طراحی سیستم تهویه مناسب جهت کنترل بخارات اسیدی در صنعت آندایزینگ آلومینیوم

نویسندگان :

سید مصطفی خضری ‘ نبي الله منصوری

فریده عتابی آزاده صدقی نیا

چکیده

همگام با پیشرفت بشر در جنبه های مختلف فن آوری، صنعت آندایزینگ آلومینیوم نیز پیشرفت چشمگیری داشته و همانند سایر صنایع پیشرونده، این صنعت مهم نیز به نوبه خود اثرات مخرب زیست محیطی به همراه داشته است. در بین مواد آلوده کننده و مصر در این صنعت، تأثیر میست های اسیدی غیر آلی، از جمله اسید سولفوریک قابل تأمل است. صنعت آندا بیزینگ آلومینیوم، یکی از صنایع مخاطره آمیز تماس با اسید سولفوریک می باشد. این طرح به منظور طراحی سیستم تهویه مناسب کنترل میست اسید سولفوریک در فرآیند آندا بیترینگ آلومینیوم در کارخانه ای در شهر صنعتی البرز واقع در شهر قزوین انجام گرفته است. پس از انجام نمونه برداری نتایج حاکی از آن بود که تراکم میست های اسید سولفوریک در فضای کارگاه ۸ برابر حد مجاز است (حد مجاز امیلی گرم بر متر مکعب).

به منظور کنترل انتشار میست اسید سولفوریک در محیط کارگاه و منطقه تنفسی کارگران، پس از بررسی، سیستم تهویه موضعی مطابق روش فشار سرعت (VP) و بر اساس بالانس کردن شاخه ها انجام شد .

هود انتخابی مطابق هودهای استاندارد ارایه شده در کمیته تهویه صنعتی انجمن بهداشت صنعتی آمریکا (ACGIH) انتخاب گردید و میزان هواگذر در استاندارد (scfm) مورد نیاز برای تانک های روباز برای هر هود معادا ۱۰۰ فوت مکعب در دقیقه محاسبه شد و با توجه به شرایط سایکرومتری موجود در محل کارگاه و هواگذر واقعی، برای هر هود ۱۳۳۹cfmt در نظر گرفته شد. کلی سیستم به ۴ واحد تهویه مجزا تقسیم گردید که به ترتیب دو سیستم دارای ۱۲ هود (۹ هود با مکش یک طرفه و ۳ هود با مکش دو طرفه) می باشد و دو سیستم دیگر هر یک دارای ۹ هود با مکش یک طرفه می باشد. جنس کانال مورد استفاده جهت مقاوم بودن در برابر خوردگی استیل ۳۱۶ انتخاب شده است. جهت تصفیه هوای خروجی پس از مطالعات لازم، سیستم اسکرابر از نوع Mist eliminator انتخاب شد. همچنین جهت تامین نیروی محرکه مورد نیاز، هواکش گریز از مرکز نوع Back Ward پیش بینی شده است.

مقدمه

آندایزینگ آلومینیوم کاربرد صنعتی و تجاری بسیاری دارد. با توجه به وسعت آندایزینگ آلومینیوم تعداد زیادی نیروی شاغل در این صنعت به کار اشتغال دارند. لذا به منظور حفظ سلامت کارکنان در این صنعت به وجود آمدن شرایط بهداشتی مناسب امری مهم جلوه می نماید در این مطالعه به منظور پیشگیری از اثرات سوء بهداشتی بر جمعیت شاغل، تلاش شده که یک سیستم تهویه مناسب برای جلوگیری از تماس بیش از حد شاغلان با آلاینده ها طراحی گردد و به منظور کنترل میزان آلاینده های خروجی، از یک سیستم تصفیه کننده مناسب استفاده شود. اسید سولفوریک اسید معدنی بسیار قوی می باشد. این اسید با هر درصدی در آب حل می شود(۱)، حد آستانه مجاز برای اسید سولفوریک 1 میلی گرم در متر مکعب است(۲). ترکیبات اسید سولفوریک، سوزاننده و خورنده است و توسط پوست و سیستم تنفس جذب می شود، همچنین در طولانی مدت سیب ادم ریوی، خوردگی دندان ها و بروز سرطان می شود(۳).

در طول عملیات آبکاری گاز هیدروژن از کاند و گاز اکسیژن از آند به صورت حباب هایی در سطح الکترولیت ظاهر می شوند. این حباب ها منشأ تولید میست های اسیدی در هوا هستند، بدین صورت که ابتدا حباب های تولید شده در الکترودها بالا آمده و پس از رسیدن به سطح الکترولیت می ترکند و متعاقب آن میست های ریزی در بالای سطح الکترولیت ایجاد می نمایند (۴).

در این مطالعه برای کنترل میست های اسیدی لازم بود تا طراحی یک سیستم تهویه مناسب صورت پذیرد و در کنار آن برای بالا بردن بازده کار و جمع آوری کامل میست ها از گلوله های پلاستیکی (ply balls) در سطح وان اسید، استفاده شد که این گلوله ها میست های رها شده از سطح الکترولیت را مجددا به داخل بر می گرداند.

مواد و روش تحقیق

به منظور تعیین میزان آلاینده اسید سولفوریک در محیط کارگاه به مدت یک ماه نمونه برداری به روش 113-ID (OSHA) (۵) در نقاط مختلف کارگاه انجام گرفت و نتایج نشان داد که میزان تراکم بخارات اسید سولفوریک در محیط ۸ برابر میزان مجاز است

سالن آبکاری کارخانه مورد نظر در زمینی به مساحت ۱۰۰۰ متر مربع احداث شده است. ترتیب قرار گیری وان های واحد آبکاری به شرح زیر است: ۱- وان چربی گیر ۲- وان اچ سرد ۳- وان اچ محرم ۴- آب ۵- وان خنثی سازی ۶- آب ۷آندایزینگ ۸- آب ۹ آندایزینگ ۱۰- آندایزینگ ۱۱- آپ ۱۲آندایزینگ ۱۳ و ۱۴- آپ ۱۵- رنگ ۱۶آپ ۱۷- پیش سیل ۱۸- سبل.

در صنعت مورد مطالعه، فرآیند به گونه ای است که عملیات آندایزینگ قطعات به کمک یک جرثقیل صورت می گیرد. این جرثقیل در طول وان ها حرک رفت و برگشتی دارد و وظیفه آن ورود و خروج پروفیل ها به داخل وان اسید است. به دلیل سمیت مپست های اسید سولفوریک و این که کارکنان مجبور به حضور در بالای وان های آندایز هستند به منظور ممانعت از عبور آلاينده از منطقه تنفسی شاغلان و همچنین به این دلیل که غلظت میست های منتشره در سطح الکترولیت بیشتر از سطوح بالاتر می باشد، استفاده از هودهای کناری که جمع آوری آلاینده در پایین ترین سطح را امکان پذیر می نماید، در اولویت قرار دارد. (۶).

لذا از بین طرح های ارایه شده برای طراحی هود در مخازن روباز (Open Surface Tank) توسط کمیته تهویه صنعتی انجمن بهداشت صنعتی آمریکا (ACGIH) طرح V_s-503 ( B.Downward Plenum)  به عنوان مبنای کار طراحی هود انتخاب گردید (شکل 1) انجام عملیات آندایزینگ به این صورت است که پس از مراحل چربی گیری، اچ کاری و خنثی سازی، قطعات وارد وان های آندایز می شوند. ابعاد وان های آندایز ^cm ۱۲۰* ۱۳۰۰ و ارتفاع ^cm۲۸۰ می باشد و ارتفاع وان ها از كف 1 متر است.

تعیین اختصاصات طراحی سیستم تهویه مناسب موضعی

محاسبات مربوط به سیستم تهویه موضعی شامل محاسبات مربوط به ابعاد هود، تعیین سرعت و دبی لازم، همچنین شامل نقشه کلی سیستم تهویه، طراحی و محاسبات و اجزاء سیستم شامل هودها، مجاری، زانوها، ورودی ها، طول مسیرها و تعیین افت فشار نهایی می باشد.

محاسبه دبی جریان هوا

در مواقع عادی و زمانی که جریان ها و آشفتگی های غیر طبیعی در هوای محیط کار وجود نداشته باشد، میزان دبی طبق توصیه ACGIH به صورت زیر تعیین می گردد.

-ابتدا طيفه (کلاس) آلاینده را تعیین می شود. طبق اطلاعات موجود در ACGIH، مست اسید سولفوریک مشمول کلاس 1 B- می باشد. .

– با مراجعه به جدول او با توجه به طبقه آلاینده، حداقل سرعت کنترل لازم به هنگام استفاده از هودهای کناری ۱۰۰fpm می باشد. .

-با مراجعه به جدول ۲ و با توجه به نوع هود، نسبت W/L و حداقل سرعت کنترل لازم میزان دبی مورد نیاز به ازای هر فوت مربع از سطح وان (cfm/ft²) ۱۵۰ می باشد.

دبی به دست آمده در سطح وان ضرب شده و دبی به دست آمده نشانگر کل دبی لازم برای عمل تهویه می باشد. در این تحقیق میزان دبی کل وان ۲۵۱۴۱cfm به دست آمد. اما با توجه به این که در سطح وان از گلوله ه ای پلاستیکی (poly ball) استفاده می شود و این گلوله ها در کاهش درصدی از آلودگی ناشی از میست ها موثرند و همچنین به علت فاصله نسبتا زیاد سطح الکترولیت با لبه وان دبی کل وان cfin ۱۲۵۷۰ در نظر گرفته شد.

