Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристика и анализ пылегазовых и современных способов пылеулавливания в аспирационных системах при хранении и переработке зерна
1.1. Технологические особенности производства на зернопере-рабатывающих предприятиях и характеристика аспирируемых пылегазовых выбросов
1.2. Токсикологическое воздействие пыли и медикоэкологический мониторинг 21
1.3. Обзор и анализ современных способов и средств очистки пылегазовых выбросов 27
1.4. Постановка задач исследования 40
Глава 2. Методологическое обеспечение пылегазовых измерений. обработка результатов измерений 42
2.1. Определение массовой концентрации и дисперсности пыли в пылегазовом потоке 43
2.2. Пневмометрические измерения и снятие скоростных полей ... 53
2.3 Анализ физико-химических свойств пылей 57
2.4. Ошибки измерений и их оценка 59
2.5. Преимущества предлагаемого методологического комплекса перед традиционным подходом 61
Глава 3. Особенности разделения пылегазовых систем фильтрующими слоями 63
3.1. Анализ механизмов процесса разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой пористыми фильт ровальными перегородками 63
3.2. Анализ способов и выбор перспективных направлений регенерации фильтрующих слоев
3.3. Анализ гидродинамических особенностей и кинетических закономерностей динамической регенерации фильтровальных перегородок связанного типа 80
3.4. Разработка математической модели движения и сепарации твердых частиц при динамической регенерации 83
3.5. Выводы и предварительные практические рекомендации производству 93
Глава 4. Экспериментальные исследования. результаты и обсуждение 95
4.1. Разработка опытно-промышленной установки и лабораторных стендов 95
4.2. Выбор решения для улавливания и утилизации пылевых выбросов при хранении и переработке зерна 100
4.3. Экспериментальная оценка кинетики фильтрования. Интер- претациярезультатов 112
4.4. Экспериментальные исследования процессов динамической регенерации 117
4.5. Выводы и рекомендации 127
Глава 5. Перспективные инженерные решения. техно-экономические и социальные аспекты при использовании фильтров в технологии хранения и переработки зерна 129
5.1.Перспективные конструктивные решения фильтров (разработки автора) 129
5.2. Экономическое сравнение различных пылеуловителей 134
5.3.Экономическая концепция защиты атмосферы Г40
5.4. Расчет социально-экономической эффективности мероприятий по защите атмосферы от пылегазовых выбросов 142
Основные выводы по диссертации 145
Список использованных источников 147
Приложения 165
- Токсикологическое воздействие пыли и медикоэкологический мониторинг
- Пневмометрические измерения и снятие скоростных полей
- Анализ способов и выбор перспективных направлений регенерации фильтрующих слоев
- Выбор решения для улавливания и утилизации пылевых выбросов при хранении и переработке зерна
Введение к работе
Выполненная работа посвящена решению важной задачи - разработке высокоэффективных зернистых фильтров со связанной структурой для тонкой очистки и утилизации промышленных аспирационных выбросов при хранении и переработке зерна
Актуальность темы Экологическая ситуация в РФ приобрела достаточно напряженный характер. На протяжении последних лет нарастает разрушение и загрязнение окружающей природной среды
Интенсификация технологических процессов в промышленности, создание высокопроизводительных энерго- и ресурсосберегающих систем, разработка и внедрение нового технологического оборудования резко увеличили выброс в атмосферу значительного количества токсичной пыли и вредных газообразных примесей, многократно превышающих действующие нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) В этой связи решение проблемы надежного санитарного и технологического пылеулавливания в пищевой промышленности, в частности, при переработке зерна, приобретает особое значение
Применяемые ранее для этой цели традиционные способы очистки и пылеулавливающее оборудование не соответствуют современным нормам ПДВ, социальным и коммерческим перспективам отрасли
Важным звеном решения проблемы, наряду с модернизацией действующего пылеулавливающего оборудования, является создание принципиально нового, конкурентноспособного и превосходящего по техническому уровню зарубежные аналоги
При этом особое внимание уделяется защите окружающей среды от вредных выбросов при одновременной утилизации уловленной пыли
До настоящего времени отсутствует фильтр тонкой очистки, ориентированный на зерноперерабатывающее производство и имеющий свои конструктивные и эксплуатационные особенности При разработке таких фильтров возникает проблема выбора фильтровального материала, который должен обладать оптимальным комплексом гидродинамических и физико-химических свойств Особого внимания требует и нерешенная до сих пор проблема сочетания повышения эффективности очистки при одновременном снижении гидравлического сопротивления и уменьшении габаритов установки Совокупность этих вопросов обуславливает актуальность разработки высокоэффективного аппарата очистки от пыли аспирационных выбросов при хранении и переработке зерна Несмотря на обилие научных публикаций, относящихся к анализу и разработке зернистых фильтров, ряд специфицеских вопросов, свя-
занных с их применением для пылеулавливания из технологических и аспирационных выбросов при хранении и переработке зерна остаются нерешенными.
