Инженерные методы защиты атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Восточно-Сибирский Государственный Технологический Университет

Институт экономики и права

Кафедра «Промышленной экологии и защита в чрезвычайных ситуациях»

Курсовой проект

По курсу: « Инженерные методы защиты атмосферы»

На тему: «Разработка технологической схемы очистки аэропромвыбросов на комбикормовом заводе»

Проектировал студент ДОУ

V курса /Картун Л.А./

Руководитель проекта

Хатхеева Е.Ф.

Улан-Удэ 2006г.

Содержание

Введение

1. Характеристика промышленных пылей

1.1 Морфология

1.2 Дисперсный состав

1.3 Физико-химические свойства

2. Литературный обзор

2.1 Методы очистки от пыли

2.1.1 Сухие методы очистки

2.1.2 Мокрые методы очистки

2.1.3 Электрические методы очистки

3. Разработка технологической схемы очистки аэропромвыбросов

3.1 Обоснование выбора метода и технологической схемы очистки

4. Подбор и расчет технологического оборудования

Заключение

Список используемой литературы

Введение

К зерноперерабатывающим предприятиям относят мельницы, комбикормовые и кукурузо-перерабатывающие заводы.

Зерно является также сырьем на пивоваренных заводах, крахмалопаточных предприятиях (переработка кукурузы). На этих предприятиях производятся различные виды обработки зерна: очистка, измельчение, рассев и др.

По данным ВНИИЗ, в заготавливаемом зерне содержится до 0,3 % пыли к общей массе зерна.

Практически все технологические процессы на зерноперерабатывающих предприятиях сопровождаются интенсивным выделением пыли. Поэтому обеспечение эффективной очистки воздуха от пыли на этих предприятиях имеет первостепенное значение.

Часть зерновой пыли находится в связанном состоянии, т. е. в обычных условиях не отделяется от поверхности зерна, залегая, например, в бороздках зерен, в оболочках. При процессах перемещения и очистки зерна происходит отделение от поверхности зерна минеральных и органических частиц.

Значительные пылевыделения наблюдаются при продувании воздухом слоя зерна. Образовавшееся пылевое облако, состоящее из крупных частиц (полова, оболочки зерна), нестойко и быстро оседает; значительно устойчивее пылевое облако, образованное мелкими, медленно оседающими частицами.

Воздух, удаляемый вентиляционными системами, перед выбросом в атмосферу должен очищаться от пыли с максимально возможной по технико-экономическим соображениям полнотой. Степень очистки воздуха от пыли определяется исходя из допустимого остаточного содержания пыли в воздухе после очистки, а также из технико-экономических соображений (в том случае, если пыль представляет определенную ценность и может быть использована для полезных целей, что полностью или в определенной степени окупает расходы на очистку воздуха).

Эффективная очистка воздуха от пыли предотвращает загрязнение, а также во многих случаях позволяет сократить потери ценного сырья и готовой продукции. Для пищевой промышленности характерно, что значительная часть пылей может быть непосредственно возвращена в производство или использована для полезных целей.

1. Характеристика промышленной пыли

Пыль -- понятие, определяющее физическое состояние вещества -- раздробленность его на мельчайшие частицы. Последние, будучи взвешенными в воздухе, представляют собой дисперсную систему (аэрозоль), в которой дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсной средой -- воздух. В технике и в повседневной жизни постоянно приходится сталкиваться с веществами, находящимися в измельченном состоянии. Целью многих технологических процессов является раздробление твердых веществ для приведения их в пылевидное состояние. К такому процессу относится, например, помол зерна для получения муки. комбикорма. В других случаях материал подвергается частичному распылению вследствие особенностей технологического процесса, обычно из-за несовершенства его, а также из-за особенностей обрабатываемого сырья. Значительное измельчение наблюдается при транспортировке материалов в результате трения о стенки пневмо-проводов в системах пневмотранспорта, при перегрузке и т.д. Эти потери весьма ощутимы.

Для правильного выбора пылеулавливающего оборудования, разработки новых и совершенствования существующих пылеулавливающих устройств, а также для проведения технологических мероприятий по уменьшению пылеобразования и пылевыделения необходимо знать основные свойства пыли.

Промышленная пыль может приводить к развитию профессиональных бронхитов, пневмоний, астматических ринитов и бронхиальной астмы. Под влиянием пыли развиваются конъюнктивиты, поражения кожи -- шероховатость, шелушение, утолщение, огрубение, угри, асбестовые бородавки, экземы, дерматиты и др. В последние годы появляются указания на канцерогенную опасность некоторых видов пыли (асбестовой). Систематическая работа в условиях воздействия пыли предопределяет повышенную заболеваемость рабочих с временной нетрудоспособностью, что связано со снижением защитных иммунобиологических функций организма. Действие пыли могут усугублять тяжелый физический труд, охлаждение, некоторые газы (5О₃), приводящие при комбинированном влиянии к более быстрому возникновению и усилению тяжести пневмокониоза. Аэрозоли металлов (ванадий, молибден, марганец, кадмий и др.), пыль ядохимикатов (гексахлоран, ДДТ и др.) при несоблюдении гигиенических условий труда у отдельных рабочих могут вызывать профессиональные заболевании.

Пыль, выделяющаяся в производственных помещениях, может оказывать непосредственно неблагоприятное влияние на оборудование и на технологический процесс, ухудшая качество продукции. Так, минеральные пылевые частицы, попадая в передаточные механизмы, трущиеся части машин, вызывают их интенсивный износ, что может привести к аварии.

В пищевых производствах запыленность производственных помещений часто нарушает санитарный режим и отражается на качестве продукции.

Органическая пыль, в частности пыль растительного происхождения, может быть питательной средой для развития микроорганизмов. Например, были обнаружены значительные количества бактерий в мучной пыли на мельницах (стафиллококк, стрептококк и др.) Осаждение пыли на поверхностях нагрева и охлаждения ухудшает условия теплообмена и может привести к нарушению работы оборудования.

