Анализ и исследование способов очистки от вредных выделений при плавке сплавов на основе цинка

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

РЕФЕРАТ

ПЛАВКА, ЦИНКОВЫЕ СПЛАВЫ, ВРЕДНЫЕ ВЫДЕЛЕНИЯ, ХЛОР, МЫШЯК, ПЫЛЬ, СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА, АПАРАТЫ ПЫЛИУЛАВЛИВАНИЯ, ФИЛЬТРЫ.

Настоящая работа посвящена проблеме экологии при плавке цинковых сплавов, выделению выбросов вредных веществ в воздушную среду и системам очистки воздуха.

Проведен анализ и исследования очистки воздуха от вредных выделений при плавке сплавов на основе цинка, представлены результаты и выводы.



ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ПДК - предельно допустимая концентрация

ОБУВ - ориентировочные безопасные уровни воздействия

ЦН - циклон НИИОГАЗА

СК - спирально-конический

ЦРП - центробежные ротационные пылеотделители

ВПУ - вихревые пылеуловители

ВТИ - Всероссийский теплотехнический институт

КЦМП - коагуляционно-центробежный мокрый пылеуловитель

ЦС - центробежный скруббер

УГ - унифицированные горизонтальные

ФЭ, - фильтр электрический

ЦНИИ - Центральный научно-исследовательский институт

ФП - фильтры Петрянова

ФПФ - фильтры Петрянова фторполимернее

ФяР - фильтр ячейковый Рекка

ФяВ - фильтр ячейковый винипластовый

ФяП - фильтр ячейковый пенополиуретановый

ФяУ - фильтр ячейковый упругого стекловолокна



ВЕДЕНИЕ

Цинк занимает особое место среди металлов, применяемых в промышленности. Как конструкционный материал нелегированный цинк не нашел широкого применения, так как обладает недостаточно благоприятным комплексом механических, физических и технологических свойств. Однако дополнительное легирование цинка различными элементами существенно повышает свойства и характеристики. Поэтому значительная часть цинка (до 20%) идет на приготовление цинковых сплавов, в которых основными легирующими компонентами являются алюминий и медь.

Примерно 30% цинкового проката составляют цинковые листы общего назначения.

Наиболее широкое распространение цинк получил в качестве покрытия для предотвращения коррозии железа и сплавов на его основе (сталей). Для этой цели расходуется до 50 % получаемого промышленностью цинка.

В качестве конструкционного материала цинковые сплавы главным образом применяются: в приборостроении, в полиграфической промышленности, в авиационной промышленности, в автомобильной промышленности, в судостроении, для изготовления предметов домашнего обихода.

Основное назначение цинка - получение цинковых сплавов, цинковые сплавы в литейном производстве широко используются для изготовления отливок методом литья под давлением.

Цинковые сплавы плавят в пламенных и электрических тигельных печах и индукционных печах промышленной частоты. Шихту готовят из свежих металлов, переплава отходов (до 60-70%) известного химического состава и лигатур (алюминий - медь, алюминий - магний и медь - алюминий).

Лом и отходы используемый для производства сплавов на основе цинка: продукты дробления корпусных, арматурных, декоративных деталей автомобилей и тракторов: корпусы карбюраторов, насосы, рамы спидометров, решетки радиаторов, ручки, стружка цинка и цинковых сплавов, изгарь цинковая, дроссы, съемы .

Степень загрязнения цинковых сплавов газами и неметаллическими включениями зависит в основном от качества шихтовых материалов (катодный или чушковый цинк, первичные металлы, лигатуры, возвратные отходы и др.), типа и состояния плавильного агрегата (состав печной атмосферы, состав футеровки и др.), технологии приготовления сплавов (температуры, продолжительности плавки, способа рафинирования).

С целью получения качественных отливок широко применяют различное рафинирование: ликвационное рафинирование, рафинирование газами, химическое рафинирование, электрохимическое рафинирование, метод зонной перекристаллизации.

При применении различных операций: плавке, литье, рафинирование, выделяется значительные количества газов, содержащих твердые частицы (пыль, возгоны) и газообразные продукты ПДК для некоторых веществ Сu- 1/0,5 мг/м3; ZnO-1,5/0,5 мг/м3; S-/6 мг/м3; Cl2-1 мг/м3; As2O3- 0,5/0,2 мг/м3; SeО2.

Проведение исследований экологии и охраны труда на производстве сплавов на основе цинка, применение систем фильтрации, очистки, вентиляции, местных отсосов является актуальным.



1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Цинк - металл II группы, порядковый номер 30, атомная масса 65,38.

Пластические свойства цинка изменяются в зависимости от температуры. При комнатной температуре он хрупок, при нагревании до 100-150С становится тягучим и легко прокатывается в тонкие листы, а при температуре 2500С вновь делается непригодным к механической обработке.

Скрытые теплоты плавления и парообразования цинка равны соответственно 24,09 и 425,6 кал. Удельная теплоёмкость изменяется от 0,0875 при 00 до 0,0965 кал/г при 1000, а теплопроводность - от 0,268 при 180 до 0,138 кал/см*сек*0С при 5000. Удельное электросопротивление при 200 равно 0,062 Ом*мм2/м. Цинк хорошо растворяется в кислотах и щелочах, а при температуре красного каления энергично разлагает водяные пары. В соляной и серной кислотах цинк растворяется с выделением водорода, в азотной - с выделением аммиака или окислов азота. С повышением чистоты цинка скорость растворения его в кислотах замедляется. В контакте с едкими щелочами цинк образует цинкаты и выделяет водород. Цинк известен как высокоактивный металл, легко восстанавливающий окислы других металлов и вытесняющий из водных растворов ионы более электроположительных металлов: Au, Ag, Pb, Cu, Cd, Ni, Co.

