Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Кафедра рудникової аерології та охорони праці

Методичні вказівки

до лабораторної роботи №16

«Дослідження ефективності очищення повітря в пилоосаджувальній камері»

з курсу «Аерологія промислових підприємств»

для студентів гірничих спеціальностей

денної та заочної форми навчання

Кривий Ріг

2008

Укладачі: О.Є. Лапшин, В.І Шевченко

Відповідальний за випуск: А.О. Гурін

Рецензент: А.К. Гацький

Наведені теоретичні основи очищення повітря від пилу способом гравітаційного осадження; описана схема лабораторної установки пилоосаджувальної камери, на якій студенти повинні дослідити ефективність очистки запиленого повітря під дією гравітаційних сил та визначити розмір часток осадженого пилу

Розглянуто Схвалено

на засіданні на вченій раді

кафедри РАОП гірничого факультету

Протокол №2 Протокол №3

від 04.10.2007 р. від 26.10.2007 р

Мета роботи – ознайомитись з методом очищення повітря від пилу способом гравітаційного осадження; вивчити принципи осадження пилу з повітряного потоку з урахуванням його аеродинамічних характеристик; дослідити ефективність гравітаційного осадження пилу різної дисперсності.

1. Теоретичні основи осадження пилу

В умовах гірничорудних підприємств пилом вважають сукупність мінеральних часток розміром менше 0,5 мм, що знаходяться в мінеральній сировині, в повітрі (аерозоль) або осілих на різних предметах.

В залежності від крупності часток розрізняють: крупний пил (100–500мкм), який легко випадає з повітряного потоку і тому майже відсутній в робочій атмосфері; дрібний пил (10–100мкм), який осідає в спокійному середовищі і утримується в повітрі виробничих приміщень; тонкий пил – тумани (0,1–10мкм), який важко осідає навіть в спокійному середовищі; дуже тонкий пил – дими (0,1–0,8мкм), який знаходиться в броунівському русі і не осідає в звичайних умовах.

Існує також класифікація пилу в залежності від розміру часток: грубодисперсний – більше 2мкм; середньодисперсний – 0,1–0,2мкм; високодисперсний – менше 0,1–0,2мкм.

Частки пилу виділяються з повітря різними способами: осадженням під дією гравітаційних сил; фільтрацією повітря через пористу перегородку, яка затримує пил; осадженням на електродах під дією електричних сил; збиранням дрібних часток в більш крупні комплекси з наступним осадженням під дією сил тяжіння та інерції; змочуванням пилу рідиною і видаленням її у вигляді шламу.

Осадження пилу під дією сил тяжіння відбувається в осаджувальних камерах і горизонтальних газоходах. В осаджувальних камерах запилене повітря рухається (в горизонтальному напрямку) з малими швидкостями (зазвичай не більше 0,5–1 м/с). Схема такої камери наведена на рис.1. Осаджувальні камери виготовляють великих розмірів (їх довжина може сягати кількох десятків метрів). Розглянемо рух пилових часток в потоці повітря, що проходить через осаджувальну камеру. Частки пилу розміром 2–50 мкм, тобто ті, що зустрічаються найчастіше, згідно з законом Стокса, рухаються вниз зі швидкістю витання:

м/с, (1)

де d – діаметр частки, м; –щільність матеріалу часток, кг/ ; g–прискорення вільного падіння ; –динамічна в’язкість повітря, .

Рис. 1 Схема осаджувальної камери

В осаджувальній камері (або горизонтальному газоході) частка пилу під дією сил тяжіння і опору повітря падає зі швидкістю . Крім того вона рухається і вздовж камери зі швидкістю, що дорівнює швидкості газового потоку (повітря) (див. рис. 1).

Для осадження частка пилу повинна досягти дна камери раніше, ніж потік повітря винесе її. Найдовший шлях проходить частка, що знаходиться зверху, безпосередньо після входу в камеру. При висоті камери (див. рис. 1) частка, що знаходиться вгорі камери, буде падати протягом (час осадження частки):

. (2)

В той же час при довжині камери L і горизонтальній швидкості тривалість перебування повітря (газу) в камері складає

. (3)

Це означає, що частка, яка знаходиться вгорі, буде осаджена в камері, якщо час її падіння не перевищить час перебування повітря в камері, тобто якщо

або . (4)

Позначивши через Q об’єм повітря, що проходить через камеру за 1с, а через b–ширину камери, можна визначити середню швидкість повітря в камері:

. (5)

Підставив це значення в (4) отримаєм

або . (6)

Враховуючи, що добуток дорівнює площі камери, позначивши цю площу через S, отримаєм

. (7)

І нарешті, підставивши в (1) значення з (7), отримаєм

. (8)

Частки розміром d, визначені за (8), будуть теоретично осаджені, навіть якщо при вході в осаджувальну камеру вони будуть знаходитись під самою стелею камери. А з шарів повітря, які нижче до дна, осядуть і більш дрібні частки.

Їх розмір можна визначити за формулою

, (9)

де h– відстань від дна камери до часток в момент входу газу до камери, м.

З формули (8) слідує, що для більш повного уловлювання часток в камері необхідно збільшити площу її дна. Для цього в камері розміщують горизонтальні або наклонні полиці з відстанню між ними по вертикалі 100-300 мм(рис. 2).

Для видалення пилу з полиць їх виконують поворотними або промивають їх поверхні водою. Ступінь уловлювання високодисперсного пилу з частками менше 5мкм в осаджувальних камерах навіть дуже великих розмірів є незначним.Крупні частки пилу розміром 30-40 мкм і більше уловлюються ефективніше. Загальний ступінь уловлювання полідисперсного пилу в осаджувальних камерах великих розмірів складає 30-40%. При розрахунках осаджувальних камер користуються формулами (1), (6) або номограмою (див. рис. 3), при цьому в останньому випадку враховують вплив температури на в’язкість, а отже і на швидкість падіння часток. Знаючи розмір час часток, які необхідно осадити в камері (найменший заданий розмір), за номограмою або за формулою (1) знаходять швидкість осаджування часток. Потім, знаючи об’єм повітря, що подається в пилову камеру за 1с, за формулою (7) визначають площу дна камери S. Висоту і ширину камери звичайно приймають майже однаковими (з конструктивних міркувань).

Рис. 2. Осаджувальна камера з горизонтальними полицями:

1 – полиці; 2 – дзвонові затвори;3 – люки для видалення пилу

Запиленість повітря визначають масовим методом, сутність якого полягає в наступному. Спочатку визначають масу фільтра і вміщують його в алонж. Потім алонж з фільтром приєднують до аспіратора через витратомір. Алонж розташовують в заданій точці і здійснюють просмоктування повітря через фільтр. Час відбору проби фіксується. По закінченню взяття проби визначають масу фільтра. Концентрацію пилу в повітрі розраховують за формулою:

, (10)

де –відповідно кінцева і початкова маси фільтра, мг; –об’єм протягнутого повітря, .

В даній роботі об’єм протягнутого повітря вимірюють реометром(літроміром) і розраховують за формулою:

, (11)

де q–показання літроміра, л/хв; t–час протягування повітря через фільтр, хв.

Ефективність очищення повітря від пилу

, (12)

де і –відповідно запиленість повітря, яке входить в камеру і виходить з неї, .