14.2 Очистка воздуха от масляного тумана при обработке на металлорежущих станках
Масляный туман возникает в результате интенсификации процессов резания с целью уменьшения износа режущего инструмента и сохранения структуры обрабатываемых материалов, нагревающихся вследствие трения в рабочей зоне до 400 - 500°С, потребовала эффективного охлаждения их путем обильного смачивания смазочно-охлаждающими жидкостями (COЖ). В качестве таких жидкостей широко применяются нефтяные минеральные масла и их эмульсии и эмульсолы, щелочные, мыльно – щелочные и другие охлаждающие и антикоррозийные жидкости – керосин, скипидар. Для повышения их смазывающих свойств в состав масел добавляют различные активирующие вещества, из которых наибольшее распространение получила сера.
Эмульсии представляют собой 3 – 10%-ные водные растворы масел, нафтеновых и олеиновых кислот и неорганических щелочей. Для нейтрализации свободных кислот в состав эмульсий вводят кальцинированную соду (до 0,3-0,5%).
Масляный туман конденсационного происхождения в основном состоит из капелек размером менее 4 мкм (до 90%). Средневесовой размер частиц чаще всего находится в пределах от 0,9 до 1,4 мкм. Наиболее тонкодисперсные туманы образуется при низких концентрациях паров масел с более высокой температурой кипения. Тонкодисперсные туманы масел характеризуются значительной стойкостью и высокой проникающей способностью в легкие человека. Величины концентраций аэрозолей масла в производственных помещениях часто превышают ПДК (5 мг/м3), иногда в 5-10 раз и более, а в отсасываемом из рабочей зоны станка потоке воздуха они составляют 10-150 мг/м3 в зависимости от вида технологического процесса обработки, типа COЖ и других условий.
Для очистки воздуха от туманов кислот, масел и других жидкостей используются волокновые и сеточные туманоуловители, принцип действия которых основан на осаждении капель смачивающей жидкости на поверхности пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести. Туманоуловители делят на низкоскоростные (скорость фильтрации Wф ≤ 0,15 м/с), в которых преобладающим является механизм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные (Wф = 0,5…5 м/с и более), в которых осаждение капель на поверхности пор происходит главным образом под воздействием инерционных сил.
Низкоскоростные туманоуловители обеспечивают очень высокую эффективность очистки (до 0,999) от частиц размером менее 3 мкм, полностью улавливая частицы большего размера. Волокновые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром 7…30 мкм или полимерных волокон (лавсан, ПВХ, полипропилен) диаметром 12…40 мкм. Толщина слоя составляет 50…150 мм. Гидравлическое сопротивление сухих фильтрующих элементов равно 200…1000 Па, а в режиме очистки без образования твёрдого осадка 1200…2500 Па.
Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки газа от тумана с частицами менее 3 мкм, равную 0,90…0,98 при гидравлическом сопротивлении 1500…2000 Па.
Институтом НИИОгаз разработан для очистки воздуха, отходящего от металлорежущих станков, низкоскоростной туманоуловитель типа Н-2000 (рис. 14.1а). Туманоуловитель состоит из корпуса, в котором размещены две ступени очистки. Фильтр грубой очистки представляет собой лёгкосъёмную кассету, в которой находится войлок или пакет вязаных гофрированных сеток. Он очищает поток от крупных жидких и твёрдых частиц. Фильтр тонкой очистки включает ряд вертикальных патронов, заполненных иглопробивным войлоком из лавсановых волокон диаметром 18 мкм. Скорость фильтрации через вторую ступень составляет 0,1…0,15 м/с. при нагрузке по газу 1700 м3/ч и входной концентрации тумана до 42 мг/м3 агрегат имеет гидравлическое сопротивление около 450 Па и обеспечивает эффективность очистки, равную 0,85.
Серийно, также изготовляют агрегаты АЭ2-12 (рис.14.1б) для улавливания масляного тумана, отходящего от металлорежущих станков. На первой ступени используется инерционный эффект очистки от крупных частиц, вторая ступень - низкоскоростная и выполнена в виде патронов, снаряжённым многослойной тонкой сеткой, а третья ступень (фильтр-шумоглушитель) состоит из нескольких слоёв дырчатой пенополиуретановой губки, которые размещены после вентилятора и служат одновременно глушителем шума. Производительность агрегата 750 м3/ч. концентрация масла на выходе из агрегатов Н-2000 и АЭ2-12 невелика, поэтому очищенный воздух обычно поступает в помещение цеха, обеспечивая рециркуляцию воздуха.
Важным вопросом при проектировании пыле- и туманоуловителей является возможность их использования в системах рециркуляции воздуха. В соответствии с нормами при использовании рециркуляции должны соблюдаться слкдующие условия: количество воздуха, поступаящего извне, должно составлять не менее 10% общего количества, поступающего в помещение; воздух, возвращаемый в помещение, должен содержать не более 30% вредных веществ по отношению к их ПДК. Исходя из ПДК и обычных концентраций примесей эффективность очистки пыле- и туманоуловителей должна быть 0,90…0,95 и более.
а) б)
Рисунок 14.1 – Схемы воздухоочистителей.
а - туманоуловитель типа Н-2000: 1 – корпус; 2 – патрон; 3 – фильтр грубой очистки; б – агрегат воздухоочистителя АЭ2-12:1 – патроны; 2 – кольцевая камера; 3 – фильтр-шумоглушитель; 4 – вентилятор.