Расчет и проектирование оборудования для...

В. Б. ПОНОМАРЕВ

Учебное пособие

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯДЛЯ ВОЗДУШНОЙ СЕПАРАЦИИСЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

ПОНОМАРЕВ ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧКандидат технических наук, доцент. Ведущий специалист в области фракционирования дисперсных материалов.Автор более десяти авторских свидетельств и патентов на изобретения. Разработки В. Б. Пономарева нашли применение на таких предприятиях, как ОАО «Ураласбест», ОАО «Вишневогорский ГОК», ООО «Уралгрит» и др. в качестве пневмоклассификаторов для обеспыливания щебней и песков; получения абразивных порошков и других дисперсных материалов заданного гранулометрического состава.

7 7 1 7

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

В. Б. Пономарев

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВОЗДУШНОЙ СЕПАРАЦИИ

СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета

в качестве учебного пособия для студентов вуза, обучающихся по направлениям подготовки

08.03.01, 08.04.03 — Строительство

Екатеринбург Издательство Уральского университета

2017

УДК 621.928.6-1(075.8)ББК 35.116.2-5я73 П56

Рецензенты: завкафедрой механического оборудования, д-р техн. наук, проф. В. С. Богданов (Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова); д-р техн. наук, проф. кафедры «Обога-щение полезных ископаемых» Е. Ф. Цыпин (Уральский государствен-ный горный университет)

П56Пономарев, В. Б.Расчет и проектирование оборудования для воздушной сепара-ции сыпучих материалов : учеб. пособие / В. Б. Пономарев. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 96 с.ISBN 978-5-7996-1997-8

Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Основное оборудование предприятий производства строительных материалов» студен-тами всех форм обучения по направлению подготовки бакалавров 08.03.01 «Строительство» (профиль «Механическое оборудование и технологиче-ские комплексы предприятий строительных материалов, изделий и кон-струкций»), а также дисциплины «Разработка процессов фракционирования сыпчих материалов» и «Основы проектирования пневматических классифи-каторов сыпучих материалов» магистерской программы «Энерго- и ресур-сосберегающие процессы и оборудование в производстве строительных ма-териалов и изделий» по направлению 08.04.01 «Строительство».

Библиогр.: 28 назв. Рис. 28. Табл. 16.УДК 621.928.6-1(075.8)ББК 35.116.2-5я73

ISBN 978-5-7996-1997-8 © Уральский федеральный университет, 2017

3

1. ПРИМЕНЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КЛАССИФИКАТОРОВ

Пневматическая классификация широко применяется в произ-водстве строительных материалов — для обеспыливания щеб-

ня, получения строительных песков, повышения марки цементов и др. Основными преимуществами пневматической классификации явля-ются высокая эффективность разделения, широкий диапазон границ разделения от 5 до 5000 мкм, широкий диапазон производительности от нескольких кг/ч до сотен т/ч, низкие затраты энергии (в среднем 2 кВт·ч/т). Пневматические классификаторы работают под разреже-нием, поэтому не пылят, могут работать в замкнутом по воздуху ци-кле и удовлетворяют требованиям экологии.

От качества сепарации во многом зависят конечные свойства гото-вых продуктов. Одним из путей повышения качества разделения явля-ется применение каскадных аппаратов, реализующих многократную перечистку. Можно выделить два способа организации процесса ка-скадной классификации:

• z-разделительные элементы одного аппарата [1]. В этом случае каскадные аппараты представляют собой вертикальный канал, состоящий из последовательных разделительных элементов — секций. Внутри каждой секции устанавливаются различного рода вставки — пересыпные элементы. Число секций, как пра-вило, не превышает десяти. Подача материала может осущест-вляться в любую секцию (чаще всего в одну из средних). Мно-гократная перечистка мелкого и крупного продуктов в таких аппаратах способствует интенсификации процесса и обеспе-чивает высокую эффективность разделения. Совершенствова-ние конструкций классификаторов в этом случае идет по пути

4

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВОЗДУШНОЙ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

поиска и разработки более эффективных вставок. Главная за-дача при этом — создание элементов, обеспечивающих высо-кую эффективность разделения при повышенных расходных концентрациях материала m > 2 кг/м 3. При увеличении рабочей концентрации материала во столько же раз повышается произ-водительность аппарата, снижаются требуемый расход воздуха и энергозатраты;

• комбинированные каскады, состоящие из z×n-разделительных элементов. В этом случае простые каскадные аппараты последо-вательно объединяются в сложный комбинированный класси-фикатор. При этом возникает огромное число вариантов связей между n отдельными z-каскадами, что в свою очередь повыша-ет гибкость по выбору оптимального варианта комбинирован-ного каскада в условиях поставленной задачи. При рациональ-ной организации комбинированного каскада его эффективность тем выше, чем выше разделительная способность простого ка-скада и каждого его элемента, являющегося секцией простого каскада [2].

Таким образом, чтобы спроектировать эффективный воздушный классификатор, необходимо определить оптимальные режимные па-раметры процесса сепарации: размер граничного зерна (границу разде-ления x50, мм); скорость воздушного потока через аппарат или отдель-ный каскад, wопт, м/с; выход готового продукта, gк, %. Эти параметры должны обеспечить минимальные отходы производимого продукта и обеспечить заданные условия к качеству готового материала.

5

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Процесс гравитационной классификации частиц формируется в сквозном газодисперсном потоке в противодействии двух ос-

новных сил: массовых и аэродинамического сопротивления [3].Сила аэродинамического сопротивления, в зависимости от режима

обтекания, пропорциональна размеру d частиц в степени n от 1 до 2: F ds

n» . Массовая сила пропорциональна диаметру частицы в кубе: F dm »

3 [4]. Таким образом, мелкие фракции имеют тенденцию вы-носиться газодисперсным потоком в улавливающие устройства, круп-ные — осаждаться вниз. Так как на процесс фракционирования влияют такие факторы, как двухфазность потока, полидисперсность, неравно-мерность поля скоростей сплошной фазы и поля локальных концен-траций частиц, вращение частиц в потоке и др., то он является слож-ным многопараметрическим процессом.

2.1. Описание процесса пневматической сепарации порошков функциями фракционного разделения

Любой стохастический процесс описывается функциями распределе-ния. Для процесса фракционирования такой функцией является функ-ция степени фракционного разделения (кривая Тромпа). В зарубежной литературе кривые Тромпа используются в виде зависимостей степени фракционного извлечения в крупный продукт [3] Фк xi( ) , в отечествен-ной — чаще используют функции степени фракционного извлечения в мелкий продукт Фм( )хi . Однако это не играет принципиальной роли, т. к. обе характеристики связаны однозначной зависимостью

6


Ф Фк м( ) ( )х хi i+ =1 . (2.1) Идея функций фракционного разделения довольно проста. В ее

основе лежит определение степени фракционного извлечения уз-ких классов крупности в мелкий или крупный продукт разделения. На рис. 2.1 приведена функция фракционного извлечения в круп-ный продукт разделения, называемая в зарубежной литературе кри-вой Тромпа.

0 100 200 300 x, мкм

25

50

75

100 Фк(x), %

Реальный сепаратор

Идеальный сепаратор

x75 x50 xm x25

F1

F2

Рис. 2.1. Функция степени извлечения узких классов крупности в крупный продукт

Конкретное значение степени фракционного извлечения Фк xi( ) частиц узкого класса крупности xi означает вероятность попадания частиц данного класса в крупный продукт. Чтобы экспериментально определить степень фракционного извлечения, нужно знать грануло-метрический состав продуктов разделения — частные остатки крупно-го продукта r xiк ( ) и частные остатки исходного материала r xi( ) (при ситовом анализе это будут веса отдельных фракций между соседними ситами, приведенные к 100 %), а также массовый выход крупного про-дукта gк , равный отношению массы крупного материала к массе ис-ходного продукта. С учетом этого

7

2. Теоретические основы фракционирования сыпучих материалов

Фкк к( )

( )( )

хr хr хi

i

i

=g

100. (2.2)

Если известен гранулометрический состав исходного материала, то, зная функцию степени фракционного разделения, можно рассчитать выходы и гранулометрические составы продуктов разделения:

gк кФ==е ( ) ( )х r xi ii

n

1

; (2.3)

gм мФ==е ( ) ( )х r xi ii

n

1

; (2.4)

r xх r x

ii i

кк

к

Ф( )

( ) ( )=100

g; (2.5)

r xх r x

ii i

мм

м

Ф( )

( ) ( )=100

g. (2.6)

Широкая распространенность функций фракционного разделения объясняется тем, что они несут в себе полную информацию обо всех технологических показателях процесса (эффективность, выход, из-влечение и др.).

Фундаментальные свойства функций фракционного разделения подробно раскрыты в работах М. Д. Барского [3], В. Е. Мизонова [4], С. Г. Ушакова, Н. И. Зверева [5] и других авторов. Существует много способов математического описания кривой Тромпа [3].

В качестве примера можно привести работу [6], где функции сте-пени фракционного разделения аппроксимируются различными двух-параметрическими распределениями.

Среди наиболее удачных аппроксимаций можно отметить функции Плитта, Розина–Раммлера, Линча, нормально-логарифмический закон:

1) аппроксимация Плитта:

Фм( )xxx

i

i

p=

+ж

из

ц

шч

1

150

; (2.7)

2) модифицированная аппроксимация Розина–Раммлера:

Фм( ) exp lnxxxi

i

p

= -ж

из

ц

шч

ж

изз

ц

шчч

250

; (2.8)

8


3) функция Линча:

Фм( ) ,xe

e ei

p

pt p=-

+ -1

2 (2.9)

где t xx

i=50

;

4) нормально-логарифмический закон:

Фм( )ln

xp

e dti

pt

t

= -ж

изз

ц

шчч

-

-Ґт1

2

22

2

p. (2.10)

В приведенных аппроксимациях параметр x50 представляет собой границу разделения (такой размер фракции, которому соответству-ет распределение материала поровну в крупный и мелкий продукт).

Параметр p характеризует крутизну кривой и может служить ме-рой остроты сепарации. Если удается определить эти два параметра, то фактически мы определяем саму функцию, а значит, можем полно-стью рассчитать результаты процесса разделения, т. е. определить гра-нулометрические составы и выходы продуктов разделения.

Знание функции фракционного разделения позволяет не только прогнозировать результаты процесса, но и наиболее объективно оце-нить эффективность разделения конкретного аппарата. В настоящее время разработано большое количество критериев эффективности, базирующихся на кривых фракционного разделения [3].

Наибольшее распространение, вследствие своей простоты и удоб-ства применения, получил точечный критерий Эдера — Майера:

kxx75 25

75

25

100= %, (2.11)

где x25, x75 — средние размеры узких фракций частиц, выносимых в мел-кий продукт на 25 % и 75 % соответственно (см. рис. 2.1).

2.2. Каскадный принцип организации процесса пневматической классификации

Конструктивно наиболее эффективными являются классифика-торы, состоящие из ряда последовательно установленных секций [3]. Эффективность одной секции может быть невелика, но последова-

9


тельная компоновка позволяет значительно повысить качество сепа-рации. Секции таких классификаторов отличаются между собой кон-струкцией пересыпных элементов. Наиболее распространенные типы конструкций классификаторов представлены на рис. 2.2.