Осаждение пыли на электродвигателях и другом электрическом оборудовании, а также на изоляторах может привести к нарушению их работы и даже к авариям из-за короткого замыкания, перегрева оборудования, вызванного ухудшением теплообмена.

Пылевые частицы являются часто ядром конденсации для паров различных жидкостей. Поэтому вместе с пылью в помещения могут вноситься вещества, вызывающие интенсивную коррозию металлов и других материалов.

ГОСТ 12.1.005--75 «Воздух рабочей зоны» установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений, а также класс опасности указанных веществ, в том числе для пылей, характерных для пищевых производств.

Вещество ПДК, мг/м³ Класс опасности

Табак 3 3

Чай 3 3

Известняк 6 4

Зерновая пыль (вне зависимости от 4 4 содержания диоксида кремния)

1.1 Морфология

Пыль является одним из видов веществ в измельченном (дисперсном) состоянии, взвешенных в газовой, в частности воздушной среде. Понятию «пыль» близки понятия «туман», «дым», которые вместе с пылью объединяются общим термином «аэрозоль».

Пыль -- совокупность мелкораздробленных частиц твердого вещества, находящегося во взвешенном состоянии. Пылью принято также называть совокупность осевших частиц (гель или аэрогель). Пылевые частицы имеют самую разнообразную форму, в основном неправильную.

Туман состоит из мелких жидких капель, взвешенных в газообразной среде, образованных в результате конденсации или диспергирования.

Дым -- аэрозоль с ультрамикроскопическими частицами твердого вещества, полученными в результате неполного сгорания и последующей конденсации.

На практике бывает затруднительно провести четкую границу между различными видами аэрозолей (пыль, туман, дым). Это объясняется тем, что часто возникают аэрозольные системы, состоящие из частиц различного происхождения. Кроме того,

происходит непрерывное взаимодействие этих частиц, осаждение малых частиц на более крупные и т.д. Следует учитывать также, что аэрозольная система не находится в неизменном состоянии. Частицы непрерывно взаимодействуют между собой; происходит укрупнение частиц, разрушение конгломератов, осаждение частиц.

Пыль может быть классифицирована по нескольким признакам, в том числе по своему происхождению и материалу, из которого она образована.

В зависимости от происхождения, т.е. способа получения, различают пыль естественного происхождения и пыль промышленную. Первая образуется в результате процессов, не связанных непосредственно с процессом производства, хотя может быть определенная взаимосвязь между этим видом пылеобразования хозяйственной деятельностью человека.

К пыли естественного происхождения относят пыль, поднимающуюся в воздух в результате эрозии почвы, а также пыль, образующуюся при выветривании горных пород, и т.д. Естественное происхождение имеют также органические пылевидные частицы -- пыльца, споры растений. К пыли, образующейся в результате эрозии почвы, горных пород и т. д., по составу близка пыль, возникающая при выветривании строительных конструкций, дорог и других сооружений.

С пылью естественного происхождения приходится главным образом сталкиваться при организации очистки приточного воздуха перед поступлением его в вентилируемые помещения различного назначения.

Промышленная пыль возникает непосредственно в процессе производства. Почти каждому виду производства сопутствует характерный для него вид пыли.

Совокупность мелкораздробленных частиц, на создание которых направлен технологический процесс, правильнее называть пылевидным материалом, например муку, сахарную пудру, цемент, алебастр, пылевидное топливо и т. д. Однако большая часть видов пыли возникает при процессах, связанных с обработкой материалов, например при сортировке, резании, шлифовании и т. д., а также при транспортировке материалов и связанных с этим операциях -- погрузке, выгрузке, перегрузке.

В зависимости от материала, из которого пыль образована, она может быть органической и неорганической.

Органическая пыль бывает растительного (мучная, зерновая, табачная, сахарная, чайная, хлопковая) и животного происхождения (шерстяная, костяная).

Неорганическая пыль подразделяется на минеральную (кварцевая, цементная и др.) и металлическую (стальная, чугунная, медная, алюминиевая и др.).

Пыли можно рассматривать как дисперсные системы: монодисперсные, т.е. состоящие из частиц примерно одинаковой величины, и полидисперсные, т.е. такие, в состав которых входят частицы различной величины. Промышленные пыли, как правило, полидисперсные. Полидисперсными являются и пыли, с которыми приходится сталкиваться в пищевой промышленности, в том числе мучная, сахарная, табачная, чайная и др.

К собственно пыли относятся аэрозоли дезинтеграции с твердыми частицами, независимо от их дисперсности, к дымам -- аэрозоли конденсации с твердой дисперсной фазой, к туманам --все аэрозоли независимо от их происхождения и дисперсности, имеющие жидкую дисперсную фазу (водяной природный или искусственный туман).

Источниками образования пыли на производстве являются технологические процессы и производственное оборудование, связанное с размельчением перерабатываемых материалов, а условием, способствующим контакту с пылью, служит использование ручных операций, вынуждающее обслуживающий персонал находиться в зонах максимального запыления воздуха.

Зерновая пыль состоит из органической и минеральной частей. В органической части содержатся оболочки и частицы зерна, частицы колоса и т.п. Минеральная часть -- в основном почвенного происхождения. В пыли на элеваторах до 50 % минеральных частиц. Пыль зерноочистительных отделений мельниц и крупозаводов на 80--95 % состоит из органических частиц.

В размольных и выбойных отделениях мельниц вся мучная пыль содержит частицы лишь органического происхождения. В зерновой пыли могут также находиться споры грибков, паразитирующих на злаках. В пыль попадают также волокнистые частицы от материала мешковины.

Свойства образовавшейся зерновой пыли значительно отличаются от свойств исходного материала. Пыль состоит из неоднородных частиц неправильной формы, различной плотности.

Пыль в зерноочистительных, размольных и шелушильных отделениях мельниц разнородна по величине частиц: частицы зерновой оболочки имеют размер до 250 мкм, а зерна крахмала -- около 5 мкм.

