Nmexpertiza.ru

НМ Экспертиза
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угол естественного откоса пыли

Система обеспыливания для производства керамзита

Н.М. Сергина, Е.А. Семенова, Т.А. Кисленко

Описывается схема компоновки системы обеспыливания с вихревыми пылеуловителями для производства керамзита

Ключевые слова: система, очистка воздуха от пыли, керамзит

При производстве керамзитового гравия (щебня) обеспыливание отходящих газов и воздуха, удаляемого аспирационными системами, необходимо для снижения загрязнения пылевыми выбросами окружающей среды, создания требуемых санитарно-гигиенических условий труда, а также для повышения эффективности производства, поскольку возврат уловленной пыли в производственный цикл сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии [1-5].
Для эффективного решения этих задач необходимы данные об основных свойствах пыли, выделяющейся в производстве керамзита. Обобщенные результаты собственных экспериментальных исследований и сопоставления с данными других авторов о дисперсном составе пыли, выбрасываемой в атмосферный воздух, приведены на рис. 1.


Рис. 1. — Распределение частиц керамзитовой пыли по размерам.

1, 2 – по данным, приведенным в [7]; 3 – по результатам проведенных экспериментальных исследований
Анализ полученных данных показывает, что на фоне мелких частиц наблюдаются ярко выраженные крупные. Очевидно, что в первом приближении линии распределения удовлетворяют логарифмически нормальному распределению. В интервале участка с размером частиц пыли от 1 до 100 мкм (кривая 1) и для частиц пыли при от 1 до 40 мкм (кривая 2) эти зависимости близки к прямой линии и удовлетворительно описываются формулой
(1)
Кривая 3 в интервале от 1 мкм до 30 мкм принимает также вид прямой и удовлетворительно описывается зависимостью
(2)
где D — интегральная функция распределения массы частиц пыли керамзита по размерам;
— размер частиц пыли керамзита, мкм; — стандартное логарифмическое отклонение.
Также установлено, что в зону дыхания работающих поступает пыль с размерами частиц: максимальный – 20 мкм, минимальный – 2 мкм, медианный диаметр – 16 мкм. Доля частиц с размерами частиц менее 10 мкм — РМ10 – колеблется в пределах от 15 до 40%. Содержание частиц с размерами менее 2,5 мкм – РМ2,5 – составляет 0,3%.
Результаты исследований основных свойств пыли приведены в табл. 1.

Таблица №1
Результаты исследований основных свойств пыли, выделяющейся при производстве керамзита

Статический угол естественного откоса

Динамический угол естественного откоса

Для решения задачи обеспыливания воздушной среды при производстве керамзита для систем аспирации и пневмопылеуборки предлагается обеспыливающая установка, схема которой показана на рис. 2.

