CC BY
21
5. ШФОРМАЩЙН1 ТЕХНОЛОГИ ГАЛУЗ1
УДК 674:621.928.93 Проф. 1.М. Озартв, д-р техн. наук -
НЛТУ Украти, м. Львiв; директор Р.М. Дадак - Технологiчний коледж НЛТУ Украти, м. Львiв
ОСОБЛИВОСТ1 РОЗРАХУНКУ ПИЛОВЛОВЛЮВАЛЬНИХ АПАРАТ1В У ПРОЦЕСАХ МЕХАН1ЧНОГО ОБРОБЛЕННЯ ДЕРЕВИНИ
Охарактеризовано юнукта системи пиловловлення. Зазначено фактори, що впли-вають на вибiр методу очищення. Наведено результати теоретичних дослiджень щодо оцшювання ефективностi вiдокремлення твердих частинок, ступеня очищення, а також формули для визначення гранично! швидкост та опору циклошв.
Ключовг слова: циклон, пиловловлювач, пилогазовий потж, ступiнь очищення.
Вступ. Пиловловлювання - операцп вловлювання пилу в мюцях його ви-дшення та накопичення за допомогою мюцевих в1дсмоктувач1в витяжно! астра-цшно! системи. Залежно вщ сфери застосування системи, пиловловлювання бу-вають технолопчш (призначеш для очищення повггря вщ пилу i газ1в у техноло-пчних процесах деревообробних виробництв) та саштарш (захист повiтряного басейну вiд забруднення пилом, шюдливими хiмiчними речовинами, бюлопчно активними сполуками тощо) [1, 2]. На сьогодш питання щодо виршення про-мислових проблем, пов'язаних iз знепиленням, залишаеться вiдкритим.
Проблема створення нових високоефективних пилоочисних апарапв ви-зачаеться складнiстю процесу сепарацп. Вибiр методу очищення залежить вiд таких факторiв: кiлькостi вiдходiв та !х фiзико-механiчних властивостей, кон-центрацп шюдливих речовин, необхiдного ступеня очищення тощо. 1снуюга пристро! для очищення повиря вiд деревного пилу не здатш з достатньою ефек-тивнiстю вловлювати його дрiбнодисперснi фракцп та забезпечувати невисою енергозатратнi показники з одночасним забезпеченням низько! металоемносп конструкцп пристрою. Мехашчш методи пиловловлення потребують викорис-тання спецiальних пристро!в гравiтацiйного, вщцентрового та iнерцiйного типiв (пилоосаджувальних камер, циклошв, фшьтрувальних камер тощо).
Загалом послiдовнiсть вибору того чи шшого пилоочисного пристрою зводиться передусiм до встановлення характеристик промислових викидiв (тем-ператури, вологостi, виду домiшок, концентрацп, дисперсностi), визначення типу очисного пристрою залежно вщ витрат газу та необхщного ступеня очищення, розрахунку робочо! сили газiв, технiко-економiчного аналiзу можливих ва-рiантiв очищення, розрахунку конструктивних параметрiв i розроблення методик проектування очисного пристрою.
До мехашчних пиловловлювачiв вiдносять гравиацшш пристро! (оса-джувальнi камери), шерцшш пиловловлювачi (пиловi мiшки), вiдцентровi пристро! (циклони), фiльтрувальнi пиловловлювачi. При чому гравiтацiйнi та шер-цшш пристро! як самостiйнi пиловловлювальнi апарати використовують рщко, переважно принципи !х дп використовуються пiд час проектування окремих ла-
Науковий вкник НЛТУ УкраТни. - 2013. - Вип. 23.10
нок асшрацшних систем [3]. Тому для проектних цшей необхщно навести методики розрахунку таких пристро1в.
Теоретичнi дослщження. В окремих випадках [3] на деревообробних шдприемствах застосовують пилоосаджувальнi камери (рис.), в яких вщбу-ваеться процес очищення пилопов^яно! сумiшi вщ великодисперсних (>50 мкм) пилових частинок тд дiею сил грав^аци. Запропонована система дае змогу комбiнувати гравггацшний та вiдцентрово-iнерцiйний принципи вловлен-ня. Габаритш розмiри пилоосаджувальних камер визначають iз спiввiдношення
Ь ■ ич = Н ■иг
(1)
де: ич, игаз - вщповщно швидкiсть руху дрiбнодисперсних частинок i газу в камер^ м/с; Ь, Н - довжина i висота пилоосаджувально! камери, м. Ефектившсть осадження значною мiрою визначаеться часом перебування частинок у камер^ що викликае необхiднiсть збiльшення розмiрiв камери. У несприятливих умо-вах знаходяться частинки тд стелею камери внаслщок чого частинкам потрiб-но пройти найбшьший шлях, який дорiвнюе висотi камери Н (рис.).
