Устройства очистки воздуха от загрязняющих веществ

 

в верхнюю зону помещений - при нижней вытяжке в помещениях с выделением паров летучих растворителей и пыли;

 

в верхнюю зону с подачей при необходимости части объема воздуха в рабочую зону - в помещениях с выделениями тепла и влаги или только выделениями влаги;

 

в верхнюю зону - в помещениях общественных и вспомогательных зданий;

 

в верхнюю зону минимальным количеством струй - при рассредоточенном выделении влаги с температурой жидкости менее 400 С и без значительных выделений тепла.

 

Удаление воздуха при общеобменной механической вентиляции предусматривают:

 

из верхней зоны - при выделении газов с плотностью меньше плотности воздуха и водяных паров; при выделении газов независимо от их плотности, когда в помещении имеются избытки явного тепла; при выделении пыли с одновременным выделением тепла от сосредоточенных источников высокой температуры ( например, плавильные цехи);

 

из верхней и нижней зоны - при выделении газов с плотностью больше плотности воздуха, когда избыток явного тепла в холодный период отсутствует;

 

из нижней зоны - при выделении в помещении пыли.

 

Очистку воздуха от пыли в системах механической приточной вентиляции рекомендуют предусматривать:

 

по условиям технологического процесса и в случае, когда запыленность воздуха превышает 30% от допустимых концентраций пыли в рабочей зоне помещения;

 

в системах воздушного душирования и при подаче воздуха в зону дыхания работающих.

 

3. Расчет вентиляционного устройства

 

 

Циклон ЛИОЭТ. Высокая степень очистки получается в циклонах системы ЛИОЭТ (Ленинградский институт организации и экономики труда). После входа в циклон благодаря поверхности верхней крышки при первом же своем повороте воздушный поток получает винтовое движение, которое и сохраняется вплоть до выхода воздуха в выхлопную трубу. При поступательно-вращательном движении пыль, находящаяся в воздухе, под действием центробежной силы движется к наружной стенке циклона и, ударяясь об нее, оседает вниз. Наиболее мелкие частицы, не успевшие дойти до наружной стенки циклона, уносятся из циклона через внутреннюю выхлопную трубу.

 

Для расчета основных размеров циклона принимаются следующие допущения:

 

1) частицы пыли имеют форму шара;

 

2) траектория движения шаров принимается плоской;

 

3) центробежная сила направлена по радиусу циклона (в действительности она направлена нормально к спиралеобразной траектории частицы);

 

4) отделение пыли происходит после удара ее о наружную стенку циклона.

 

Сопротивление воздуха движущемуся в нем телу выражается величиной

 

 

S=kF v2 y1= kF v2 p1 (1)

 

2g 2

 

 

где k -- коэффициент сопротивления;

 

F -- площадь миделевого сечения, т. е. наибольшая площадь сечения тела, перпендикулярного направлению его движения;

 

v -- скорость движения частицы;

 

y -- удельный вес воздуха;

 

р1 -- плотность воздуха.

 

Величина центробежной силы, развивающейся при вращении частицы, равна

 

 

C = mw2 (2)

 

x

 

 

где т --- масса частицы;

 

w -- скорость вращения частицы;

 

х -- расстояние ее от центра циклона.

 

При этом

 

 

w=Qx (3)

 

 

где Q -- угловая скорость вращения частицы.

 

Поэтому

 

 

C = m Q2x2 = mQ2x,

 

x

 

 

масса частицы равна

 

 

m= пd 3 p2

 

6

 

 

где р2 -- ее плотность.

 

При равномерном движении частицы от внутреннего цилиндра к наружному существует равновесие между центробежной силой и сопротивлением воздуха движущейся частицы (шара) или

 

С = пd 3 p2 Q2 x = k пd 2 * v2 p1 (4)

 

6 4 2

 

 

Откуда

 

 

4 dQ2xp2 = kp1v2 (5)

 

3

 

 

Коэффициент сопротивления k есть функция числа Рейнольдса

 

 

Re= vd

 

l

 

 

где v -- скорость пылинки в м/сек; d -- диаметр пылинки в м; l --кинематическая вязкость воздуха в м2/сек.

