Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Анализ технологического процесса производства касторового масла, как источника выделения вредных веществ в рабочую зону и атмосферу 9
1.2 Современное состояние вопросов улавливания выбросов масложирових предприятий 14
1.3 Анализ конструкций электрофильтров, применяемых для улавливания аэрозолей с жидкой дисперсной фазой 20
1.4 Задачи, поставленные к исследованию 24
Выводы по главе 25
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ АСПИРАЦИИ И ВЕНТИЛЯЦИИ ПРОИЗВОДСТВА КАСТОРОВОГО МАСЛА 27
2.1 Анализ состояния воздушной среды на территории предприятия по производству касторового масла 27
2.2 Исследование компонентного состава выбросов системы аспирации от маслоотжимного пресса 30
2.3 Исследование дисперсного состава растительной пыли, входящей в состав аэрозоля 33
2.4 Исследование электрической проводимости аэрозоля, содержащегося в выбросах производства касторового масла 41
Выводы по главе 45
ГЛАВА 3 ТЕОРЕТРТЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИСЛЕДО-ВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛАВЛИВАНИЯ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ ОТ МАСЛООТЖИМНОГО ПРЕССА 47
3.1 Обоснование выбора системы очистки выбросов от маслоот-жимного пресса 47
3.2 Теоретическое исследование параметров, влияющих на эффективность улавливания инерционных газоочистных аппаратов с использованием закрученного потока 49
3.3 Описание экспериментальной установки 54
3.4 Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик предварительной ступени улавливания выбросов от маслоотжимного пресса 55
3.5 Экспериментальные исследования эффективности улавливания предварительной ступени очистки выбросов от маслоотжимного пресса 61
3.6 Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик и эффективности улавливания системы очистки выбросов маслоотжимного пресса от времени работы 66
Выводы по главе 76
ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 78
4.1 Разработка рекомендаций по проектированию цехов производства касторового масла 78
4.2 Рекомендации по совершенствованию систем аспирации на предприятии по производству касторового масла 83
4.3 Разработка системы очистки выбросов от маслоожимного пресса при производстве касторового масла 89
4.4. Разработка и внедрение двухрежимной системы вентиляции на предприятии по производству касторового масла 93
4.5. Экономическая и экологическая эффективность применения разработанных систем очистки 95
Выводы по четвертой главе 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 116
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 118
- Анализ технологического процесса производства касторового масла, как источника выделения вредных веществ в рабочую зону и атмосферу
- Анализ состояния воздушной среды на территории предприятия по производству касторового масла
- Обоснование выбора системы очистки выбросов от маслоот-жимного пресса
Введение к работе
Актуальность проблемы. Значительная часть современных технологических процессов на предприятиях по изготовлению касторового масла сопровождается интенсивным выделением пыли и вредных веществ. К основным источникам выделения можно отнести неорганизованные источники при разгрузке и транспортировании сырья (клещевины), организованные источники на стадиях подготовки сырья к хранению и переработке, а также получения касторового масла на маслоотжимном прессе.
Применяемое в настоящее время в отрасли газопылеочистное оборудование в системах обеспыливающей вентиляции не в полной мере обеспечивает необходимый эффект очистки, вследствие этого концентрации вредных веществ в вентиляционно-технологических выбросах в атмосферу часто превышают предельно допустимые. Недостаточно эффективная работа систем аспирации приводит к превышению концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны над предельно допустимой. Это объясняется в значительной степени тем, что на предприятиях по производству касторового масла для очистки аспирируемого воздуха традиционно применяется такое же оборудование, как и на предприятиях других отраслей промышленности, при этом не учитываются специфические свойства и состав аэрозоля, выбрасываемого в атмосферу.
Для выбросов предприятий по производству касторового масла
характерен неприятный сопутствующий запах и видимость, что является
крайне негативным фактором, поскольку рассматриваемые предприятия, как
производства малой мощности, располагаются в непосредственной близости от
селитебной зоны, а зачастую и в жилых районах. Таким образом, является
актуальным решение задачи совершенствования установок
пылегазоулавливания в системах аспирации производств касторового масла с учетом состава и свойств выделяемого аэрозоля.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы - снижение негативного воздействия на окружающую среду выбросов предприятий по производству касторового масла посредством повышения эффективности систем вентиляции и пыле-, газоулавливания.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
анализ технологического оборудования как источника выделения вредных веществ в рабочую зону и в атмосферу;
исследование компонентного состава выброса в атмосферу от маслоотжимного пресса,
анализ дисперсного состава пыли растительной, являющейся одним из компонентов выброса;
разработка системы улавливания выбросов от маслоотжимного пресса;
теоретическая и экспериментальная оценка эффективности улавливания вредных веществ и аэродинамического сопротивления разработанной системы.
