CC BY
76
ВЕСТНИК 7/2011
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ВЫБРОСОВ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
MAINTENANCE OF ECOLOGICAL SAFETY OF ENVIRONMENT FROM FOOD-PROCESSING INDUSTRY EMISSIONS
M.H. Жерлыкина, C.B. Чуйкин M.N. Zherlykina, S.V. Chuikin
Воронежский ГАСУ
Предложены устройства для уменьшения пылегазовоздушного выброса загрязняющих веществ предприятия пищевой промышленности (на примере сахарного производства), позволяющие снизить концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы.
Devices for reduction пылегазовоздушного emission of polluting substances of the enterprise of the food-processing industry are offered (on an example of sugar manufacture), allowing to lower concentration of harmful substances in a ground layer of atmosphere.
Производства, относящиеся к пищевой промышленности, не являются основными загрязнителям атмосферы, однако большинство предприятий этой отрасли выбрасывают в окружающую среду вредные вещества, ухудшающие состояние атмосферного воздуха. К таким производствам относятся сахарные заводы, основными загрязняющими веществами которых являются: сахарная и известковая пыль, а также дымовые газы производственных котельных.
Производство сахара носит сезонный характер, по этой причине уровень загрязнения окружающей среды резко увеличивается в период сборки урожая и переработки сахара-сырца. В связи с этим, на предприятиях сахарной промышленности необходимо предусматривать ряд мероприятий направленных на уменьшение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Процесс обеспыливания воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, а также системами аспирации, включает в себя следующие этапы:
- предотвращение распространения пыли в воздухе рабочей зоны (процесс пылеулавливания);
- процесс очистки воздуха, содержащего загрязняющие вещества, от систем аспирации, местной и общеобменной вентиляции;
- интенсификация распространения оставшихся в воздухе пылевых частиц после очистки, путем рассеивания выброса.
В настоящей работе будет рассмотрен третий этап уменьшения концентрации загрязняющих веществ в вентиляционном выбросе путем рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе.
Наиболее распространенным способом увеличения эффективности рассеивания загрязняющих веществ является отвод выбросов в более высокие слои атмосферы при помощи факельного выброса. Однако применение данной схемы выброса, ограничено
несколькими факторами, основными из которых являются повышенное сопротивление воздушному потоку насадка факельного выброса (рис. 1) и не способность регулирования эффективности рассеивания при изменении концентрации загрязняющих веществ. Вследствие этого, применение факельного выброса ограничено величиной скорости выхода воздушного потока из патрубка, которая согласно [4], должна находиться в пределах от 10 до 40 м/с, и концентрацией загрязняющих веществ в выбросе.
Рис. 1. Потери давления на факельный выброс
Для случаев, при которых необходимо снижение концентрации вредных веществ в выбросе, но по выше перечисленным причинам применение факельного выброса не целесообразно, предлагается использовать установку с подмешиванием чистого воздуха к загрязненному вентиляционному выбросу.
Схема с подмешиванием чистого воздуха для разбавления вентиляционных выбросов так же может использоваться при общеобменной вентиляции осуществляемой с помощью крышных вентиляторов.
Изобретения [1, 2], допускается использовать только при выбросах газовых смесей, так как наличие твердых частиц пыли в удаляемом воздухе может привести к аварийным ситуациям. Для возможного применения существующих разработок [1, 2] при выбросах пыли в конструкцию необходимо внести изменения, предотвращающие возможное образование пылевых отложений на отдельных частях агрегатов, а также, увеличивающие точность измерения концентраций пыли в удаляемом воздухе.
Исходя из выше приведенных требований, спиралеобразные лопасти в вентиляционной шахте устройства [1] рекомендуется не устанавливать, для предотвращения налипания пыли которое может привести к аварийным и взрывоопасным ситуациям (рис. 2 и 3).
Воздуховод 7 подсоединяемый к вентиляционной шахте 1 наклонен к ее оси в направлении удаляемого воздуха и снабжен выходным завихрителем 4. Датчики 2 и 3 определяющие концентрацию загрязняющего вещества в вентилируемом воздухе подключены к блоку управления и расположены, соответственно, перед и за смешением двух потоков воздуха.
ВЕСТНИК 7/2011
Рис. 2 . Устройство для уменьшения выброса загрязняющих веществ: 1 - вентиляционная шахта; 5 - вентиляционный агрегат; 6 - виброоснование; 7 -воздуховод с подмешиваемым воздухом
Рис. 3 . Устройство для уменьшения выброса загрязняющих веществ с конструктивными изменениями: 1 - вентиляционная шахта; 5 - вентиляционный агрегат; 6 - виброоснование; 7 - воздуховод с подмешиваемым воздухом
В зависимости от значения концентрации вредных веществ в отводящем воздухе, фиксируемых датчиками 2 и 3, изменяется производительность вентиляционного агре-
гата 5, что обеспечивает снижение концентрации загрязняющего вещества в вентвыб-росах. Использование завихрителей 4 обеспечивает равномерное распределение вредностей в удаляемом воздухе.