Весьма перспективными для высокоэффективного сухого пылеулавливания являются зернистые фильтры. Преимущества этих фильтров - высокая степень очистки, прочность и термостойкость в сочетании с хорошей проницаемостью, способность противостоять резким изменениям давления, коррозионностоикость, возможность регенерации различными способами, легкость и разнообразие форм соединения отдельных фильтрующих элементов
Диссертация выполнена в соответствии с планом НИР кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (№ госуд. регистр 01960006217)
Цель работы состоит в создании, апробировании и внедрении в практику оригинальных унифицированных модулей зернистых фильтров для тонкой очистки технологических и аспирационных выбросов от пыли при хранении и переработке зерна, обладающих наряду с требуемой степенью очистки, рациональными параметрами Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи.
-исследование особенностей технологии и физико-химических свойств зерновых продуктов,
-анализ современных способов пылеулавливания и утилизации пылевых выбросов, перспективных для решения поставленной задачи,
-исследование фильтрационных и физико-механических свойств серии материалов из пористых металлов,
-анализ влияния основных факторов и механизмов на процессы разделения пылегазовых систем,
-разработка надежной системы регенерации фильтровального материала;
-разработка и внедрение в производство оптимальных конструкций фильтров
Методы исследования и достоверность результатов основаны на совместном использовании классических закономерностей механики аэрозолей, теории фильтрования и аэрогидродинамики пылегазовых потоков, разработанных НА Фуксом, ИВ Петряновым-Соколовым, Б П Медниковым, В А Жужиковым, Т А Малиновской, И Б Идельчи-ком, Ю В Красовицким, А Ю Вальдбергом, которые в сочетании с экспериментально-статистическими методами анализа обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов При
этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 20 % с доверительной вероятностью 0,95
Научная новизна работы состоит в следующем
впервые показана и научно доказана целесообразность применения фильтров из зернистых материалов для тонкого обеспыливания технологических и аспирационных выбросов при хранении и переработке зерна Для решения этой задачи сформирован представительный банк данных, содержащий сведения о физико-химических параметрах соответствующих пылегазовых потоков, токсикологическом воздействии зерновой пыли на организм и современных высокоэффективных способах сухого пылеулавливания,
исследованы физико-химические свойства зерновой пыли При этом впервые в технологии хранения и переработки зерна показана целесообразность изокритериального отбора пылегазовых проб и разработано оригинальное устройство для обеспечения представительного отбора этой пробы,
на основе выполненного в работе анализа кинетических закономерностей и механизмов процесса фильтрования, основанного на дифференциальных уравнениях фильтрования гетерогенных систем и применении современных способов факторного планирования, предложены и апробированы расчетные зависимости и интерполяционные модели для оценки и прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров фильтров из пористых металлов - перепада давления и эффективности,
созданы оригинальные унифицированные лабораторные стенды и опытно - промышленные установки, представляющие интерес для ряда отраслей пищевой промышленности (пивоваренной, спиртовой, крахмало -паточной),
обоснован, разработан и апробирован высокоэффективный способ динамической регенерации фильтра из пористого металла,
разработана математическая модель движения твердой частицы в центробежном поле зернистого фильтра, позволяющая прогнозировать оптимальные эксплуатационные параметры при реализации процесса динамической регенерации;
разработана новая экономическая концепция защиты атмосферы от пылевых выбросов, образующихся при хранении и переработке зерна в пищевой технологии При этом определены основные показатели для расчета экономических мероприятий по защите атмосферы Выполненное в работе экономическое сравнение различных пылеуловителей по-
казывает безусловные преимущества применения зернистых фильтров для решения поставленных задач по сравнению с другими системами пылеулавливания
На защиту выносятся указанные выше положения, составляющие научную новизну работы.