В+М

И

К В К В

И

В+М В+М

И

К В

В+М

И

К В

а б в г

д е ж

И

И И В

В

В

В + М

В+М

К К1 К2

Рис. 2.2. Типы гравитационных пневматических классификаторов: а — равновесный; б — Зигзаг; в — полочный; г — гравитационно-центробежный;

д — многорядный; е — с горизонтальной подачей воздуха; ж — с «косым» потокомИ — исходный материал; В — воздушный поток; М — мелкий продукт;

К — крупный продукт

10


В аппаратах с вертикальным потоком воздуха (см. рис. 2.2, а, б, в, г) каждая частица оказывается под влиянием двух движущих сил, направ-ленных в противоположные стороны: гравитационной силы, действу-ющей вертикально вниз, и силы динамического воздействия воздуха, направленной вертикально вверх. Разделение зерен осуществляется в зависимости от их скоростей.

В зерноперерабатывающей и других отраслях промышленности иногда применяются равновесные, то есть работающие по принци-пу уравновешивания частиц граничной крупности классификаторы непрерывного действия (см. рис. 2.2, а). В них наблюдается значитель-ное засорение верхнего и нижнего выходов инородными фракциями. Кроме того, на результаты работы решающее влияние оказывает кон-центрация материала в зоне сепарации, поэтому такие аппараты ха-рактеризуются низкой производительностью. Отрицательными фак-торами также являются неравномерность концентрации твердой фазы вблизи места ввода и образование агломератов в условиях повышен-ной производительности.

Этот недостаток в большой степени ослаблен в конструкциях ап-паратов с торможением восходящего потока. Одним из них является воздушный классификатор типа Зигзаг (рис. 2.2, б).

За счет зигзагообразных изгибов канала увеличивается влияние дей-ствия соударений частиц о стенки канала на их траекторию движения. Частицы, двигающиеся вниз в пристенной зоне, за счет изгибов сте-нок возвращаются в осевую часть канала, в зону максимального аэ-родинамического восходящего воздушного потока. Уменьшается ве-личина засорения крупного и мелкого продуктов противоположными классами, повышается эффективность сепарации материала.

Основным недостатком, снижающим остроту разделения, является неравномерность силового воздействия на частицы воздушным пото-ком. Если в секциях, ниже загрузочной, эпюра силового воздействия выпрямлена за счет опускающихся крупных частиц, в верхних секци-ях эпюра этого воздействия имеет треугольный характер. Граница раз-деления в верхних секциях все более размывается, и в мелкий продукт забрасываются крупные частицы.

Устранить данный недостаток удалось в способе разделения, заклю-чающемся в выравнивании эпюры скоростей газопылевыми потока-ми, ориентированными навстречу основному восходящему потоку [7].

Аналогом Зигзага можно назвать разработанный в Уральском по-

11


литехническом институте М. Д. Барским [3] (см. рис. 2.2, в) класси-фикатор с пересыпными полками. Образующиеся над и под полками центробежные вихри с горизонтальной осью (рис. 2.3) способствуют расслаиванию и диспергированию материала, увеличивают время пре-бывания частиц в аппарате.

Рис. 2.3. Траектории движения частиц в гравитационном классификаторе с пересыпными элементами

Отличие данного аппарата от «Зигзага» заключается в большей тур-булизации воздушного потока, улучшающей расслоение и разделе-ние частиц.

На базе этой конструкции разработано множество модификаций различных полочных классификаторов, существенным недостатком которых является то, что в пространстве между нижней кромкой пол-ки и противоположной ей стенкой шахты образуется вихреобразное движение материала только вокруг одной горизонтальной оси. Интен-сивность вихреобразования вдоль оси неравномерна. Вихри около сте-нок, перпендикулярных полкам, вследствие вязкого трения затухают

12


и материал в пристенных областях не диспергируется. Поэтому мел-кие частицы вместе с крупными осаждаются у стенок вниз, «загряз-няя» крупный продукт.

В центральной части аппарата, в пространстве над полкой — вих-реобразование интенсивное и крупные частицы уносятся воздушным потоком вверх вместе с мелким продуктом.

В какой-то мере этих недостатков лишены классификаторы с кру-глым сечением шахты, например поликаскадный классификатор, в ко-тором пересыпные элементы выполнены в виде перфорированных воро-нок из отдельных колец [8]. В кольцевых элементах материал отводится в ядро потока по всему периметру и при движении по внутренним стен-кам воронки, провеивается воздухом в зазорах между кольцами.

В гравитационно-центробежном классификаторе [9, 10] (см. рис. 2.2, г) между поликаскадными воронками установлены вставки, выполнен-ные в виде винтовой поверхности. При прохождении двухфазного пото-ка через винтовые вставки создаются центробежные силы, отводящие крупные инерционные частицы к стенке шахты. Мелкие, менее инер-ционные фракции, уносятся вверх. Разделение производится во всем объеме шахты, что благоприятно сказывается на качестве фракциони-рования. Граница разделения устанавливается не только скоростью воз-душного потока, но и изменением шага винтовой поверхности.

Объединяя по определенной схеме одношахтные каскадные класси-фикаторы, можно получить различные типы комбинированных сепа-раторов, отличающихся высокой эффективностью и производитель-ностью при сравнительно небольших габаритах.

Наиболее распространен способ (см. рис. 2.2, д; рис. 2.4), в котором материал подается на расположенную под каскадными шахтами газо-распределительную решетку и двигается по ней в псевдоожиженном состоянии. Разделение осуществляется как на решетке, так и в каж-дой шахте. Эти классификаторы отличаются относительно неболь-шими габаритами по высоте и высокой производительностью по ис-ходному питанию.

Особенностью комбинированных классификаторов является их вы-сокая чувствительность к исходной влажности сырья. Даже незначи-тельное содержание влаги (до 3 %) способствует забиванию перфора-ций решетки и прекращению работы классификатора.

Менее чувствительны к влажным и склонным к конгломерации продуктам аппараты с поперечным и наклонным потоком воздуха (см. рис. 2.2, е, ж).

13


Важным достоинством этих классификаторов является более низ-кий по сравнению с вертикальными, расход энергии.

В отличие от вертикальных классификаторов назначение пересып-ных полок в этих конструкциях — только в периодическом измене-нии направления движения материала и разрушении агрегатов частиц. Эффект применения полок в горизонтальных классификаторах ниже, чем в вертикальных. Улучшение чистоты получаемых фракций мож-но достичь в аппаратах с потоком воздуха, направленным под углом к горизонту [11].

Рис. 2.4. Принцип работы многорядного классификатора: 1 — пересыпные элементы; 2 — перфорированная решетка;

3 — мелкие частицы; 4 — крупные частицы

14


В отличие от классификаторов с горизонтальным потоком в этих ап-паратах разделяющее воздействие несравненно выше, а наличие жа-люзийных решеток, через которые проходит пылевоздушная смесь, в большей степени способствуют разрыхлению материала и разруше-нию агрегатов частиц.

Кроме того, эти классификаторы не требуют герметизации узлов подачи исходного материала и разгрузки крупного продукта, так как разделяемый материал подается на наружную поверхность решетки.

15

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАСКАДНОЙ ПНЕВМОКЛАССИФИКАЦИИ

Гранулометрический состав материала часто определяется сито-вым анализом, поэтому его удобно интерпретировать с помощью

понятия арифметического вектора. Арифметический вектор, по опре-делению, упорядоченный набор элементов. В нашем случае компо-нента ri вектора r r r r ri m1 2, ,... ,...{ } представляет собой частный остаток на i-м сите. Число сит, а значит число узких классов крупности, рав-но m. Из условия нормировки следует, что

r xii

m

( ) %.=е =

1

100 (3.1)

Важнейшей характеристикой пневмоклассификации является функ-ция степени фракционного извлечения (рис. 3.1). Степень фракцион-ного извлечения в крупный продукт разделения Фк xi( ) представляет собой долю частиц узкого класса крупности xi , извлекаемую в крупный продукт. Размер частиц, которые извлекаются поровну (со степенью 50 %) в оба продукта разделения, называется границей разделения x50 .

Эти функции нашли широкое применение, так как обладают рядом важных свойств. Главное из них — независимость от гранулометриче-ского состава исходного материала.

Функция степени фракционного извлечения зависит только от типа конструкции аппарата и границы разделения, на которую он настроен [3]. Есть различные аналитические зависимости, с помощью которых можно аппроксимировать функцию степени фракционного извлече-ния для конкретного классификатора, например с помощью двухпа-раметрической функции Плитта (2.7).

16


Чем круче кривая — тем более эффективен аппарат. На рис. 3.1 (поз. 3) приведена кривая фракционного разделения для идеального аппа-рата. Она представляет собой единичную функцию. Так, все частицы размером xi менее x50 должны извлекаться в мелкий продукт разделе-ния на 100 %. Все частицы размером xi более x50 должны извлекаться в мелкий продукт разделения на 0 %. Реальные классификаторы име-ют S-образные кривые.

Фм, Фк, %

100

75

50

25

0

x50 x25 x75

х, мкм

1 3 2

Рис. 3.1. Кривые фракционного разделения: 1 — степень фракционного извлечения в мелкий продукт Фм(xi); 2 — степень

фракционного извлечения в крупный продукт Фм(xi); 3 — степень фракционного извлечения в мелкий продукт для идеального классификатора

Есть различные критерии эффективности сепарации, характери-зующие степень приближения реальной кривой к единичной функ-ции. Один из наиболее применяемых — показатель эффективности Эдера — Майера (2.8).

Несложно вывести связь параметра Плитта p и показателя Эдера — Майера. Так как

Фм( ) ,xxx

p75

75

50

0 751

1

= =

+ж

из

ц

шч

; (3.2)

17

3. Математическое моделирование процесса каскадной пневмоклассификации

Фм( ) ,xxx

p25

25

50

0 251

1

= =

+ж

из

ц

шч

, (3.3)

размер фракций, извлекаемых в мелкий продукт на 75 % и 25 %, опре-деляется и соотношений:

x x xp p

75 50

1

50

1

1 0 750 75

13

=-ж

из

ц

шч = ж

из

цшч

,,

; (3.4)

x x xp

p25 50

1

50

11 0 250 25

3=-ж

из

ц

шч = ( ),

,. (3.5)

Эффективность разделения по критерию Эдера — Майера будет

kxx

x

x

p

p

p

75 25 = =

жиз

цшч

( )= ж

из

цшч

ж

из

ц

100 100

13

3100

19

75

25

50

1

50

1

1

шшч

. (3.6)

Если известен гранулометрический состав исходного материала — вектор r (xi), то, зная функцию степени фракционного разделения, можно полностью рассчитать результаты процесса пневмоклассифи-кации, т. е. определить выход крупного и мелкого продуктов разделе-ния и их гранулометрические составы.

На рис. 3.2 представлена схема последовательного каскадного клас-сификатора (ПКК), реализующего перечистку крупного продукта и со-стоящего из двух элементов.