Основная идея работы состоит в использовании для улавливания вентиляционно-технологических выбросов системы очистки, в которой последовательно установлены концентратор, набор фильтрующих металлических решет и электрофильтр.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, моделирование изучаемых процессов, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики газа и теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментальных исследований и подтверждена удовлетворяющей
сходимостью теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях. Научная новизна работы состоит в том, что:
установлены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность и аэродинамическое сопротивление разработанной системы при улавливании аэрозоля, выделяющегося от маслоотжимного пресса;
установлены экспериментальные зависимости концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны производства касторового масла от интенсивности местных отсосов;
установлена экспериментальная зависимость, характеризующая интенсивность налипания пылевых частиц на стенки воздуховодов систем вентиляции производств касторового масла;
определены и систематизированы данные об основных свойствах и составе аэрозоля, выделяемого при производстве касторового масла.
Практическое значение работы:
разработана и внедрена на Волгоградском заводе по производству касторового масла система улавливания аэрозоля, содержащегося в выбросах маслоотжимного пресса, новизна которой подтверждена патентом на полезную модель Российской Федерации за №50863;
разработаны и внедрены на Волгоградском заводе по производству касторового масла рекомендации по проектированию систем аспирации;
разработана и внедрена на Волгоградском заводе по производству касторового масла двухрежимная система вентиляции.
Реализация результатов работы: -рекомендации по проектированию систем вентиляции и аспирации внедрены ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации для предприятий отрасли;
- с учетом разработанных рекомендаций проведена реконструкция систем
вентиляции и аспирации предприятия ООО «Касторсервис»;
- материалы диссертационной работы использованы кафедрой
«Отопление, вентиляция и экологическая безопасность» Волгоградского
государственного архитектурно-строительного университета при подготовке
инженеров по специальности 2907.00 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований по определению необходимой интенсивности местных отсосов для обеспечения нормативной концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны производства касторового масла;
экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность и аэродинамическое сопротивление разработанной системы улавливания;
данные исследований состава и основных свойств аэрозоля, образующегося при производстве касторового масла и поступающего в воздух рабочей зоны.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались
и получили одобрение на: международной научной конференции «Качество
внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2004); научно-
технической конференции «Проблемы охраны производственной и
окружающей среды» (Волгоград, 2005г.); ежегодных научно-технических
конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ
(2002-2005 гг).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 10 работах, 1 патенте на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 161 страницы, в том числе: 117 страниц - основной текст, содержащий 21 таблицу на 22 страницах, 25 рисунков на 21 странице; список литературы из ИЗ наименований на 13 страницах, 5 приложений на 43 страницах.
Анализ технологического процесса производства касторового масла, как источника выделения вредных веществ в рабочую зону и атмосферу
Практика свидетельствует, что к настоящему времени сложилось несколько подходов аппаратного оформления прессового способа добычи масла для маслозаводов малой мощности. При создании предприятий производительностью до 10 т/сут характерным является отказ от некоторых технологических операций и сохранение главного- устройства для отжима масла[39].
Общая схема производства растительных масел на заводах малой мощности приведена на рис. 1.1. Как правило, производство состоит из приемки, подготовки к хранению масличных семян, подготовки сырья к прессованию и непосредственно отжима масла, механической очистки масла от твердых примесей [39,57,59].
Перед подачей масличных семян в пресс необходимо произвести предварительную подготовку материала. Подготовка заключается в отделение оболочки от ядра, подогреве, обжарке масличного материала, увлажнении и его мятке. После прохождения этой стадии масличный материал с температурой 90-100С подают в пресс.
Принцип работы шнековых прессов остается общим, несмотря на их различные конструкции. При вращении шнекового вала, помещенного в зе-ерный барабан, т.е. барабан, собранный из зеерных пластин с малыми зазорами между ними, происходит транспортирование прессуемого материала от места загрузки к выходу. В результате уменьшения свободного объема витков по ходу движения материала, из-за уменьшения шага и увеличения диаметра тела витка от начала к концу шнекового вала, материал подвергается сжатию. При этом в материале возникает давление, которое отжимает масло. Масло проходит через зазоры в зеерном барабане и собирается в поддоне.
Давление, возникающее в зеерных камерах, приводит к интенсивному трению и, как следствие, к повышению температуры. При использовании тихоходных прессов температура в зеерных камерах достигает 140-1бОС при скорости вращения рабочего вала 12-25 об/мин [39,57,59].
Полученное масло содержит твердые частицы. Количество примесей может быть значительным, поэтому в классических схемах используется отстаивание, а затем фильтрация масла.
Данная схема приемлема при производстве основных видов масличных культур. При производстве касторового масла имеются некоторые изменения в технологии получения в связи со специфическими свойствами сырья- клещевины. В отличие от других видов масличных культур клещевина имеет большую масличность и большое содержание белковых и слизистых веществ.
Производство касторового масла отличается более тщательной очисткой семян, поступающих на предприятие, и более жесткими требованиями к содержанию свободной влаги в семенах — до 5,5-8%. Это вызвано тем, что перед прессованием отсутствует предварительная подготовка из-за специфических свойств масличных семян [66,57,59,29,58,68]. Схема технологического процесса производства касторового масла на Волгоградском предприятии по производству касторового масла приведена на рис. 1.2.