Практическая ценность диссертации.
Разработаны и переданы заинтересованным предприятиям и организациям (ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод», ОАО «Воронежская хлебная база», ОАО «Аннинский элеватор», Филиал ФГУП «Татспиртпром» «Тюрнясевский спиртзавод») конкретные и тщательно апробированные рекомендации по усовершенствованию, модернизации, эксплуатации и новым методам расчета фильтров из пористых металлов. Отдельные аспекты работы используются систематически в практике ряда высших учебных заведений - Воронежской государственной технологической академии, Нижегородского государственного технического университета
Специальные рекомендации по методологии и проведению пыле-газовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).
Новизна технических решений защищена патентами РФ (№№ 2205678,2276618,2310498) Апробация работы.
Результаты выполненных исследований доложены и обсуждены.на Международной конференции «Инженерная защита окружающей среды», Москва, МГУИЭ, 2001, 2003, Международной научно-практической конференции "Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства сельхозпродкуции", Воронеж, ВГАУ 2003, Международной научной конференции «Энергоресурсосберегающие технологии и оборудование Экологически безопасные производства», Иваново, ИГХТУ, 2004, IX Всероссийском конгрессе «Экология и здоровье человека», Самара, 2004, XLI, XLII, XLIII, XLIV отчетных научных конференциях ВГТА, Воронеж, ВГТА, 2002, 2003, 2004, 2005, Международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии развития» - Тамбов, ТТГУ, 2004 , V Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности», Пенза, МНИЦ, 2005, 2-ой Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса», Тамбов, ТТГУ, 2006, XIX Международной
конференции «Математические методы в технике и технологиях», ММТТ-19, Воронеж, ВГТА, 2006.
Результаты работы демонстрировались на региональной выставке «Кадры и инновации для пищевой и химической промышленности», посвященной 75-летию Воронежской государственной технологической академии и отмечены дипломом выставки за проект «Разработка аэродинамических способов повышения эффективности зернистых фильтров и методов их регенерации» Публикации.
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 173 наименований и приложений Работа изложена на 183 страницах машинописного текста и содержит 67 рисунков, 15 таблиц, и 13 приложений
Токсикологическое воздействие пыли и медикоэкологический мониторинг
Качество воздуха в помещениях, его воздействие на организм человека, влияние на оборудование и технологические процессы в значительной мере обусловлены содержанием в нем взвешенных частиц, главным образом, пыли. Присутствие в воздухе пыли отражается на здоровье человека, находящегося в производственном помещении.
Пыль пищевых производств характеризуется большим разнообразием своих свойств: химическим составом, размером частиц, их формой, характером краев частиц, плотностью и т. д. Соответственно очень разнообразно негативное воздействие пыли на организм человека.
Известный русский гигиенист Ф. Ф: Эрисман отмечал, что пыль причиняет вред организму человека в результате механического воздействия (повреждение дыхательных органов острыми кромками пыли); химического (отравление ядовитой пылью), бактериологического (проникновение в организм вместе с пылью болезнетворных бактерий):
Подвижность воздуха в производственных помещениях обусловлена наличием в помещениях источников тепла и возникновением в связи с этим конвективных токов; движением механизмов, частей машин, перемещением заводского транспорта, людей и т. д. Вследствие всех этих причин в производственных помещениях скорость движения воздуха обычно не бывает менее 0,1 м/с. Такая скорость вполне достаточна для того; чтобы препятствовать осаждению малых частиц. В производственных помещениях имеется некоторая запыленность даже в то время, когда производственное оборудование не работает, так как мелкие частицы витают в воздухе и не успевают осаждаться в нерабочий период.
При ручной уборке, которая еще широко применяется в производственных помещениях,, осевшая пыль в большом количестве поднимается в воздух и резко увеличивает его запыленность.