В качестве элемента может быть использован любой классифика-тор. В приведенном примере в качестве элемента ПКК используется гравитационный классификатор с пересыпными полками. Исходный материал подается в первую сепарационную колонку, где разделяет-ся по заданной границе x1 50( ) на два продукта — мелкий и крупный. Крупный продукт разделения поступает во вторую сепарационную колонку, где разделяется по границе x2 50( ) . Мелкий материал пото-ком воздуха выносится из обеих колонок в циклоны, где отделяется от воздуха и объединяется. Крупный продукт разделения из второй колонки и объединенный мелкий продукт являются продуктами раз-деления данного ПКК.

18


Воздух на санитарную очистку

Исходный материал

Крупный продукт

Мелкий продукт

Рис. 3.2. Последовательный двухэлементный каскадный классификатор, реализующий перечистку крупного продукта

Каждый элемент последовательного каскадного классификатора имеет свою функцию степени фракционного разделения. В общем случае ПКК может состоять из n элементов. В этом случае структур-ная схема ПКК имеет вид, представленный на рис. 3.3.

19


r(xi)

Ф1к(xi)

r1м(xi)

r1к(xi) Ф2к(xi)

r2м(xi)

r2к(xi) Фnк(xi)

rnм(xi)

r(n-1)к(xi)

x1(50)

x2(50)

xn(50)

rnк(xi)

Рис. 3.3. Структурная схема последовательного каскадного классификатора из n элементов, реализующая перечистку

крупного продукта

Воспользуемся зависимостями (2.1–2.6) и напишем уравнения ба-ланса для произвольного i-го класса каждого аппарата.

Поскольку содержание i-го класса в j-м элементе каскада долж-но быть равно входу со всех остальных элементов и внешнего входа (если в данный элемент осуществляется подача исходного материала), записав, получим систему уравнений

r r a r a r a r

r a r a r a ri i i i n ni

i i i n

1 21 2 31 3 1

2 12 1 32 3 2

= + + + +

= + + +

... ;

... nni

ni n i n i n n n ir a r a r a r

;

... .

Ч Ч Ч Ч Ч Ч Ч Ч= + + + - -1 1 1 2 1 1

(3.7)

В матричной форме система будет иметь вид

--

-

ж

и

зззз

ц

ш

ччч

1

1

1

21 31 1

12 32 2

1 2 3

a a a

a a a

a a a

n

n

n n n

...

...

. . . . .

...чч

ж

и

зззз

ц

ш

чччч

=

-ж

и

зззз

ц

ш

чччч

r

r

r

ri

i

ni

i1

2 0

0

. .. (3.8)

20


В этих уравнениях элемент ajk матрицы представляет собой вход в k-й элемент каскада из j-го элемента каскада i-го класса. Поэтому будем в дальнейшем называть матрицу А — матрицей связи. Очевид-но, что элемент ajk матрицы связи может принимать одно из трех зна-чений:

1) ajk = 0 , если в k-й элемент каскада из j-го элемента каскада ниче-го не приходит;

2) a xjk j i= ( )Фм , если в k-й элемент каскада из j-го элемента каска-да приходит мелкий продукт разделения;

3) a x xjk j i j i= - ( ) = ( )1 Ф Фм к , если в k-й элемент каскада из j-го эле-мента каскада приходит крупный продукт разделения.

Поскольку мы рассматриваем произвольный i-й класс частиц, то ин-декс i можно опустить.

Для ПКК из n элементов каскада, структурная схема которого пред-ставлена на рис. 3.3 (перечистка крупного продукта), уравнения балан-са будут иметь вид

-- -

- -

-

1 0 0 0

1 1 0 0

0 1 1 0

0 0 0 1

1

2

...

( ) ...

( ) ...

... ... ... ... ...

(

Ф

Ф

Ф

м

м

(( ) )n n

r

r

r

r

r

- -

ж

и

зззззз

ц

ш

чччччч

ж

и

зззззз

ц

ш

чччччч

=

-ж

1

1

2

3

1

0

0

0

0м ии

зззззз

ц

ш

чччччч

(3.9)

Несложно заметить, что матрицу связи и уравнения баланса мож-но выразить через степень фракционного извлечения в крупный про-дукт. Для этого достаточно заменить Фм на Фк по зависимости (1.1). При этом система (3.9) примет вид

--

-

-

ж

и

з

-

1 0 0 0

1 0 0

0 1 0

0 0 0 1

1

2

1

...

...

...

... ... ... ... ...

( )

Ф

Ф

Ф

к

к

кn

зззззз

ц

ш

чччччч

ж

и

зззззз

ц

ш

чччччч

=

-ж

и

зззззз

ц

ш

ччч

r

r

r

r

r

n

1

2

3

0

0

0

0

чччч

(3.10)

Используя уравнения баланса и определение функции степени фракционного извлечения, можно получить функцию степени фрак-ционного извлечения для всего ПКК.

Так, для ПКК из n элементов каскада, структурная схема которо-го представлена на рис. 3.3 (перечистка крупного продукта), степень

21


фракционного разделения в крупный продукт разделения Ф ПККк( ) бу-дет равна согласно (2.2):

Фк ПККк к ПКК

( )( )=( )

( )

( )x

r x

r xi

i

i

g100

. (3.11)

Чтобы найти r xiк ПКК( )( ) , воспользуемся системой уравнения (3.10) и значением степени фракционного извлечения в крупный продукт для n-го элемента каскада. Решая систему (3.10), получим содержа-ние произвольного r xn i( ) для i-го класса частиц в n-м элементе каскада:

r rn n= -Ф Ф Фк к к1 2 1... ( ) . (3.12) Учитывая, что крупный продукт согласно структурной схеме

(рис. 2.3) выходит только из n-го элемента каскада, имеем r x r xi n iк ПКК к( ) = ( )( ) . (3.13)

Используя (2.5), найдем

r xr x x

n in i n i

кк

к

Ф( )

( )=

( )100

g. (3.14)

Подставив в (3.11) зависимости (3.12–3.14), окончательно выраже-ние степени фракционного разделения в крупный продукт для после-довательного комбинированного каскада Фк ПКК( ) из n элементов запи-шется в виде

Ф Ф Ф Ф Фк ПКК к к к к( )=

= =Х( ) ...xi n jj

n

1 21

. (3.15)

Если воспользоваться полученным результатом, формулой (1.1) и функцией Плитта (2.7), то для ПКК, представленного на рис. 3.3, функция степени фракционного разделения в крупный продукт бу-дет иметь вид

Фк ПКК( )( )

( )

=

=

ж

изз

ц

шчч

+ж

изз

ц

шчч

Х( )x

xx

xx

i

i

j

p

i

j

pj

n

j

j

50

50

1

1

. (3.16)

22


Исследуем полученный результат. Выясним, как влияет число эле-ментов последовательного каскадного классификатора (ПКК) на эф-фективность разделения и границу разделения. Для этого произведем расчет данных показателей для различных значений j.

Для начала примем, что все колонки одинаковы, т. е. x x x x xi n1 50 2 50 50 50 0 50( ) ( ) ( ) ( ) ( )= = = = = = = ; (3.17)

p p p p pi n1 2= = = = = = . (3.18) В этом случае (3.16) примет вид

Фк ПКК( )( )

( )

=

ж

изз

ц

шчч

+ж

изз

ц

шчч

й

л

кккккк

щ

ы

( )x

xx

xx

i

i

p

i

p

0 50

0 50

1

ъъъъъъъ

n

. (3.19)

Задача имеет аналитическое решение. Из (3.19) следует

xx

x

Ф x

i

pn

i

ni

0 50

1

1

1( )

( )

( )

ж

изз

ц

шчч=

-

Ф к ПКК

к ПКК

( )

( ). (3.20)

Поскольку Фк ПКК( ) =( ) ,x75 0 25 (3.21)

и Фк ПКК( ) =( ) ,x25 0 75 , (3.22)

можно записать

xx

n

n

p

75

0 50

1

1

1

0 25

1 0 25( )=

-

ж

и

ззз

ц

ш

ччч

,

,; (3.23)

xx

n

n

p

25

0 50

1

1

1

0 75

1 0 75( )=

-

ж

и

ззз

ц

ш

ччч

,

,. (3.24)

23


Разделив (3.23) на (3.24), эффективность ПКК по показателю Эде-ра — Майера найдется по формуле

kxx

n

n

n

n

75 25 = =

-ж

из

ц

шч

-ж

из

ц

шч

й

л

1000 25

1 0 25

1 0 75

0 75

25

75

1

1

1

1

,

,

,

,

кккккк

щ

ы

ъъъъъ

1p

. (3.25)

Граница разделения для ПКК:

x xn

n

p

50 0 50

1

1

1

0 5

1 0 5

=

-ж

из

ц

шч

й

л

ккккк

щ

ы

ъъъъъ

( ),

,

, (3.26)

где x0 50( ) — граница разделения для элемента ПКК.В табл. 3.1 приведены результаты расчета для различного числа эле-

ментов. Соответственно на рис. 3.4, 3.5 представлены зависимости эффективности разделения по показателю Эдера — Майера и гра-ницы разделения от числа элементов ПКК при p = 5 ( k75 25 64 4= , %) и x0 50 100( ) = мкм.

Таблица 3.1 Зависимость эффективности и границы разделения

от числа элементов ПКК

Параме-тры

n

1 2 3 4 5 6 10 100 1000k75/25, % 64,4 68,8 70,3 71,0 71,4 71,7 72,2 72,9 73,0x50, мкм 100,0 119,3 130,9 139,5 146,4 152,2 169,4 270,1 428,4n 1 2 3 4 5 6 10 100 1000k75/25, % 64,4 68,8 70,3 71,0 71,4 71,7 72,2 72,9 73,0x50, мкм 100,0 119,3 130,9 139,5 146,4 152,2 169,4 270,1 428,4

24


60

65

70

75

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Число элементов ПКК, n

k75/25, %

Рис. 3.4. Зависимость эффективности от числа элементов ПКК

0

40

80

120

160

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Число элементов ПКК, n

x50, мкм

Рис. 3.5. Зависимость границы разделения от числа элементов

Как следует из представленных зависимостей, эффективность разде-ления растет с увеличением n и стремится к пределу. Причем рост бы-стро затухает. Делать ПКК более чем из 6–8 элементов не имеет смысла.

Если ПКК представляет перечистку мелкого продукта (рис. 3.6), то несложно показать, что эффективность разделения будет описывать-ся той же зависимостью, а граница разделения определяется по формуле

25


x x

n

n

p

50 0 50

1

1

1

1 0 5

0 5

=

-ж

из

ц

шч

й

л

ккккк

щ

ы

ъъъъъ

( )

,

,. (3.27)

r(xi)

Ф1м(xi)

r1м(xi)

r1к(xi)

r(n-1)м(xi)

x1(50)

Ф2м(xi)

r2м(xi)

r2к(xi)

x2(50)

Фnм(xi)

rnм(xi)

rnк(xi)

xn(50)

Рис. 3.6. Структурная схема последовательного каскадного классификатора из n элементов, реализующая перечистку мелкого продукта

На рис. 3.7 представлена зависимость границы разделения для ПКК реализующего перечистку мелкого продукта.

