Введение.
Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.
Целью данного курсового проекта является расчет эффективности очистки циклона ВЦНИИОТ.
Поставленная цель была достигнута с помощью решения следующих задач:
- определить параметры дисперсного состава пыли: медианный размер частиц пыли d50и среднеквадратичное отклонение диаметров частиц σ;
- установить классификационную группу заданной пыли по номограмме ГОСТ 12.2.043-80;
- изучить необходимые сведения по устройству, работе и расчету типового пылеулавливающего оборудования;
- рассчитать эффективность очистки запыленного воздуха в циклоне ВЦНИИОТ.
На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха.
Очистка воздуха имеет важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое значение.
Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе «охрана труда - охрана окружающей среды». В принципе пылеулавливание при правильной организации решает проблему обеспечения нормативов предельно-допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны.
Однако все вредности при отсутствии системы пылеочистки выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее. Поэтому этап пылеочистки следует считать неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.
Для качественного решения этой проблемы необходимо рассматривать весь комплекс вопросов, связанных с загрязнением воздуха: виды загрязнений атмосферы и их свойства, нормирование качества воздуха и выбросов, принципы образования загрязняющих веществ, поведение выбросов в атмосфере, конструкция газоочистного оборудования и разработка технологии газоочистки.
Наибольшее распространение в системах пылеочистки получили циклоны. Они широко применяются для очистки от пыли вентиляционных и технологических выбросов во всех отраслях народного хозяйства.
На практике система улавливания частиц создается путем придания запыленному потоку закрученного или вращательного движения, ограниченного стенками. Частицы осаждаются при отбрасывании на стенки.
Параметры дисперсного состава пыли
В технике пылеулавливания и очистки газов дисперсный состав пыли имеет решающее значение, так как основной круг вопросов по расчету и выбору оборудования связан с этим параметром.
Дисперсность частиц промышленных аэрозолей, или пыли, характеризуется совокупностью размеров всех составляющих частиц.
Как правило, состав пыли полидисперсен, т.е. содержит частицы различных размеров. Монодимерные пыли, т.е. те, которые содержат частицы одного размера (или узкого интервала размеров) частиц, практически не встречаются. Таким образом, для полидисперсных аэрозолей необходимо располагать сведениями о распределении массы или общего числа частиц по их размерам, доли частиц отдельных размеров, среднем размере частиц и т.д.
Дисперсность пыли задается рядом фракций (или, т.н. фракционным составом), т.е. долями общей массы аэрозоля, размеры частиц которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве верхнего и нижнего пределов.
В общем случае размеры частиц промышленных аэрозолей (пыли) формируются под действием множества факторов, влияние каждого из которых не может быть точно учтено. В подобных случаях вступают в действие законы теории вероятности и математической статистики, а, именно: размер частицы (её э квивалентныйd э или седиментационныйd с диаметры) рассматривается как случайная величина. Тогда дисперсионные свойства пыли удобно описывать вероятностной функцией распределения m (d э) массы частиц аэрозоля по его размерам d э.
Функция m (d) равна выраженному в процентах отношению массы частиц, размер которых меньше или равен определенного размера di, к их общей массе:
(1.1)
Установлено, что для аэрозольных частиц промышленной пыли и порошкообразных материалов наиболее характерен закон логарифмически нормального распределения (ЛНР), который математически можно выразить в виде:
(1.2)
В формуле (1.2) обозначены: d 50 – т.н. медианный диаметр частиц (медиана) пыли, для которой 50% общей массы пыли лежит до этой величины, а 50% массы после этой величины; lgs - стандартное (среднеквадратическое) отклонение логарифмов текущих диаметров частиц d от их среднего значения.