1.1 Плавка цинка и цинковых сплавов

Чистый цинк используют в основном в виде деформированных полуфабрикатов (листов, полос, плит) в котлостроении, полиграфической и электротехнической промышленности. Для изготовления фасонных отливок его почти не применяют. Значительное количество цинка используют для приготовления различных сплавов.

В нагретом состоянии (~ 150°С) чистый цинк хорошо деформируется. Склонность к пластической деформации его ухудшается в присутствии примеси олова. Сотые доли процента олова сообщают цинку красноломкость. Еще более отрицательное действие на поведение цинка при горячей обработке давлением олово оказывает в присутствии свинца. Образующаяся при этом тройная эвтектика олово - свинец - цинк имеет температуру плавления 150°С Примесь железа резко увеличивает хрупкость цинка; при содержании более 0,2% железа цинк нельзя подвергать прокатке. Другие примеси (As, Sb, Cu, Cd) оказывают значительно меньшее действие на эти свойства цинка. Для изготовления фасонных отливок используют цинковые сплавы (ГОСТ 25140-93), состав которых приведён в таблице 1. Наиболее распространённые из них - сплавы типа ЦАМ, основными легирующими компонентами в которых являются алюминий и медь. Эти сплавы широко используют при литье в кокиль, под давлением и для центробежного литья.

Печи для плавки сплавов на основе цинка

Плавка цинка и сплавов на его основе ввиду низкой температуры плавления их не представляет каких-либо затруднений. Для плавки применяют различные по конструкции печи. В литейных цехах, производящих слитки, для плавки используют электрические индукционные или отражательные печи.



Таблица 1 - Марки и химический состав (%) литейных цинковых сплавов

Печи для плавки сплавов на основе цинка

Плавка цинка и сплавов на его основе ввиду низкой температуры плавления их не представляет каких-либо затруднений.

Рисунок 1 - Тигельная печь



Для плавки применяют различные по конструкции печи. В литейных цехах, производящих слитки, для плавки используют электрические индукционные или отражательные печи. В цехах литья под давлением и литья в кокиль плавку ведут в тигельных печах.

Тигельные печи

Для приготовления небольших порций расплавов в литейных цехах используют тигельные печи, которые отапливают коксом, мазутом, газом или электричеством. Коксовые горны из-за низкой производительности и трудностей обслуживания используют все реже, чаще применяют печи, отапливаемые мазутом или газом. Более удобны для обслуживания наклоняющиеся тигельные печи. После окончания плавки печь наклоняют с помощью ручного или гидравлического привода, переливают расплав в разливочный ковш, из которого и ведут заливку форм.

Конструкция печи обеспечивает изоляцию продуктов сгорания топлива от шихты и расплава, что способствует повышению его качества. Стационарные тигельные электропечи используют в качестве раздаточных, например, при литье под давлением.

Рисунок 2 - Отражательная печь



Наибольшее распространение для этой цели находят печи типа CAT рисунок 1, которые используют обычно для плавки алюминиевых сплавов. Печь состоит из стального кожуха 8, который отделен от фасонных шамотовых кирпичей 6 теплоизоляцией 7. Нагрев чугунного тигля 5 происходит от нихромовых нагревателей 3, уложенных на полочки фасонных кирпичей 2. Для измерения температуры расплава предусмотрена термопара 4, а при протечке тигля металл вытекает в приямок через аварийное отверстие 1.

Для предотвращения насыщения цинковых сплавов железом внутренние стенки чугунных тиглей покрывают защитными облицовками - красками, состоящими из 60 % кварцевого песка, 30 % огнеупорной глины и 10 % жидкого стекла.

Отражательные печи.

По способу обогрева отражательные печи разделяют на пламенные и электрические, а по конструкции стационарные и наклоняющиеся.

Вместимость пламенных отражательных печей колеблется в широком диапазоне. Для приготовления цинковых сплавов в больших количествах используют наклоняющиеся электропечи сопротивления типа САН, вместимостью 300-3000 кг. Печь САН (рисунок 2) состоит из стального корпуса 7, установленного на катках 6, укрепленных на фундаменте. Рабочее пространство печи выложено, огнеупорным кирпичом, а пространство между кладкой и корпусом заполнено теплоизоляцией. В торцах печи имеются две наклонные камеры (форкамеры) 1, в которых происходит расплавление шихты от тепла, выделяемого электрическими нагревателями 3, расположенными в сводах камер и обеспечивающими температуру нагрева около 900°С. Расплавленный в камерах сплав стекает в металлосборник 2, где поддерживается температура 750-830 °С с помощью нагревателей, установленных в своде металлосборника.

Шихта загружается через загрузочные окна 8, а расплав сливается в ковш по желобу 4 при наклоне печи с помощью штурвала 5 или электропривода. К достоинствам этих печей следует отнести длительность их работы без ремонта и получение сплава высокого качества, обусловленного низким содержанием в нем железа и газов. К недостаткам относятся продолжительная сушка после ремонта и невозможность рафинирования сплава в печи солями из-за опасности попадания брызг на нагревательные элементы.

Обычно при плавке в таких печах рафинирование или модифицирование сплава производят в ковше или в раздаточном тигле. Для плавки небольших порций алюминиевых сплавов (150-250 кг) применяют стационарные печи сопротивления САК.

Индукционные электропечи

Рисунок 3 Индукционная электропечь

Для плавки тяжелых и легких цветных сплавов широко применяют индукционные печи: канальные тигельные промышленной частоты и высокочастотные. На рисунке 3 показана канальная печь. Индукционные канальные печи работают по принципу понижающего трансформатора, в котором первичной обмоткой служит водоохлаждаемая катушка с железным сердечником 3, а вторичная обмотка представляет собой короткозамкнутый расплавляемый виток 4. Шихта расплавляется в резервуаре 1, а готовый расплав сливается в ковш через желоб 2. Печь обычно состоит из двух основных частей: шахты, в которую загружается шихта, где и происходит ее расплавление и перегрев, и так называемого подового камня (нижняя часть печи), в котором располагается вторичный виток (шаблон). Цинк легко окисляется. Окисление идёт особенно интенсивно в присутствии паров воды. Образующийся окисел ZnO не летуч и находится в твёрдом состоянии. Ввиду большой разности плотностей окисел легко всплывает.