В процессе подготовки семян клещевины к хранению и переработке используются такие операции, как сушка, обрушивание коробочек и третинок, очистка от шелухи и сорной примеси. При проведении данных процессов происходит выделение растительной и минеральной пыли, количество которой зависит от состояния масличных семян и степени их засоренности минеральными примесями. Как правило, содержание сорной примеси для заготовляемых семян клещевины составляет не более 10% [87], а запыленность воздуха на производственных и заготовительных участках не должна превышать 5мг/м3[107].
Анализ состояния воздушной среды на территории предприятия по производству касторового масла
Проведенный анализ показал, что основные исследования направлены на разработку систем вентиляции и улавливания вредных веществ в целом для всех предприятий масложировой промышленности. Подобные исследования для производства касторового масла проведены не достаточно полно, что приводит к превышению концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе над ГТДК [69,68].
Эффективность систем аспирации и вентиляции во многом зависит от обоснованности и достоверности исходных данных, среди которых должны быть следующие сведения: полная характеристика пыли; материалы, из которых она образована; дисперсный состав и физико-механические свойства; объем воздуха, подлежащего очистке, его возможные колебания; фактическая концентрация пыли в выбросе; значения допустимой концентрации пыли в очищенном воздухе; компонентный состав выброса; фактическая концентрация газов в выбросе; допустимая концентрация газов в очищенном воздухе; режим работы технологического оборудования [38].
Для получения достоверных исходных данных при проектировании систем аспирации и вентиляции представляется целесообразным определить концентрацию загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоне завода по производству касторового масла, на территории предприятия, на границе СЗЗ.
Исследования проводились на примере Волгоградского завода по производству касторового масла [68]. На рис. 2.1 приведена ситуационная карта-схема предприятия с нанесенными источниками выбросов и точками замера концентрации. Характеристики источников выбросов даны в таблице приложения 1. Основные источники выбросов находятся на участке подготовки и хранения семян и участке прессования и фильтрации.
Исследование проб воздуха велось по основным веществам, наиболее характерным для предприятий пищевой промышленности, перечень которых приведен в табл. 2.1. Пробы отбирались при включенном оборудовании и полном соблюдении технологического режима. Величины концентраций веществ определялись по [92-105,112,113,84,85],
Обоснование выбора системы очистки выбросов от маслоот-жимного пресса
Проведенный анализ показал, что для очистки аэрозолей масложиро-вых производств целесообразно использовать электрофильтры, позволяющие также снизить неприятный запах и видимость выбросов.
Электрофильтры, как достаточно сложное и дорогостоящее оборудование, обеспечивающее тонкую очистку воздуха, обычно компонуют с другими пылеулавливающими устройствами, устанавливаемыми на начальных ступенях очистки, В результате повышается экономичность использования электрофильтров и обеспечивается более полная очистка.
Особенно важна первая ступень при улавливании масляных аэрозолей, так как в этом случае происходит налипание уловленной пыли на осадитель-ные электроды, что усложняет и удорожает обслуживание электрофильтров.
Проведенный литературный анализ показал, что в качестве первой ступени очистки часто используются инерционные газоочистные аппараты -циклоны, однако, как указано выше их эффективность не достаточно высокая [79]. При эксплуатации системы газоочистки на Волгоградском заводе по производству касторового масла, включающей в себя предварительную очистку газа в циклоне и окончательную очистку в электрофильтре (ФЭКВ), наблюдалась нестабильная работа электрофильтра, вызванная быстрым загрязнением электродов, что приводило к частому отключению аспирациоинои системы и остановке технологического процесса. Следует отметить, что технологический процесс производства касторового масла допускает полную остановку технологического оборудования не более 2 раз в месяц - это объясняется большими потерями сырья и сильным износом деталей при пуске оборудования (маслоотжимного пресса) [67],
Поэтому необходима установка дополнительного газоочистного оборудования, позволяющего повысить эффективность улавливания перед электрофильтром. С этой цель предложено использовать газоочистной аппарат, работающий на принципе фильтрования через пористую среду. Для выбора фильтрующего материала были проведены опытно-промышленные исследования по определению аэродинамических характеристик и эффективности улавливания фильтровальных тканей и металлических решет. Результаты испытаний представлены в табл. 3 Л.
Анализ полученных результатов показал, что при использовании в качестве пористой среды фильтровальных тканей происходит значительный рост аэродинамического сопротивления за 12 часов испытания. Необходимо отметить, что очистка загрязненной фильтровальной ткани сложна, что практически не дает возможности использовать ткань повторно. Поэтому для предварительного улавливания масляного аэрозоля целесообразно использовать систему металлических решет.
Таким образом, для улавливания аэрозоля производств касторового масла, предложена система очистки, которая включает в себя предварительную ступень - концентратор в виде циклона и систему металлических решет и окончательную очистку на электрофильтре.
Для определения наиболее эффективных условий работы предварительной ступени очистки представляет интерес провести экспериментальные исследования по определению аэродинамических характеристик и эффективности улавливания при различных режимах работы,