 

Для всех случаев, когда при движении пылинки Re <= l, сопротивление воздуха движущемуся в нем шару изменяется по закону Стокса. В этом промежутке значений, когда Re <= l, коэффициент сопротивления выражается величиной

 

 

k = 24 (6)

 

Re

 

 

или

 

 

k = 24

 

vd

 

 

Подставляя значение k в формулу (1) получим

 

 

S= 24l nd2 v2 p1= 3nvdp1l

 

dv 4 2

 

Отсюда видно, что при Re <= l сопротивление движению пылинки пропорционально скорости в первой степени и обтекание пылинки потоком соответствует ламинарному режиму.

 

Если l < Re< 103, то коэффициент сопротивления выражается величиной

 

 

Устройства очистки воздуха от загрязняющих веществ (7)

 

 

В этом случае

 

 

S = 3nvdp1 l1 + 4l 1/3 * nd 2 * v2 _p1

 

v 1/3 d 1/3 4 2

 

 

или

 

 

S = 3nvdp1 l +1 nd 5/3 v 5/3 p1l 1/3 (8)

 

2

 

 

Таким образом, мы видим, что с увеличением числа Re, т. е. с увеличением скорости, сопротивление воздушной среды начинает зависеть от скорости v 5/3, т. е. постепенно приближается к квадратичной зависимости.

 

В пределах1*103 < Re < 2,5*105 наблюдается квадратичная зависимость сопротивления от скорости и обтекание пылинки соответствует турбулентному режиму.

 

Движение пылинки в пространстве между внутренним и наружным цилиндрами циклона вообще происходит при малых числах Re, однако, не зная размеров циклона, нельзя заранее определить и число Re; по этому при расчете циклона сначала следует задаться характером обтекания пылинок, рассчитать циклон, а затем проверить.

 

Допустим предварительно, что Re <= 1, тогда, подставляя в формулу(5) значение k из формулы (6)

 

 

4 dQ2xp2 = 24l p1v2 = 24l vp1

 

3 vd d

 

 

Откуда

 

 

v = dx = d2Q2p2 x

 

dt 1 8lp1

 

 

или

 

 

dt = 18lp1 dx

 

d2Q2p2 x

 

 

Интегрируя в пределах переменного от R1 до R2 получим

 

 

t = 18l p1 ln R2

 

d2Q2p2 R1

 

 

Отношение плотностей можно заменить отношением объемных весов воздуха y1 /y2 , тогда получим

 

 

t = 18l y1 ln R2 (9)

 

d2Q2y2 R1

 

 

При расчете циклонов сначала принимают скорость в выхлопном отверстии циклона и по расходу пыльного воздуха определяют R1, а затем, сообразуясь с размером нагнетательной трубы, подходящей тангенциально к циклону, определяют R2.

 

Далее, принимая минимальный диаметр частицы осаждаемой пыли равным d и зная объёмные веса y1 и y2 из уравнения (9), определяют время прохождения в циклоне самой невыгодно расположенной частицы пыли, т.е. той частицы, которая в момент поступления пыльного воздуха в циклоне находилась вблизи его внутренней стенки; затем вычисляется путь частицы, число витков воздуха в циклоне и высота цилиндрической части циклона.

 

Если w-средняя окружная скорость воздушного потока в циклоне, то путь воздушного потока будет wt

 

Средний радиус циклона R0

 

 

R0 = R1 + R2

 

2

 

 

При числе оборотов воздушного потока в циклоне, равным N, тот же путь потока будет

 

 

2n R0N= wt

 

 

Откуда

 

 

t=2nR0 N = 2nN (10)

 

w Q

 

 

Подставляем это значение t в уравнение (9)

 

 

2nN =18l y1 ln R2

 

Q d2Q2y2 R1

 

 

Откуда получим значение минимальных диаметров пылинок, осаждаемых в циклоне

 

 

Устройства очистки воздуха от загрязняющих веществ (11)

 

Пусть имеется циклон с наружным радиусом R2. Считая в формуле (11) величину R2 постоянной и R1 переменной, а также что движущиеся частицы находятся на расстоянии R1, получим переменные величины минимальных диаметров пылинок, осаждаемых в циклоне. Минимальный диаметр будет у частиц, непосредственно прилегающих к наружной стенке циклона, в том случае, когда R1= R2 (d=0). По мере уменьшения величины диаметр осаждающихся частиц увеличивается. Следовательно, у наружной стенки циклона степень очистки составляет 100%; ближе к внутренней стенке степень очистки уменьшается.

 

 

3.1 Методы расчета

 

 

Рассчитать циклон ля улавливания пыли. Объем пыльного воздуха Q=12000 м3/ч, объемный вес пыли y2=2600 кг/м3, входная скорость воздуха в циклон равна 16 м/с. Вес отдельных фракций пыли в процентах от общего веса следующий: при размерах пылинок до 3u весовое отношение фракции пыли составит 1,8 %; до 5u - 4,4 %; до 5u - 5,8 %; до 11u - 6,2 %; до 15u - 10%; выше 15u - 71,8%. Степень очистки циклона должна составлять около 90 %. Скорость в выхлопной трубе циклона обычно принимается равной 6 м/сек, поэтому площадь выхлопной трубы

 

fвых=12000/ 3600 * 6 = 0,555 м2

 

откуда ее диаметр D1=840мм, следовательно R1=420 мм.

 

Площадь трубы, подводящей пыльный воздух к циклону, определится из условия

 

f=12000 / 3600 * 16 = 0.209 м2

 

откуда её диаметр d=165мм.

 

Перед самым входом в циклон круглое сечение подводящей трубы переходит в прямоугольное, при этом отношение высоты этого сечения к ширине обычно принимается равным 1,5, поэтому

 

f= 0.209 = ab = 1.5 bb

 

 

откуда а = 560 мм, b = 370 мм.

 

Наружный радиус циклона

 

 

R2 = R1 + b = 420 + 370 = 790 мм

 

 

Средний радиус циклона

 

R0 = (420 + 790)/2 = 605 мм

 

Средняя окружная скорость воздух в циклоне бывает меньше скорости в нагнетательной трубе перед циклоном. На основании практических данных принимают

 

 

w = v = 16 = 11.4 м/сек.

 

1,4 1,4

 

 

В этом случае угловая скорость вращения частицы в средней части циклона, вокруг оси, будет равна

 

Qв.о. = 11,4 / 0,605 = 18,85 1/сек

 

При обычной температуре воздуха поступающего в циклон, t = 150 С, y1= 1.226 кг/м3 кинематическая вязкость воздуха l= 14,4 * 10-6 м2/сек.

 

Объемный вес пылинок по условию задачи равен y2=2600 кг/м3, степень очистки воздуха должна быть не менее 90 %. При данной степени очистки в циклоне должны осаждаться все пылинки, имеющие диаметр более 10u = 1*10-5 м.

 

Подставляя все полученные величины в уравнение (9), получим время, в течение которого частица пыли с минимальным диаметром и наиболее невыгодно расположенная, т.е. находящаяся у внутренней стенки циклона, дойдет до наружной его стенки

 

t = 18*14.4*1010*1.226 ln 790

 

106 * 18.852 * 2600 420

 

 

или

 

t = 3.42 ln 1.88 = 3.42 lg 1.88 = 2 сек.