На элеваторах и складах зерна в основном крупная пыль, в зерноочистительных отделениях мельниц и крупозаводах - средняя пыль, в размольных и выбойных отделениях мельниц - мелкая пыль, в шелушильных отделениях крупозаводов и на комбикормовых заводах -- мелкая пыль. Пыль комбикормовых заводов характеризуется весьма различными свойствами, поскольку образуется при обработке различных видов сырья, используемых для получения комбикормов. В зерновой пыли (ячмень, солод) содержится частиц размерами до 1 мкм -- 8,3 %, свыше 1 до 5 мкм -- 16,6 %, свыше 5 до 10 мкм -- 24,8 %, свыше 10 мкм -- 50,3 %.

Пыль зерноперерабатывающих предприятий представляет пожаро- и взрывоопасность.

1.2 Дисперсный состав

промышленный пыль очистка

К основным физико-химическим свойствам пыли относят ее дисперсность, т.е. степень измельчения, строение частиц, плотность, удельную поверхность, нижний и верхний пределы взрыва, электрические свойства и др.

Дисперсность в значительной мере определяет свойства пыли. Это объясняется тем, что в результате измельчения изменяются некоторые качества вещества и приобретаются новые. Это вызвано в основном тем, что при диспергировании (измельчении) вещества многократно увеличивается его суммарная поверхность. Например, при измельчении тела, имевшего форму куба и размеры 1х1х1 см, и превращении его в частицы также кубической формы, но с размером 1 мкм суммарная поверхность материала куба возрастет в 10000 раз и станет равной 6 м³.

Знание этих свойств позволяет судить о степени опасности в санитарно-гигиеническом отношении данной пыли, способности пыли образовывать взрывоопасные концентрации с воздухом, более или менее длительное время находиться в воздухе во взвешенном состоянии и т. д. Наконец, знание этих характеристик пыли совершенно необходимо для выбора методов и устройств для пылеулавливания, а также для применения технологических решений по уменьшению пылеобразования и пылевыделения.

Фиброгенное, раздражающее и токсическое действие пыли зависит от ряда ее физических, физико-химических и химических свойств. Основную роль, играют концентрация пыли во вдыхаемом воздухе, дисперсность и форма пылинок. Наибольшей фиброгенной активностью обладают аэрозоли дезинтеграции с размером пылинок до 5 мкм и более всего фракция 1--2 мкм и аэрозоли конденсации с частицами менее 0,3--0,4 мкм, наиболее глубоко проникающие и задерживающиеся в легких. В этиологии пылевых бронхитов наименее активны пылевые частицы свыше 5 мкм.

При оценке влияния пыли на организм имеют определенное значение форма частиц, их твердость, острота, волокнистость и пр. Форма пылинок влияет на их поведение в воздухе, ускоряя (округляя) или замедляя (волокнистая, пластинчатая формы) оседание.

Растворимость пыли зависит от ее состава и удельной поверхности. Сахарная, мучная и другие виды пыли, быстро растворяясь в организме, выводятся, не причиняя особого вреда.

Не растворимая в организме пыль (растительная, органическая и др.) надолго задерживается в воздухоносных путях, приводя в отдельных случаях к развитию патологических состояний.

Дисперсный состав характеризует пыль со многих точек зрения. Кроме физических и химических свойств, дисперсный состав также определяет характер и условия распространения пыли в воздушной среде. При тонкой дисперсности пыль более долговечна, так как осаждается значительно медленнее или практически совсем не осаждается. Сфера рассеивания пылевых частиц, таким образом, непосредственно зависит от дисперсного/состава пыли. Основной вопрос пылеулавливания -- выбор пылеулавливающего оборудования -- в значительной мере определяется дисперсным составом улавливаемой пыли.

Исходя из всего этого дисперсный состав пыли имеет первостепенное значение, и без знания его нельзя рещать вопросы эффективного пылеулавливания.

Дисперсный состав пыли определяется путем лабораторного исследования ее различными методами.

Как уже было отмечено, пылевые частицы обычно имеют неправильную форму. Поэтому важно выразить размер пылевой частицы таким образом, чтобы он был наиболее характерен. Имеется несколько способов определения размеров пылевых частиц: по размеру в свету наименьших отверстий сита, через которые проходят данные частицы; по диаметру шарообразных частиц или по наибольшему линейному размеру частиц неправильной формы; по диаметру условных шарообразных частиц, обладающих при одинаковой плотности скоростью витания, равной скорости витания данной пылевой частицы.

При определении дисперсного состава пыли, поскольку промышленные пыли, как правило, полидисперсны, следует распределять пылевые частицы по размерам.

1.3 Физико- химический состав

Минералогический состав пыли в воздухе точно не совпадает с таковыми в обрабатываемых породах и материалах, что зависит от различия в удельном весе и крепости составляющих компонентов. Поэтому важно определение двуокиси кремния в пыли, находящейся в воздухе. В составе силикатов важное гигиеническое значение имеет двуокись кремния, находящаяся в связи (комплексе) с различными соединениями. Иногда незначительная примесь какого-либо химического агрессивного соединения изменяет направленность и силу действия пыли. Это может относиться к пыли горных выработок при добыче свинца, ртути. Обнаруженный в отечественных цементах шестивалентный хром в количестве до 0,001% обладает, например, выраженным аллергическим действием.

Электрические свойства пылевых частиц оказывают большое влияние на время нахождения их в воздухе и процесс осаждения. При разноименном заряде пылинки, притягиваются друг к другу и быстро оседают из воздуха.

При одинаковом заряде пылинки отталкиваясь одна от другой, могут долго витать в воздухе.

При дыхании через рот заряженные частицы, прошедшие верхние дыхательные пути, задерживаются в легких на 70%, а при дыхании через нос -- на 50%. Фагоцитоз пыли и гибель кониофагов происходят в больших масштабах мри взаимодействии фагоцитов с пылью, имеющей отрицательный заряд. Аэрозоли дезинтеграции имеют большую величину электрического заряда, чем аэрозоли конденсации.

Пыль может быть носителем микробов, грибов, клещей, яиц гельминтов и др. Хлопковая, зерновая, мучная пыли содержат значительное количество бактерий грибов. В некоторых случаях пыль может полностью состоять из грибов, как, например, в производстве лимонной кислоты.