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Число элементов ПКК, n

x50, мкм

Рис. 3.7. Зависимость границы разделения от числа элементов

26


Несложно показать, что функция степени фракционного извлече-ния для ПКК, реализующего перечистку мелкого продукта, описыва-ется зависимостью

Ф Фм ПКК м( )=

( )

=

= =

+ж

изз

ц

шчч

Х Х( )xx

x

i jj

n

i

j

pj

n

j1

50

1

1

1

. (3.28)

Для случая одинаковых элементов ПКК зависимость (3.28) при-мет вид

Ф Фм ПКК м( )

( )

= =

+ж

изз

ц

шчч

й

л

кккккк

щ

ы

ъъъъъъ

( )xx

x

in

i

p

n

0

0 50

1

1

. (3.29)

Последовательные каскадные классификаторы, имеющие одина-ковые функции степени фракционного разделения, достаточно под-робно рассмотрены в работах [3–5].

Реальные ПКК, как показывает практика, имеют разные функ-ции степени фракционного разделения для каждого элемента. Свя-зано это с тем, что элементы каскада работают при различных кон-центрациях. Например, в ПКК реализующих перечистку крупного или мелкого продуктов, концентрация материала убывает от пер-вого элемента к последнему. В тоже время, во многих работах по-казано, что увеличение концентрации материала приводит к сни-жению эффективности разделения и уменьшению граничного зерна x50 .

Границей разделения можно управлять, меняя режим работы клас-сификатора, например, за счет изменения скорости воздушного по-тока w. Известно, что эффективность разделения определяется двумя факторами: концентрацией материала m (кг/м 3) и конструкцией аппа-рата. Для конкретной конструкции аппарата эффективность зависит от концентрации материала. Если иметь для элемента ПКК экспери-ментальные зависимости эффективности p m( ) и границы разделе-ния x50 m( ) от концентрации, то можно оптимизировать работу все-го ПКК [12–14].

27


Типичная задача, решаемая при разделении сыпучего материала, выглядит следующим образом. Известен гранулометрический состав исходного материала, т. е. вектор r r r r ri m1 2, ,... ,...{ } , и выполняется ус-ловие нормировки для частных остатков (3.1). Если готовым является, например, крупный продукт, то его гранулометрический состав опре-деляется по зависимости

r x x x p r xiк

i iк к(ПКК)Ф( ) ( , , ) ( )=100

50g. (3.30)

Выход крупного продукта разделения определяется как

gк ПКК к ПККФ( )=

( )= еr x xii

m

i( ) ( )1

. (3.31)

Известно, что в стационарном режиме работы вход твердой фазы в аппарат Gи равен ее выходу:

G G Gи м к= + . (3.32) Разделив обе части уравнения на Gи, получим известное соотно-

шение 1= +g gм к . (3.33)

Функцию степени фракционного извлечения в крупный продукт для последовательного комбинированного каскада, как было пока-зано ранее, определяем по балансной модели через функции фрак-ционного извлечения для отдельных аппаратов Фjк по зависимос- ти (3.15).

В предложенной постановке задачи функция степени фракцион-ного извлечения в крупный продукт для отдельного каскада (аппа-рата) Фjк зависит от границы разделения x j 50( ) и показателя эффек-тивности разделения pj . Аппроксимируем ее, например с помощью функции Плитта:

Ф кj i

i

j j

p

i

j j

px

xx

xx

j j

j j( )

( )

( )

( )

( )=

ж

изз

ц

шчч

+ж

изз

ц

шчч

50

50

1

m

m

m

m . (3.34)

28


Зависимости эффективности от концентрации материала pj jm( ) и зависимость границы разделения от концентрации x j j50( ) ( )m опре-деляются экспериментально и считаются известными.

Установим, как меняется концентрация по элементам последо-вательного каскада. Поскольку вся подача материала осуществляет-ся в первый аппарат каскада, то концентрация материала m1 (кг/м 3) в первом аппарате определяется по зависимости

m11

=GV

и , (3.35)

где V1 — расход воздуха через первый аппарат каскада, м 3/c.Примем, что расход воздуха через все элементы ПКК одинаков,

т. е.

V V V Vn1 2= = = =... . (3.36) Далее можно определить концентрацию материала во втором эле-

менте каскада:

mg

m mg

mg

21 1

1 11

11100

100 100=

-=

-= - =

G GV

G GV

и м и и м м к/ (3.37)

и концентрацию материала в n-м элементе каскада:

m mg g g

mg

nn j

j

n

= =-

=

-

Х11 1

11

1

100 100 100 100к к2 к к

( ) . (3.38)

Таким образом, на основе материального баланса по отдель-ным узким фракциям выводится система уравнений (математиче-ская модель), позволяющая рассчитать функцию фракционного извлечения для последовательного классификатора с учетом нерав-номерной концентрации по отдельным элементам каскада. Кро-ме этого, модель позволит определить циркуляционную нагрузку по отдельным классам на каждый элемент каскада, т. е. концентра- цию µ.

В качестве входных данных считается известной функция фракци-онного разделения Фjк (xi) для отдельного элемента последовательно-го каскада. Функция фракционного извлечения для ПКК Фк ПКК( )( )xi определяется по модели через функцию для отдельного элемента, т. е. находится вид функции Ф Фк ПКК к( ) ( )( )j ix .

29


Функция фракционного разделения для отдельного элемента каскада аппроксимируется двухпараметрической функцией Ф кj ix x p, ,50 m m( ) ( )йл щы на основе экспериментальных данных, где в качестве параметров высту-пают граница разделения x50 m( ) и параметр p m( ) , зависящие от концен-трации µ.

Таким образом, мы получаем функцию фракционного извлечения для ПКК Ф Фк ПКК к( ) ( ) ( )йл щы( )j ix x p, ,50 m m , где x50 m( ) и p m( ) эксперимен-тальные функции для классификатора, выбранного в качестве элемен-та последовательного каскада.

Знание функции фракционного разделения ПКК позволяет не толь-ко рассчитать продукты разделения, но и выбрать наилучшую структу-ру взаимосвязи отдельных элементов, а также оптимальные настройки границ разделения для отдельных элементов, обеспечивающие мак-симальную эффективность всего классификатора.

В работе [15] получены экспериментальные зависимости расход-ной концентрации на эффективность и границу разделения для сле-дующих конструкций классификаторов (рис. 3.8).

1. Равновесный классификатор (пустотелый) (см. рис. 3.8, а) с по-перечным сечением 80×80 мм, состоящий из семи секций высо-той 80 мм. Питание производилось в центральную секцию. Ма-териал для фракционирования — кварцит.

2. Полочный классификатор (см. рис. 3.8, б) с поперечным сечени-ем 80×80 мм, состоящий из семи секций высотой 80 мм. Пита-ние производилось в центральную секцию. Материал для фрак-ционирования — кварцит.

3. Классификатор с треугольными полками (см. рис. 3.8, в), со-стоящий из семи секций 88×88×88 мм, секция питания i* = 4. Фракционировались кварцит и серпентинит.

4. Гравитационно-центробежный классификатор диаметром 100 мм (см. рис. 3.8, г). Исследовались калийная руда, аморф-ный диоксид кремния, шлак выплавки черных металлов.

5. Многорядный (многоколонный) полочный классификатор (см. рис. 3.8, д). Число разделительных колонок n от 3 до 8, ко-личество секций z = 5. Исследовался материал: кварцит, калий-ная руда.

Из обработки экспериментальных данных получены эксперимен-тальные зависимости параметров процесса фракционирования сыпу-чих материалов от расходной концентрации (табл. 3.2, 3.3).

30


М

И

К В

М

И

К

В

И

М

К

В

М

К В

И

а б

г д

К

В

М

И

в

Рис. 3.8. Конструкции исследованных классификаторов: И — исходный материал; М — мелкий продукт;

К — крупный продукт; В — воздух

31


Таблица 3.2 Экспериментальные зависимости границы разделения от расходной

концентрации для ряда каскадных пневмоклассификаторов

Пневмоклассификатор Зависимость

Равновесный классификатор (рис. 3.8, а)x

e wg50

0 492 21 520=

Ч-( )

-, , m rr rч

Полочный классификатор (рис. 3.8, б) xe w

g50

0 429 21 127=

Ч-( )

-, , m rr rч

Классификатор с треугольными полками (рис. 3.8, в) x

e wg50

0 164 22 175=

Ч-( )

-, , m rr rч

Гравитационно-центробежный классификатор (рис. 3.8, г)

xe w

g50

0 057 20 668=

Ч-( )

-, , m rr rч

Многорядный классификатор (рис. 3.8, д) xe w

g50

0 159 21 441=

Ч-( )

-, , m rr rч

Таблица 3.3 Экспериментальные формулы влияния эффективности разделения

от расходной концентрации для ряда каскадных пневмоклассификаторов


Равновесный классификатор (рис. 3.8, а) k75 25 = +

+ ж

из

ц

шч

3 2037 75

12 08

1 84,,

,

,m

Полочный классификатор (рис. 3.8, б) k75 25 =

+ ж

из

ц

шч

57 57

14 10

1 57

,

,

,m

Классификатор с треугольными полками (рис. 3.8, в) (разделяемый материал — квар-цит)

k75 25 = +

+ ж

из

ц

шч

21 9059 43

13 86

4 28,,

,

,m

Классификатор с треугольными полками (рис. 3.8, в) (разделяемый материал — сер-пентинит)

k75 25 = +

+ ж

из

ц

шч

11 8559 43

15 30

1 37,,

,

,m

32



Многорядный классификатор (рис. 3.8, д) k75 25 = +

+ ж

из

ц

шч

5 1362 63

15 70

2 10,,

,

,m

Гравитационно-центробежный классифи-катор (рис. 3.8, г) k75 25 = +

+ ж

из

ц

шч

57 4721 88

13 26

6 00,,

,

,m

С учетом экспериментальных зависимостей аппроксимация функ-ции степени фракционного извлечения в крупный продукт для от-дельного аппарата Фjк по двухпараметрической формуле Плитта пре-образуется к виду:

Ф jк i

i

j j

p

i

j j

px

xx w

xx w

j j

j( )

( , )

( , )

( )

=

ж

изз

ц

шчч

+ж

изз

ц

шчч

50

50

1

m

m

m

(( )

ln( / ) ln( )

m

mr rm r

j

dx g

e wi

f

a b

c

=

-( )ж

из

ц

шч

++( )

ж

и

зз

ч2

1 9100

100

1ззз

ц

ш

чччч

++( )+

-( )ж

из

ц

шч1 2

1 9100

100

1x g

e wi

f

a b

c

dr rm r

mч

ln( / ) ln( ))

ж

и

зззз

ц

ш

чччч

. (3.39)

Окончание табл. 3.3

33

4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА КЛАССИФИКАТОРОВ

Рассмотрим методику расчета каскадных пневматических клас-сификаторов на примере установки для выделения из отходов

обогащения асбеста фракции серпентинита 0,2–0,5 мм. Требования к готовому продукту — содержание зерен крупнее 0,5 мм допускается не более 1 %, загрязнение фракциями менее 0,2 мм — не более 9,5 %. Производительность классификатора 2000 кг/ч. Исходный фракци-онный состав представлен в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Фракционный состав исходного продукта

Размер сит, мкм Размер фракции, мкм r(xi), %

1000 1250 0630 815 0,05500 656 0,38400 450 12,43315 357,5 16,47200 257,5 35,93140 170 19,51100 120 8,24

0 50 6,99

Верхняя граница разделения обеспечивается грохочением на сетке 630 мкм, нижняя — пневмоклассификацией по границе 200–250 мкм.