Для защиты от окисления плавку ведут под покровом древесного угля или различных флюсовых составов. В качестве флюса можно использовать хлориды щелочных и щелочноземельных металлов. При применении хлоридов необходимо особенно тщательно удалять с поверхности расплава хлористый цинк, образующийся по реакции

2NaCL+Zn>ZnCL2+2Na

Попадание хлористого цинка в тело отливки недопустимо, так как частицы его служат очагами коррозии.

Рафинирование сплавов цинка

Рафинирование цинка и его сплавов от неметаллических включений осуществляют введением в расплав 0,1-0,2% хлористого аммония при температуре 450-470°С или с помощью сетчатых и зернистых фильтров. Для изготовления сетчатых фильтров используют стеклоткань с размером ячейки 1*1 мм, графит, титан и другие материалы. Магнезит, алунд, сплавы хлористых и фтористых солей, графит и др. применяют для изготовления зернистых фильтров. Фильтры высотой 70-150 мм из зёрен со средним диаметром 3-4 мм обеспечивают более эффективное отделение плен абразивных включений в сравнении с обработкой расплава нашатырём. Фильтрование, как правило, ведут через нагретый ~500 °С фильтр.

Цинк и сплавы на его основе весьма чувствительны к перегреву. Кроме значительных потерь цинка на испарение (tкип=907°С) перегрев способствует образованию столбчатой структуры, вредно отражающейся на последующей обработке давлением и способствующей образованию трещин при затруднённой усадке отливки в форме. По этой причине перегрев цинка выше 500°С недопустим (для сплавов с алюминием и медью 550°С).

Цинковые сплавы чрезвычайно чувствительны к загрязнению примесями. Тысячные доли процента свинца, олова и кадмия вызывают интенсивную межкристаллитную коррозию. Для того чтобы избежать загрязнений цинкового сплава, необходимо соблюдать исключительную чистоту в цехе, не допускать туда детали или сырьё содержащие свинец, олово или кадмий.

Плавку чистого катодного цинка чаще всего ведут в индукционных канальных печах, футерованных шамотом. Флюса при плавке не применяют. Температура литья 430-460°С

Для переплавки отходов, требующих рафинирования от металлических примесей, используют отражательные печи. Плавку ведут под слоем древесного угля. Температуру расплава не поднимают выше 460-480°С Отделение свинца и железа производят отстаиванием расплава в течение 1,5-2 ч. В результате содержание свинца в сплаве снижается в 2-2,5 раза. В случае значительных загрязнений цинка неметаллическими включениями расплав рафинируют нашатырём NH4CL. Температура литья и в этом случае находится в пределах 430-480°С

Плавка полиграфического цинка имеет ряд особенностей. Полиграфические пластины должны иметь ровные поверхности, без местных скоплений свинца. Вместе с тем присутствие свинца, равномерно распределённого в цинке, необходимо для улучшения его травимости. Оптимальное содержание свинца равно 0,67-1,25%.

Ввиду нерастворимости свинца в твёрдом цинке получить слитки с равномерным распределением свинца при введении его чистым металлом невозможно.

Способ плавки, обеспечивающий получение неликвирующих цинково-свинцовых сплавов с равномерным распределением свинца, разработан А.А. Бочваром и др. Сущность способа состоит в обменной реакции между цинком и хлористым свинцом. Повторная переплавка мало влияет на распределение свинца, хотя часть его осаждается. Ещё меньше ликвирует свинец из дистилляционного цинка. Шихтовым материалам при изготовлении сплавов типа ЦАМ служат первичный цинк, чистый алюминий, электролитическая медь и отходы собственного производства. Для ускорения плавки и устранения перегрева расплава медь желательно вводить в виде лигатуры алюминий - медь (50:50). Плавку ведут в тигельной или в отражательной электрической или газовой печи. Первоначально в печь загружают алюминиево-медную лигатуру, отходы и половину всего количества цинка. Поверхность шихты засыпают древесным углём. Завалку расплавляют и перегревают до 500-550°С. Затем загружают алюминий, а после его растворения - цинк. Сплав перемешивают, снимают уголь и шлак и вводят под зеркало расплава магний. После тщательного перемешивания и удаления шлака при температуре 420-450°С производят заливку форм с использованием зернистых или сетчатых фильтров. При необходимости проводят рафинирование хлоридом аммония. В тех случаях, когда содержание алюминия в сплаве меньше, чем меди, нужное по шихте количество чистой меди загружают вместе с алюминиево-медной лигатурой. В некоторых случаях необходимое по шихте количество меди вводят в виде латуни. Температуру разливки сплавов с повышенным содержанием меди принимают в пределах 550-560°С.

1.2 Промышленные выбросы пыли при плавке цинка и цинковых сплавов

Пыли электропечей характеризуются высоким содержанием редкоземельных элементов, находящихся практически в тех же формах, что и в пылях отражательной плавки.