По мнению гигиенистов [25, 68,69], пылевые частицы размером менее/ 5 мкм способны проникать в легкие; вплотьsдо альвеол. Пылинкифазмером; 5—10 мкм в основном задерживаются в верхних дыхательных путях и в бронхах и в легкие попадают в небольшом количестве. Частицы, размером более 10 мкм почти; не проникают в легкие, задерживаясь в верхних дыха-т тельных путях, и, кроме того, обычно довольно быстро осаждаются.
При вдыхании частицы пыли вместе с потоком воздуха попадают в легкие. При этом определенное количество частиц в зависимости от их размеров и в соответствии с физическими законами осаждается в дыхательных путях, как это показано на рис. 1.5[159], 1.6[162]. Из рисунков видно, что частицы диаметром 0,1-5 мкм могут осаждаться в альвеолах, а более крупные частицы задерживаются слизистыми оболочками носовой полости, горла, трахеи, бронхов. Высокодисперсная пыль проникает во внутренние ткани и лимфатическую систему.
Отрицательное влияние пыли на человека, как было отмечено ранее, определяется суммарным фиброгенным, раздражающим, аллергическим, канцерогенным и общетоксическим воздействием [9, 155].
К заболеваниям органов дыхания относятся аллергия, вызванная мукой, хронический ринит, бронхиальная астма, хронический спастический бронхит мельников и эозинофильная пневмония. Эти заболевания возникают как вследствии аллергического воздействия взвешенных в воздухе частиц пыли и индивидуальной чувствительности к ним, так и в результате механического воздействия частиц пыли, осаждающихся на слизистых оболочках или попадающих в дыхательные пути. Отмечаются случаи относительно серьезных заболеваний бронхов. Мучная пыль не оказывает фиброгенного воздействия, и болезнь развивается медленно; для нее характерны доброкачественная ранняя фаза и прогрессирующие изменения дыхательной функции на более поздних этапах. Больной страдает от частых приступов астмы [25].
Бобовые и некоторые злаковые могут быть причиной зуда и множественных узелковых поражений. Чаще всего эти заболевания вызываются паразитами злаковых культур.
Рабочие мукомольных заводов могут также страдать аллергическими кожными заболеваниями, вызываемыми плесневыми грибками, которые развиваются в хранящейся муке.
Воздействие зерновой пыли на органы зрения приводит к воспалительным процессам — конъюнктивитам. Раздражающее действие на кожу вызывают дерматиты.
При хранении арахиса, семян хлопчатника и некоторых сортов пшеницы, сои, сорго и ячменя в них могут образовываться афлатоксины. Они попадают в организм человека, накапливаются в печени. Установлено канцерогенное действие афлатоксинов на животных, однако их влияние на человека до конца не выяснено. Канцероген техногенного происхождения действует на механизмы биохимической регуляции, трансформируя нормальные клетки в злокачественные. Злокачественные опухоли, вызываемые внешними факторами, можно считать необратимым результатом воздействия определенной дозы повреждающего химического или физического агента. [19, 33, 83].
В пищевых производствах запыленность производственных помещений приводит к нарушению санитарного режима и ухудшению качества продукции.
Органическая пыль, в частности пыль растительного происхождения, может быть питательной средой для развития микроорганизмов. Например, были обнаружены значительные количества бактерий в мучной пыли на мельницах (стафиллококк, стрептококк и др.) [68,155].
Пневмометрические измерения и снятие скоростных полей
Измерения производили при установившемся движении пылегазового потока; определению параметров потока предшествовал выбор места для отбора проб.
Согласно принятым в РФ стандартам [43, 45] необходимая длина прямолинейного участка газохода, в котором производятся измерения должна составлять не менее 4-5 его диаметров. Однако при современных компоновках газоочистного оборудования эти условия достаточно сложно реализовать. Поэтому для получения достоверных данных в работе использованы выравнивающие устройства: плоские, стержневые и жалюзииные решетки, проволочные сетки, направляющие лопатки и т.д.[ 13, 62, 63,138].