Рис. 2. – Схема установки обеспыливания

Предлагаемая схема компоновки обеспыливающей установки разработана с учетом результатов по исследованию режимов работы пылеуловителей с вихревыми закрученными потоками (далее ВЗП), ранее полученных в работе [6].
Было установлено, что при организации отсоса из бункерной зоны инерционного аппарата эффективность последнего возрастает и снижается аэродинамическое сопротивление. Также выявлено, что эффективность аппарата ВЗП повышается при подаче на нижний ввод аппарата пылевоздушного потока с меньшей концентрацией, чем на верхний.
С учетом изложенного выше, предлагаемая система включает в себя два последовательно установленных аппарата ВЗП. Из бункерной зоны пылеуловителя первой ступени организуется отсос. Для очистки пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого аппарата, предусмотрена установка дополнительного пылеуловителя с меньшим диаметром корпуса. Из третьего (дополнительного) аппарата ВЗП после очистки воздух подается на нижний ввод пылеуловителя второй ступени.
Пыль, уловленная во всех трех аппаратах, выгружается из бункеров и возвращается в технологический процесс.
Такое решение позволяет:
— вследствие организации отсоса из бункерной зоны повысить эффективность аппарата первой ступени, что приведет к повышению степени очистки всей системы в целом;
— вследствие организации отсоса из бункерной зоны снизить аэродинамическое сопротивление первого пылеуловителя, что предотвратит значительное возрастание потерь давления во всей системе, обусловленное установкой дополнительного оборудования;
— вследствие подачи на верхний и нижний входы пылеуловителя второй ступени пылевоздушных потоков с разной концентрацией обеспечить повышение его эффективности, что, в свою очередь, приведет к возрастанию эффективности системы в целом.
Для оценки эффективности предложенной системы по аналогии с [6] составим балансовые уравнения по воздушным потокам
(3)
где — объем воздуха, поступающего на очистку в систему, м 3 /ч; — объем воздуха, выходящего после очистки из аппарата первой ступени, м 3 /ч; — объем пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого пылеуловителя.
Эффективность каждого из аппаратов составит
; ; (4)
и ; ; .
Обозначим и составим систему балансовых уравнений по массе перемещаемой пыли
(5)
где — масса пыли в потоке, поступающем в систему на очистку, кг/ч; — масса пыли в воздухе на входе в пылеуловители, кг/ч.
Тогда
, (6)
Следовательно, эффективность всей системы может быть определена как
(7)
(8)
где — масса пыли в воздухе, выходящем из системы, кг/ч.
Величину проскока для первого аппарата можно рассматривать как совокупность двух составляющих — и .
(9)
Тогда
(10)
При постоянном расходе воздуха, поступающего на очистку, т.е. при , имеем
(11)
Пусть . Тогда .

(12)
При этом , , , — экспериментальные величины. С учетом этого выражение (12) можно представить в виде

(13)

Физико-химические свойства пыли

На эффективность работы пылеуловителей значительно влияют физико-химические свойства улавливаемой пыли. Степень очистки газа зависит от дисперсного состава и плотности частиц пыли. Для правильного выбора очистного оборудования необходимо учитывать и другие свойства. Так, слипаемость пыли, склонность ее к истиранию или способность образовывать статические заряды существенно влияют на выбор оборудования для очистки газа. Поэтому в общем случае необходим предварительный комплексный анализ пыли как объекта улавливания. При таком анализе, кроме дисперсного состава пыли и плотности ее частиц, определяют упругость, твердость, абразивность, гигроскопичность, химический состав, термическую стойкость, токсичность, электрические и магнитные свойства, шероховатость поверхности, форму частиц, угол естественного откоса пыли и др.

Читать еще:  Как сделать малку для откосов

Плотность.Плотность – важный физический параметр частиц пыли, от которого зависит эффективность работы пылеуловителей. Чем больше плотность пыли, тем более успешно проходит сепарация ее частиц под действием силы тяжести, а также инерционных и центробежных сил.

Помимо воздушных пустот между частицами они сами могут иметь пористую структуру, поры могут быть открытыми и закрытыми. Различают истинную, насыпную, кажущуюся и объемную плотности частиц.

Истинная плотность – это плотность материала, из которого состоят частицы.

Насыпная плотность – это масса единицы насыпного объема дисперсного материала. В насыпной объем, кроме объема самого твердого материала, входит объем пространства между частицами.

Кажущаяся плотность – это отношение массы частицы к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Кажущаяся плотность гладких частиц совпадает с истинной, так как в них отсутствуют поры.

Дисперсность. Дисперсность – одно из важнейших свойств, характеризующих пылевидные материалы. Степень дисперсности промышленных пылей необходимо знать для выполнения расчетов пылеуловителей и оценки эффективности их работы.