В результате резкого увеличения поверхности вещества очень сильно увеличивается его химическая активность. Вещества, которые в обычном состоянии пассивно реагируют с окружающим кислородом воздуха, находясь в измельченном состоянии, становятся весьма химически активными. Очень быстро и интенсивно протекают химические реакции окисления этих веществ.

Физическая активность вещества также резко возрастает. Например, измельченные вещества растворяются во много раз быстрее, чем исходный материал.

Соединение частиц и их укрупнение происходит при слипании их вследствие столкновения под действием гравитационных сил, броуновского движения, взаимного притяжения и т. д.

Параллельно с процессом образования агломератов происходит, хотя и менее интенсивно, процесс разрушения образовавшихся укрупненных частиц.

Коагуляция будет происходить тем интенсивнее, чем больше вероятность столкновения аэрозольных частиц. Эта вероятность увеличивается под действием указанных выше факторов. Мелкие частицы в большей степени подвержены коагуляции, чем крупные. Ускоряется также протекание коагуляции при повышении концентрации пылевых частиц в газовой среде. Коагуляция пылевых частиц под действием акустической обработки и искусственной ионизации рассматривается ниже.

Коагуляция -- полезное явление с точки зрения улавливания и осаждения пыли. Укрупненные частицы с большей массой быстрее осаждаются из воздуха и лучше улавливаются из запыленного потока.

Может наблюдаться естественная коагуляция, когда этот процесс происходит под действием естественных сил, т. е. в основном за счет броуновского движения и гравитационных сил, и искусственная коагуляция, когда этот процесс специально ускоряют, применяя дополнительные факторы, например турбулизацию запыленного потока, озвучивание запыленной среды, искусственную ионизацию среды. Течение коагуляции в результате этого во много раз ускоряется, так как вероятность столкновения и взаимодействия пылевых частиц во много раз увеличивается.

Электрические свойства пыли оказывают определенное воздействие на устойчивость аэрозоли и на процесс осаждения частиц, а также на характер воздействия пылевых частиц на живой организм.

Пылевая, как и другая аэрозольная частица, может иметь один или несколько электрических зарядов или быть нейтральной. Аэрозольная система может иметь в своем составе частицы, заряженные положительно, отрицательно, нейтральные. Соотношением этих частиц определяется суммарный заряд системы.

Пылевые частицы получают электрический заряд как в процессе образования, так и после образования, находясь во взвешенном состоянии, в результате взрыва, разбрызгивания, взаимного трения о воздух, а также вследствие адсорбции ионов при ионизации среды. Последний способ электризации является основным для взвешенных частиц.

Электрические свойства пылей пищевых производств имеют определенное значение для учета их с целью предотвращения взрывов и пожаров. Известно, что импульсом в процессе взрывообразования может быть заряд статического электричества.

Для отведения статического электричества предусматривается заземление оборудования, трубопроводов и др.

2. Литературный обзор

Технологический процесс производства комбикормов включает операции по приемке, размещению, очистке, измельчению, дозированию и смешиванию разнородных сыпучих продуктов: зерна, побочных продуктов его переработки, шротов, жмыхов, рыбной и мясо-костной муки, дрожжей кормовых, соли, мела, фосфатов и др.

Для транспортирования сырья используют скребковые и ленточные конвейеры, нории, самотечные трубопроводы. Перемещение продуктов с помощью транспортных средств создает условия для интенсивного взаимодействия и взаимопроникновения воздуха в сыпучую массу продукта, а пылевидных частиц продукта -- в окружающую воздушную среду. Особенно интенсивно сыпучие продукты и воздух взаимодействуют в оборудовании технологического назначения: сепараторах, дробилках, смесителях и т.д.

При гравитационном перемещении продукта по самотечным трубопроводам каждая его частица вступает в контакт с воздухом. Испытывая аэродинамическое сопротивление, твердые частицы продукта могут изменять направление своего движения и выноситься в окружающую воздушную среду. Дальнейшее перемещение частиц зависит от направления и силового действия воздушных потоков. Таким образом, образование и движение пылевоздушных потоков обусловлено перемещением воздуха и активностью процесса выхода пылевидной фракции из продуктового потока.

На комбикормовых заводах сыпучий продукт и воздух взаимодействуют на всех этапах производственного процесса. Наибольшее пылевыделение происходит в местах обработки продукции, не обеспеченных локальными укрытиями: участки разгрузки и погрузки автомобильного укрытиями: участки разгрузки и погрузки автомобильного и железнодорожного транспорта.

Интенсивность взаимодействия частиц сыпучего продукта с воздухом зависит от относительной скорости их движения. При малых относительных скоростях из продуктового потока в окружающую среду будут выноситься только пылевидные частицы размером менее 0,2 мм. С увеличением относительной скорости воздушные потоки могут увлекать и выносить из продуктового потока частицы значительных размеров (более 1 мм).

Следует, например, стремиться к снижению относительных скоростей движения продуктовых и воздушных потоков, уменьшая высоту и угол наклона самотечных трубопроводов, скорость лент конвейеров и др.

Почти все виды пыли, улавливаемой пылеочистными устройствами на предприятиях пищевой промышленности, могут быть полезно использованы. Некоторые виды пыли могут быть непосредственно возвращены в производство, например, пыль сахарная, крахмальная. Другие пыли могут быть использованы для переработки с целью получения вторичных продуктов или извлечения из пыли полезных веществ.

Большие возможности имеются для использования пыли пищевых производств для кормовых целей. Это в первую очередь относится к пыли кукурузы на предприятиях крахмало-паточной и пыли шрота на предприятиях масложировой промышленности.

В результате повышения эффективности очистки можно дополнительно получить тысячи тонн кормов для животноводства.

2.1 Методы очистки промышленной пыли

2.1.1 Очистка от пыли

Пылеулавливающее оборудование широко применяется во всех отраслях пищевой промышленности и других отраслях народного хозяйства. Оно служит для очистки от пыли вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу, для отделения пылевидных материалов, перемещаемых в потоке воздуха системами пневмотранспорта, а также для обеспыливания приточного и рециркуляционного воздуха.