При приблизному розрахунку осаджувальних камер допускають, що частинки рухаються вздовж камери iз швидкiстю сп, яка дорiвнюе швидкостi газового потоку, i одночасно опускаються вниз iз швидкiстю, рiвною швидкостi кружiння св. Для осадження частинка повинна досягнути дна рашше, тж газо-вий потiк винесе и iз камери. Тому час осадження частинки тос (тос=Н/юв) не повинен перевищувати час перебування и в камерi т1 (т1=Ь/юГ), тобто
Н/юв < Ь/юГ. (2)
~ Бункер для пилу Рис. Схема пилоосаджувальноК камери Виражаючи швидюсть газу через витрату УГ, роздшивши на площу поперечного перерiзу камери (НВ), отримаемо
Н Ь ■ Н ■ СОв
Таким чином,
Уг
Уг = Ь ■ В ■ сов = Ь ■ В
(3)
■ Л2 ■Рч ■ g
' 18 ■и
(4)
1з ще! формули визначають граничну кiлькiсть газу, яку можна пропустите через камеру за умови осадження частинок дiаметром Л. 1з ще! формули можна визначити дiаметр частинок, якi будуть осiдати при вiдомiй витратi газу Уг, тобто
, I 18-/и-Vp d = -, м- (5)
\L-B-рч-g
В шерцшних пиловловлювачах сепарацiя дрiбних частинок забезпе-чуеться дieю гравiтацiйних та шерцшних сил, що дiють на пилову частинку, яка рухаеться в аерозольному потоцi. Ефект ди сил шерцп частинок пилу реалiзо-вуеться за рахунок рiзких змiн напрямку руху пилогазового потоку, коли твердi частинки вдаряються об поверхню вловлюючого апарату та осаджуються в бун-керi [2].
У вiдцентрових пиловловлювачах сепаращя пилу вiдбуваеться пiд дiею вiдцентрових сил, що дiють на пилову частинку, як виникають тд час поступо-во обертального руху пилогазового потоку. Частинки пилу, як досягнули сть нок корпусу циклону, тд дiею обертального потоку, що перемщаеться в осьо-вому напрямку, i сил земного тяжiння рухаються в напрямку до вихщного патрубка корпуса i виводяться iз циклону. З огляду на те, що виршальним фактором, який обумовлюе рух пилу, е аеродинамiчнi сили, а не сили тяжшня, цикло-ни можна розмiщати похило i навiть горизонтально.
У процес руху в обертальному (поворотному) криволшшному потоцi газу частинки пилу знаходяться тд дiею сили тяжiння, вщцентрово! сили i сили опору. Сила земного тяжшня для частинки е порiвняно малою. Швидюсть частинок пилу в циклон можна вважати, з незначною похибкою, рiвною швидкос-тi обертання газового потоку. Ефектившсть вiдокремлення твердих частинок у циклонах розраховуемо за формулою
А-рч-d3 -U- r2
R2
- Н, (6)
де: А - постшний безрозмiрний коефщент; рч - густина частинок, кг/м3; deKe -е^валентний дiаметр частинок, м; r - радiус частинок, м; ич - тангентальна складова швидкостi руху частинок, м/с; R - радiус циклона, м; n - постiйна, що залежить вiд радiуса циклона та робочо! температури; H - висота циклона, м. Стутнь очищення повггря вiд шкiдливих речовин визначаеться
Коч = M-E^SL-100, %, (7)
М3аг.
де: Мвловл - маса пилу, що вловлюеться пилоочищувачем, кг; Мзаг - загальна маса пилу, кг. Величина вщцентрово! сили Рц, що дiе на частинку пилу масою М, буде рiвна
Рц = M^l =ndb-Рч. (8)
ц R 6 И R W
де R - радiус кривизни траекторп в розглядуванiй точщ.
Пiд дiею вщцентрово1 сили частинка набувае швидкост у радiальному напрямку, зазначаючи при своему руш опору газового шару. Рух частинки пилу в радiальному напрямку наближено можна розглядати як проходження через сукупшсть рiвноважних станiв, у кожному з яких змшювана по величинi вщ-
Науковий вкник Н.1Т У Укра'1'ни. - 2013. - Вип. 23.10
центрова сила врiвноважуeться вщповщно змiнювальною силою опору. На ос-новi закону Стокса можна записати
пd3 юр ™
—-— Рч - — = 3-ж---/и-Юпр. (9)
6 К
Таким чином, гранична швидюсть, яку може досягнути частинка пилу в радiальному напрямку, буде рiвною
ю d 3 - Рч ■ юг (10)
ю=^МКГ (10)
Пюля роздiлення змiнних та iнтегрування в межах вщ К1 до К2 i вiд 0 до т отримаемо
(К2-^-^Р*. (11)
4 ' 9-м
З останньо! формули час проходження частинкою шляху (К2 - К1) буде становити
(12)
-2- Рч -юр
Тодi дiаметр частинки, яка за час т пройшла шлях (К2 - К1), буде стано-
вити
- Л(К2 - К2) / м (13)
- = 3^-,—:--, м. (13)
юг- 4Рч - т
Ефективнiсть роботи циклону зростае iз збiльшенням швидкостi газу (юг), розмiру частинки (-) i густини частинки пилу (рч) i зменшуеться iз збшь-шенням в'язкостi газу м i розмiрiв циклону.