Шахтная плавка вторичного сырья характеризуется большим разнообразием поступающих на переработку шихтовых материалов. Особенностью этого процесса является то обстоятельство, что в печи поддерживается восстановительная атмосфера в отличие от других плавильных агрегатов. Выход продуктов плавки: грубая пыль - 3-4%, тонкая пыль - 5-10%. С газами уносятся Сu - 0,2-0,4%, Zn -45-55 %, Pb - до 20%, Sn - 2-4 % от общего их поступления. Тонкая пыль, образующаяся при шахтной плавке вторичного сырья и улавливаемая в системах тонкой очистки газов, в основном состоит из возгонов летучих металлов и соединений, входящих в состав шихты или образующихся в процессе плавки. Химический состав пылей уральских предприятий приведен в таблице 2 [2]

Таблица 2 - Химический состав пылей уральских предприятий, %

Предприятие, плавильный агрегат	Элемент
	Zn	Pb	As	Сu	Fe
1	2	3	4	5	6
Среднеуральский завод:
обжиговая печь	11,3	2,1	3,3	9.3	19,8
отражательная печь	6,9	1,5	2,2	11,8	27,50,3
конвертер	31,7	25,5	2,2	1,7	0,3
печь Ванюкова:
грубая пыль	4,0	0,8	0,4	10,0	21,0
тонкая пыль	12,0	4,5	1,4	5,5	12,0
Кировградский комбинат:
отражательная печь	2,4	2,9	3,5	9,7	18,3
шахтная печь:
грубая пыль	25,7	3,8	0,1	12,5	9,7
тонкая пыль	43,4	4,8	0,1	0,4	1,2
конвертер:
грубая пыль	15,7	7,4	0,1	31,4	7,8
тонкая пыль	38,5	14,2	0,2	1,8	0,2
Красноуральский комбинат:
обжиговая печь	3,8	1,7	4,3	12,2	21,3
отражательная печь:
грубая пыль	8,9	3,0	-	9,9	22,9
тонкая пыль	21,6	4,1	1,4	3,8	-
Сухоложский завод вторичных цветных металлов:
отражательная печь	48,8	1,3	-	3,3	0,9
индукционная печь	31,2	0,9	-	3,7	0,5



Уловленная грубая пыль возвращается в оборот на приготовление шихты.

При отражательной плавке, проводимой практически в нейтральной атмосфере, цинк возгоняется в результате испарения сульфида цинка, который, термически разлагаясь и окисляясь, в форме оксида цинка удаляется вместе с газами из печи. Вследствие охлаждения газов возможно сульфидирование цинка, а в зоне более низких температур и образование сульфатов.

Более легко в газовую фазу переходит кадмий (его сульфид и особен-но оксид обладают высокой упругостью паров). По этой причине кадмий достаточно полно концентрируется в возгонах.

Свинец при отражательной плавке переходит в возгоны в виде сульфида, так как последний уже заметно сублимирует при температуре 926,85

Около 15% мышьяка и сурьмы, содержащихся в концентратах, переходят в газовую фазу. Высокой упругостью паров обладают низшие оксиды и сульфиды этих элементов (AsO, AsS и SbO).

Во многих полиметаллических рудах в незначительных количествах присутствуют селен и теллур, оксиды которых, обладая высокой упру-гостью паров, переходят в газовую фазу. В возгоны переходит до 20% Se и Те, содержащихся в исходном сырье.

Основным элементом в тонких пылях шахтных печей является цинк, который имеет высокую упругость паров и, восстанавливаясь при шахтной плавке, возгоняется с последующим окислением в верхних горизонтах печи и газоходном тракте таблица 3[2]. Общее содержание цинка в пыли достигает 70% (в основном в виде оксида). Содержание металлического цинка около 4,0-4,5%, сульфида цинка - 1-2%. Свинец в пылях также находится главным образом в виде оксидов; содержание металлического свинца не превышает 1%.



Таблица 3 - Химический состав пылей и возгонов свинцово-цинкового производства %

Элемент	Пыли	Шлаковозгоны	Вельцоксиды
	агломера-ции	шахтной плавки	конвертиро-вания	обжига
Цинк	3-9	12-20	9,5-12,4	40-45	53-61	60-70
Свинец	50-60	55-65	44-56	1,4	9-19	5-15
Медь	0,4-0,8	-	1,2-1,6	1,2	0,3-0,4	0,2-0,4
Кадмий	1-3	1-3	0,2-0,6	0,5	0,005	0,5-1,0
Сера общая	5-12	6,8	3,5	10	0,8-4,4	-
Мышьяк	0,5	0,4	7,5-15,2	-	0,3-0,9	-
Сурьма	-	0,1-0,2	-	-	0,06-0,23	-
Селен	1,3	-	0,4-0,7	-	0,06	-
Железо	-	-	0,1	-	0,01	-
Хлор	-	0,4-0,8	-	-	0,11-0,25	-
Фтор	-	-	-	-	0,05-0,07	-

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе при плавке сплавов на основе цинка

Предельно допустимая концентрация

(ПДК) - норматив - количество вредного вещества в компонентах окружающей среды (воде, воздухе, почве), при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.). В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом. Исследования самого последнего времени привели к выводу об отсутствии нижних безопасных порогов (а, следовательно, ПДК) при воздействии канцерогенов и ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных природных фонов опасно для живых организмов хотя бы генетически, в цепи поколений.

ПДК для атмосферного воздуха. Приоритет разработки принципов гигиенического нормирования допустимого содержания атмосферных загрязнений принадлежит отечественной школе под руководством В. А. Рязанова. В СССР первые ПДК для 10 наиболее распространенных загрязнителей (сернистый газ, взвешенные вещества, двуокись азота, окись углерода и др.) были утверждены Минздравом уже в 1951 г. К 1989 г. были установлены ПДК для 324 химических соединений при их изолированном действии и дана характеристика комбинированного действия 49 смесей, включающих в себя 2, 3 и 4 вещества, а также более чем для 400 веществ ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ).

Регламентирование допустимого содержания атмосферных загрязнений основано на представлении о наличии порогов в их действии, хотя сами пороговые величины являются относительными и зависят от многих причин, как физических (режима и длительности поступления, агрегатного состояния), так и биологических (физиологическое состояние организма, адекватности избранных показателей и т.д.).

Прежде всего изучается рефлекторное действие вещества. Результаты этого изучения лежат в основе установления максимальных разовых ПДК - максимальных концентраций, отнесенных к 20- минутному периоду определения, не вызывающих при регламентированной вероятности их появления изменения рефлекторных реакций человека.

(ПДК) вредных веществ в воздухе при плавке сплавов на основе цинка представлены в таблице 4 [14]

Таблица 4 - ПДК вредных веществ в воздухе при плавке сплавов на основе цинка

Наименование вещества	№ САS	Формула	Величина ПДК, мг/м3	Преимущественное агрегатное состояние в воздухе в условиях производства	Класс опасности	Особенности действия на организм
Цинк оксид	1314-13-2	ZnO	1,5/0,5	а	2
Свинец и его неорганические соединения (по свинцу)			-/0,05	a	1
Медь	7440-50-8	Сu	1/0,5	a	2
Кадмий и его неорганические соединения			0,05/0,01	а	1	К
Сера	7704-34-9	S	-/6	a	4	Ф
Мышьяк, неорганические соединения (мышьяк более 40 %) (по мышьяку)			0,04/0,01	a	1	К
Пыль сурьмы металлической			0,5/0,2	а	2
Селен	7782-49-2	Se	-/2	a	3
Железо	7439-86-9	Fe	-/10	а	4	Ф
Хлор +	7782-50-5	Cl2	1	п	2	O
Фтор	7782-41-4	F	0,03	п	1	O

цинк плавка фильтр хемосорбция

Примечание.

Названия индивидуальных веществ в алфавитном порядке приведены, где это было возможно, в соответствии с правилами Международного союза теоретической и прикладной химии, ИЮПАК (International Unionof Pureand Applied Chemistry, IUPAC) (графа 2) и обеспечены регистрационными номерами Chemical Abstracts Service (CAS) (графа 3) для облегчения идентификации веществ.

В графе 4 приведены формулы веществ.

Величины Нормативов приведены в мг вещества на 1 м3 воздуха (графа 5).

Если в графе «Величина ПДК» приведено два Норматива, то это означает, что в числителе максимальная разовая, а в знаменателе - среднесменная ПДК, прочерк в числителе означает, что Норматив установлен в виде средней сменной ПДК. Если приведен один Норматив, то это означает, что он установлен как максимальная разовая ПДК.

В графе 6 указано преимущественное агрегатное состояние в воздухе в условиях производства (пары, аэрозоль и их смесь).

В соответствии с классификацией ГОСТ 12.1.007-76. «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» вещества разделены на четыре класса опасности (графа 7):

1 класс - чрезвычайно опасные,

2 класс - высокоопасные,

3 класс - опасные,

4 класс - умеренно опасные.

В графе 8 «Особенности действия на организм» специальными символами выделены вещества с остронаправленным механизмом действия, требующие автоматического контроля за их содержанием в воздухе, канцерогены, аллергены и аэрозоли, преимущественно фиброгенного действия.

Использованы следующие обозначения:

О - вещества с остронаправленным механизмом действия, требующие автоматического контроля за их содержанием в воздухе,

А - вещества, способные вызывать аллергические заболевания в производственных условиях,

К - канцерогены,

Ф - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия,

п - пары и/или газы,

а - аэрозоль,

п+а - смесь паров и аэрозоля,

+ - соединения, при работе с которыми требуется специальная защита кожи и глаз; символ проставлен вслед за наименованием вещества,

++ - вещества, при работе с которыми должен быть исключен контакт с органами дыхания и кожей при обязательном контроле воздуха рабочей зоны утвержденным методом на уровне чувствительности не менее 0,001 мг/м3. Для такихвеещств значения ПДК не приводятся, а указывается только класс опасности и агрегатное состояние в воздухе.

Краткое описание вредных веществ и их воздействие на организм человека

Цинк

Цинк и его соединения широко используются в народном хозяйстве и в медицине как вяжущее средство в виде мазей и паст. Металлический цинк входит в состав ряда сплавов (бронза, латунь и др.), применяется для покрытия железа с целью защиты его от коррозии, как жидкость для пайки, для изготовления цинковой посуды, пергаментной бумаги, для приготовления красок (цинковых белил), при крашениитканей, его применяют для борьбы с грызунами.

Цинк и его соединения могут поступать в организм через пищевой канал, а также через органы дыхания в виде пыли, образующейся при добыче и переработке цинковых руд. Цинк может поступать в организм с вдыхаемым воздухом в виде паров, выделяющихся при выплавке цинка и получении сплавов. После поступления цинка в организм в виде пыли и паров образуются его соединения с белками, вызывающие приступы лихорадки, начинающейся с озноба (так называемая лихорадка литейщиков, или латунная лихорадка). При вдыхании пыли и паровцинка может появиться тошнота, рвота и мышечные боли. Описаны случаи отравлений пищей, приготовленной и сохраняемой в оцинкованной посуде, из продуктов, содержащих кислоты (богатые кислотами фрукты, томат и др.). Соединения цинка, поступившие в желудок, могут вызывать острое отравление, при котором наступает рвота, понос, судороги и т. д.

Мышьяк

Отравления мышьяковистым водородом происходят в промышленности при плавке и рафинировании металлов, при гальванизации и травлении, при производстве силиконовых микрочипов. В прошлом органические соединения мышьяка использовали для лечения больных сифилисом, эпилепсией, псориазом и амебиазом. Хроническое отравление мышьяком чаще всего происходит при профессиональном воздействии малыми дозами в промышленности или при хроническом употреблении загрязненной пищи, воды или медицинских средств.

Мышьяковистый водород соединяется с гемоглобином в эритроцитах, вызывая тяжелый гемолиз с анемией и гемоглобинурией. Впоследствии может развиться тяжелая желтуха. Отравление мышьяком характеризуется тошнотой, рвотой и поносом, ожогом глотки, затрудненным глотанием, недомоганием, угнетением костного мозга, тахикардией и одышкой. Страдает ЦНС, часто развивается острая почечная недостаточность со смертельным исходом.

Кадмий

Воздействию кадмия человек подвергается на производстве, в результате загрязнения воздуха в шахтах, при плавке металлов. Также он используется в производстве гальванических элементов, в керамике, при электрогальванизации и в качестве пигмента в красках и пластмассах. Отравление кадмием происходит при попадании его в желудок или при ингаляции.

При однократном воздействии большими количествами кадмия происходит перенасыщение этого белка и снижение его защитной эффективности. Кадмий не проникает через плаценту; он постепенно накапливается в организме с возрастом. Биологический период полувыведения - не менее 20 лет.

Острое отравление: рвота, боли в животе, понос, шок. Острая ингаляция кадмия вызывает одышку, слабость, боли в грудной клетке, укорочение дыхания и кашель. Химическийпневмонит приводит к отеку легких и дыхательной недостаточности.

Свинец

Свинец составляет около 2% массы земной коры и распространен повсеместно. Неорганические соли свинца абсорбируются после попадания в желудок или ингаляции. Органические соли свинца могут абсорбироваться через кожу. Абсорбция свинца в желудочно-кишечном тракте увеличивается при дефиците железа, кальция и цинка. Обычно в желудочно-кишечном тракте абсорбируются 10% проглоченной дозы. Абсорбция в легких варьирует в зависимости от дыхательного объема и размера частиц. Частицы размером менее 1 мкм могут абсорбироваться в альвеолах.

Свинец откладывается в крови, костях, в почках и головном мозге. Основным путем выведения свинца из организма является экскреция с калом (80-90%) и мочой (10%). Период полувыведения свинца из мягких тканей и крови составляет 24-40 дней, из костей - 104 дня.

Свинец является ядом ферментов, связываясь с дисульфидными группами белка. В высоких концентрациях свинец повреждает третичную структуру внутриклеточных белков, денатурируя их и вызывая гибель клеток и в конечном итоге воспаление тканей.

Отравление: боли в животе, анемия, поражение почек, головная боль, потеря памяти, поражение центральной нервной системы (у детей), раздражительность, летаргия, анорексия и невнятная речь.

Сурьма

Применение: в полупроводниковой промышленности при производстве диодов, инфракрасных детекторов, устройств с эффектом Холла, компонент свинцовых сплавов, в лекарствах (противопротозойные средства), пайка, оболочки кабелей, типографские сплавы, сульфид сурьмы является одним из ингредиентов в спичечных головках. Вместе с оловом и медью сурьма образует металлический сплав - баббит, обладающий антифрикционными свойствами и использующийся в подшипниках скольжения.

Сурьма и ее соединения поступают в организм главным образом через органы дыхания, они могут длительно задерживаться в печени, коже, волосах.

Хлор

Зеленовато-желтый газ с характерным удушливым запахом. Является сильным окислителем. Хлор тяжелее воздуха, скапливается в подвалах, низинах местности, хранится и перевозится в сжиженном состоянии. Поступает в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов (мышьяк, фосфор, сурьма, свинец, пары ртути и редких металлов, смоляные вещества и цианистый водород).

Хлор - вещество преимущественно удушающего действия, раздражает дыхательные пути, может вызвать отек легких. При действии хлора в крови нарушается содержание свободных аминокислот. При незначительных концентрациях хлора наблюдается покраснение конъюктивы, мягкого неба и глотки, чувство давления в груди. Иногда, отравление, перенесенное на ногах, через несколько дней заканчивается смертью.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ИССЛЕДОВАНИЕ

Целью является анализ систем очистки воздуха от вредных примесей при плавке и литье сплавов на основе цинка, исследование и выбор наиболее приемлемой схемы очистки для плавки цинковых сплавов.



2. ИСЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

2.1 Классификация систем очистки воздуха

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости.

Системы очистки воздуха от пыли делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры рисунок 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Системы очистки воздуха от пыли

Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все они основаны на принципах осаждения взвешенной фазы. Пылегазовые смеси представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперсионной среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести частиц и сила диффузии частиц вследствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тяжести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному электроду; процесс коагуляции - образование элемента из нескольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавливанию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), принимаются специальные меры: смачивание осадительной поверхности, снижение скорости потока, повышение его влажности.

При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м3.

Системы очистки воздуха от туманов

Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации.

Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция, несмотря на кажущуюся простоту связана с преодолением ряда технических трудностей, часто оказывающих решающее влияние на эффективность очистки или применимость того или иного метода. Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все они основаны на принципах осаждения взвешенной фазы. Пылегазовые смеси представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперсионной среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести частиц и сила диффузии частиц вследствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тяжести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному электроду; процесс коагуляции - образование элемента из нескольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавливанию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), принимаются специальные меры: смачивание осадительной поверхности, снижение скорости потока, повышение его влажности.

Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, которое представляет систему элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют разнообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т.д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения, - седиментационным диаметром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц.

Системы очистки воздуха от газопарообразных примесей

Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей применяют различные конструкции улавливающих аппаратов, работающих по принципу:

- инерционного осаждения путем резкого изменения направления вектора скорости движения выброса, при этом твердые частицы под действием инерционных сил будут стремиться двигаться в прежнем направлении и попадать в приемный бункер;

- осаждения под действием гравитационных сил из-за различной кривизны траекторий движения составляющих выброса (газов и частиц), вектор скорости, движения которого направлен горизонтально;

- осаждения под действием центробежных сил путем придания выбросу вращательного движения внутри циклона, при этом твердые частицы отбрасываются центробежной силой к сетке, так как центробежное ускорение в циклоне до тысячи раз больше ускорения силы тяжести, это позволяет удалить из выброса даже весьма мелкие частицы;

- механической фильтрации - фильтрации выброса через пористую перегородку (с волокнистым, гранулированным или пористым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные частицы задерживаются, а газовая составляющая полностью проходит через нее.

2.2 Системы и аппараты пылеулавливания

Сухие пылеуловители

К сухим пылеуловителям относятся все аппараты, в которых отделение частиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации, инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пылеуловители разделяют на циклоны, ротационные, вихревые, радиальные, жалюзийные пылеуловители и др.

Широкое применение для сухой очистки газов получили циклоны различных типов рисунок 5.