Дисперсность характеризуется диаметром d (для сферических частиц), эквивалентным диаметром dэкв (для частиц произвольной формы) и удельной поверхностью частиц S уд. Удельная поверхность равна суммарной поверхности всех частиц в расчете на единицу массы (или объема) пыли. В технике пылеулавливания часто используют для характеристики частиц так называемый стоксовский размер, представляющий собой диаметр сферической частицы, оседающей с такой же скоростью, что и рассматриваемая несферическая частица. Для учета отклонения формы реальных частиц от сферической вводят коэффициент сферичности, т.е. отношение площади поверхности сферы такого же объема, какой имеет рассматриваемая частица, к площади поверхности этой частицы. Так как практически все промышленные пыли состоят из частиц разных размеров, в качестве характеристики дисперсности используется их дисперсный состав.

Существуют различные способы выражения дисперсного состава пыли, для полидисперсной (состоящей из частиц различных размеров) пыли характеристикой дисперсности является не только размер частиц, но и число или масса одинаковых частиц каждого размера (фракций).

Фракцией называют относительную долю частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов.

Дисперсный состав пыли записывают в виде таблиц экспериментальных данных, представляющих собой массовое содержание отдельных фракций с указанием размеров частиц на границах, в некоторых случаях дисперсный состав выражают аналитически в виде различных функций, аргументом которых является размер частиц, или изображают графически.

Известно много методов определения дисперсного состава пыли [7]. Крупная пыль может быть проанализирована путем рассеивания на ситах с различным размером ячеек. Тонкую пыль анализируют методом седиментации (осаждения) в жидкостях, подсчетом числа частиц фракций, воздушной сепарацией в потоке и др. Дисперсный состав пыли определяют также ротационным анализатором РАД–1 и каскадным импактором НИИОГАЗа, при этом пробу с пылью отбирают непосредственно из запыленного потока при соблюдении условия изокинетичности.

Для ситового анализа граничными размерами фракций являются размеры двух смежных сит. Проходом D называется выраженная в процентах доля массы пыли, прошедшей через сито заданного размера. Остатком R называется доля массы пыли, оставшаяся на сите.

Полным проходом называют массовую долю частиц, размер которых меньше граничного размера d. Полный остаток соответственно представляет собой массовую долю частиц, размер которых больше граничного.

Зависимость полного прохода (или остатка) от размера частиц называется интегральной кривой распределения частиц по размерам (рис.7). Диаметр частиц, для которого полный проход равен полному остатку и составляет 50%, называется медианным диаметром dm.

Аналитически зависимость прохода (или остатка) от размера частиц может выражаться с помощью различных формул. Для многих промышленных пылей справедлива формула Розина–Раммлера:

, (25)

которая при двойном логарифмировании представляет графически прямую линию, позволяющую определить параметры распределения b и a.

Исследования разнообразных пылей показали, что во многих случаях дисперсный состав согласуется с логарифмическим нормальным законом распределения Гаусса (ЛНР).

Тогда зависимость D от d можно представить как функцию нормального распределения [8]

; (26) , (27)

где D(d) – относительное содержание частиц, меньших данного диаметра d,% ; dm – медианный размер частиц, мкм; lgσ – среднее квадратическое отклонение в функции данного распределения.

Входящий в функцию распределения интеграл представляет собой интеграл вероятности Φ(t), значения которого приводятся в табл. 2

Значения lgσ находят из соотношений

lgσ = lg dm – lg d15,87 = lg d84,13 – lg dm, (28)

2.2.6. Сыпучесть пыли

Сыпучесть характеризует подвижность частиц пыли относительно друг друга и их способность перемещаться под действием внешней силы. Сыпучесть зависит от размера частиц, их влажности и степени уплотнения.

Характеристики сыпучести используются при определении угла наклона стенок бункеров, течек и др. устройств, связанных с накоплением и перемещением пыли и пылевидных материалов.

Различают статический и динамический угол естественного откоса. Динамический угол естественного откоса относится к случаю, когда происходит падение частиц на плоскость.

Под статическим углом естественного откоса (его называют также углом обрушения) понимают угол, который образуется при обрушении слоя в результате удаления подпорной стенки.

