СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА УЛАВЛИВАНИЯ ЗЕРНОВОЙ ПЫЛИ, ВЫБРАСЫВАЕМОЙ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ, ЗА СЧЕТ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЦЕНТРИФУЖНОГО АППАРАТА

АННОТАЦИЯ

В статье, приведены результаты исследования в области очистки атмосферного воздуха от зерновой пыли. Проведен сравнительный анализ обычного и предлагаемого циклона. Определен фракционный состав от 5 мм до 0,05 мм зерновой пыли в лабораторных условиях. С целью выявления эффекта внутренней рециркуляции мелкодисперсных частиц, т.е. до <5,0 мкм зерновой пыли создано кольцевое отверстие, которое твердые пылевые частицы направляется на повторную сепарацию. Определен оптимальный скорость запыленного потока, при этом, в предлагаемом циклоне эффективность очистки до 5 мкм частиц внутри аппарата выше 28 % чем, обычного циклона. Также внесены изменения на конструкцию шнека, т.е. установлено сетка между двумя шнеками.

ABSTRACT

The article presents the results of a study in the field of atmospheric air purification from grain dust. A comparative analysis of the conventional and proposed cyclone is carried out. The fractional composition of grain dust from 5 mm to 0.05 mm was determined in laboratory conditions. In order to identify the effect of internal recirculation of fine particles, i.e. up to <5.0 microns of grain dust, an annular hole has been created, which solid dust particles are sent for re-separation. The optimal speed of the dusty flow has been determined, while in the proposed cyclone, the cleaning efficiency of up to 5 microns of particles inside the apparatus is higher than 28% than that of a conventional cyclone. Changes have also been made to the design of the auger, i.e. a grid has been installed between two augers.

Ключевые слова: циклон, щель, зерновой пыл, скорость потока, эффективность, фракционный состав.

Keywords: cyclone, gap, grain pool, flow rate, efficiency, fractional composition.

Введение В рамках производственных процессов, связанных с перемещением зерна и его хранением, образуется особая субстанция – зерновая пыль. Она содержит мельчайшие частички соломы и колосьев, сорных трав и зародышей зерна, чешуек оболочек. Основной причиной образования пыли служит трение зерен друг о друга, о стенки оборудования, а главная опасность заключается в легкой воспламеняемости вещества [1-4].

Дело в том, что зерновая пыль моментально воспламеняется при повышении температуры, попадании даже небольшой искры. Происходит взрыв, и крайне редко он бывает единственным. Взрывы повторяются по цепочке в других помещениях и даже на других объектах, соединенных технологическими коммуникациями. Особенно опасна пыль, которая находится в углах. Ударной волной она поднимается вверх и становится горючим материалом для вторичного взрыва. При первом взрыве еще можно нейтрализовать возникшее давление за счет открытых окон и дверей. Но во время вторичного и последующих взрывов повышение давления настолько сильное, что такой метод уже не работает. Взрыв зерновой пыли представляет собой моментальное возгорание частичек. По разрушительной силе он превосходит динамит, а в закрытом пространстве способствует формированию избыточного давления, которое значительно превышает точку разрушения конструкций из железобетона [5-8]. В связи с этим, в данной работе нами были исследованы очистка атмосферного воздуха от зерновой пыли на двух аппаратах (существующем и усовершенствованном циклоне). После изучение проблемы в существующем циклоне усовершенствовали аппарат.

Методы и материалы.

Определение фракционного состава зерновой пыли

В качестве сырья для очистки использовали зерновой пыль в атмосфере.

В качестве экспериментальной установки нами выбран циклон-1 (существующий аппарат, который приведен на рис.1а.) и циклон-2 (усовершенствованный аппарат, который приведен на рис.1б.), применяемый для очистки атмосферного воздуха от зерновой пыли.

До начала проведения эксперимента нами были изучены фракционного состава частиц зерновой пыли. Фракционный состав зерновой пыли определено в лабораторных условиях. В середине шнура размещен набор сеток для разделения обнаруженных частиц пыли на крупные и мелкие части.

Фракционный состав зерновой пыли определяли с помощью лабораторного сита: <5; 10; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 0,05 степень дисперсности определяли с помощью микроскопа-N-300m [3].

Усовершенствование циклона для очистки атмосферного воздуха от зерновой пыли.

Усовершенствование циклона заключается с изменение в конструкцию центробежного аппарата путем открытые отверстия выхлопной трубы внутри аппарата для циркуляции мелкодисперсных частиц. Высота щели – 3 мм, ширина – 5 мм. При этом, внутри выхлопной трубы создается кольцевое отверстие, которое твердые пылевые частицы направляется на повторную сепарацию. На рис.1 показана зона отрицательных (красная линия) и положительных (синяя линия) давлений внутри аппарата.

Гидравлическое сопротивление циклона:

                                                            (1)

где  w - входная скорость пылевоздушного потока, м/с; r - плотность среды, кг/м³; - коэффициент гидравлическое сопротивление, безразмерная величина.

Диаметр частиц определяли с помощью уравнению:

                                          (2)

где:   G – расход газа через импактор, л/мин; - плотность частицы.

Скорость потока при входа циклона определяли по динамическому давлению:

                                                       (3)

где:   H_д - динамическое давление в Па (замеряли с помощью U – образного микроманометра); r – плотность среды, кг/м³.

Расход пылевоздушного потока Q (в м³/с):

                                                     (4)

где:   w - скорость воздушного потока, м/с; S – площадь поперечного сечения воздуховода, м².

Определение концентрации пыли в запыленном воздухе:

где G – масса пыли, г; t_с – температура воздуха по сухому термометру, ⁰С; n – расход воздуха через прибор, л/мин; t – продолжительность отбора воздуха,  мин; Р_б – барометрические давление, Па.

С целью выявления эффекта внутренней рециркуляции мелкодисперсных частиц, т.е. до <5,0 мкм зерновой пыли проведены серия опытов в лабораторных условиях.

На рис.1 показано, что в пристенном слое наружи выхлопной трубы 5 создается отрицательное давление, а в периферийном слое 7 циклонного течения создается положительное давление. При этом, часть очищенного воздуха в пристенном слое внутри выхлопной трубы стремится в зону отрицательного давления, т.е. через щелевое отверстие наиболее насыщенная пылью часть потока, проходящей по выхлопной трубе, направляется в корпус циклона на повторную очистку.

а)                                                                        б)

Рисунок 1. Зона отрицательных и положительных давлений

Обичный циклон а); предлагаемый циклон б)

1- цилиндрический часть циклона; 2- конический част циклона; 3- выхлопная труба; 4- щель для повторной сепарации мелкодисперсных частиц; 5-отрицательная давления; 6-запыленный поток; 7-положительная давления; 8-очищенный поток; 9-мелкодисперчные частицы на повторной сепарации.

Рисунок 2. Вид щели для повторной сепарации (а) и поперечный разрез выхлопной трубы (б)

Результаты и обсуждения

Результаты фракционного анализа зерновой пыли до модернизации циклона приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты фракционного анализа зерновой пыли до модернизации циклона

Из табл.1 видно, что твердые частицы зерновой пыли размером 5 мм составляет 11,1 %, 1 мм частиц пыли 43,3 %, с уменьшением размера пыли от 0,315 мм до 0,16 мм их процентное содержание увеличивается от 9,18 % до 15,2 %, дальнейшее уменьшение пыли размером 0,16 мм, их содержание  составляло 12,3 %, пыли размером 0,05 мм составляло 25,8 %. Это объясняется тем, что вероятность выхода в атмосферу мелкодисперсные твердые частицы очень высоко из за их незаметные сопротивление среды. Поэтому, надо найти способы предотвращение выхода в атмосферу мелкодисперсные частиц внутри аппарата. Результаты экспериментальных работ по очистке атмосферного воздуха от зерновой пыли с помощтю циклона приведены в таблице 2.

Таблица 2

Эффективность очистки до 5 мкм частиц зерновой пыли обычном и предлагаемом циклоне (исходная концентрация пыли 2600 мг/м³)

Результаты опытов показали, что коэффициент улавливания мелкодисперсных твердых частиц внутри циклона без щелевые отверстие составлял – 8 %, а в предлагаемом циклоне – 47 %. Это объясняется тем, что в циклоне с щелевой отверстие мелкодисперсные твердые частицы до <5,0 мкм подвергаются на повторную сепарацию и тем самым повышается коэффициент улавливания мелкодисперсных частиц.