Рассчитаем теоретическую скорость воздушного потока для разде-ления сыпучего материала по граничному зерну 225 мкм.

34


Так как процесс воздушной классификации происходит в восходя-щем газодисперсном потоке под действием силы тяжести, рассмотрим силы, действующие на частицу материала (рис. 4.1):

Воздушный поток

G

Fс

R

Рис. 4.1. Осаждение шарообразной частицы в воздушном потоке

Сила тяжести G, направленная вертикально вниз:

G mgd

g= =p

r3

6 м , (4.1)

где rм — плотность материала частицы, кг/м 3;g — ускорение свободного падения, м/с 2;d — исходный диаметр частицы материала, м.Подъемная сила Архимеда R, противоположная силе тяжести:

Rd

g=p

r3

6, (4.2)

где r — плотность среды, кг/м 3.Сила аэродинамического сопротивления Fc:

Fd U

c = xrp 2 2

4 2, (4.3)

где ξ — коэффициент аэродинамического сопротивления;U — относительная скорость обтекания частицы газовым потоком,

м/с:

U V W V W V Wx x y y= - = -( ) + -( ) 2 2

; (4.4)

35

4. Применение математических моделей для расчета классификаторов

Wx , Wy — проекции вектора скоростного потока, м/с;Vx , Vy — проекции вектора скорости частицы на координатные оси, м/с.

При движении частицы в вертикальном сепарационном канале W Vx x= = 0 , а выражение (4.4) будет выглядеть как

U V W V Wy y= - = -( ) 2

. (4.5)

Так как при движении частицы в воздухе r <<rм , силой R можно пренебречь.

Проекцию силы аэродинамического сопротивления на ось y мож-но представить как

Fd U

yc = -xp

r2 2

4 2. (4.6)

Так как мы определяем скорость воздушного потока для фракции частиц диаметром d50, извлекаемых поровну в крупный и мелкий про-дукты, проекция скорости движения такой частицы должна равнять-ся Vy = 0 , а сила тяжести равна силе сопротивления.

mgd U

= xrp 50

2 2

4 2. (4.7)

Для определения коэффициента ξ воспользуемся, например, фор-мулой Адамова Г. А. [18]:

x = +( )241 0 065

23

32

Re, Re , (4.8)

для которой погрешность Dx = 1,7 % при Re от 0 до 200000.Выразим ускорение свободного падения через скорость воздушно-

го потока. С учетом (4.8), выражение (4.7) будет в виде

gU

= +( )t1 0 065

23

32

, Re , (4.9)

где t — время релаксации.

tr

m=

Чм d502

18, (4.10)

Re =Ud50rm

. (4.11)

36


С учетом (4.5), U Wy= . Тогда выражение 4.9 запишется в виде

gW W dy y= +

ж

из

ц

шч

ж

и

зз

ц

ш

ччt

r

m1 0 065 50

23

32

, . (4.12)

Выражение (4.12) является нелинейным уравнением и может быть решено, например в электронной таблице Excel (рис. 4.2). Подставляем известные значения d50 = 0,000225 м; rм = 2850 кг/м 3; µ = 1,8·10–5 Па·с; r = 1,2 кг/м 3.

Рис. 4.2. Решение нелинейного уравнения

Запишем в ячейке С8 уравнение (4.12). В электронной таблице есть встроенный метод Подбор параметра в меню Сервис. Если мы запу-стим этот метод, появится диалоговое окно. В строке окна Установить в ячейке наберем адрес $С$8. В строке Значение наберем 9,81 (величи-на ускорения свободного падения). В строке Изменяя значение ячейки наберем адрес $С$1. После этого необходимо нажать клавишу Enter — в ячейке С1 появится результат: 2,074.

Из исследований разделения серпентинита на классификаторе с треугольными полками (табл. 3.2) получена зависимость

xe w

g50

0 164 22 175=

Ч-( )

-, , m rr rч

, (4.13)

из которой можно вычислить

wg x

e=

-( )Ч -

r rrm

ч 500 1642 175, , . (4.14)

Для расходной концентрации 1 кг/м 3 и границы разделения 225 мкм скорость потока составит 1,686 м/с. Величину погрешности (18,7 %)

37


в расчетах можно объяснить тем, что при теоретических вычислени-ях не учитывалось взаимодействие частиц и расходная концентрация порошка.

В качестве промышленной установки для фракционирования сер-пентинита примем конструкцию многорядного пневматического клас-сификатора (см. рис. 3.8, д).

Согласно рис. 3.4, рост эффективности разделения многорядного аппарата замедляется уже после 5–6 колонок, с учетом этого примем для промышленного аппарата 5 вертикальных шахт с пересыпными элементами в виде треугольных полок.

Из лабораторных исследований выявлено, что серпентинит эффек-тивно разделяется в каскадных пневматических классификаторах при расходной концентрации, не превышающей 1 кг/м 3. Примем размеры сечения одной колонки классификатора 280×280 мм. При пяти верти-кальных секциях высота колонки составит 280×5 = 1400 мм.

Общее сечение газораспределительной решетки: 0,28×0,28×5 = = 0,392 м 2.

При скорости потока 1,686 м/с расход воздушного потока составит V = 1,686·0,392·3600 = 2379 м 3/ч.При массовой производительности Q = 2000 кг/ч, расходная кон-

центрация µ = 2000/2379 = 0,84 кг/м 3.Для расчетов по математической модели последовательного каска-

да (3.39) воспользуемся эмпирическими формулами зависимостей гра-ницы разделения (см. табл. 3.2) и эффективности (табл. 3.3) от рас-ходной концентрации для классификатора с треугольными полками. Эмпирические коэффициенты для зависимости (см. 3.39): a = 11,85; b = 59,43; c = 5,30; d = 1,37; e = 2,175; f = –0,164, а формула примет вид

Ф

ч

jк i

i

x

x g

w( )

, ,

ln( / ) ln( ,,

=

-( )ж

из

ц

шч-

+r rm r2 175 0 164 2

1 9 0 11850 59943

1 5 3

0 164 2

1 37

12 175

+( )

ж

и

зззз

ц

ш

чччч

-+-( )ж

из

m

r rm r

,

)

,

,

,

x g

wi ч цц

шч

++( )

ж

и

зззз

ц

ш

чччч

ln( / ) ln( ,,

,

),

1 9 0 11850 5943

1 5 3

1 37m

. (4.15)

Так как промышленный классификатор имеет 5 колонок, расход-ная концентрация в первой колонке m1 0 84 5 4 2= Ч =, , кг/м 3. По фор-

38


муле (4.15) определяем значение функции степени фракционного из-влечения крупного продукта в первой колонке Ф xк i1 ( ) . Подставив в формулу (2.3) значения исходного состава r xi( ) , определим выход крупного продукта из первой колонки, затем, согласно зависимости (2.5), определим частные остатки r xi1к ( ) .

Скриншот расчетов в электронной таблице показан на рис. 4.3. Во всех вычислениях в качестве xi принимаем текущий размер фрак-ции сыпучего материала.

Рис. 4.3. Расчет процесса пневмоклассификации серпентинита в первой колонке каскадного аппарата

39


Здесь ячейка B20 = B19 = B18 = B17 = B16. В ячейку B21 запишем формулу: =5×2000/(0,392×B16×3600). По (3.38) находим расходную концентрацию во второй и последующих колонках.

Аналогично вычисляем функцию степени фракционного извлече-ния крупного продукта во второй и последующих колонках Ф xj iк ( ) , определяем выход и составы r xj iк ( ) . При этом для каждой последую-щей шахты классификатора исходным составом считаем грануломе-трический состав крупного продукта предыдущей колонки (рис. 4.4).

Выход крупного продукта по всем колонкам определяется как

g gg g g

gg

n кj

j

n

= ==Х1

21

2100 100 100 100к к3 к(n) к

, (4.16)

запишем этот результат вычисления в ячейку Q13.В ячейке R15 вычислим сумму ячеек R9+R10+R11, являющуюся за-

грязнением крупного продукта фракциями минус 200 мкм. Согласно по-ставленной задаче, необходимо получить максимальный выход готового (крупного) продукта при условии содержания фракций минус 200 мкм ≤ 9,5 %. Воспользуемся встроенным методом Поиск решения в меню Сер-вис. В открывшемся меню Установить целевую ячейку отметим ячей-ку $Q$13 (выход крупного продукта всего аппарата) равной максималь-ному значению изменяя ячейки $B$16, и добавим ограничение P15 ≤ 9,5.

После исполнения команды, произойдет перерасчет таблицы в со-ответствии с заданными условиями.

По формуле (3.15) определяем общую степень фракционного из-влечения крупного материала. Функцию степени фракционного из-влечения мелкого продукта определяем как Ф Фм к ПККx xi i( ) = - ( )( )1 . (4.17)

Рассчитаем также функцию степени фракционного извлечения мел-кого материала по формуле Плитта:

Фмрасч

пкк

пккx

xx

i

i

p( ) =+ж

из

ц

шч

1

150

. (4.18)

Здесь x50пкк — граница разделения последовательного каскадного

классификатора (ПКК);pпкк — показатель «остроты» разделения ПКК, связанный с крите-

рием эффективности Эдера-Майера известной зависимостью

40


Рис.

4.4

. Рас

чет п

роце

сса п

невм

окла

ссиф

икац

ии с

ерпе

нтин

ита в

кас

кадн

ом ап

пара

те

41


Рис.

4.5

. Опт

имиз

ация

про

цесс

а пне

вмок

ласс

ифик

ации

сер

пент

инит

а в к

аска

дном

апп

арат

е

42


kp

75 25 ПКК

пкк

( )

ж

из

ц

шч

= жиз

цшч100

19

1

. (4.19)

В качестве начальных параметров можно принять x50пкк = 225 мкм;

k75 25 ПКК( ) = 50 %.В соседнем столбце (рис. 4.5, ст. 15) вычислим квадрат разности

Ф Фм мрасчx xi i( ) - ( )( )2

и просуммируем его.Снова применим метод Поиск решения. В открывшемся меню Устано-

вить целевую ячейку отметим ячейку с суммой квадрата разности равной минимальному значению, изменяя ячейки со значениями x50

пкк и k75 25 ПКК( ) .После исполнения команды получим аппроксимирующие коэф-

фициенты для функции Плитта x50пкк и k75 25 ПКК( ) . Скриншот вычисле-

ний показан на рис. 4.5.Как видно из рис. 4.5, оптимальная скорость потока в шахтах клас-

сификатора 1,25 м/с при расходной концентрации в каскадном клас-сификаторе 5,668/5 = 1,13 кг/м 3 (исходная загрузка 2000 кг/ч).

На выходе из классификатора имеем материал с загрязнением фрак-циями минус 200 мкм — 9,5 %. Общий выход готового продукта 52,5 %.