Пылеулавливающее оборудование характеризуется большим разнообразием как по принципу действия, так и по конструктивным особенностям.

Пылеулавливающее оборудование по назначению подразделяется на следующие типы: оборудование, применяемое для очистки воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления (воздушные фильтры);

оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха, выбрасываемого в атмосферу системами местной вытяжной вентиляции (пылеуловители).

В зависимости от способа отделения пыли от воздушного потока различают оборудование для улавливания пыли сухим способом (частицы осаждаются на сухую поверхность) и оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

Оборудование, улавливающее пыль сухим способом, подразделяться на четыре группы: гравитационное, инерционное, фильтрационное, электрическое.

В каждой группе различаются виды оборудования. Так, группа инерционного оборудования для улавливания пыли сухим способом подразделяется на следующие виды: камерное, жалюзийное, циклонное, ротационное.

ГОСТ 12.2.043--80 выделяет также комбинированное пылеулавливающее оборудование. К нему относится оборудование, в котором отделение пыли от воздушного потока осуществляется последовательно в несколько ступеней, различающихся по принципу действия, конструктивным особенностям и способу очистки. Следует отметить, что классификация оборудования произведена по основному принципу действия. Практически же нет устройств, которые работали бы на использовании лишь одного физического или химического явления. Степень очистки воздуха от пыли (эффективность). Она характеризует отношение массы пыли, уловленной в оборудовании, к массе поступившей в него пыли (обычно в %, иногда в долях единицы).

Эффективность очистки является важнейшей характеристикой пылеотделителя. Ее принимают во внимание при выборе пылеулавливающего оборудования в соответствии с предельно допустимой концентрацией пыли в очищаемом воздухе.

Если решается вопрос о выборе того или иного вида оборудования, то предпочитают обычно тот из них, который при прочих равных условиях (экономичность, капитальные и эксплуатационные затраты и др.) имеет более высокую эффективность очистки Сравнивают при этом не процент (или долю) уловленной пыли, а процент (или долю) пропущенной пыли. Например, если степень очистки одного аппарата 99 %, а другого 98 %, то они пропускают соответственно 1 и 2 % пыли. Следовательно, эффективность очистки в первом аппарате в два раза выше, чем во втором.

Эффективность очистки, однако, не является полной характеристикой оборудования, так как показывает лишь массовую долю уловленной пыли, не говоря ничего о фракционном составе уловленной и пропущенной пыли.

Производительность. Она характеризуется количеством воздуха, которое очищается за 1 ч. Пылеотделители, в которых воздух очищается через фильтрующий слой, характеризуются удельной воздушной нагрузкой, т.е. количеством воздуха, которое проходит через 1 м² фильтрующей поверхности за 1 ч.

Гидравлическое сопротивление. Оно имеет важное значение, поскольку от этой величины зависит требуемое давление вентилятора, а следовательно, и расход электроэнергии.

Расход электрической энергии. Он зависит в значительной мере от гидравлического сопротивления аппарата. В устройствах, основанных на осаждении пыли под действием электростатического поля, электроэнергия расходуется непосредственно на создание этого поля. Расход электроэнергии при одноступенчатой очистке находится в пределах от 0,035 до 1,0 кВт- ч на 1000 м³ воздуха.

Стоимость очистки. Этот важнейший показатель характеризует экономичность очистки. Стоимость очистки воздуха колеблется в весьма широких пределах: 1,2--43 коп, на 1000 м³ .

При выборе пылеулавливающего оборудования, кроме возможностей пылеуловителей, в улавливании частиц соответствующей дисперсности учитывают также особенности пыли: физические и химические свойства, в том числе способность образовывать взрывоопасные смеси, условия воспламенения, склонность к коагуляции и др., а также ценность пыли, необходимость ее сохранения и использования.

Из всего многообразия конструкций пылеулавливающих устройств рассмотрим далее оборудование, которое находит применение на предприятиях пищевой промышленности или имеет определенные перспективы применения на соответствующих производствах. В описание пылеулавливающих устройств включены характеристики (эффективность и др.), полученные при улавливании пылей, на которые рассчитаны данные аппараты.

2.1.2 Сухие методы очистки

Пылеосадительные камеры

Пылеосадочные камеры являются простейшими пылеулавливающими устройствами. Они относятся к группе гравитационного оборудования, в которую согласно ГОСТ 12.2.043--86 входят два вида оборудования -- полое и полочное.

Пылевая частица, внесенная в камеру потоком воздуха, находится под действием двух сил: кинетической энергии потока, в котором частица взвешена и перемещается в горизонтальном направлении (рисунок 1), гравитационных сил, за счет которых она осаждается на дно камеры.

Для осаждения тонких фракций пыли в камере обеспечивали ламинарное движение воздуха, при котором не было бы перемещения воздуха поперек потока. Для этого пришлось бы устраивать камеры громадных размеров, что практически неосуществимо. Для нормальной работы пылеосадочной камеры необходимо, чтобы воздух равномерно двигался через камеру. Для этого при входе в камеру устанавливают сетки, решетки и другие устройства для выравнивания потока воздуха. Максимальная скорость движения воздуха через пылеосадочную камеру обычно не превышает 3 м/с.

Рисунок 1. Пылеосадительная камера с подвешенным стержнем

Преимуществами пылеосадочной камеры являются простота устройства, несложность эксплуатации, долговечность. Пылеосадочные камеры могут быть изготовлены из кирпича, бетона и других неметаллических материалов, не подвергающихся коррозии. Потеря гидравлического давления в пылеосадочных камерах незначительна и обычно находится в пределах 20--150 Па. В то же время пылеосадочные камеры имеют существенные недостатки, из-за которых применение этого вида оборудования значительно сократилось.

В пылеосадочной камере даже усовершенствованной конструкции можно осущест- влять осаждение лишь наиболее крупных фракций пыли. Мелкие фракции выносятся из камеры воздушным потоком. Пылевые камеры занимают много места. Степень очистки воздуха в пылеосадочных камерах не превышает 50-60%.

Циклоны.

