Способ осаждения аэрозолей Советский патент 1992 года по МПК B01D51/08 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки атмосферы Область применения составляют случаи требующие средств борьбы с опасными ядовитыми и радиоактивными загрязнениями атмосферы в виде аэрозольных выбросов, возникающих при авариях и катастрофах на экологически опасных производствах и других областях. Основной задачей в этих случаях является локализация и осаждение аэрозольных образований.

Наиболее близким к предлагаемому является способ воздействия на аэрозоли, находящиеся в атмосфере, локального механического или электрического источника акустических колебаний (сирены), Источник размещают в любой точке пространства вблизи аэрозольного облака или тумана и тем эффективно способствуют коагуляции и осаждению частиц за время 1 с после начала воздействия.

Эффективный радиус г действия локального источника слабо зависит от его мощности и составляет 10м

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

Область воздействия традиционных акустических источников ограничена радиусом г 10 м эффективного воздействия, в то время как размеры облака в случае аварийных выбросов могут достигать нескольких километров. Кроме того, такой источник не может быть мгновенно перемещён в зону выбросов, в то время как ее распространение может быть чрезвычайно быстрым.

Также эффективность воздействия такого источника существенно зависит от рода частиц аэрозоля.

Цель изобретения - расширение области применения.

Это достигается тем, что воздействуют на аэрозоль сканирующим импульсным узконаправленным лазерным излучением, сфокусированным на заданной дальности (на объекте воздействия), с плотностью энергии, превышающей порог оптического пробоя аэрозоли, и интервалами между импульсами At r/V, где г - радиус области

&

.fe

А

XJ

сл

Ј

00

о

акустической коагуляции, V - скорость сканирования лазерным лучом по аэрозолю.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что локальное акустическое возмущение вызывают действием импульсного, узконяправленного лазерного излучения, сфокусированного на заданном расстоянии, с плотностью энертии, превышающей порог оптического пробоя При этом для быстрого переноса центров акустического воздействия при обработке про- тяженных областей аэрозольных образований сканируют лазерный луч.

Способ поясняется схемой, где показано взаимодействие основных элементе, участвующих в процессе воздействия на аэрозоль.

Способ осаждений осуществляют при помощи частотно-импульсного лазера с фокусирующей оптиком 1, которым обезвреживают экологически опасный обьект 2 (источник выброса), создающий аэрозольное образование 3, путем создания лазерных искр (плазмообразование) 4.

Для воздействия на аэрозольное облако 3, возникающее в результате аварийного выброса с экологически опасного объекта 2, используют частотно-импульсный лазер 1 с длительностью импульса не более 5 мкс, излучение которого фокусируют в зоне аэрозольного образования 3 на расстоянии R более 0,5 км так, что плотность энергии по сечению луча в импульсе вблизи фокуса превышает порог плазмообразования 20- 40 Дж/см2. В результате частицы аэрозоля в лазерном канале служат центрами оптических пробоев, плазмообразований и источниками 4 мощных акустических возмущений 4 в виде ударных волн в окружающем их пространстве.

УдарновОлновое и акустическое воздействие на прилежащие области аэрозоля вызывает смещение частиц, их электризацию слйгшнИе и ускоренное осаждение как и в чисто акустическом способе воздействия, причем независимо of рода частиц и их агрегатного состояния. В случае большой про- тяженности аэрозольного облака осуществляют сканирование лучем лазера по пространству, занятому аэрозолем, что позволяет последовательно обработать все облако. При этом временные интервалы между импульсами излучения должны составлять At r/V, где г - радиус эффектив- ного воздействия акустических возмущений; V - скорость сканирования ла- эернйм яучём rio пространству аэТэоз олй.

Пример. На расстоянии Ra 1 км от аэрозольного облака размещают частотно- импульсный лазер с энергией излучения в

o

0

5

0

5

5

0

5

импульсе W 5-10, кДж и расходимостью излучения у я 2 и фокусируют луч на краю облака При этом радиус канала излучения в фокусе ru R у 10 см и плотность энергии превышает порог плазмообра зова- ния аэрозоля 5-20 Дж/см2. При типичной концентрации аэрозоля 1-3 г/м3, как показали опыты, глубина проникновения луча составляет десятки метров В канале излучения практически мгновенно (за ) возникают 50-100 центров плазмообразований Эти центры являются источниками ударной акустической волны, распространяющейся со скоростью 2000-300 м/с. При

5 различном составе аэрозоля (твердые частицы туман, пары нефти, масел и т.д.) такое импульсное акустическое воздействие вызывает ускоренную коагуляцию (в 3-5 раз быстрее естественной скорости осаждения) на эффективном расстоянии г 10 м от оси луча Поскольку время г коагуляции намного больше времени плазмообразования и в течение т повторное действие излучения практически не влияет на скорость коагуляции, лазерный луч переводят на соседний участок аэрозоля на расстояние г и подают следующий импульс излучения. Таким образом интервал между импульсами At и скорость V сканирования луча связаны соотношением At r/V При этом соотношение удается максимально быстро и с минимумом энергетических затрат обработать всю площадь аэрозольного облака, обращенную к источнику излучения. Например, при характерной угловой скорости сканирования (а « 0,1 рад/с и г 10 м на дистанции 1000м V- 100м/с, величина At должна быть 0,1 с и требуемая частота следования импульсов лазера f 1/At 10 Гц. Таким

0 образом, для однократной обработки облака размером 100 х 100м2 необходимо 100 импульсов, что при частоте 5 Гц составляет 40с. В случае, когда глубина проникновения луча меньше толщины облака, по мере снижения концентрации частица просветления обработанного слоя излучение переносится вглубь и обработку аэрозоли повторяют на следующих слоях облака. Если плотность энергии излучения ниже или равна порогу плазмообразования аэрозоля, искровые центры акустического воздействия не возникают или возникают не во всем объеме канала и рассматриваемый механизм ускорения коагуляции не срабатывает.

Достоверность приведенных выше, величин подтверждена макетными экспериментами, приведенными на имеющихся С02 лазерах с аналогичными параметрами.

Применение лазерно-акустического воздействия позволяет увеличить дальность и быстроту воздействия на аэрозоли, кроме того, благодаря применению сканирования лазерного луча можно эффективно обрабатывать большие объемы аэрозольных загрязнений (1 км3).

Формула изобретения Способ осаждения аэрозолей, основанный на акустической коагуляции частиц, отличающийся тем. что, с целью

расширения области применения, воздействуют на аэрозоль сканирующим импульсным узконаправленным лазерным излучением, фокусируемым на аэрозоле, с

плотностью энергии, превышающей порог оптического пробоя аэрозоля, и интервалами между импульсами Д - r/V. где г - радиус области акустической коагуляции, м; V - скорость сканирования лазерным лучом по

аэрозолю, м/с.

Использование: охрана окружающей среды, очистка атмосферы акустической коагуляцией частиц. Сущность изобретения: воздействуют на аэрозоль сканирующим импульсным узконаправленным фокусирующим на заданной дальности лазерным из- лучеием с плотностью энергии, превышающей порог оптического пробоя аэрозоли, и интервалами между импульсами At r/Vc, где г - радиус области акустической изоляции, м: V - скорость сканирования лазерным лучом по аэрозолю, м/с 1 ил.

/