Промышленный аппарат (рис. 4.6) состоит из пяти колонок с пе-ресыпными элементами в виде треугольных полок.

Рис. 4.6. Конструкция пневматического классификатора

43


Исходный материал подается в нижнюю часть первой сепарацион-ной колонки. Воздушный поток, проходящий через наклонную перфо-рированную решетку, аэрирует сыпучий материал, который в псевдо-ожиженном слое движется к разгрузочному патрубку. Основная часть мелких фракций выносится из пневматического классификатора пото-ком в пылеулавливающие устройства, крупные зерна ссыпаются в бун-кер готового продукта. На рис. 4.7 представлены результаты промыш-ленного эксперимента по фракционированию серпентинита.

Рис. 4.7. Результаты промышленного эксперимента

44


Режимные параметры эксперимента: производительность клас-сификатора — 1570 кг/ч; скорость воздушного потока на полное се-чение аппарата — w = 1,52 м/с; расходная концентрация материала в аппарате –µ = 0,73 кг/м 3. В промышленном эксперименте получен готовый продукт с загрязнением фракцией минус 200 мкм — 9,3 %. При этом выход готового материала составил 53,15 % (Так как рас-четный выход по математической модели 52,5 %, относительная по-грешность в расчетах — 1,2 %). Граница разделения в эксперименте 231,7 % (расчетная — 232,17 мкм). Таким образом, данные промыш-ленного эксперимента полностью подтверждают данные расчетной модели.

Попробуем оптимизировать процесс каскадной пневмоклассифи-кации, изменяя скорости потока в каждой колонке каскадного аппа-рата. Для этого опять воспользуемся встроенным методом Поиск ре-шения в меню Сервис. В открывшемся меню Установить целевую ячейку отметим ячейку $Q$13 (выход крупного продукта всего аппа-рата) равной максимальному значению изменяя ячейки $B$16:$B$20, и до-бавим ограничение P15 ≤ 9,5. И повторив поиск решения для аппрок-симации Плитта, мы получим аппроксимирующие коэффициенты x50

пкк и k75 25 ПКК( ) .

Скриншот выполненных вычислений показан на рис. 4.8.В таблице добавлены вычисляемые ячейки x50 (1); x50 (2); x50 (3);

x50 (4); x50 (5), определяемые в соответствии с (4.13), и коэффици-ент изменения скорости по колонкам, равный отношению скоро-сти в текущей колонке к скорости воздушного потока в первой шах-те классификатора. Как видно из рис. 4.8, максимальная скорость воздушного потока устанавливается в первой шахте аппарата и при-мерно одинаковые скорости — в последующих колонках. Это позво-ляет увеличить выход готового продукта с 52,5 до 53,61 %, при этом граница разделения ПКК снижается на 4 мкм, а эффективность уве-личивается до 56,9 %.

Конструктивно это может выглядеть следующим образом. Вы-полняем отвод воздушного потока от первой колонки на собствен-ный циклон мелкого продукта, остальные колонки объединяем на второй циклон и отдельно настраиваем скорости в воздухово-дах. Окончательная таблица компьютерного эксперимента показана на рис. 4.9.

45


Рис.

4.8

. Опт

имиз

ация

про

цесс

а пне

вмок

ласс

ифик

ации

сер

пент

инит

а в

каск

адно

м ап

пара

те и

змен

ение

м ск

орос

ти в

озду

шно

го п

оток

а по

коло

нкам

46


Рис.

4.9

. Опт

имиз

ация

про

цесс

а пне

вмок

ласс

ифик

ации

сер

пент

инит

а

47

5. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

В процессе проектирования промышленной установки, кроме раз-работки конструкции пневматического классификатора, необ-

ходимо подобрать дополнительные устройства, обеспечивающие ее функционирование, такие как пылеуловители мелкого материала, бункера, питатели, воздуховоды, вентиляторы и др.

Кроме того, необходимо обеспечить санитарные нормы работы оборудования.

Рассмотрим методику проектирования на примере расчета установ-ки обеспыливания отсевов дробления горных пород.

Целью работы является разработка пневматического классифика-тора для удаления пылевидных частиц размером менее 160 мкм в отхо-дах дробления горблендита (фракция минус 5 мм). Конечное содержа-ние частиц менее 160 мкм в готовом продукте — песках (160–5000 мкм) не должно превышать 5 %.

Исходные данные:Производительность по исходному питанию 115 т/ч.Конструкция пневматического классификатора — жалюзийный,

с обратным прососом воздуха [11].Гранулометрический состав, оптимальная скорость воздушного пото-

ка через решетку, углы наклона решетки и пластин, геометрические про-порции решетки и аппарата определяются из лабораторных испытаний.

Истинная плотность горблендита ρч = 2950 кг/м 3, насыпную плот-ность определяем лабораторным путем.

После пневматического классификатора необходимо предусмотреть установку циклона (группы циклонов) и рукавного фильтра для улавли-вания мелкого продукта разделения и обеспечения ПДК в рабочей зоне.

48


5.1. Разработка конструкции пневматического классификатора

Из лабораторных исследований определяем наилучший техноло-гический режим для обеспыливания отсевов дробления горблендита (рис. 5.1, опыт 15)

Рис. 5.1. Результаты пневмоклассификации горблендита

49

5. Расчет и проектирование необходимого оборудования для пневматической сепарации сыпучих материалов

По результатам эксперимента необходимая скорость воздушного потока через классификатор составляла w = 1,08 м/с; расходная кон-центрация материала µ = 4,54 кг/м 3. При этом выход крупного про-дукта γк = 81,23 %; содержание пылевых частиц минус 160 мкм — 3,5 %. Острота сепарации классификатора по критерию Эдера — Майера k75/25 = 49,68 %, граница разделения x50 = 161,5 мкм.

Основные геометрические размеры лабораторного классификато-ра приведены на рис. 5.2.

600

650 450

450

50

10

Ширина решетки Bр = 60 мм; толщина пластин δп = 1 мм, количество пластин Nп = 6 шт.

А

В

С

Рис. 5.2. Основные размеры лабораторного классификатора

Определим скорость воздуха в сечении между пластинами решетки.Из треугольника АВС определим катет АВ, вычислив угол АСВ:

б = - =АСВ 65 45 200 0 0 , соответственно катет АВ (высота h) будет

h BC Sin= Ч =20 1540 мм. Вычтем из этой длины общую толщину пластин d dр = = Ч =п пN 1 6 6

мм и умножим на ширину решетки Вр = 60 мм.Полученное значение является «проходным» или «живым» сечени-

ем решетки Sр.

S h Вр р р= -( ) =-

=d( )154 6 60

106 0,00888 м 2.

50


Из рис. 5.2 полное сечение решетки

S L Bр р= =Ч

=450 60

100 0276 , м 2.

Относительная площадь живого сечения S

Sр = =

0 008880 027

33,

,% .

Таким образом, скорость воздушного потока через жалюзи аппа-рата составит

w wSSр

р

= = =1 080 027

0 00888,

,,

3,28 м/с.

Из опыта проектирования промышленных аппаратов — ширина ре-шетки классификатора должна быть не более 1000–1500 мм (из усло-вий равномерности слоя материала при пересыпке его из питателя).

Примем ширину промышленного аппарата 1000 мм.При заданной производительности по исходному питанию 115 т/ч

определим основные габаритные размеры аппарата.Из лабораторных исследований выявлено, что требуемый продукт

можно получить при расходной концентрации через классификатор µ = 4,54 кг/м 3.

Так как расходная концентрация — это отношение расхода матери-ала Q к расходу воздуха V, требуемый расход воздушного потока через промышленный аппарат можно определить как

VQ

= =Ч

=m

115 104 54

3

,25330 м 3/ч или 7,036 м 3/с.

При ширине решетки Вр = 1 м, скорости потока через решетку wр = 3,28 м/с, катет АВ промышленного аппарата составит

АВ hV

B w= = =

Ч=

p p

7 0361 3 28

,,

2,145 м = 2145 мм.

С учетом абразивных свойств горблендита, толщину пластин при-мем равной bп = 8 мм, марку стали пластин — «Сталь 20».

Так как максимальный размер частиц исходного материала, посту-пающего на решетку, не более 5 мм, примем расстояние между жалю-зи решетки равным 5-кратному размеру максимального зерна: hж = 25 мм, соответственно шаг установки пластин будет 25 + 8 = 33 мм.

51


Количество пластин решетки определим из соотношения

Nh

h bрж ж

=+

=+

=214525 8

65 шт.

Общая толщина пластин составит dр = Nр·bп = 65·8 = 520 мм.

Тогда длина решетки Lh

Sinрр=

+=

d

200 7793 мм.

Прорисовку конструкции промышленного аппарата выполним в си-стеме автоматизированного проектирования (NanoCad; AutoCAD; Компас …). При этом задаемся основными пропорциями лаборатор-ной установки (рис. 5.3–5.4).

Рис. 5.3. Основные размеры жалюзийной решетки

52


Рис 5.4. Основные размеры корпуса пневматического классификатора

Аэродинамическое сопротивление жалюзийной решетки и аппарата по опыту эксплуатации типичных установок составляет около 500 Па.

Величину сопротивления в трубопроводах определим после прори-совки технологической схемы и уточнения геометрии трассы.

53


5.2. Расчет воздуховодов

По результатам ситового анализа запишем гранулометрический состав мелкого продукта в табл. 5.1 и определим средний размер мел-ких частиц

x xr

ii

iср = = »е 100

79 45 80, мкм. (5.1)

Таблица 5.1 Дисперсный состав мелкого материала

Размер сита, мкм

Средний раз-мер частиц, xi,

мкм

Частные остат-ки, ri, %

Полные остатки,

Ri, %

xi·ri /100

0 25,0 39,98 100,00 10,0050 87,5 42,69 60,02 37,35

125 142,5 7,26 17,33 10,35160 180,0 5,61 10,07 10,10200 257,5 4,26 4,45 10,97315 357,5 0,19 0,19 0,68400 515,0 0 0 0

Для оценки необходимой скорости пневматического транспорти-рования мелкого продукта, определим скорость витания частиц сред-него и максимального размера частиц.

Первоначально вычислим свойства газовой среды.Вязкость воздушного потока определим по формуле Сазерленда:

m mв =+( )+( )

ж

из

ц

шч0

0

0

32T C

T CTT

, (5.2)

где µ0 = 18,27·10–6 Па·с (для воздуха);С = 120 К; Т0 = 291,15 К;Т — температура воздуха, К.Примем среднюю температуру воздуха 0 °C, тогда

mв = Ч+( )

+( )ж

из

ц

шч = Ч-18 27 10

291 15 120

273 120273

291 1517 356

32

,,

,, 110 6- Па·с.

Плотность воздуха при 0 °C определим из табл. 5.2 (ρв = 1,292 кг/м 3).

54


Вычислим значение критерия Архимеда для частиц размером 80 мкм

Argx

=-( )ср

3м в

в в

r r

r m2 , (5.3)

Ar =

жиз

цшч -( )

жиз

цшч

=9 81

8010

2950 1 292

1 29217 3510

6

3

6

2

, ,

,,

38,08

и критерий Лященко

Ly Ar= Ч -2 49 10 3 1 2, ,, (5.4)

Ly = Ч Ч ( ) =-2 49 10 38 08 0 1963 1 2, , , .