Согласно ГОСТ 12.2.043--80 циклонные аппараты входят в группу инерционного оборудования и образуют в ней отдельными вид. Удаление пыли в циклоне осуществляется в результате использования центробежной силы.

Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиляционных и промышленных выбросов в пищевой промышленности. Можно утверждать, что циклоны являются наиболее распространенным оборудованием для очистки воздуха от пыли. Их широкое применение в значительной мере объясняется тем, что они имеют многие преимущества -- простота устройства, надежность и эксплуатации при сравнительно небольших капитальных и эксплуатационных затратах. Надежность циклонов обусловлена, в частности, тем, что в конструкции их нет сложного механического оборудования.

Капитальные и эксплуатационные затраты на пылеулавливающие установки, оборудованные циклонными аппаратами, значительно меньше соответствующих расходов для установок с рукавными фильтрами, а тем более электрофильтрами.

Циклоны используются обычно для грубой и средней очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли. Они обладают сравнительно небольшой фракционной эффективностью в области фракции пыли размером до 5--10 мкм, что является их основным недостатком. Фракционная эффективность циклонов в зависимости от их типа (высокоэффективный, высокопроизводительный) изменяется в широких пределах. Однако фракционная эффективность даже самых не высокоэффективных циклонных аппаратов часто оказывается недостаточной и приходится применять аппараты других типов или устанавливать после циклонов вторую ступень очистки.



Рисунок 2. Цилиндрический циклон конструкции НИИОгаз

1- конус; 2- корпус; 3- выхлопная труба; 4- входной патрубок

Корпус циклона состоит из цилиндрической и конической частей. Коническая часть циклонного аппарата выполняется в виде так называемого прямого конуса, обратного конуса или же может состоять из двух конусов -- прямого и обратного. Строение конической части определяет особенности движения пылевоздушного потока в этой части циклона и в значительной мере оказывает влияние на процесс сепарации, а также коагуляцию (укрупнение) некоторых видов пыли в аппарате, на устойчивость работы аппарата при улавливании указанных видом пыли.

Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок, очищенный удаляется через выхлопную (внутреннюю) трубу. Поток запыленного воздуха входит в корпус циклона обычно со скоростью до 20 м/с. Запыленный воздух совершает в корпусе вращательное движение вначале в кольцевом пространстве между корпусом и внутренней трубой и, двигаясь по спирали, продолжает это движение в конической части корпуса.

Под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении потока, пылевые частицы перемещаются радиально, прижимаясь к стенкам циклона. Затем поток, продолжая свое движение, поступает во внутреннюю трубу и по ней выходит из циклона.

Пыль отделяется от воздуха в основном в момент перехода нисходящего потока в восходящий, что происходит в конической части корпуса циклона. В циклоне, таким образом, создаются как бы два вихревых потока: внешнего -- запыленного воздуха от входного патрубка в нижнюю часть конуса и внутреннего-- относительно очищенного воздуха из нижней части корпуса во внутреннюю трубу.

Фильтрационные пылеуловители

Очистка воздуха от пыли происходит при прохождении запыленного потока через слой пористого материала. В качестве фильтрующего слоя используют ткани, специальную бумагу, кокс и др.

Процесс фильтрации основан на многих физических явлениях (эффект зацепления, в том числе ситовый эффект, -- аэрозольные частицы задерживаются в порах и каналах, имеющих сечение меньше, чем размеры частиц; действие сил инерции -- при изменении направления движения запыленного потока частицы отклоняются от этого направления и осаждаются; броуновское движение -- в значительной мере определяет перемещение высокодисперсных субмикронных частиц; действие гравитационных сил, электростатических сил -- аэрозольные частицы и материал фильтра могут иметь электрические заряды или быть нейтральными) .

По мере накопления в фильтрующем слое задержанных части режим фильтрации изменяется. Для поддержания его в требуемых пределах производят регенерацию фильтра, которая заключается в периодическом или систематическом удалении задержанных в фильтрующем слое частиц.

Большинство фильтров обладает высокой степенью очистки воздуха. Фильтры применяют как при высокой, так и при низкой температуре очищаемой среды, при различной концентрации в воздухе взвешенных частиц.

Соответствующим подбором фильтровального материала и режима очистки можно достичь требуемой степени очистки в фильтре практически во всех необходимых случаях.

Но многих конструкциях фильтров обеспечивается автоматизация работы фильтра, в частности процесса регенерации.

Обладая многими положительными качествами, фильтрующие устройства в то же время не лишены недостатков: стоимость очистки в фильтрах выше, чем в большинстве других пылеуловителей, в частности в циклонах. Это объясняется большей конструктивной сложностью фильтров по сравнению с другими устройствами, большим расходом электроэнергии. Многие конструкции фильтров более сложны в эксплуатации, требуют квалифицированного обслуживания.

Фильтрационные пылеуловители в зависимости от материала фильтрующего слоя подразделяются на два вида -- тканевые и зернистые. На предприятиях пищевой промышленности применяют тканевые пылеуловители (рукавные фильтры рисунок 5).

Рукавные фильтры применяются для очистки больших объемов воздуха со значительной концентрацией пыли. Фильтрующим элементом в этих устройствах являются цилиндрические или конические рукава из специальной фильтровальной ткани.

Рукавные фильтры обеспечивают тонкую очистку воздуха от пылевых частиц, практически имеющих размер до 1 мкм и менее. Наряду с циклонами они являются одними из основных видов обеспыливающего оборудования в пищевой промышленности. Рукавные фильтры применяются на табачных, масложировых, хлебопекарных, сахарных и других предприятиях.

Рукавные фильтры пригодны для очистки воздуха от сухой не слипающейся пыли. Пыль, содержащая влагу, масло, быстро нарушает работу фильтра, так как влага, масло залепляют просветы ткани и нарушают процесс фильтрации.

Для работы рукавных фильтров характерна цикличность. В процессе фильтрации происходит накопление пыли в ткани рукавного фильтра. Гидравлическое сопротивление фильтра увеличивается до некоторой величины. Далее происходит процесс регенерации фильтра. Регенерация осуществляется продувкой, встряхиванием, совместным действием обоих методов.