Пневмометрическая трубка НИИОГАЗ Для измерения динамических напоров пневмометрической трубкой и статических давлений в газоходах применялись соответственно микроманометры ММН и U-образные манометры. Схема проведения пневмометриче-ских измерений приведена на рис. 2.10. Расположение трубки в газоходе соответствовало рекомендациям [37].
Схема проведения пневмометрических замеров: 1 - газоход; 2 - пневмометрическая трубка; 3 - резиновая трубка; 4 - микроманометр ММН; 5 - штуцер В настоящее время большое применение находят микроманометры ММН (микроманометр многопредельный для измерения избыточного давления Н) (рис. 2.11), в которых цилиндрическая чашка имеет вертикальную ось, поэтому площадь сечения жидкости в чашке и точность измерения постоянны.
Диапазон измерений перепада давлений в манометре ДМЦ-01/М находится в пределах 0...2000 Па и О..ЛООООПа. Основная приведенная погрешность измерения 1%.
В манометр ДМЦ-01/М встроен микропроцессор, обеспечивающий автоматическую установку нуля, измерение и накопление данных по сечению воздуховода, расчет локальных скоростей и расхода воздуха с коррекцией по температуре потока, расчет средней скорости и расхода воздуха по измерениям в точках мерного сечения. После каждого измерения на индикаторе одновременно появляются: значение динамического давления, локальная скорость в данной точке, средняя скорость за N измерений, значение расхода воздуха. I Прибор имеет небольшую массу и малые габариты — 170x110x35мм.
Сведения о физико-химических свойствах пылей (плотность, слипае-мость, угол откоса, смачиваемость, абразивность) используют при расчете пылеуловителей, газоходов, бункеров, арматуры и вспомогательных устройств пылегазового и пылевого трактов, а также для оценки экономического эффекта при утилизации уловленной пыли [137].
Плотность (истинная и насыпная). Истинная плотность пыли представляет собой массу единицы объема частиц, не имеющих пор и, в основном, определяется химическим и» минералогическим составом [18, 81]. Насыпная плотность является массой единицы объема пыли и находится в прямой зависимости от степени диспергации [81].
Слипаемостъ пыли - способность частиц взаимодействовать между собой (аутогезия) и с твердой поверхностью (адгезия) за счет поверхностных сил сцепления [60, 61]. В процессе фильтрования адгезия способствует удержанию частиц при соприкосновении с фильтрующим элементом и предотвращает унос пыли при прохождении газа. Сведения об адгезионных свойствах пыли позволяют квалифицированно подойти к выбору фильтрующих материалов, методов регенерации и оптимальных условий эксплуатации пылеуловителей [120].
Для количественной оценки значения Р и определения группы слипаемости нами использован метод разъемного цилиндра, разработанный в НИИОГАЗ [7]. Исследования, проведенные на универсальном адгезиометре УА - 64, показали, что зерновую пыль следует отнести к группе среднеслипающихся пылей. Сыпучесть характеризует подвижность частиц относительно друг друга и способность их перемещаться под действием внешней силы. Эта величина, характеризуемая углом естественного откоса, определяет поведение пыли в бункерах пылеулавливающих установок, наклон стенок которых выбирают с учетом сыпучести пыли. Для определения угла естественного откоса зерновой пыли нами использован прибор Меринга-Баранова [80]. .
Абразивностъ характеризует эрозионные свойства пыли и должна быть учтена при проектировании и эксплуатации систем газоочистки. Истирающее действие пыли учитывают при выборе скоростей запыленных потоков, толщины металла для изготовления газоходов и газоочистных установок, а также при выборе футеровки и облицовочных материалов.
Анализ способов и выбор перспективных направлений регенерации фильтрующих слоев
Разработка эффективных методов регенерации фильтров - актуальная задача, решение которой определяет возможность длительного использова ния фильтров вшромышленных условиях. Практика эксплуатации фильтров показала, что даже если фильтровальная, перегородка обеспечивает высокую степень очистки, но трудно поддается регенерации, то такие фильтровальные установки не находят промышленного применения. Анализ патентной информации показал,, что половина технических решений относится к системе регенерации. На рис. 3.4 представлена классификация тканевых фильтров по способу регенерации фильтрующих элементов, а на рис. 3.5 приведены схемы различных способов регенерации.