, Так как критерий Лященко можно определить и по выражению

Lyw

g=

-( )в3

в

в м в

rm r r 2 , (5.5)

нетрудно вычислить скорость витания частиц диаметром 80 мкм:

wg

Lyвв м в

в

=-( )ж

изз

ц

шчч

m r rr

21

3

. (5.6)

wв =Ч -( )ж

изз

ц

шчч =

-17 35 10 2950 1 292 9 81

1 2920 196

6 21

3, , ,

,, 0,91 м/с.

Таблица 5.2 Свойства воздуха

Влияние температуры на свойства воздуха на уровне моряТемпература Скорость

звукаПлотность

воздуха (из ур. Клапейрона)

Акустическое сопротивление

ϑ, ˚С c, м/с ρв, кг/м 3 Z, Н·с/м 3

+35 351,96 1,1455 403,2+30 349,08 1,1644 406,5+25 346,18 1,1839 409,4+20 343,26 1,2041 413,3+15 340,31 1,2250 416,9+10 337,33 1,2466 420,5

55


Влияние температуры на свойства воздуха на уровне моряТемпература Скорость

звукаПлотность

воздуха (из ур. Клапейрона)

Акустическое сопротивление

ϑ, ˚С c, м/с ρв, кг/м 3 Z, Н·с/м 3

+5 334,33 1,2690 424,3±0 331,30 1,2920 428,0-5 328,24 1,3163 432,1

-10 325,16 1,3413 436,1-15 322,04 1,3673 440,3-20 318,89 1,3943 444,6-25 315,72 1,4224 449,1

Таким же образом можно определить скорость витания для макси-мально крупных частиц ≈ 400 мкм.

Ar =

жиз

цшч -( )

жиз

цшч

=9 81

40010

2950 1 292

1 29217 3510

47606

3

6

2

, ,

,,

.

Ly = Ч Ч ( ) =-2 49 10 4760 64 473 1 2, , .

,

wв м/с=Ч -( )ж

изз

ц

шчч =

-17 35 10 2950 1 292 9 81

1 2920 196 6 26

6 21

3, , ,

,, , ..

Для устойчивого транспортирования таких частиц по трубопрово-ду примем для вертикальных воздуховодов двойной запас скорости wтр

верт = 12,5 м/с, а для горизонтальных участков определим скорость потока с коэффициентом запаса kз = 2,5 (wтр

гор = 15 м/с).При заданном расходе воздушного потока через аппарат 7,036 м 3/с,

площадь воздуховодов можно определить, принимая максимальную скорость потока по трубам 15 м/с:

SVwтр

тр

= = =7 036

150 469

,, м 2, (5.7)

при этом диаметр воздуховода определяется как


56


DS

тртр= =

4

p0,77 м. (5.8)

Для облегчения монтажных работ примем конструкцию воздухово-да, состоящего из двух параллельных трубопроводов, тогда

D

S

тр

тр

= =4

2p

0,546 м.

По табл. 5.3 выбираем сварную трубу с условным диаметром 530 мм и толщиной стенки 8 мм.

Таблица 5.3 Применяемые размеры труб стальных электросварных прямошовных

по ГОСТ 10704–91

Наружный диаметр,

мм

Толщина стенки, мм3,0 3,2 3,5 3,8 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0

32 * — — — — — — — — — —33 * — — — — — — — — — —

33,7 * — — — — — — — — — —35 * — — — — — — — — — —36 * — — — — — — — — — —38 * — — — — — — — — — —40 * — — — — — — — — — —42 * — — — — — — — — — —

44,5 * — — — — — — — — — —45 * — — — — — — — — — —48 * * * — — — — — — — —

48,3 * * * — — — — — — — —51 * * * — — — — — — — —53 * * * — — — — — — — —54 * * * — — — — — — — —57 * * * — — — — — — — —60 * * * * — — — — — — —

63,5 * * * * — — — — — — —70 * * * * * — — — — — —73 * * * * * — — — — — —76 * * * * * * * * — — —83 * * * * * * * * — — —

57



мм

Толщина стенки, мм3,0 3,2 3,5 3,8 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0

89 * * * * * * * * — — —95 — * — — — — * — — — —

102 * * * * * * * * — — —108 * * * * * * * * — — —114 * * * * * * * * — — —127 * * * * * * * * — — —133 * * * * * * * * — — —140 * * * * * * * * — — —152 * * * * * * * * — — —159 * * * * * * * * * * *168 * * * * * * * * * * *

177,8 * * * * * * * * * * *180 — — — — * — * — — — —

193,7 * * * * * * * * * * *219 * * * * * * * * * * *

244,5 * * * * * * * * * * *273 — — * * * * * * * * *


мм

Толщина стенки, мм3,5 3,8 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0 9,0

325 — — * * * * * * * *355,6 — — * * * * * * * *377 — — * * * * * * * *

406,4 — — * * * * * * * *426 — — * * * * * * * *

(478) — — — — * * * * * *530 — — — — * * * * * *630 — — — — — — — * * *720 — — — — — — — * * *820 — — — — — — — * * *920 — — — — — — — * * *

1020 — — — — — — — — * *1120 — — — — — — — — * *1220 — — — — — — — — — *1420 — — — — — — — — — —

Продолжение табл. 5.3

58



Наружный диаметр, мм

Толщина стенки, мм10 11 12 13 14 16 (17) 17,5

325 * — — — — — — —355,6 * — — — — — — —377 * — — — — — — —

406,4 * * * — — — — —426 * * * — — — — —

(478) * * * — — — — —530 * * * * * * * *630 * * * * * * * *720 * * * * * * * *820 * * * * * * * *920 * * * * * * * *

1020 * * * * * * * *1120 * * * * * * * *1220 * * * * * * * *1420 * * * * * * * *

Наружный диаметр, мм

Толщина стенки, мм21 22 23 24 25 26 27 28 29

530 * * * * — — — — —630 — — — — — — — — —720 * * * * * * * * *820 * * * * * * * * *920 — — — — — — — — —

1020 * * * * * * * * *1120 — — — — — — — — —1220 — — — — — — — — —1420 — — — — — — — — —

Так как внутренний диаметр трубопровода составляет D = 514 мм, уточним скорость воздушного потока:

wVSтр

тр

м/с.= = =2

7 0360 514

2

16 952

,,

,p

59


Проверим, как согласуются данные расчеты с критической скоро-стью воздуха в пневмотранспортных трубопроводах. Минимальная (критическая) скорость потока по [16] должна составлять не менее:

UD

D

xmкр

м

в

м ср=ж

из

ц

шч

ж

из

ц

шч

ж

из

ц

шч0 481

6

0 581

200

0 943 0 159

,, , ,

rr

rмм-0 258, , (5.9)

где D200 — теоретический диаметр воздуховода 200 мм;mм — массовая расходная концентрация потока смеси материала

и воздуха, кг материала/кг воздуха.Так как расходная концентрация подачи исходного материала

в классификатор µ = 4,54 кг/м 3, а выход мелкого продукта по лабора-торным испытаниям γм = 18,77 %, можно определить массовую кон-центрацию потока:

mмм

в

= =Ч

=g mr

0 1877 4 541 292

0 66, ,

,, . (5.10)

С учетом этого U кр =11 75, м/с.Найдем коэффициент надежности пневмотранспортирования пы-

левоздушной смеси:

KV

Uнкр

= = =16 9511 75

1 44,,

, . (5.11)

Надежная работа пневмотранспортных установок обеспечивает-ся при Кн в диапазоне 1,2–1,4, что вполне согласуется с расчетными данными.

5.2. Проектирование циклонов для улавливания мелкого продукта

Циклоны являются наиболее распространенными аппаратами га-зоочистки, широко применяемыми для улавливания из газов твердых частиц. Они находят применение в самых различных отраслях про-мышленности: в черной и цветной металлургии, химической, про-мышленности, промышленности строительных материалов, энерге-тике и др.

При небольших капитальных затратах и эксплуатационных рас-ходах циклоны в зависимости от характеристик улавливаемой пыли,

60


типа и режима работы циклона обеспечивают эффективность очист-ки газов 80–99 %.

Циклоны могут использоваться как для предварительной очистки газов и устанавливаться перед тканевыми фильтрами или электро-фильтрами, так и самостоятельно.

На протяжении более чем столетней истории развития циклонов было разработано несколько десятков типов их конструкций. Толь-ко на территории бывшего СССР находили применение более 20 раз-личных типов циклонов.

Проведенные сравнительные испытания циклонов различного типа показали, что перечень рекомендуемых к применению циклонов мо-жет быть ограничен циклонами НИИОГАЗ.

Анализ запросов на поставку циклонов НИИОГАЗ, таких как ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24, СДК-ЦН-33, СЦН-40, СК-ЦН-34, показал, что из всех перечисленных циклонов НИИОГАЗ спросом пользуются только циклоны средней эффективности ЦН-15 и высо-коэффективные — СЦН-40.

Циклон ЦН-15 характеризуется углом наклона входного патруб-ка 15 о к горизонту. Его гидравлическое сопротивление, как прави-ло, не превышает 1500 Па. Эффективность циклона ЦН-15 составля-ет около 99 % при работе с пылью фракцией свыше 20 мкм; 95 % для пылей с размером 10 мкм и менее 80 % — при улавливании частиц ме-нее 5 мкм.

Высокая степень очистки в циклоне СЦН-40 достигнута за счет по-вышения интенсивности вращательного движения газа в корпусе ци-клона и одновременного снижения скорости радиального стока в на-правлении к выхлопной трубе. Циклоны СЦН-40 меньше подвержены забиваемости и абразивному износу. Гидравлическое сопротивление при t = 20 oС составляет 1000–2000 Па. Скорость в входном патруб-ке циклона 16–24 м/с. Условная скорость в сечении корпуса циклона 1,3–1,9 м/с. Степень очистки в циклоне диаметром 1000 мм для пыли 10 мкм выше 95 %.

Так как в нашей задаче средний размер улавливаемого продукта ≈ 80 мкм, примем в качестве пылеуловителя циклон марки ЦН-15.

Основные размеры циклонов НИИОГАЗ приведены в [17, 19, 24, 25].

Оптимальная скорость газа в ЦН-15 в расчете на его полное сече-ние равна wу = 3,5 м/с.

61


Рассчитаем необходимую площадь сечения циклонов:

SVwц

у

м= = »7 036

3 52 2,

,, (5.12)

Диаметр циклонов можно определить из выражения

DS

Nцц=

4

p, (5.13)

где N — количество циклонов, шт.Запишем диаметр циклонов при различном их количестве:

Количество циклонов при площади сечения Sц = 2 м 2

Количество циклонов, N 1 2 4Диаметр циклонов, м 1,596 1,128 0,798

Так как с увеличением диаметра циклона эффективность улавли-вания пыли снижается, выберем группу из 4-х циклонов диаметром 800 мм.