Читать еще:  Как сделать арочные откосы с сэндвичами

Статический угол естественного откоса всегда больше динамического угла естественного откоса.

Динамический угол естественного откоса определяют на лабораторной установке, основными элементами которой являются бункер для исследуемой пыли, затвор бункера, диск, на который из бункера поступает пыль. Сформировавшийся конус пыли измеряют и вычисляют угол естественного откоса.

Для определения статического угла естественного откоса используют установку, основными частями которой являются камера и измерительный сосуд. После наполнения сосуда исследуемой пылью убирают съемную стенку сосуда. Часть материала в виде треугольной призмы сползает, образуя при этом откос. Статический угол естественного откоса (угол обрушения) определяют при помощи транспортира или вычисляют по замерам.

2.2.7. Гигроскопичность пыли

Гигроскопичностью пыли называется ее способность поглощать влагу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие свойства пыли, как электрическая проводимость, Слипаемость, сыпучесть и др.

Равновесие между относительной влажностью воздуха и влажностью материала выражает изотерма сорбции. Пользуясь изотермой сорбции, можно судить о поведении пыли в аппаратах, емкостях для пыли, пылепроводах. Пример изотерм сорбции приведен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Изотермы сорбции табачной пыли, отобранной на четырех табачных фабриках.

Содержание влаги в пыли выражает влагосодержание или влажность. Влагосодержание — отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли. Влажность — отношение количества влаги в пыли ко всему количеству пыли.

Гигроскопическая влага пыли, т. е. влага, которая удерживается на ее поверхности, в порах и капиллярах, может быть определена при высушивании пробы пыли до постоянной массы в сушильном шкафу.

Равновесную влажность пыли (изотерму сорбции) определяют, выдерживая ее до постоянной массы в воздушной среде с известной относительной влажностью. Несколько навесок исследуемой пыли высушивают до постоянной массы, а затем помещают в эксикаторы, в которых, благодаря наличию серной кислоты различной концентрации, поддерживается различная относительная влажность воздуха. Пыль выдерживается в эксикаторах несколько суток, пока масса пыли не стонет постоянной. Затем определяют равновесную влажность пыли и строят график зависимости равновесной влажности пыли от относительной влажности воздуха (изотерму сорбции) (рис. 2.8).

Сыпучесть пыли

Сыпучесть характеризует подвижность частиц пыли относительно друг друга и их способность перемещаться под действием внешней силы. Сыпучесть зависит от размера частиц, их влажности и степени уплотнения.

Характеристики сыпучести используются при определении угла наклона стенок бункеров, течек и др. устройств, связанных с накоплением и перемещением пыли и пылевидных материалов.

Различают статический и динамический угол естественного откоса. Динамический угол естественного откоса относится к случаю, когда происходит падение частиц на плоскость.

Под статическим углом естественного откоса(его называют также углом обрушения) понимают угол, который образуется при обрушении слоя в результате удаления подпорной стенки.

Статический угол естественного откоса всегда больше динамического угла естественного откоса.

Гигроскопичность пыли

Гигроскопичностью пыли называется ее способность поглощать влагу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие свойства пыли, как электрическая проводимость, слипаемость, сыпучесть и др.

Содержание влаги в пыли выражает влагосодержание или влажность. Влагосодержание — отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли. Влажность— отношение количества влаги в пыли ко всему количеству пыли.

Смачиваемость пыли

О смачиваемости пыли судят по доле затонувших частиц.

Смачиваемость Доля затонувших частиц, %

Плохая смачиваемость 80

Абразивность пыли

Абразивность — способность пыли вызывать истирание стенок конструкций и аппаратов, с которыми соприкасается пылегазовый поток. Она зависит от твердости и плотности вещества, из которого образовалась пыль, размера частиц, их формы, скорости потока.