В настоящее время наибольшее распространение получили следующие методы регенерации фильтровальных слоев: встряхивание (для рукавных фильтров); обратная продувка; поэлементная; струйная продувка; импульсная; регенерация; и различные комбинации вышеперечисленных методов[56, 90].
Механическое встряхивание является самым старым способом регенерации фильтровального материала (Рис.3;5 г, д) [34,.90; . 148]. В 1886 году Beth получил патент на первый рукавный фильтр,, который использовался в мукомольных мельницах. (Patent No. 38396 1886г. Schlauchfilter тії selbsttati-ger Reinigungsvorrichtung- Фильтр рукавный с самостоятельным устройством для очистки). Он основан на сотрясении рукавов в вертикальном или горизонтальном направлении, в результате механического воздействия осадок пыли, накопленный на этой поверхности, разрушается, а затем осаждается в бункерную часть аппаратов посредством силы тяжести.
Однако производительность их несколько снижена за счет подсоса воздуха в период регенерации фильтровального материала. Обратная продувка обычно сопровождается плавной деформацией фильтровального материала, которая не действует так отрицательно на волокна как, например, механическое отряхивание. Вследствие этого, способ регенерации обратной продувкой может применяться в фильтрах с тканями, имеющими пониженную стойкость к излому волокон.
Основным недостатком метода обратной продувки является неравномерное удаление пылевого осадка с поверхности фильтровального элемента и как следствие недостаточная эффективность регенерации, а также необходимость остановки процесса фильтрования на период регенерации. К тому же фильтры с таким методом регенерации не являются достаточно экономичными вследствие большого расхода продувочного газа.
Поэлементная струйная продувка осуществляется обратной продувкой фильтровальных элементов воздухом под давлением через подвижное относительно фильтровального элемента продувочное устройство (рис.3.5 в) [148, 173].
Регенерация данным методом проводится без остановки процесса фильтрования (отключения газового потока).
Фильтры со струйной продувкой имеют относительно небольшое гидравлическое сопротивление, что дает возможность работать на повышенных скоростях фильтрации. Однако это преимущество одновременно является и недостатком, поскольку излишне удаляется практически весь пылевой слой, который в основном и является фильтрующим. Другими недостатками метода регенерации с поэлементной струйной продувкой является невозможность обеспечения хорошей надежности устройств, реализующих данный метод, ввиду использования множества механических подвижных элементов и повышенные затраты на регенерацию.
Импульсная продувка — один из эффективных методов удаления слоя пыли с поверхности фильтровальных элементов, состоящий в подаче высокого давления в полость фильтра. Импульс газа проходит через фильтровальный элемент, в результате чего он раздувается, деформируя пылевой слой, который легко отделяется обратным потоком воздуха [20, 21, 39, 56, 66, 153].
В фильтрах отсутствуют какие-либо движущиеся узлы и детали, что обуславливает повышенную надежность конструкции.
Метод импульсной продувки лишен многих недостатков других методов, однако зависимость эффективности регенерации фильтровальных элементов от конструктивных и технологических параметров реализующих его устройств мало изучена.
К основным недостаткам следует отнести: невозможность применения в качестве фильтровального материала стеклотканей, из-за их быстрого разрушения при трении о каркас; повышенные требования к монтажным работам, из-за необходимости тщательной центровки регенерирующих сопел с осью рукавов; необходимость наличия дополнительного пространства над фильтром для выемки каркасов; необходимость наличия сжатого воздуха повышенной чистоты давлением до 6 атм.
Одним из эффективных методов регенерации фильтровального материала является метод, основанный на использовании центробежных сил (рис.3.5 ж) [1, 5, 36, 54, 64, 87, 91], под действием которых частицы пыли удаляются с поверхности вращающихся фильтровальных элементов в процессе непрерывной фильтрации газа. Фильтр с непрерывной регенерацией, как правило, имеет каркасную конструкцию тарельчатой формы или в виде цилиндра или звездочки. На частицы пыли, поступающие с газом, особенно вблизи фильтрующей поверхности, действует центробежная сила, стремящаяся отбросить эти частицы от поверхности. При непрерывном вращении фильтрующего элемента на поверхность ткани попадают только мелкие частицы пыли, образующие на ней пылевой слой.