مشخصات طراحی سیستم تهویه مناسب

برای طراحی سیستم تهویه مناسب از ۶ هود بر روی لبه هر یک از وان ها استفاده شده است که مجموعا ۱۲ هود روی هر دو لبه وان می شود. نحوه قرار گیری وان های آندایزینگ به گونه ای است که وان ۹ و ۱۰ که هر دو وان های اسید هستند کنار هم قرار دارند برای طراحی سیستم تهویه مناسب بر روی این دو وان از ۶ هود با مکش دو طرفه استفاده شده است. در کل ۴ سیستم تهویه برای محل مورد نظر طراحی شد که سیستم ۱ و ۲ هر یک دارای ۱۲ هود ( ۹ هود با مکش یک طرفه و ۳ هود با مکش دو طرفه) بر روی وان های ۷ و ۹ قرار دارد و سیستم ۳ و ۴ هر یک دارای ۹ هود با مکش یک طرفه بر روی وان های ۱۰ و ۱۲ قرار دارد.

مشخصات سیستم تصفیه

اسکرابر جاذب میست به دلایل زیر جهت کنترل پست های اسید سولفوریک در صنعت مورد مطالعه انتخاب گردید. :

– جاذب میست یکی از وسایل کنترلی است که جهت کنترل مپست ها توصیه شده است

– به همراه تولید و انتشار میست های اسید سولفوریک مقداری بخار آب تولید و در فضای کارگاه پراکنده می شود. در محیط های با رطوبت بالا اسکرابر ها وسایل مفیدی جهت کنترل هستند

-اسید سولفوریک به راحتی در آب حل می شود، لذا به خوبی می توان از آب به عنوان مایع جاذب استفاده نمود.

-مایع جاذب یعنی آب، ارزان و به مقدار زیاد در دسترس است

– سادگی و پایین بودن هزینه ساخت

نتایج

محاسبه سرعت و ابعاد شکاف و هود

طراحی هود شامل تعیین ابعاد هود می باشد که پس از محاسبه در شکل ۲ نشان داده شده است.

طول هر شکاف برابر است با :

همچنین برخی از پارامترهای سیستم های طراحی شده در جدول ۳ و مشخصات مربوط به فن سیستم ها در جدول ۴ مشاهده می شود.

طراحی اسکرابر

در این مطالعه برای هر یک از سیستم های او ۲ و سیستم های ۳ و ۴ اسکرابر مجزا طراحی گردید(شکل 3)، طبق توصیه ACGIH میزان آب مورد مصرف در اسکرابر جاذب میست ۵-۱۵ گالن در دقیقه می باشد. در این تحقیق با توجه به شرایط موجود، میزان آب مصرفی به ازای هر ۱۰۰۰cfin ، به میزان ۱۰ گالن در دقیقه در نظر گرفته شد .

ولی باید توجه داشت که اگر سرعت جریان هوا در داخل جاذب میست fpm ۳۰۰ یا کمتر باشد، در شوری آن سرعت افزایش می یابد، پس فشار سرعت واقعی در توری به شرح زیر محاسبه می گردد :

تفسیر نتایج

ضمن توجه به این موضوع که سالن های آندایزینگ آلومینیوم یکی از منابع آلوده کننده از نظر میزان بخارات اسیدی است، بررسی ها نشان می دهد که سیستم تهویه موضعی، به عنوان موثرترین و کارآمد ترین روش جهت حذف میست های اسید سولفوریک با درصد حذفی بیش از ۹۰٪ است و در کنار آن استفاده از گلوله های پلاستیکی در سطح وان اسید بازده را تا ۹۹% بالا می برد. همچنین استفاده از اسکرابر جاذب میست اقتصادی ترین روش جهت تصفیه هوای آلوده می باشد، غلظت میست ها باید در پایین ترین ارتفاع ممکن و قبل از رسیدن به منطقه تنفسی کارگران صورت گیرد همچنین به دلیل حرکت جرثقیل در بالای وان ها استفاده از هودهای کناری کارآمد ترین روش می باشد، پوشاندن روی وان ها در مواقعی که عملیات آندایزینگ انجام نمی شود از پراکنده شدن بخارات اسیدی در فضا جلوگیری می کند همچنین استفاده از وسایل حفاظت فردی شامل محافظ صورت و عینک مقاوم در برابر مواد شیمیایی، ماسک تنفسی مناسب و دادن آگاهی ها و آموزش های لازم به کارکنان شاغل در این صنعت از دیگر موارد ضروری است که باید به آن توجه شود.

clie 1- www.daneshnameh.roshd.ir

2- www.coogee.com

3- www.nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1761.pdf

4-Occupational health clinics for Ontario

workers inc; 1999; Electroplating A

focus on Chrome plating; Canada. 5-www.osha.gov/dts/sltc/methods/inorgani

c/id165sg/id165sg.html 6- American Conference of Govermental

Industrial Hygienists (ACGIH). 1998. Industrial Ventilation. a manual of recommended practices.