При значительной абразивности пыли воздуховоды, стенки пылеулавливающих аппаратов выходят из строя весьма короткий срок. Абразивность пыли нужно учитывать и выборе материала и толщины стенок каналов для перемещения пылегазовых потоков и аппаратов для очистки этих потоков, также при необходимости ограничивать скорость движения потоков. В ряде случаев применяют специальные облицовочные защитные материалы.

Считают, что износ металлических элементов вследствие абразивности пыли возрастает по мере увеличения размера частиц вплоть до 90 мкм, а затем по мере дальнейшего увеличения размера он уменьшается.

Тестер сыпучести порошков и гранул PTG-S5

  • Описание
  • Технические характеристики
  • Комплектация

Тестер PTG-S5 предназначен для определения параметров сыпучести (реологических параметров) дисперсных субстанций в соответствии со стандартом ISO 4324 и стандартами Фармакопей ЕС и США EP , EP и USP . В число данных параметров входят сыпучесть (текучесть через отверстие), угол естественного откоса (угол сдвига) насыпной горки порошка, насыпная масса, насыпной объем и насыпная плотность горки. Более того, в соответствии со стандартом EP, с помощью PTG-S5 определяются коэффициент сыпучести (истинная сыпучесть) порошковых субстанций, который рассчитывается как скорость протекания образца массой 100 г через специально калиброванную насадку, а также другие реологические параметры.

Принципы работы PTG-S5
Анализатор PTG-S5 очень удобен для контроля качества сыпучего сырья, поступающего от разных поставщиков или от одного поставщика, но через продолжительные промежутки времени. Такой контроль крайне актуален, поскольку с течением времени дисперсные материалы склонны к самопроизвольному фракционированию и агрегированию внутри своего объема. Работа с такими различными по своим свойствам партиями сырья затрудняет производственный процесс и повышает себестоимость конечного продукта.

Читать еще:  Катится под откос это

Конструкция
PTG-S5 разработан в соответствии со стандартами EC и США ISO 4324 (12/83), EP и USP . Тестируемый образец вносится в коническую воронку, для которой предусмотрены различные калиброванные насадки. Образец попадает на приемное блюдце, к которому подключены встроенные электронные весы Sartorius (блюдце располагается на платформе весов). Дополнительно, для материалов с плохой сыпучестью может использоваться электрическая мешалка: многие порошковые субстанции, использующиеся в фармацевтической промышленности, имеют большую долю мелкодисперсной фракции, поэтому, для повышения их сыпучести при анализе, требуется дополнительная технологическая стимуляция.

Процедура тестирования
После внесения образца в воронку, она открывается, два встроенных инфракрасных (ИК) датчика фиксируют поток, дают автоматический сигнал на запуск таймера – и система определяет сыпучесть (текучесть) анализируемого материала во времени. Результаты выводятся в виде графика на цветном сенсорном экране прибора. Образец собирается на блюдце диаметром 100 мм, образуя коническую горку. Как только поток прекратился, воронка закрывается, и автоматический манипулятор-измеритель («рука») с ИК-датчиками определяет высоту горки по отношению к терминальной точке насадки, располагающейся на воронке. Поскольку поверхность блюдца полностью заполнена, это дает системе возможность определить и отобразить угол естественного откоса (угол сдвига) насыпной горки порошка.
В соответствии со стандартом ISO 4324, тест должен быть выполнен в пяти повторах с отклонением результатов не более 5% от среднего значения. Данные автоматически отображаются на экране прибора. Результаты тестирования, включая графики и дополнительные пользовательские описания, можно распечатать. Печать производится либо на уже встроенном в прибор термопринтере, либо на любом другом принтере, совместимом с ОС Windows, который может быть подключен к прибору через USB-интерфейс или через сетевой интерфейс LAN.