Обороты фильтрующего элемента должны быть такими, при которых центробежная сила, отрывающая слой пыли, должна быть больше сил сцепления его с фильтровальной поверхностью. К недостаткам фильтра следует отнести громоздкость конструкции, малую производительность, относительно большие энергетические затраты. Так как при фильтровании высокодисперсных аэрозолей основное сопротивление оказывает слой осадка, любые методы непрерывного удаления его с перегородки значительно интенсифицируют процесс. Работа фильтра осуществляется следующим образом: Запыленный газ подается в корпус фильтра через коллектор, который равномерно распределяет поток к каждому фильтровальному элементу. Лопасти крыльчатки 9 вращаются между секциями фильтровальных элементов. При вращении вала с крыльчаткой внутри корпуса наиболее крупные частицы пыли по инерции движутся к стенкам корпуса и ссыпаются в бункер.
К методам разрушения структуры и удаления осадка в результате непрерывной турбулизации в узком зазоре между вращающимися и неподвижными элементами, реализуемых в разработанной конструкции, относятся: непрерывное сдувание частиц скоростным напором пылегазового потока, пульсация центробежная сила.
В связи с тем, что фильтрование в динамическом фильтре происходит практически через перегородку, загрязненную частицами твердой фазы, а не через непрерывно растущий слой осадка, скорость фильтрования снижается незначительно на протяжении всего процесса.
Регенерация может быть постоянной (различной скоростью вращения вала можно регулировать толщину пылевого слоя на элементах, и как следствие эффективность фильтра) или периодической (по достижению определенного перепада давления). Таким образом, аэродинамический режим работы позволяет проводить процесс фильтрования с регулируемым перепадом давления на фильтровальной перегородке.
Производительность динамического фильтра непосредственно связана со скоростью вращения вала, величиной давления и расстоянием между неподвижными и вращающимися поверхностями.
Выбор решения для улавливания и утилизации пылевых выбросов при хранении и переработке зерна
Основной задачей в решении проблемы пылеулавливания методом фильтрования является подбор фильтровального материала. Важными показателями, характеризующими работу фильтра, являются: достаточно полное улавливание пыли при умеренном гидравлическом сопротивлении и удовлетворительная-долговечность материала в рабочих условиях, главным образом химическое сопротивление среде и хорошая регенерируемость.
Для сравнительной оценки гидравлических и фильтрационных свойств нами были исследованы следующие материалы: металлические ткани С120 (ГОСТ 3187-76) и Bekipor фирмы Bekaert (Бельгия), металлокерамическая фольга - ФНС-5 (ЧМТУ-892-79) и фетр из металлических волокон- МФ (ТУ 14-1-2173-77); полиэстровая ткань с ПЭТФ мембраной MikroTEX фирмы ВНА (Германия-США), перфорированная металлическая фольга ИФ фирмы HEIN, LEHMANN AG (Германия). Данные материалы, по нашему мнению, являются перспективными для применения в пищевой промышленности в частности на предприятиях по хранению и переработке зерновых продуктов. Образцы исследуемых фильтровальных материалов, показаны на рис.4:7.
Подбор фильтровальных материалов осуществлялся в соответствии, со следующими условиями: 1. Наличие субмикронных частиц. 2. Пыль сильнослипающаяся. З-. Повышенная влажность. 4. Частое включение/выключение фильтров; Оценку эффективности фильтровальных материалов производили по методике, описанной в главе 2 и пункте 4.1. В качестве пылегазового потока - аэрозоль с пылью пшеничных отрубей. Параметры ЛНР - dm=3,75 мкм, lgcr=0,36. В программу экспериментов входила оценка гидравлических и фильтрационных свойств материалов, а также определение эффективности динамической регенерации.
Фильтровальная металлическая ткань С-120 (рис.4.8) представляет собой материал с определенным видом переплетения нитей (пряжи), скрученных из непрерывных волокон диаметром от 60 до 100—200 мкм, размер сквозных пор между нитями утка и основы достигает 50—80 мкм.