Гiдравлiчний отр циклону Ар визначаеться за формулою [2]
Ар = , (14)
де: ; - коефiцiент опору циклону; рг - густина газу в робочих умовах, кг/м3; юц - умовна швидкiсть газу, вщнесена до повного перерiзу циклону в плат, м/с. Коефщент опору циклону залежить вiд дiаметра циклону, концентрацп пилу, компонування циклонiв у грут, оргашзацп виходу газу iз випускно! труби i визначаеться
; = Ку к 2 - ;500 +К3, (15)
де: ;500 - коефщент опору циклону дiаметром 500 мм; К - коефiцiент, що вра-ховуе вплив дiаметра циклону; К2 - коефщент, що враховуе вплив запиленосп газу; К3 - коефщент, що враховуе вплив групового компонування (К3=35 - при двохрядному компонуванш, К3=60 - при круговому компонуванш). Значення ;500 та ;500 для рiзних типiв циклонiв, а також К i К2 наведено в [2].
Густина газiв у робочих умовах [2]
Рг = ро - 273 - --Е6?^--, кг/м3, (16)
(273 + 1г )101,3-103
де: р0 - густина газiв при t0=0 °C i ^0=101,3 -103 Па; tz - температура газiв на входi в циклон, °С; рбаЕ - барометричний тиск, Па; рг - надлишковий тиск (роз-рiдження) газу при входi в циклон, Па.
Якщо густину сухих газiв подано за нормальних умов р0, с, то густина вологих газiв за тих самих умов рiвна
Р0 = а804-(р + х), кг/м3, (17)
0,804 + х
де х - вологовмют газу, кг/м3.
Швидюсть газу в циклонi дорiвнюе витратам газу в робочих умовах V, яю вiднесенi до повного поперечного перерiзу, тобто
« = V = М273 + fc У1,01-105, м/с. (18)
¥ц Ец - 273 - (Ебар ± Ег)
Дослiди показали, що оптимальне значення швидкостi юопт для ЦН-24 -аопт=4,5 м/с, ЦН-15, ЦН-11 - ®оит=3,5 м/с, СКД-ЦН-33, СК-ЦН-22 -а>опт=2,0 м/с, СК-ЦН-34 - а>опт=1,7 м/с. Вщхилення швидкостей не повинно пе-ревищувати ±15 %.
Л1тература
1. Озарив 1.М. Основи техноекологп : навч. пошбн. / 1.М. Озарив, Й.С. Мисак, М.Д. Юрик, 1.А. Соколовський, В.С. Джигирей, I.I. М'якуш. - Льв1в : НВФ "Украшсью технологи", 2009. -336 с.
2. Озарив 1.М. Основи техноекологп: теор1я та практика теплових процеав виробництв т-сового комплексу : монография / 1.М. Озаркiв, 1.А. Соколовський, Р.М. Дадак, Г.В. Сомар, Ю.Р. Дадак, В.С. Козар, О.1. Дерех, М.С. Кобринович. - Льв1в : ЗУКЦ, 2013. - 112 с.
3. Ляшеник А.В. Нова конструкщя асшрацшно! системи для деревообробних тдприемств / А.В. Ляшеник Ю.Р. Дадак // Промислова гщравлжа i пневматика : XIII М1жнар. наук.-техн. конф. АС ПГП, м. Чершпв, 19-20 вересня 2012 р. : матер. конф. - Вшниця : Вид-во ГЛОБУС-ПРЕС, 2012. - С. 115.
Озаркив И.М., Дадак Р.М. Особенности расчета пылеулавливающих аппаратов в процессах механической обработки древесины
Охарактеризованы существующие системы пылеулавливания. Указаны факторы, влияющие на выбор метода очистки. Приведены результаты теоретических исследований по оценке эффективности отделения твердых частиц, степени очистки, а также формулы для определения предельной скорости и сопротивления циклонов.
Ключевые слова: Циклон, пылеуловитель, пылегазовый поток, степень очистки.
Ozarkiv I.M., Dadak R.M. Features of the calculation of dust collecting devices in the processes of mechanical wood processing
Describes the characteristics of the existing dust collection system. Indicates to the factors that influence to the choice of cleaning method. Describes the results of theoretical researches to evaluate the effectiveness of the separation of solids, purity, and formulas to determine the speed limit and resistance to cyclones.
Keywords: the separation of solids, cyclone, collection system.