Рисунок 5 - Циклон

Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4.

Рисунок 6 - Цилиндрический (а) и конический (б) циклоны НИИО Газа

Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит за счет поворота газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то за счет подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Сравнительные испытания циклонов, выполненные под руководством Коузова П. А. в 1971 г., показали, что все практические задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа.

Конструктивные схемы и типовые размеры цилиндрических и конических циклонов НИИОГАЗа показаны на рисунке 6 и соответственно в таблице 5 и 6[8]. В СССР для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров D мм: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000. В таблице 5 и 6 геометрические размеры цилиндрических и конических циклонов даны в долях внутреннего диаметра D.

Для всех циклонов бункеры выполняются цилиндрической формы диаметром Dб, равным 1,5D для цилиндрических и (1,1-1,2)D для конических циклонов. Высота цилиндрической части бункера составляет 0,8D, днище бункера выполняется с углом 60° между стенками, выходное отверстие бункера имеет диаметр 250 или 500 мм.

Таблица 5 - Типовые размеры цилиндрических циклонов

Геометрический размер	Тип циклона
	ЦН-15	ЦН-15У	ЦН-24
Угол наклона крышки и входного патрубка циклона б град	15	15	24
Высота входного патрубка hu	0,66	0,66	1,11
Высота выхлопной трубы hт	1,74	1,5	2,11
Высота цилиндрической части циклона Hц	2,26	1,51	2,11
Высота конуса циклона Hк	2,0	1,50	1,75	2,0
Геометрический размер	Тип циклона
	ЦН-15		ЦН-15
Общая высота циклона Н	4,56	3,31	4,26	4,38
Высота внешней части выхлопной трубы hв	0,3	0,3	0,4	0,3
Внутренний диаметр выхлопной трубы d	-	0,59	-	-
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия d1	-	0,3-0,4	-	-
Ширина входного патрубка в циклоне	-	0,2	-	-
Ширина входного патрубка на входе	-	0,26	-	-
Длина входного патрубка	-	0,6	-	-
Высота фланца hфл	-	0,1	-	-

Цилиндрические циклоны НИИОГА. За предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем, золы из дымовых газов котельных, работающих на твердом топливе, пыли из сушилок и т. п. при начальной запыленности от 0,3 до 4000 г/м3. Избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. Температура газов во избежание конденсации паров жидкости выбирается на 30-50° С выше точки росы, а по условиям прочности конструкции - не выше 400° С. Где ссылка на таблицу 6.

Таблица 6- Типовые размеры конических циклонов

Геометрический размер	Тип циклона
	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	Ск-ЦН-34м
Высота цилиндрической части Hц и высота заглубления выхлопной трубы hт	0,535	0,515	0,4
Высота коничесой части Hк	3,0	2,11	2,6
Внутренний диаметр выхлопгой трубы d	0,334	0,340	0,22
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия d1	0,334	0,229	0,18
Ширина входного патрубка b	0,264	0,214	0,18
Высота внешней части выхлопной трубы hв	0,2-0,3	0,515	0,3
Высота установки фланца hфл	0,1	0,1	0,1
Высота входного патрубка hп	0,535	0,2-0,3	0,4
Длина входного патрубка l	0,6	0,6	0,6
Текущий радиус улитки p	D/2+bц/2р	-	D/2+bц/р

Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом диаметра. Циклоны серии ЦН имеют производительность от 100 до 68 000 м3/ч, гидравлическое сопротивление около 750 Па и обеспечивают эффективность очистки от 0,83 до 0,975 для пыли с размером частиц более 10 мкм. Эффективнее циклоны работают на пылях с размером частиц более 20 мкм. Эффективность очистки циклона серии ЦН падает с ростом угла входа в циклон. Так, при одних и тех же условиях работы получено:

зЦН-15/зЦН-11=0,885, а зЦН-24/зЦН-11=0,795

Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК. предназначены для очистки газов от сажи и обладают повышенной эффективностью очистки по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК. Входная концентрация сажи на входе в циклоны не превышает 30-50 г/м3.

Рисунок 7 - Прямоточный циклон ЦКТИ

Для расчета циклонов НИИОГАЗа необходимы следующие исходные данные: количество очищаемого газа QV, м3/с; плотность газа при рабочих условиях с, кг/м3; вязкость газа при рабочей температуре мi, Па*с; дисперсный состав пыли dm и lgуч; входная концентрация пыли Свх, г/м3; плотность частиц пыли сч, кг/м3, и требуемая эффективность очистки газа з.

Одной из конструктивных разновидностей циклонов являются прямоточные рисунок 7циклоны.

Рисунок 8 - Батарейные циклоны

Они обладают меньшим гидравлическим сопротивлением, меньшими габаритами и меньшей эффективностью очистки по сравнению с циклонами обычного типа. Прямоточные циклоны применяются для очистки газового потока от крупнозернистой пыли.

Циклон ЦКТИ техническими характеристиками:

щ=5,7 м/с, ж=47, d50=20 мкм, lgуз=0,242. Расчет прямоточных циклонов ведется по методике, описанной для обычных циклонов.

Для очистки больших масс газов (дымовые газы при сжигании твердого топлива, пыль сушилок и т. п.) применяются батарейные циклоны рисунок 8, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных 1 элементов 1. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами.

Ротационные пылеуловители относятся к аппаратам центробежного действия и представляют собой машину, которая одновременно с перемещением воздуха очищает его от относительно крупных фракций пыли (>5-8 мкм). В отличие от описанных устройств они обладают большой компактностью, так как вентилятор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате. В результате этого при монтаже и эксплуатации таких машин не требуется дополнительных площадей, которые необходимы для размещения специальных пылеулавливающих устройств при перемещении запыленного потока обыкновенным вентилятором.

Рисунок 9 - Ротационный пылеулавитель

Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рисунке 9. При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 4. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4.

Для повышения эффективности пылеуловителей такой конструкции необходимо увеличивать переносную скорость очищаемого потока в спиральном кожухе (это ведет к резкому повышению гидравлического сопротивления аппарата) или уменьшать радиус кривизны спирали кожуха (это снижает его производительность).

Рисунок 10 - Центробежный ротационный пылеуловитель

Такие машины обеспечивают достаточно высокую эффективность очистки воздуха при улавливании сравнительно крупных частиц пыли (свыше 20-40 мкм).

Более перспективными пылеотделителями ротационного типа, предназначенными для очистки воздуха от частиц размером >5-8 мкм, являются ЦРП - центробежные ротационные пыле- отделители рисунок. 10. Пыле- отделитель состоит из встроенного в кожух 1 полого ротора 2 с перфорированной поверхностью и колеса вентилятора 3. Ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал. При работе пыле- отделителя запыленный воздух поступает внутрь кожуха, где закручивается вокруг ротора. В результате вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные в воздухе частицы пыли стремятся выделяться из него в радиальном направлении. Одновременно на эти частицы в противоположном направлении действуют силы аэродинамического сопротивления. Частицы, центробежная сила которых больше силы аэродинамического сопротивления, отбрасываются к стенкам кожуха и поступают в бункер 4. Очищенный воздух через перфорацию ротора всасывается в вентилятор и затем выводится наружу.

Эффективность очистки ЦРП зависит от выбранного соотношения центробежной и аэродинамической сил и теоретически может достигать 100%. Величина центробежной силы является функцией числа оборотов и диаметра ротора. Величина аэродинамической силы - функцией скорости просасывания воздуха через перфорацию ротора, т. е. производительности вентилятора.

Рисунок 11 - Вихревой пылеуловитель соплового (а)и лопаточного (б) типов

Сравнение ЦРП с циклонами свидетельствует о преимуществах ротационных пылеуловителей. Так, габаритные размеры циклона в 3-4 раза, а удельные энергозатраты на очистку 1000 м3 газа на 20-40% больше, чем у ЦРП при прочих равных условиях. Однако широкого распространения пылеуловители ротационного действия не получили из-за относительной сложности конструкции и процесса эксплуатации по сравнению с другими аппаратами сухой очистки газов от механических загрязнений.

Вихревые пылеуловители (ВПУ), так же как циклоны и ротационные пылеуловители, относятся к аппаратам центробежного действия. Отличительная особенность ВПУ - высокая эффективность очистки газа от тончайших фракций (<3-5 мкм), что позволяет им в отдельных случаях конкурировать с фильтрами. За рубежом (США, ФРГ) разработано несколько ВПУ с диаметром корпуса от 40 мм до 2 м. Пропускная способность установок от 20 до 315000 м3/ч.

Существует две конструктивные разновидности вихревых пылеуловителей: ВПУ соплового типа рисунок. 11, а и ВПУ лопаточного типа" рисунок. 11,б. Процесс обеспыливания в таком пылеуловителе происходит следующим образом: запыленный газ поступает в камеру 5 через изогнутый патрубок 4. Для предварительного закручивания запыленного газа в камеру 5 встроен лопаточный завихритель типа «розетки» 2. В ходе своего движения вверх к выхлопному патрубку 6 газовый поток подвергается действию вытекающих из завихрителя 1 (наклонные сопла в ВПУ соплового типа, наклонные лопатки в ВПУ лопаточного типа) струй вторичного воздуха, которые придают потоку вращательное движение. Под действием центробежных сил, возникающих при закручивании потока, частицы пыли устремляются к его периферии, откуда спиральными струями вторичного потока перемещаются к низу аппарата в кольцевое межтрубное пространство. Безвозвратный спуск пыли в бункер обеспечивается подпорной шайбой 3. Вторичный воздух в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно проникает в него.

Подача вторичного воздуха кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками усложняет конструкцию, но обеспечивает более интенсивное закручивание потока газа и как следствие более высокую экономичность процесса очистки. Так, гидравлическое сопротивление ВПУ лопаточного типа у существующих аппаратов на 25% меньше, а остаточная концентрация пыли в 1,75 раза ниже, чем у ВПУ соплового типа.



Рисунок 12 - Схемы подвода в ВПУ вторичного потока: а воздух окружающей среды; б - очищенный газ; в - запыленный газ

Оптимальное количество вторичного воздуха находится в пределах 40-65% от количества очищаемого газа. ВПУ практически сохраняет эффективность очистки газа от пыли при уменьшении его расхода на 50% и увеличении - на 15%. Слабая чувствительность эффективности очистки к расходу запыленного газа объясняется тем, что процесс очистки в ВПУ зависит в основном от параметров вторичного воздуха. Если параметры вторичного воздуха остаются неизменными, то не изменяется окружающая скорость потока запыленного газа, что сохраняет постоянной действующую на частицы пыли центробежную силу, определяющую эффективность очистки. Повышение давления вторичного воздуха в ВПУ приводит к увеличению эффективности очистки пыли. Гидравлическое сопротивление и удельный расход энергии ВПУ при этом соответственно возрастают. Оптимальное рабочее давление вторичного воздуха для существующих установок находится в пределах 2000-6000 Па. В качестве вторичного потока может быть использован воздух окружающей среды рисунок 12,а, очищенный газ рисунок 12, б или запыленный газ рисунок. 13, в. С экономической точки зрения более выгодно использование загрязненного газа. В этом случае производительность установки повышается на 40-65% без заметного снижения эффективности очистки. Экономически наихудшим вариантом считается использование воздуха окружающей среды. В то же время этот вариант себя оправдывает при очистке горячих газов, нуждающихся в предварительном охлаждении. Максимальная эффективность очистки достигается при использовании в качестве вторичного воздуха переработанной части потока очищенного газа рисунок 12,в. В этом случае часть наименее очищенного воздуха (у периферии потока) снова возвращается в ВПУ на доочистку.