1. Подбор и расчет аппаратов улавливания

Подсистема улавливания ЗВ – это подсистема СБЗВ, обеспечивающая уменьшение вероятности процессов выделения и распространения ЗВ в воздухе рабочей зоны путем их локализации и удаления из области расположения технологического оборудования. Подсистема улавливания является первым и определяющим этапом при решении задачи по охране атмосферы. Это связано с качеством работы подсистемы улавливания, т.е. от количества уловленных ЗВ зависит дальнейшее формирование СБЗВ.

В курсовом проекте рассмотрен аэродинамический метод улавливания.

Для осуществления процесса улавливания аэродинамическим методом необходимо воздействие на ЗВ организованного воздушного потока. С целью обеспечения процесса улавливания ЗВ у мест их образования и выделения устраивают местные отсосы.

При механической вытяжке (нижний, верхний, комбинированный отсос) объем отсасываемого воздуха при отсутствии выбивания загрязненного воздуха рассчитывают, исходя из уравнения неразрывности потока, по формуле:

, (1)

где F – площадь открытого (рабочего) проема местного отсоса, м²; V – средняя скорость всасывания в сечении открытого проема, м/с, выбираемая с учетом токсичности выделяющихся веществ.

Зонты устраивают на высоте 1,7 – 1,9 м от пола. Размеры прямоугольного зонта в плане определяют по формулам:

А = а + 0,8Н,

В = в + 0,8Н, (2)

где а, в – размеры источника выделений в плане, м; Н – расстояние от оборудования до низа зонта, Н = 0,5м.

А =

В =

Для устойчивой работы зонта необходимо, чтобы скорость на уровне всасывающего отверстия была не менее 0,5 м/с. Тогда объем отсасываемого воздуха равен:

L =

Влияние того или иного механизма на улавливание ЗВ определяется степенью инерционности потока, который, в свою очередь характеризуется критерием Стокса:

, (3)

где V_г – расчетная скорость движения газа, м/с V_г = 1,6; d_ЗВ – средний диаметр частиц ЗВ, м (если ЗВ – газ, то принимаем за d_ЗВ значение средней длины свободного пробега молекул этого газа); С_к – поправка Кенингема-Милликена, С_к = 1, так как частицы крупные; μ_г – динамическая вязкость газа (воздуха), Па·с; D – характерный линейный размер приемного отверстия местного отсоса (для точечного стока – эквивалентный диаметр, для линейного – удвоенная ширина).

Эквивалентный диаметр определяют по формуле:

(4)

D = d_экв =

Критерий Стокса Stk является единственным критерием подобия улавливания ЗВ за счет инерционного механизма.

Stk_крит определяет минимальное (критическое) значение, при котором инерция частиц ЗВ оказывается достаточной, чтобы достигнуть рабочей поверхности улавливания.

Поток считается инерционным, если Stk ≥ Stk_крит.

и безынерционным, если Stk < Stk_крит.

Величина Stk_крит=0,0417 – для точечного стока,

Stk_крит=0,0625 – для линейного стока.

Инерционный механизм улавливания ЗВ проявляется в том случае, когда частицы, двигаясь в направлении местного отсоса вследствие большой инерции не изменяют свою траекторию и попадают на рабочую поверхность улавливания (Stk≥Stk_крит.). При этом эффективность пылегазоулавливания за счет инерционного механизма Е₁ для точечного стока может быть рассчитана по следующей зависимости:

, (5)

Таблица 1.

_{Результаты расчета Е}1

dЗВ,м	Ск	Stk	Е1, %
2,5·10-6	1
7,5·10-6	1
15·10-6	1
25·10-6	1
35·10-6	1
45·10-6	1
55·10-6	1
65·10-6	1
75·10-6	1
85·10-6	1
95·10-6	1

Формула расчета эффективности улавливания частиц ЗВ при турбулентном течении газового потока Е₂ может быть записана следующим образом:

, (6)

где V_{ЗВ турб} – скорость попадания частиц ЗВ на рабочую поверхность улавливания под воздействием турбулентного механизма, м/с; l_h – расстояние от поверхности источника ЗВ до приемного отверстия местного отсоса, м.

V_{ЗВ турб}=7,25·10^-4·V^*·К², (7)

где V^* – скорость турбулентных пульсаций, м/с; К – корреляционный параметр:

, (8)

где τ_р – время релаксации частицы ЗВ, сек.

Скорость турбулентных пульсаций:

V^*=V_ЗВ/0,9 (9)

Время релаксации:

τ_р=|V_вит|/g, (10)

где |V_вит| - абсолютное значение скорости витания частицы ЗВ, м/с.

, (11)

Зависимость (7) верна до значения К=16,6, выше которого:

V_ЗВтурб=0,2V^* (12)

На Е₂ значительное влияние оказывает высота расположения приемного отверстия местного отсоса над источником ЗВ, которая косвенно определяет скорость всасывания на уровне источника ЗВ. При l_h=D Е₂ ≤ 60%, при l_h=0,4D Е₂ ≈ 90%.

Таблица 2.

_{Результаты расчета Е}2

dЗВ, м	Vвит, м/с	τр, сек	К	VЗВ турб, м/с	Е2, %
2,5·10-6
7,5·10-6
15·10-6
25·10-6
35·10-6
45·10-6
55·10-6
65·10-6
75·10-6
85·10-6
95·10-6

Общая эффективность улавливания частиц загрязняющего вещества аэрозоля за счет турбулентного механизма определяется по формуле:

(13)

В реальных условиях улавливание ЗВ осуществляется под воздействием нескольких механизмов (при d_ЗВ > 1·10^-6 м – инерционным и турбулентным механизмом). При этом основополагающим механизмом является турбулентный, а инерционный и диффузионный действуют как добавочные, повышая общую эффективность процесса улавливания.

Суммарная (технологическая) эффективность процесса пылегазоулавливания будет равна нашем случае эффективности улавливания за счет турбулентного механизма: Е = Е₂.

Требуемая эффективность улавливания ЗВ определяется по формуле:

(14)

Очевидно, фактическая эффективность улавливания ЗВ меньше требуемой, поэтому в целях предотвращения профессиональных заболеваний для рабочих рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты.

С учетом эффективности улавливания определяем массу частиц каждой фракции, поступающую в систему очистки – m´_фр по формуле:

m´_фр = m_фр·Е_i (15)

Результаты расчета заносим в таблицу 4.

Таблица 3.

Результаты расчета m´_фр

Фракция, мкм	dср, мкм	mфр, гр	Е, %	m´фр, гр
0 – 5	2,5
5 – 10	7,5
10 – 20	15
20 – 30	25
30 – 40	35
40 – 50	45
50 – 60	55
60 – 70	65
70 – 80	75
80 – 90	85
90 – 100	95
		Σ=		Σ=