 

При окружной скорости w = 11,4 м/сек длина пути невыгодно расположенной пылинки

 

 

lпуть = wt = 11.4 * 2 = 22.8 м

 

 

Средняя длина пути каждого витка приближенно может быть принята равной длине средней окружности

 

2nR0 = 2*3.14*0.605 = 3.8 м

 

Тогда необходимое число витков

 

N = 22.8/3.8 = 6

 

Высота каждого витка может быт принята равной высоте прямоугольного канала перед входом в циклон, поэтому высота в цилиндрической части циклона

 

 

H = an = 0.56 * 6 =3.36 м

 

 

Принимая 15% запаса, получим окончательно

 

Н = 1,15* 3,36 = 3,9 м

 

Диаметр d3 отверстия для удаления осажденной пыли в циклоне принимается около 250 мм.

 

Коническая часть циклона принимается с углом между его образующими в 30 - 40 0;выбирая среднее значение a=350, высоту конической части получим из условия

 

 

H2= (d2/2 - d3/2) ctg a/2 = (790 - 125) ctg 17.50 = 2100 мм = 2,1 м

 

 

Выхлопная туба опускается до начала конической части. В верхней части выхлопной трубы устраивается колпак для защиты от атмосферных осадков.

 

 

4. Устройства очистки воздуха

 

 

На промышленных предприятиях производится очистка воздуха, не только подаваемого в цехи, отделы, но и удаляемого из них в атмосферу, чтобы не допускать загрязнения наружного воздуха на территории предприятия и прилегающих к нему жилых кварталов.

 

Воздух, выбрасываемый в атмосферу из системы местных отсосов и общеобменной вентиляции производственных помещений, содержащий загрязняющие вещества, должен очищаться и рассеиваться в атмосфере с учетом требований санитарных норм проектирования промышленных предприятий.

 

Очистка технологических и вентиляционных выбросов от взвешенных частиц пыли или тумана осуществляется в аппаратах пяти типов:

 

Механические сухие пылеуловители (пылеосадочные камеры различных конструкций, инерционные пыле- и брызгоуловители, циклоны и мультициклоны. Пылеосадочные камеры улавливают частицы размером более 40 - 50 мкм, инерционные пылеуловители - более 25 - 30 мкм, циклоны - 10 - 200 мкм.

 

Мокрые пылеуловители (скрубберы, пенные промыватели, трубы Вентури и др.) более эффективны, чем сухие механические аппараты. Скруббер улавливает частицы пыли размером более 10 мкм, а с помощью трубы Вентури - частицы пыли размером 1 мкм.

 

Фильтры (масленые, кассетные, рукавные и др.)улавливают частицы пыли размером от 0,5 мкм.

 

Электрофильтры применяются для тонкой очистки газов. Они улавливают частицы размером от 0,01 мкм.

 

Комбинированные пылеуловители (многоступенчатые, включающие не менее двух различных типов пылеуловителей).

 

Выбор типа пылеуловителя зависит от характера пыли ( от размеров пылинок и её свойств; сухая, волокнистая, липкая пыль и т.д.), ценность данной пыли и необходимой степени очистки.

 

 

4.1 Сухие пылеуловители

 

 

Гравитационные пылеуловители. Простейшим типом пылеуловителей являются пылеосадочные камеры, относящиеся к гравитационным пылеуловителям. Их действие основано на том, что скорость потока запыленного воздуха, поступающего в камеру и расширяющегося в ней, уменьшается, вследствие чего находящиеся в нем твердые частицы осаждаются под влиянием собственного веса.

 

Для повышения эффективности очистки и сокращения времени осаждения пылевых частиц, т. е. сокращения длины камеры, ее разбивают на ряд каналов или устраивают лабиринты. Из-за своей громоздкости все эти камеры широкого распространения не получили. Эффективность очистки в лабиринтовых камерах доходит до 55--60%.

 

Инерционные пылеуловители. К сухим инерционным пылеуловителям относятся циклоны,

струйные ротационные пылеуловители типа ротоклон и др.

Циклоны. Циклоны представляют собой пылеулавливающие аппараты, в которых улавливание пыли происходит а результате инерционной сепарации (см. Приложение А).