Из табл.2 видно, что при скорости запыленного потока 10 м/с эффективность очистки воздуха от зерновой пыли до 5 мкм частиц в обычном циклоне составляло 7,6 %, а предлагаемом циклоне этот показатель составляло 9,8 м/с, при скорости потока 15 м/с эффективность очистки обычном циклоне составляло 12,8 %, а предлагаемом циклоне 34,9 %, дальнейшее увеличение скорости потока до 18 м/с, эффективность очистки обычном циклоне составляло 18,4 %, а в предлагаемом циклоне 47,0 %, при этом гидравлическое сопротивление всего 128 Па, с увеличением скорости потока до 20 м/с, эффективность очистки оба циклона повышается незаметно, т.е. 0,2÷0,3 %. Это объясняется тем, что с увеличением скорости запыленного потока до 20 м/с гидравлическое сопротивление аппарата заметно повышается но, эффективность очистки изменятся всего 0,2÷0,3 %. Таким образом, для достижения максимальной очистки предлагаемого циклона выбрано оптимальный скорость запыленного потока, т.е. 18 м/с, при этом, в предлагаемом циклоне эффективность очистки до 5 мкм частиц внутри аппарата выше 28 % чем, обычного циклона.

а)                                                                                     б)

Рисунок 3. Циклон двухслойный шнеком Обичный циклон а); предлагаемый циклон б)

1-цилиндрический часть; 2-конический часть; 3-шлюзовой затвор;  4-бункер для уловленной пыли; 5-корпус шнека; 6-промежуточный сетка; 7-шнек; 8-входной патрубка; 9-выхлопная труба.

Также внесены изменения на конструкцию шнека, т.е. установлено сетка между двумя шнеками (рис.3).

Запыленный поток входит через входной патрубок 8 и направляется вихревым движением внизу аппарата по стенкам, центробежная сила создается за счет конструкции аппарата, осажденные пыли переходит в бункер 4 через шлюзовой затвор 3, очищенный воздушный поток направляется наверх также вихревым движением и выбрасывается в атмосферу через выхлопной трубе 9. С целью разделения на две части уловленной пыли установлена сетка 6 внутри шнека 7, размеры отверстие сетки составляло 5 мм. Уловленная масса просеивается с помощью установленной сетки, крупнодисперсные части уловленной массы в основном содержит сено и скорлупы зерно, а мелкодисперсные (минеральные) содержит песок, глина и т.д.

Выводы. Таким образом, в то время как эффективность 18,4% наблюдается при очистке мельчайших (до 5 мкм) частиц в простом циклоне внутри выхлопной трубы, было замечено, что эффективность может быть увеличена до 47% при очистке мельчайших (до 5 мкм) частиц в предлагаемом циклоне за счет усовершенствований в циклоне устройства путем создания щелевых отверстий., также можно будет разделить захваченные частицы по их размеру с помощью двухслойного шнека.

Список литературы:

1. Вальдберг А.Ю., Николайкина Н.Е. Процессы и аппараты защиты окрушающей среды. Москва, “Дрофа”, 2008., 239с
2. З.С.Салимов., Н.Х.Юлдашев., А.М.Хурмаматов. Изучение скорости свободного осаждения волокнистых частиц в центробежном поле// Узб.хим. журн. 2007, №3. – С.45-47.
3. Пат. 2258556 (Россия). Устройства для очистки газов от пыли / Бондаренко П.А., Гаврилова О.П. -2003136698/15 Опубл. 20.08.2005
4. Пушнов А. и др. Аэродинамика воздухоочистных устройств с зернистым слоем. Вильнюс, “Техника”, 2010., 346с
5. А.М.Хурмаматов. Исследование влияния режимно-конструктивных параметров циклона на эффективность очистки воздуха от волокнистых частиц // «Узб.хим.журн». 2008, №3. –С.114-117.
6. А.М.Хурмаматов., З.С.Салимов. Циклон элементларининг энг мақбул нисбатлари// «Узб.хим.журн». 2009, №2. –С 75-79.
7. Плотников К.Б. Исследование эффективности пылеуловивания и массоотдачи роторном аппаратес внутренный циркуляцией жидкости. Кол дисс Кемерово – 2014, 150 с
8. О.Т. Маллабаев, О.Қ. Бектошев, К.С. Шамсиев Ҳавони майда чанглардан тозалаш учун самарадорли қурилма Машинасозлик илмий-техника журнали scientific and technical journal machine building Махсус сон №3, 2023й.190 с.www.andmiedu.uz