При низких входных концентрациях пыли процесс образования слоя занимает много времени, поэтому лучшие результаты достигаются при очистке газов с высокой запыленностью. При этом накопленный слой пыли при регенерации не распыляется в газе, а разрушается, образуя крупные агрегаты.
Металлическая ткань Bekipor имеет более плотное плетение и сформирована из более тонких волокон диаметром от 6 до 20—30 мкм. Фетр из металлических волокон МФ (рис.4.9) представляет собой плотные слои беспорядочно перепутанных штапельных волокон, равномерно распределенных в объеме и обладающих высокой устойчивостью к многократным изгибам. Диаметр волокон - 20—30 мкм. Материал имеет рыхлую структуру. Процесс фильтрования протекает в объеме материала (глубинная фильтрация).
Металлокерамическая фольга ФНС (рис.4.10) изготовлена из несферических частиц порошка, образующих жесткую пространственную решетку с заданным размером пор необходимой длины.
Фильтровальные перегородки, изготовленные из несферического порошка, имеют ряд положительных свойств. Основное их преимущество состоит в повышенной механической прочности за счет лучшего контакта частичек неправильной формы с разветвленной поверхностью по сравнению с точечным контактом сферических порошков, имеющих гладкую поверхность. Высокая механическая прочность фильтровальных перегородок из несферических порошков позволяет использовать их в виде тонкостенных фильтрующих перегородок с достаточно высокой степенью очистки.
В перфорированной металлической фольге ПФ (рис.4.11) формообразование отверстий происходит при фотоэлектрохимической обработке тонколистового металла. Фольговые ленты обладают гладкой поверхностью, а также более равномерным распределением отверстий и диаметрами отверстий чем фильтровальные материалы из волокон.
В отличие от фетровых или тканевых фильтровальных материалов выделение пыли на перфорированной металлической фольге происходит не в толще материала (глубинная фильтрация), а исключительно на поверхности фольги (поверхностная фильтрация).
Полиэстровое {лавсановое) волокно эластично, устойчиво к истиранию, слипанию и изгибу. В кислых средах стойкость лавсановых волокон относительно высокая, в щелочных средах прочность лавсана значительно снижается. Лавсановые волокна устойчивы к воздействию микроогранизмов, ткани из них не плесневеют, устойчивы к действию света, но очень чувствительны к резким колебаниям влажности. Лавсановые фильтровальные ткани при длительной эксплуатации выдерживают температуру 130 С.
Политетрафторэтиленовые (тефлоновые) волокна отличаются высокой химической стойкостью, превосходящей все известные материалы, устойчивы к изгибу и трению. Под действием больших механических нагрузок материал из тефлона вытягивается, «течет». Тефлоновые ткани могут выдерживать температуру до 230 С.
Наибольшей проницаемостью обладают тканевые материалы. Метал-локерамическая фольга ФНС отличается повышенным гидравлическим сопротивлением. Характеристика изменения гидравлического сопротивления имеет линейный вид. Это говорит том, что в функциональной зависимости AP=kqM показатель степени п=\. Это характерно для ламинарного режима течения газа сквозь фильтрующую перегородку. Несколько отличается гидродинамическая характеристика перфорированной фольги, которая в области высоких скоростей переходит в квадратичную зону, характерную для-развитого турбулентного режима. По нашему мнению это происходит из-за острых кромок отверстий данного фильтровального материала.
К основным характеристикам пылеулавливающего оборудования, наряду с гидравлическим сопротивлением, относится степень очистки воздуха от пыли (эффективность), которую можно определить, зная концентрацию пыли в воздухе до и после очистки (соответственно Zex, zebix, мг/м ).
Изменение остаточной запыленности различных фильтровальных, материалов в процессе эксплуатации Характер изменения гидравлического сопротивления слоя от продолжительности процесса фильтрования показан на рис. 4.15-4.19 (фрагменты зависимостей AP=f(x)). Зависимости, представленные нарис. (4.15)-(4.19) справедливы для реальной пыли комбикормового производства при изменении сопротивления фильтра в практически интересной области, т.е. при АР=0,5+5 кПа. Анализ изменения гидравлического сопротивления фильтровального материала от времени показывает, что рост происходит по экспоненциальному закону, что соответствует современным представлениям о процессе фильтрования.