Недостатком всасывающих фильтров является наличие значительных подсосов воздуха. В эксплуатации находятся рукавные фильтры многих конструкций.

Рисунок 3. Рукавный фильтр всасывающего типа ФВ

1 - клапанные коробки для выхода воздуха; 2 - шкаф металлический; 3 - рукава; 4 - сборник пыли; 5 - электродвигатель; 6 - входной патрубок

Фильтровальные ткани, применяемые в рукавных фильтрах, должны иметь ряд преимуществ; обеспечивать высокую эффективность очистки, допускать достаточную воздушную нагрузку (скорость фильтрации), обладать хорошей пылеемкостью, способностью к регенерации, высокой долговечностью, стойкостью к истиранию и другим механическим воздействиям, низкой гигроскопичностью, невысокой стоимостью. К тканям могут быть предъявлены дополнительные требования, обусловленные свойствами очищаемой среды: стойкость к определенным химическим веществам и высоким температурам.

Оценка ткани может быть дана лишь на основании сравнения основных ее свойств, поскольку одно положительное качество например высокая задерживающая способность в сочетании (большим гидравлическим сопротивлением, может сделать ее применение нецелесообразным.

В рукавных фильтрах применяются фильтровальные ткани, изготовленные из хлопкового волокна, шерсти, химических волокон, стеклянного волокна. В ряде тканей использованы волоки различного происхождения. К. натуральным волокнам относятся хлопковые и шерстяные.

Хлопковое волокно на 94--95 % состоит из целлюлозы, он гигроскопично. При относительной влажности воздуха 65 % он поглощает до 8 % влаги, при влажности 93--94 % -- 25 % влаги.

На предприятиях пищевой промышленности перспективными являются фильтровальные ткани из нитрона и лавсана. Нитроновое волокно характеризуется прочностью, эластичностью, малой гигроскопичностью. При влажности воздуха 65 % оно поглощает из воздуха лишь 1 % влаги. Нитрон неограниченно долго без заметных последствий выдерживает температуру 120--130 °С и ограниченное время 180°С. По сравнению с хлопком нитрон в несколько раз устойчивее к кислотам, органическим растворителям. Он устойчив также к действию микроорганизмов, моли. Ткань из нитрона не подвергается усадке.

Лавсановое волокно обладает прочностью, устойчивостью к истиранию и температуре примерно такими же, как нитроновое волокно, однако более устойчиво к химическим реагентам.

Лавсановое волокно обладает малой гигроскопичностью, устойчиво к действию микроорганизмов.

Для очистки газов высокой температуры (до 300 °С) применяют стеклоткань, пропитанную специальным составом, а также асбестовую ткань.

Многие ткани изготовляют в виде полотен (кусков), из которых шьют рукава. Наличие шва в рукаве несколько увеличивает гидравлическое сопротивление и уменьшает прочность. В то же время на ряде предприятий изготовляют ткани в виде готовых рукавов определенного диаметра. В результате этого зарядка фильтров рукавами значительно облегчается. Рукава фабричного изготовления более прочны.

2.1.2 Мокрые методы очистки

Циклоны с водяной пленкой ЦВП. Эффект действия аппарата по сравнению с обычным циклоном усиливается тем, что пыль, отбрасываемая центробежной силой к стенкам циклона, в значительной мере поглощается водяной пленкой и превращается в шлам. В результате этого предотвращается вторичный унос пыли, отброшенной на стенки.

В циклонах с водяной пленкой вследствие увлажнения пыли и воздуха опасность взрыва и возгорания пыли практически устраняется.

Циклон с водяной пленкой типа ЦВП можно использовать для очистки

вентиляционных выбросов от любых видов не цементирующейся пыли, в том числе пыли известняка, а также пыли, содержащей волокнистые включения. В пищевой промышленности аппараты подобного типа применяются на сахарных за водах при улавливании сахарной пыли и пыли известковых отделений этих предприятий.

Циклон с водяной пленкой можно использовать в качестве капле уловителя в установках с трубами-коагуляторами Вентури.

Циклон с водяной пленкой ЦВП состоит из цилиндрического корпуса с коническим днищем и воздухоотводящими патрубком и воздухоподводящей улитки.

Запыленный воздух подводится к аппарату через патрубок по касательной к корпусу со скоростью около 20 м/с.



Рисунок 4. Циклон с водяной пленкой ЦВП

1 - корпус; 2- выходной патрубок; 3 - улитка; 4 - коллектор; 5 - конусный патрубок (гидро затвор); 6- выходной патрубок

Поверхность стенок циклона орошается водой с помощью сопел, расположенных равномерно в верхней части аппарата. Сопла находятся также во входном патрубке и предназначены для периодического смыва отложений пыли. Давление воды перед соплами должно быть 2--2,5 кПа. Удельный расход воды в циклоне с водяной пленкой -- 0,1--0,3 л/м³.

Степень очистки воздуха в циклоне ЦВП -- до 90%, фракционная эффективность улавливания частиц размером 5-- 10 мкм --до 90--95 %.

Предусматриваются основное и с повышенной скоростью исполнения циклона ЦВП в зависимости от скорости входа воздуха циклон. И циклоне с повышенной скоростью в отличие от циклона основного исполнения в воздухоподводящем патрубке вварена перегородка, в результате чего ширина входного отверстия уменьшается в два раза. Циклоны с повышенной скоростью обеспечиваю большую эффективность, но имеют более высокое гидравлическое сопротивление.

Мокрый пылеуловитель РИСИ. Мокрый пылеуловитель, разработанный в Ростовском инженерно-строительном институте, предназначен для тонкой очистки запыленного воздуха. Он может быть установлен на второй ступени после циклона или другого пылеуловителя, обеспечивающего грубую или среднюю очистку (рисунок 4), например после циклона в подготовительном отделении масложировых предприятий, перерабатывающих семе на хлопчатника. Мокрый пылеуловитель задерживает минеральную пыль, оставшуюся после первой ступени очистки. Очищенный воздух может быть направлен в рециркуляцию.

