из воздушного потока до уровня предельно-допустимых концентраций (ПДК).
Целесообразно, что плазмохимический реактор и низкотемпературный каталитический фильтр размещены в рекуперационной магистрали, которая позволяет сохранить температуру воздушного потока и тем самым снизить энергозатраты, пожароопасность и аварийность гермообъекта.
Вполне разумно, что рекуперационная магистраль последовательно соединена с трубопроводом посредством теплообменника.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет пропустить весь загрязненный воздушный поток через плазмохимический реактор и низкотемпературный каталитический фильтр.
Благодаря тому, что плазмохимический реактор и низкотемпературный каталитический фильтр расположены одновременно в рекуперационной магистрали, стало возможным сохранять температуру (60–70 °C) в процессе окисления вредных микропримесей без использования нагревателя, очищать воздушный поток от загрязняющих веществ до ПДК и снижать энергозатраты на работу системы.
Кроме того, такое конструктивное выполнение предлагаемого изобретения снижает массогабаритность устройства, что особенно важно для гермообъектов, повышает надежность работы фильтра и возможность его использования в течение длительного периода времени (до года и более) без регенерации отдельных узлов, что особенно важно при использовании изобретения для создания эколого-технических систем жизнеобеспечения, эксплуатируемых на борту космических станций.
Использование способа в устройстве позволяет увеличить скорость и глубину окисления вредных микропримесей и тем самым добиться более полного их удаления из загрязненного воздушного потока.
Так, например, благодаря использованию оксида алюминия в качестве носителя в низкотемпературном каталитическом фильтре достигается высокая химическая активность катализатора и увеличиваются скорость и глубина окисления до углекислого газа и воды.
Использование оксида алюминия в виде носителя, а также оксидов металлов переменной валентности седьмой-восьмой групп 4-го периода с концентрацией активной фазы 1–5 вес. ед. в качестве катализатора позволяют достичь при низкой температуре (60–70 °C) высокой скорости окисления всего спектра вредных микропримесей, присутствующих в воздушном потоке гермообъекта.
Известно, что оксиды металлов переменной валентности седьмой-восьмой групп 4-го периода обладают высокой химической активностью в процессах высокотемпературного окисления (Крылов О.В. Катализ неметаллами. Закономерности подбора катализаторов. Л., 1967. С. 144–169).
Однако использование указанных оксидов металлов переменной валентности, нанесенных на оксид алюминия, с концентрацией активной фазы 1–5 вес. ед. в процессе окисления вредных микропримесей озоном при температуре 60–70 °C в герметично замкнутых помещениях применяется впервые.
Благодаря использованию озона снижается температура процесса окисления до 60–70 °C, что позволяет снизить энергозатраты и добиться более полного удаления вредных микропримесей, а также микрофлоры из воздушного потока гермообъекта.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения непосредственно влияют на достижение технического результата, полученного при реализации (использовании) изобретения
|
Известно устройство для очистки воздуха от вредных микропримесей, содержащее трубопровод, нерегенерируемый адсорбционный фильтр, два последовательно работающих регенерируемых адсорбционных фильтра и низкотемпературный каталитический фильтр (Л.С.Бобе, Ю.Е.Синяк, А.А.Берлин, В.А.Солоухин. Эколого-технические системы, М: Изд. МАИ, 1992, с. 35-38).
Недостатками известного устройства является неполная очистка воздуха, а именно: не удаляются около 50% вредных микропримесей, таких как легкие углеводороды и часть галогенсодержащих углеводородов (фреонов) за счет того, что часть вредных микропримесей не сорбируется в адсорбционных фильтрах, так как не предусмотрено конструкцией.
Кроме того, недостатком этого устройства является то, что из-за истощения ресурса работы сорбентов постоянно требуется регенерация адсорбционных фильтров, а это приводит к дополнительным энергозатратам.
Одним из недостатков известного устройства можно также считать то, что конструкцией устройства не предусмотрена возможность удаления микрофлоры, что может привести к заражению воздуха патогенными микроорганизмами.
Наиболее близким к изобретению является устройство для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутых помещениях, содержащее трубопровод, байпасный трубопровод, рекуперационную магистраль с теплообменником, предадсорбционный фильтр, вентилятор, низкотемпературный каталитический фильтр, постадсорбционный фильтр, нагреватель, высокотемпературный каталитический фильтр, при этом высокотемпературный каталитический фильтр расположен в рекуперационной магистрали с теплообменником, а трубопровод соединен с рекуперационной магистралью байпасным трубопроводом (K.Ammann. Development of the Catalytic Oxidazer Technology, SAE Techn.Ser. 1989, № 891533, p. 1-8).
Недостатком этого устройства является низкая эффективность очистки загрязненного воздуха, так как не более 30,0% воздушного потока проходит через байпасный трубопровод с рекуперационной магистралью, а также наблюдается отравление катализатора в высокотемпературном каталитическом фильтре при наличии в воздухе галогенсодержащих соединений.
В результате использования известной конструкции более 20% вредных микропримесей, проходящих по трубопроводу, не удаляется, вследствие недостаточной их сорбируемости.
Кроме того, как и в аналоге в конструкции устройства-прототипа не предусматривается возможность удаления микрофлоры.
Известен способ для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутых помещениях, включающий введение в низкотемпературный каталитический фильтр носителя, в качестве которого используют активированный уголь, нанесение катализатора на носитель, в качестве которого используют платину. Окисление вредных микропримесей осуществляют в низкотемпературном каталитическом фильтре, расположенном в трубопроводе, кислородом воздуха при комнатной температуре (Л.С. Бобе, Ю.Е. Синяк, А.А. Берлин, В.А. Солоухин. Эколого-технические системы, М. Изд. МАИ, 1992, с. 38).
Недостатком этого способа является то, что окисление вредных микропримесей осуществляется кислородом воздуха, что приводит к низкой скорости окисления и возможности удаления только окиси углерода и водорода со степенью очистки 70% при этом оставшиеся вредные микропримеси, например легкие и галогенсодержащие углеводороды (фреоны), не удаляются.
Кроме того, недостатком этого способа является его дороговизна, так как процесс окисления требует дорогостоящего платинового катализатора.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению того же назначения является способ для очистки воздуха от вредных микропримесей в герметично замкнутом помещении, включающий введение в высокотемпературный каталитический фильтр носителя, в качестве которого используют оксид алюминия и нанесение на него катализатора в виде платины или палладия, введение в низкотемпературный каталитический фильтр носителя в виде активированного угля и нанесение на него катализатора в виде платины, при этом вредные микропримеси окисляют кислородом воздуха в высокотемпературном каталитическом фильтре при температуре 300-400oC, а в низкотемпературном каталитическом фильтре окисляют только окись углерода и водород при комнатной температуре [K. Ammann. Development of the Catalytic Oxidazer Technology, SAE Techn. Ser. 1989, № 891533, p. 1-8]
Недостатком известного способа при его применении является неполная очистка загрязненного воздуха, так как легкие углеводороды удаляются только на 30% микрофлора не удаляется, а галогенсодержащие соединения отравляют катализатор в высокотемпературном каталитическом фильтре, вследствие чего возможен проскок части токсичных соединений.
Кроме того, недостатками этого способа являются его дороговизна из-за использования в качестве катализатора драгметаллов, таких как платина или палладий, высокие энергозатраты, так как процесс окисления осуществляют при высоких температурах, что также приводит к термомеханическому износу катализатора и повышенной пожароопасности при очистке воздуха.
| |
Скачать 278.42 Kb.