Измерения
В соответствии со стандартами EP и USP , процедура тестирования автоматически прекращается, как только 100 г образца поступит в пластиковый мерный стакан. Результатами тестирования являются время и вычисленный коэффициент текучести (100 г с-1), а также графики, которые можно распечатать. В соответствии с вышеуказанными стандартами, прибор оснащен всеми инструментами необходимыми для определения важных реологических параметров: сыпучесть (текучесть через отверстие), угол естественного откоса (угол сдвига) и др. Для тестирования используется набор калиброванных насадок с диаметром выходного отверстия от 4 до 10 мм. Для стимуляции протекание порошкового образца в анализаторе предусмотрена автоматическая мешалка.
Дополнительно, на встроенном термопринтере можно распечатать графики, отображающие состояние образца в процессе тестирования. В приборе также можно использовать коническую воронку из нержавеющей стали и съемные насадки с диаметром выходного отверстия 10, 15 и 25 мм для определения параметра «угол сдвига» в соответствии со стандартами EP/USP. Для насадок с меньшим диаметром выходного отверстия (4–10 мм) предусмотрен кольцевой переходник.

Тестирование небольших объемов образцов
Для тестирования малых объемов образцов (до 10 мл) предусмотрено дополнительное оборудование, которое может быть включено в общую комплектацию по желанию пользователя. Это воронка и блюдце меньшего размера, которые используются для насадок с диаметром выходного отверстия 4–10 мм. Соответствующая механическая мешалка также предусмотрена.

Определяемые реологические параметры
PTG-S5 позволяет определять следующие реологические параметры для порошков и гранул:

  • коэффициент сыпучести порошка (масса текущего образца за единицу времени; г с-1);
  • объем насыпной горки порошка;
  • плотность насыпной горки порошка;
  • угол естественного откоса насыпной горки порошка (угол сдвига по стандартам EP и USP );
  • сыпучесть (текучесть) образца порошка массой 100 г (по стандартам EP/DAB , USP );
  • количество образца (мг), проходящего через воронку в текущий момент времени;
  • кривая потока образца (мг с-1).

Печать результатов
Данные и результаты тестирования выводятся на цветной сенсорный экран прибора, сохраняются в его компьютерной базе данных и могут быть распечатаны на встроенном термопринтере либо на другом принтере, совместимом с ОС Windows 10 и подключенном к прибору через интерфейс USB или LAN.

Основные характеристики PTG-S5

  • Полное соответствие стандартам Фармакопей ЕС и США , EP , EP и стандарту ISO 4324 (12/83).
  • Определение реологических параметров: коэффициент текучести, угол сдвига, сыпучесть, объем и плотность горки насыпной горки.
  • Встроенная порошковая мешалка.
  • Встроенные электронные весы.
  • Пылезащитный экран.
  • Встроенный принтер.

Отличительные характеристики и преимущества использования PTG-S5

  • Снижение себестоимости производства с использованием порошковых смесей.
  • Гарантия стабильного качества порошкового сырья, поступающего на производство.
  • Тщательный контроль всех порошковых компонентов, поступающих на производство, – особенно природного происхождения.
  • Сравнение порошковых компонентов, полученных из разных источников.
  • Облегчение процедуры контроля больших партий порошковых материалов, поступающих на производство.
  • Облегчение процедуры контроля сухих и влажных порошковых смесей, процессов таблетирования, гранулирования и капсулирования.
  • Прогнозирование поведения порошковых материалов на технологических стадиях транспортировки на конвейерах, в воздушных лифтах, в бункерах и оптимизация соответствующих технологических стадий.
  • Прогнозирование поведения порошков субстанций и продуктов на их основе, выпускаемых в капсулированном или бутилированном виде.
  • Определение классификации порошковых материалов по товарной номенклатуре для грузоперевозок.
  • Прогнозирование влияния порошковых субстанций на твердость таблеток, прогнозирование дозы стабильности твердой формы лекарственных препаратов.
  • Прогнозирование влияние порошковой субстанции на склонность таблеток к разрушению и крошению.
  • Защищенность процессов тестирования от пыли специальным плексигласовым экраном.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector