8. Пневматический транспорт материалов и расходов

Пневматическим транспортом называется перемещение измельченных материалов и отходов по воздуховодам в смеси с воздухом (в аэросмеси).

Пневмотранспорт материалов, например, применяют для перемещения сухих формовочных материалов в литейном производстве, хлопка и других сырьевых материалов на текстильных предприятиях, асбеста на асбестоперерабатываемых заводах, отходов на деревоперерабатываемых предприятиях и других материалов в различных отраслях промышленности.

Системы пневмотранспорта, помимо перемешивания отходов, образующихся при механической обработке древесины, применяются также для перемещения отходов, связанных с переработкой графита, металлов и других материалов. Особенно широкое применение системы пневмотранспорта получили на предприятиях деревообрабатывающей промышленности, т.к. при установке этих систем имеются возможности совмещать также операции, как перемещения материалов и отходов с обеспыливанием удаляемого воздуха, сушка, охлаждением и перемешивание материалов.

Применение систем пневмотранспорта упрощает задачу по обеспыливанию рабочих мест и по уборке помещений. Кроме того, системы пневмотранспорта выполняют одновременно и роль вытяжной вентиляции помещений.

Все применяемые виды систем пневмотранспорта принято объединять в две большие группы:

а) системы аспирационного назначения, предназначенные для удаления пыли и отходов от пылящего оборудования

б) чисто транспортные системы

Чисто транспортные системы пневмотранспорта выполняют также и технологические функции, например, сепарации материалов, по погрузке материалов в емкости, по сушке, разгрузке емкостей.

Аспирационные системы служат для удаления опилок, стружек, щепы, а так же пыли от технологического оборудования в местах и во время их образования (например, аспирация деревообрабатывающего оборудования в процессе резанья древесины).

К минусу систем пневмотранспорта и аспирации можно отнести определенные ограничения, которые накладывают на них и их применение такие факторы как:

1. влажность материала (повышенная влажность опилок)

2. размеры перемещаемых отходов

3. невозможность транспортирования слипающихся материалов.

Кроме того, к минусу систем пневмотранспорта можно отнести износ элементов, входящих в системы аспирации и пневмотранспорта под действием абразивных свойств таких материалов как песок, металлические опилки, а также корунд, наждак, глина молотая при их перемещении в системе в аэросмеси с воздухом. По этой причине воздуховоды систем аспирации и пневмотранспорта выполняют с утолщенными стенками.

По назначению системы пневмотранспорта делятся на следующие:

а) внутрицеховые

б) межцеховые

По значению потерь давления в них системы делят:

а) системы низкого давления, потери давления в которых

б) среднего давления ( )

в) высокого давления ( )

8.1. Перемещение частиц материалов в потоке воздуха

8.1.1 Скорость витания твердой частицы в потоке воздуха

Рассмотрим свободное падение твердых частицы в воздухе. Пусть твердая частица, имеющая массу m (рис.46) свободно без толчка падает из т. О, которую принимаем за начало координат. Ось У по которой осуществляется падение частицы направим вертикально вниз. Под действием силы тяжести равной P=m∙g частица будет падать, оставаясь, все время на оси У.

Рис.46

В первый начальный момент времени частица будет падать под действием ускорения свободного падения (g=9,81м/с²), но т.к. воздух оказывает сопротивление движению частицы через некоторое время частица будет падать с определенной постоянной скоростью без ускорения. Т.о. скорость падения частицы в вязкой среде, которой является воздух не может беспредельно возрастать, а с течением некоторого времени достигает своего наибольшего значения υ_S, которая сохраняет во все последующее время падения. Если твердую частицу поместить в восходящий воздушный поток, частица зависнет в нем, т.е. будет витать.

Средняя скорость восходящего воздушного потока, при которой частица ни будет иметь вертикального перемещения, а будет находится во взвешенном состоянии называется скоростью витания.

Скорость витания частицы равна постоянной скорости падения частицы в неподвижном воздухе.

Таким образом, на твердую частицу действуют две силы:

1) сила тяжести; 2) сила сопротивления воздуха R. R может быть записана как:

, (79)

где υ_S – скорость восходящего потока воздуха

к – коэффициент пропорциональности.

При достижении падающей частицей постоянной скорости сила тяжести равна силе сопротивления Р=R, тогда:

(80)

Тогда:

(81)

Сопротивление среды движущемуся в ней воздуху можно записать в следующем виде:

(82)

где с – коэффициент пропорциональности, с=ƒ(Re)

F – площадь проекции тела на плоскость перпендикулярную вектору скорости, м²

ρ_в – плотность среды (воздуха).

Следовательно, из выражений (79) и (82) заключаем, что коэффициент пропорциональности к может быть записан в виде:

(83)

А скорость падения частицы в воздухе с учетом выражения (83) будет:

(84)

Коэффициент пропорциональности с в выражении (84)может быть определен по формуле Клячко:

(85)

С достаточной для практике точностью (85) можно записать:

(85а)

Подставляя выражение (85а) в функцию (84) при развернутом виде Re:

ν – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с

Численное значение скорости υ_S можем определить:

(86)

(87)

Для частицы, имеющей форму близкую к шару, масса частицы:

(88)

Следовательно, выражение (88) можно записать в виде:

(89)

где ρ_м – плотность материала частицы.

Формула (89) справедлива для частиц, имеющих форму шара с размером до 100 мк. Такая пыль, например, выделяется при обработке древесины на шлифовальных станках. Все же другие отходы и материалы, которые могут транспортироваться системами пневмотранспорта, имеют большие размеры и по форме отличаются от формы шара. Поэтому скорость витания этих частиц в инженерной практике определяется по эмпирическим формулам, которые справедливы для частиц определенной формы данного материала. Процесс пневматического транспортирования частиц в вертикальных воздуховодах возможет, только если скорость воздушного потока превышает максимальное значение скоростей витания частиц.