При работе предприятия в нормальных условиях, вентиляционный агрегат 5 отключен. В случае увеличения концентрации загрязняющего вещества свыше допустимых значений, датчики 2 и 3 подают сигнал на блок управления, который включатся вентиляционный агрегат 5, подающий чистый воздух в вентиляционную шахту 1 и разбавляет вентиляционные выбросы до допустимых значений.
Для возможного применения изобретения [2], при пылевоздушных выбросах в конструкции необходимо предусмотреть рабочую камеру и лазерные датчики, обеспечивающие измерение величины концентрации пыли в выбросе (рис. 4).
Рис. 4. Схема крышного вентилятора для уменьшения выброса загрязняющих веществ путем подмешивания чистого воздуха с конструктивными изменениями: 1 - корпус вентилятора; 2 - блок управления; 3 - отверстия для забора подмешиваемого воздуха; 4 - датчики определяющие запыленность вентилируемого воздуха; 5 - рабочая камера; 6 - осевой вентилятор; 7 - шторы для регулирования количества
подмешиваемого воздуха
Механизм работает следующим образом. При значении концентрации загрязняющего вещества в объеме рабочей камеры 5 ниже ПДК, шроты 7 закрыты и вентилятор работает в стандартном режиме.
При достижении концентрации вредного вещества в рабочей камере 5 максимального значения, определенному для каждого конкретного производства, датчики 4 подают сигнал на блок управления 2, который включает механизм для поднятия штор 7. Через отверстия 3 в камеру 5 поступает чистый воздух который разбавляет концен-
трацию пыли до допустимой. При снижении концентрации шторы 7 опускаются, и вентилятор переходит к стандартному режиму работы.
Принцип работы предлагаемых установок представляет собой смешение двух воздушных потоков с различной концентрацией загрязняющих веществ (рис. 5).
Рис. 5. Схема слияния двух воздушных потоков с различными концентрациями
загрязняющих веществ
В связи со сложностью реальных процессов протекающих при смешении воздушных потоков, для определения необходимого количества подмешиваемого воздуха вводятся граничные условия.
1. Структура потока в рабочей камере (камере смешения) соответствует режиму идеального смешения.
2. Процесс смешения адиабатный (т.е. отсутствует теплообмен с окружающей средой).
3. Все потоки имеют одно фазовое состояние. В противном случае необходимо учитывать фазовое равновесие в системе твердой - жидкой - газовой фаз, и условия его установления, а также тепловой баланс процессов установления фазового равнове-
Давление входных и выходных потоков - одинаковое. При изменении давления могут возникнуть условия, приводящие к изменению фазового состояния.
При выполнении приведенных выше граничных условий, общее уравнение материального баланса имеет вид:
Ь = Ь + Ь ,, м3 / ч
(1)
где: Ьсм - расход воздушного потока после слияния, м /ч; Ьосн - расход основного воздушного потока (вентиляционный выброс от производства), м3/ч; Ьпод - расход подмешиваемого воздуха, м3/ч.
С использованием уравнения материального баланса для вещества можно рассчитать состав выходного потока:
7/2011 ВЕСТНИК
_МГСУ
LcmCcm LocHCoi
/1
(2)
где: Спод - концентрация ЗВ в подмешиваемом воздухе, мг/м3; Сосн - концентрация ЗВ в основном потоке воздуха, мг/м3; Ссм - концентрация ЗВ после смешения двух потоков, мг/м3; LCM, LOCH и ¿ПОд - то де, что и формуле (1).
Следует отметить, что при расчетах состав потока обычно используется не в процентах, а в долях (У=1), а использование различных единиц измерения для расхода и состава недопустимо.
Общее уравнение теплового баланса запишется:
Q» = &» + О*.Вт , (3)
где: QCM - теплота воздушного потока после смешения, Вт; QOCH - теплоты основного воздушного потока, Вт; Qnoa - теплота подмешиваемого воздуха, Вт.
При неизвестной теплоте потока, она может быть рассчитана на основании материального баланса по уравнению:
Gc T
Q = Вт , (4)
^ 3,6
где: G - массовый расход рассматриваемого потока, кг/ч; Т - температура рассматриваемого потока, К; cp - удельная изобарная теплоемкость потока (смеси веществ), кДж/(кг-К).
Решая совместно уравнения (3) и (4) получим:
G с™Т (G с0С"Т ) G лс"°дТ „ ™ f ^ = °с" "—^ + "°д "—^ Вт . (5)
3,6 3,6 3,6
Из уравнения (5) следует, что расход подмешиваемого воздуха, с учетом граничных условий, определяется по формуле:
, ) ) / . (6)
L . =---, кг / ч v '
под сш,ЬТ ^
р под
Подставив уравнение (2) в формулу (6) получим:
LcmCCM LOSQQH = [LCMcc;Tat) [LOCHC°;TOCH ) . (7)
С Л сподТ ,
под р под
Из полученного уравнения следует, что концентрация вредного вещества после смешения определяется по формуле:
1(l..'•.•/•,.) [lochc°;toch))спод + l с
Ссм-—-, мг / м3
Температура воздуха после смешения определяется по формуле:
J, _ . Г Т0СН ^под ) .
G„ с™
(8)
(9)
Для выполнения санитарно-эпидемиологических требований выброс загрязняющего вещества в атмосферу не должен превышать уровня ПДВ:
М<ПДВ, г/с, (10)
где М- выброс загрязняющего вещества, определяемый по формуле:
М<ЬЧС, г/с (11)
где: Ь - объемный расход выброса, м3/с; С=Ссм - концентрация загрязняющего вещества, г/м3.
3
L
После преобразований уравнение (11) примет вид:
М<ЬсмЧСсм, г/с, (12)
где Ссм - то же, что и в формуле (2); Ьсм - объемный расход воздуха после смешения, м3/с.
Таким образом, для обеспечения санитарно-эпидемиологических требований, должно выполняться условие:
) (¿^г^к- . _ __ . (13)
^ под гр
+ ЬоснСосн ^ПДБ '
Для дальнейшего решения примем наиболее не благоприятный случай, когда:
М = ПДВ, г/с . (14)
Из уравнения (13) следует, что расход воздуха после смешения определяется по формуле:
СПДВ ЬоснСосн]с";тшд ь0СНс°;т0сн 3 , . (15)
ь =-
с?ТС
сс"Т
, м / с
Из уравнений (1) и (15) следует, что количество подмешиваемого воздуха нахо диться по формуле:
(ПДВ Ь С )сшдТ л Ь с0С"Т
"' оси оси ' р под оси р 01
Ь =
с:мтс„.
ссмТ
ь
м / с
(16)
На рис. 6 приведена зависимость количества подмешиваемого воздуха от концентрации загрязняющего вещества в вентиляционном выбросе.
Полученные результаты необходимо подтвердить экспериментальными исследованиями.
Рис. 6. Зависимость количества подмешиваемого воздуха от концентрации загрязняющего вещества в вентиляционном выбросе
Выводы: Из графика (рис. 6) видно, что расход подмешиваемого воздуха линейно зависит от концентрации загрязняющего вещества в вентиляционном выбросе. Из этого следует, что для применения предлагаемой установки необходимо знать концентрации вредных веществ в вентиляционном выбросе и подмешиваемом воздухе, кроме
7/)П11 ВЕСТНИК _^/2OTT_МГСУ
этого, целесообразность применение данного устройства должна определяться в каждом конкретном случае.
Литература
1. Пат. СССР № 1325255. Устройство для удаления воздуха из помещения / И.И. Полосин, В.В. Паринов. - Опубл. 23.07.1987г. - 6 с.
2. Пат. СССР № 1341391. Устройство для поворота лопасти осевого вентилятора / И.И. Полосин, В.Е. Тройнин. - Опубл. 30.09.1987г.- 6с.
3. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие. П.: ПГАСА, 2005. - 210 с.
4. Молчанов Б.С. Проектирование промышленной вентиляции. Л.: Стройиздат, 1970. - 239 с.
5. Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности. М.:АСВ, 2001 - 688 стр.
Literature
1. The patent of the USSR № 1325255. The device for removal of air from a premise / I.I. Polosin, V.V.Parinov. - publ. 23.07.1987 - 6p.
2. The patent of the USSR №1341391. The device for turn of the blade of the axial fan / I.I. Polo-sin, V.V.Parinov. - publ. 30.09.1987 - 6p.
3. Vetoshkin A.G. Processes and devices пылеочистки. The Manual. P.: PGACA. 2005. - 210p.
4. Molchanov B. S. Designing of industrial ventilation. L.: Stroyizdat, 1970. - 239p.
5. Stockman, E.A. Ventilation, air-conditioning and air clearing at the food-processing industry enterprises.M.: 2001 - 688p.
Ключевые слова: вентиляционный выброс, экологическая безопасность, концентрация загрязняющего вещества, пищевая промышленность, сахарное производство, промышленная вентиляция, пыль, смешение потоков воздуха.
Keywords: ventilating emission, ecological safety, concentration of polluting substance, the food-processing industry, sugar manufacture, industrial ventilation, a dust, mixture of streams of air.
e-mail: ser.chu@,mail.ru; [email protected]