Пылеуловитель состоит из цилиндрической камеры, имеющей в нижней части бункер конической формы для осаждения шлама. Внутри камеры расположены конус-рассекатель и цилиндрический отражатель. Конус-рассекатель и отражатель имеют на концах плавные переходы к поверхности воды. В результате обеспечивается плавное соприкосновение запыленного потока с водной поверхностью под определенным углом. Цилиндрический отражатель соединен с диффузором. Конус-рассекатель крепится к корпусу камеры с помощью лапок. В верхней части корпуса для удаления обеспыленного воздуха из пылеуловителя устанавливаются патрубки, воздух проходит через каплеуловитель. Для удаления накопившегося шлама служит патрубок.



Рисунок 4. Мокрый пылеуловитель РИСИ

1- цилиндрическая камера; 2 - конус-рассекатель; 3- отражатель; 4- диффузор; 5 патрубок для отвода воздуха; 6 - каплеуловитель; 7 - лапки для крепления; 8 - бункер конической формы; 9 - патрубок для тока шлама

Пылеуловитель работает следующим образом. Запыленный воздух по воздуховоду поступает в отражатель. Встречая на своем пути конус-рассекатель, ядро воздушного потока обтекает его со всех сторон, прижимаясь к его поверхности. Плавное очертание поверхности конуса-рассекателя у его края обеспечивает соприкосновение запыленного потока с водной поверхностью под небольшим углом. Частицы пыли, находящиеся в потоке, смачиваются водой и оседают на дно бункера.

Обеспыленный воздух удаляется наружу.

Преимуществом аппарата является незначительный расход воды (несколько литров в час). Это важно для районов, где ощущается недостаток в воде. Вода в аппарате расходуется лишь на испарение с поверхности и унос влаги с воздухом. Нет необходимости в постоянном обслуживании аппарата: шлам удаляют один раз в четыре месяца.

В холодное время года при установке пылеуловителя вне помещения или в не отапливаемом помещении принимают меры для предотвращения замерзания воды: теплоизоляция корпуса, подогрев воды с помощью электронагревателя или подача горячей воды или пара в небольшом количестве.

Пылеуловитель прост в изготовлении и может быть изготовлен практически на любом предприятии, где имеются механические мастерские. Аппарат изготовляют в основном из листовой стали толщиной не менее 2 мм. Внутренние и наружные поверхности окрашивают масляной краской.

В РИСИ разработано несколько номеров мокрого пылеуловителя описанной конструкции, рассчитанных на различную производительность (от 600 до 10000 м³/ч).

2.1.3 Электрические методы очистки

В настоящее время электрические пылеуловители не распространены на предприятиях пищевой промышленности. Однако их применение при определенных условиях может обеспечить эффективную очистку воздуха от пыли, в первую очередь от мелкодисперсной, которая в используемых в настоящее время аппаратах улавливается недостаточно эффективно.

Процесс обеспыливания газа в электрофильтре состоит из следующих стадий: пылевые частицы, проходя с потоком газа электрическое поле, получают заряд; заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком; пылевые частицы осаждаются на этих электродах; удаляется пыль, осевшая на электродах.

Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды.

Первый электрод в простейшем виде представляет собой натянутую проволоку в трубке или между пластинками, второй представляет собой поверхность трубки или пластины, окружающей коронирующий электрод.

При обычных условиях большая часть молекул газа нейтральна, т. е. не несет электрического заряда того или иного знак. Вследствие действия различных физических факторов в газе всегда имеется некоторое количество носителей электрических зарядов. К таким факторам относятся сильный нагрев, радиоактивное излучение, трение, бомбардировка газа быстродвижущихся электронами или ионами и др.

Если в электрическом поле между электродами создать определенное напряжение, то носители зарядов, т. е. ионы и электроны, получают значительное ускорение и при их столкновении с молекулами происходит ионизация последних. Ионизация заключается в том, что с орбиты нейтральной молекулы выбивается один или несколько внешних электронов. В результате происходит превращение нейтральных молекул в положительный ион и свободные электроны. Этот процесс называется ударной ионизацией.

Часть межэлектродного пространства, прилегающая к коронирующему электроду, в которой происходит ударная ионизация газа, называется короной. Остальная часть межэлектродного пространства, т. е. между короной и осадительным электродом, называется внешней областью.

Вокруг коронирующего электрода наблюдается голубовато-фиолетовое свечение (корона), откуда произошло само название электрода. Коронный разряд сопровождается также тихим потрескиванием. При коронном разряде происходит выделение озона и окислов азота.

Образовавшиеся в результате ударной ионизации ионы и свободные электроны под действием поля также получают ускорение и ионизируют новые молекулы. Таким образом, процесс носит лавинообразный характер. Однако по мере удаления от коронирующего электрода напряженность электрического поля недостаточна для поддержания высоких скоростей и процесс ударной ионизации постепенно затухает.

Носители электрических зарядов, перемещаясь под действием электрического поля, а также в результате броуновского движения, сталкиваются с пылевыми частицами, взвешенными в газоном потоке, проходящем через электрофильтр, и передают им электрический заряд.

Большая часть взвешенных частиц, проходящих в межэлектродном пространстве, получает заряд, противоположный знаку осадительных электродов, перемещается к этим электродам и осаждается на них. Некоторая часть пылевых частиц, находящихся в сфере действия короны, получает знак, противоположный знаку коронирующего электрода, и осаждается на этом электроде.

Коронирующий электрод обычно имеет отрицательную полярность, осадительный электрод заземлен. Это объясняется тем, что корона при такой полярности более устойчива, подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных. Последнее обстоятельство связано с ускорением зарядки пылевых частиц.

В зависимости от числа конструктивных зон известны электрофильтры однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах коронирующие и осадительные электроды в пространственном отношении конструктивно не разделены. В двухзонных электрофильтрах имеется четкое разделение. Однозонные электрофильтры применяются для очистки технологических и вентиляционных выбросов, двухзонные -- обычно для очистки воздуха в системе кондиционирования. В двухзонных фильтрах не происходит выделения озона, присутствие которого не допускается в воздухе, подаваемом в помещения.