Интеграл, входящий в формулу (1.2), не может быть выражен через элементарные функции. Однако, производя замену переменной (нормирование относительно медианы d 50):
x = (lg d – lg d 50)/lgs, (1.3)
получают табулированную функцию нормального распределения Гаусса (рис. 1, Приложение 2):
, (1.4)
для которой существует однозначная связь между функцией F 0(x) и её аргументом x.
| х, (m (d),%) |
| 16,9 |
| (·) 1 |
| d, (lg d) |
| 84,1 |
| (·) 3 |
| (·) 2 |
| 100. F 0 (x), % |
| х |
| -1 |
| -2 |
| Рис. 1 |
| Рис. 2 |
| α |
Для описания ЛНР, в практических целях удобно пользоваться логарифмической вероятностной координатной сеткой (рис. 2, Приложение 3), которая характеризуется тем, что: по оси абсцисс – откладывается lg(d) (для наглядности, на вероятностной координатной сетке проставляются сами значения диаметров частиц d); по оси ординат – откладываются значения величины x, определяемой по формуле (1.3) (на вероятностной координатной сетке проставляются значения функции Ф(x) =m (d), т.е. значения нормальной функции распределения от величины x).
Вычерченный на такой сетке график ЛНР изобразится прямой линией, поскольку зависимость x от lg(d) по формуле (1.3) является линейной. Угловой коэффициент tga этой прямой равен tga=1 / lgs, здесь a - угол наклона прямой и положительным направлением оси абсцисс. Таким образом:
– более дисперсный порошкообразный материал (пыль, аэрозоль) обладает большим значение дисперсии s и соответственно меньшим углом наклона прямой a;
– чем ближе к вертикали линия распределения на логарифмически вероятностной координатной сетке, темпорошкообразный материал (пыль, аэрозоль) менее дисперсен и более однороден по своим размерам;
– более измельченному материалу соответствует меньший медианный диаметр d 50 частицы и более высокое расположение на логарифмически вероятностной координатной сетке.
Стандартное (среднеквадратическое) отклонение логарифмов диаметров частиц из формулы (1.3) можно определить как:
lgs = (lg d – lg d 50)/ x,
тогда при x = ± 1:
lgs = ± (lg d – lgd50),
или, для x = +1 из табулированной функции нормального распределения Гаусса (Приложение 2) следует, что F 0 = 0,841, или
lg s = lg d 84,1 – lg d 50 = lg (d 84,1 / d 50). (1.5а)
Аналогично, для x = –1 следует, что F 0 = 0,159 (Приложение 2), или
lg s = lg d 50 – lg d 15,9 = lg (d 50 / d 15,9). (1.5б)
Отсюда видно, что среднеквадратическое отклонение можно определить:
lg s = lg (d 84,1 / d 50) = lg (d 50 / d 15,9),
или
s = d 84,1 / d 50 = d 50 / d 15,9 (1.6)
Из вышеизложенного следует, что для порошкообразных материалов (пылей) и аэрозолей, подчиняющихся ЛНР, достаточно указать два параметра для получения представления о дисперсном (фракционном) составе, а именно:
во-первых, значение медианного диаметраd50;
во-вторых, значение среднего логарифмического отклонения s, т.е. параметра, который характеризует наклон прямой ЛНР на логарифмически вероятностной координатной сетке.
Обычно эти параметры устанавливаются опытным путем и принимаются в качестве исходных величин при проектировании газоочистного оборудования.
Все эти рассуждения, применяются в основном для твердых порошкообразных материалов (аэрозолей, пыли), которые по ГОСТ 12.2.043 – 80 подразделяют на пять классификационных зон. На рис. 3 приведена логарифмическая вероятностная сетка, на которой линиями выделены границы зон пяти классификационных групп пыли:
I – очень крупнодисперсная пыль (уголь);
II – крупнодисперсная пыль (например, мелкий песок для строительных работ по ГОСТ 8736 – 77);
III – среднедисперсная пыль (например, цемент)
IV – мелкодисперсная пыль (например, взвешенная атмосферная пыль);
V – очень мелкодисперсная пыль.
| Рис. 3 |
Несмотря на то, что ГОСТ 12.2.043-80 не действует на территории РФ,
данная классификация используется при выборе пылеулавливающего
оборудования.