Пересчитаем фактическую скорость воздуха в циклонах.

wVdy

факт м/с.= =ЧЧ

= »4 4 7 036

4 0 83 499 3 52 2p p

,,

, ,

Относительная разница между фактической и оптимальной скоро-стью менее 15 %, оставляем диаметр циклонов 800 мм.

Так как выход мелкого продукта при испытании составил γм = 18,77 %, количество твердого материала, поступающего в циклон, составит Q Qц м т/ч или кг/с= Ч = Ч =g 112 0 1877 21 5 84, , . (5.14)

Фактическая концентрация пыли в циклоне

mцц кг/м= = =

Q

V5 84

7 0360 83 3,

,, . (5.15)

Проведем аппроксимацию гранулометрического состава пыли при помощи таблицы Excel (рис. 5.5). Для этого построим кривые полных остатков мелкого продукта сепарации из табл. 5.1. Полученные дан-ные аппроксимации запишем в табл. 5.4.

62


0102030405060708090100

010

2030

4050

6070

8090

100

110

120

130

140

150

160

170

180

Полные и частные остатки,R%

Размер

частиц,

xмкм

Рис.

5.5

. Апп

рокс

имац

ия гр

анул

омет

риче

ског

о со

став

а мел

кого

про

дукт

а

63


Таблица 5.5 Гранулометрический состав мелкого продукта

Фракция, мкм 0–10 10–20

20–40

40–60

60–80

80–100

100–150

150–180

Средний размер, xi, мкм 5 15 30 50 70 90 125 175Частные остатки, ri, % 8 9 16 13 12 12 18 12Полные остатки, Ri, % 100 92 83 67 54 42 30 12Полные проходы, Di, % 0 8 17 33 46 58 70 88

В настоящее время распространение получила методика расчета эф-фективности циклонов НИИОГАЗ [17], основанная на расчете функ-ции фракционного улавливания Ф(xi). Этот метод позволяет рассчи-тать суммарный КПД аппарата.

Так, если мы знаем вид функции Ф(xi) степени фракционного улав-ливания частиц размером xi для конкретного циклона и знаем грану-лометрический состав улавливаемой пыли r (xi), то суммарный КПД улавливания найдется по формуле

КПД Ф= Ч=еr x xii

n

i( ) ( ),1

(5.16)

где i, n — соответственно номер класса и число классов (фракций);r (xi) — частные остатки класса частиц i-го класса, %;Ф (xi) — степень улавливания частиц i-го класса, доли от единицы.Таким образом, чтобы рассчитать суммарный КПД улавливания

для циклона конкретной конструкции, необходимо определить вид функции степени фракционного улавливания Ф (xi). Надо заметить, что знание функций r (xi) и Ф (xi) позволяет рассчитать не только сум-марный КПД, но и гранулометрические составы уловленной и выбра-сываемой пыли. Из материального баланса, составленного по каждой фракции, следует, что гранулометрический состав уловленной пыли определится по формуле

r xr x x

КПДr x x

r x xi

i i i i

ii

n

i

y

Ф Ф

Ф( )

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )= =

=е

100 100

1

(5.17)

Гранулометрический состав выбрасываемой пыли определится со-гласно выражению

64


r xr x x

ii i

в

Ф

КПД( )

( ) ( )=

-[ ]-

1001

100. (5.18)

Функция фракционной степени улавливания описывается в виде

Ф i( )x e dXXX

i

ii

=-

-Ґт

1

2

2

2

p, (5.19)

Xx d

i

i=( )

( ) + ( )

lg /

lg lg

50

2 2

Т

Ts s

, (5.20)

где xi — текущий размер частиц;d50 — диаметр частиц, улавливаемых со степенью 0,5 (50 %);lgsТ — логарифм стандартного отклонения в функции распределе-

ния.Данная функция имеет два параметра характеризующих конструк-

цию циклонов: d50, и lgsТ. Эти параметры затабулированы для кон-кретных типов циклонов в табл. 5.5.

Таблица 5.5 Параметры для расчета циклонов

Параметр ЦН-24 ЦН-15У ЦН-15 ЦН-11 СДК-ЦН-33

СДК-ЦН-34

СЦН-40

dТ50, мкм 8,50 6,00 4,50 3,65 2,31 1,95 1,10

lgsТ 0,308 0,283 0,352 0,352 0,364 0,308 0,420wопт, м/с 4,5 3,5 3,5 3,5 2,0 1,7 1,6ξ 75 165 155 245 520 1050 550

Приведенные в табл. 5.5 значения dТ50 получены при следующих ус-

ловиях: диаметр циклона DТ = 0,6 м; плотность частиц rчТ = 1930 кг/м 3;

вязкость газа mТ = 22,2·10–6 Па·с.Значения функции стандартного распределения Ф (xi) приведены

в табл. 5.6.При изменении условий (другой диаметр циклона D, условная ско-

рость wy, плотность частиц rч и другая вязкость газа m, диаметр частиц d50, улавливаемых со степенью 50 %, находится по формуле

65


d d DD

ww50 50= ж

из

цшчжиз

цшчжиз

цшчж

из

ц

шч

T

T

чТ

ч T

опт

yфакт

rr

mm . (5.21)

Для нашего примера

d50 мкм.= ( )( )( )( ) =4 5 0 80 6

19302950

17 3522 2

3 53 5 3 72, ,

,,

,,

, ,

Таблица 5.6 Значения функции стандартного нормального распределения Ф (xi)

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,090,0 0,5000 0,5040 0,5080 0,5120 0,5160 0,5199 0,5239 0,5279 0,5319 0,53590,1 0,5398 0,5438 0,5478 0,5517 0,5557 0,5596 0,5636 0,5675 0,5714 0,57530,2 0,5793 0,5832 0,5871 0,5910 0,5948 0,5987 0,6026 0,6064 0,6103 0,61410,3 0,6179 0,6217 0,6255 0,6293 0,6331 0,6368 0,6406 0,6443 0,6480 0,65170,4 0,6554 0,6591 0,6628 0,6664 0,6700 0,6736 0,6772 0,6808 0,6844 0,68790,5 0,6915 0,6950 0,6985 0,7019 0,7054 0,7088 0,7123 0,7157 0,7190 0,72240,6 0,7257 0,7291 0,7324 0,7357 0,7389 0,7422 0,7454 0,7486 0,7517 0,75490,7 0,7580 0,7611 0,7642 0,7673 0,7704 0,7734 0,7764 0,7794 0,7823 0,78520,8 0,7881 0,7910 0,7939 0,7967 0,7995 0,8023 0,8051 0,8078 0,8106 0,81330,9 0,8159 0,8186 0,8212 0,8238 0,8264 0,8289 0,8315 0,8340 0,8365 0,83891,0 0,8413 0,8438 0,8461 0,8485 0,8508 0,8531 0,8554 0,8577 0,8599 0,86211,1 0,8643 0,8665 0,8686 0,8708 0,8729 0,8749 0,8770 0,8790 0,8810 0,88301,2 0,8849 0,8869 0,8888 0,8907 0,8925 0,8944 0,8962 0,8980 0,8997 0,90151,3 0,9032 0,9049 0,9066 0,9082 0,9099 0,9115 0,9131 0,9147 0,9162 0,91771,4 0,9192 0,9207 0,9222 0,9236 0,9251 0,9265 0,9279 0,9292 0,9306 0,93191,5 0,9332 0,9345 0,9357 0,9370 0,9382 0,9394 0,9406 0,9418 0,9429 0,94411,6 0,9452 0,9463 0,9474 0,9484 0,9495 0,9505 0,9515 0,9525 0,9535 0,95451,7 0,9554 0,9564 0,9573 0,9582 0,9591 0,9599 0,9608 0,9616 0,9625 0,96331,8 0,9641 0,9649 0,9656 0,9664 0,9671 0,9678 0,9686 0,9693 0,9699 0,97061,9 0,9713 0,9719 0,9726 0,9732 0,9738 0,9744 0,9750 0,9756 0,9761 0,97672,0 0,9772 0,9778 0,9783 0,9788 0,9793 0,9798 0,9803 0,9808 0,9812 0,98172,1 0,9821 0,9826 0,9830 0,9834 0,9838 0,9842 0,9846 0,9850 0,9854 0,98572,2 0,9861 0,9864 0,9868 0,9871 0,9875 0,9878 0,9881 0,9884 0,9887 0,98902,3 0,9893 0,9896 0,9898 0,9901 0,9904 0,9906 0,9909 0,9911 0,9913 0,99162,4 0,9918 0,9920 0,9922 0,9925 0,9927 0,9929 0,9931 0,9932 0,9934 0,99362,5 0,9938 0,9940 0,9941 0,9943 0,9945 0,9946 0,9948 0,9949 0,9951 0,99522,6 0,9953 0,9955 0,9956 0,9957 0,9959 0,9960 0,9961 0,9962 0,9963 0,99642,7 0,9965 0,9966 0,9967 0,9968 0,9969 0,9970 0,9971 0,9972 0,9973 0,99742,8 0,9974 0,9975 0,9976 0,9977 0,9977 0,9978 0,9979 0,9979 0,9980 0,99812,9 0,9981 0,9982 0,9982 0,9983 0,9984 0,9984 0,9985 0,9985 0,9986 0,99863,0 0,9987 0,9987 0,9987 0,9988 0,9988 0,9989 0,9989 0,9989 0,9990 0,9990

66


0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,093,1 0,9990 0,9991 0,9991 0,9991 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,9993 0,99933,2 0,9993 0,9993 0,9994 0,9994 0,9994 0,9994 0,9994 0,9995 0,9995 0,99953,3 0,9995 0,9995 0,9995 0,9996 0,9996 0,9996 0,9996 0,9996 0,9996 0,99973,4 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,99983,5 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,99983,6 0,9998 0,9998 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,99993,7 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,99993,8 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,99993,9 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,00004,0 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000

Для расчета lgs, который характеризует дисперсию распределения исходного материала, нанесем на логарифмическую сетку (рис. 5.6) значения полных проходов Di и определим d50 = 90 мкм; d15,9 = 28 мкм.

1

10

100

1 10 100 1000

Полны

е проходы

, R%

Диаметр частиц пыли, x мкм

Рис. 5.6. Логарифмическая сетка Дисперсию распределения гранулометрического состава опреде-

лим согласно [19] как σ = d50/d15,9 = 90/28 = 3,2. (5.22)


67


Параметр Xi для каждой фракции вычислим по формуле 5.20 и за-несем данные в табл. 5.7.

Таблица 5.7 К расчету КПД циклона

Средний размер, x, мкм

Частные остатки,

ri, %

Пара-метр xi

Ф(xi) Частные остат-

ки улов-ленного продук-та, rц, %

Частные остатки

выброса, rвыб, %

Полные прохо-

ды,Dвыб, %

5 8 0,203 0,5793 5,00 46,63 –15 9 0,957 0,8315 8,07 21,01 46,6330 16 1,433 0,9536 15,93 16,94 67,6550 13 1,784 0,9625 13,49 6,75 84,5870 12 2,015 0,9783 12,65 3,61 91,3490 12 2,188 0,9857 12,75 2,38 94,95

125 18 2,413 0,992 19,25 2,00 97,32175 12 2,644 0,9959 12,88 0,68 99,32

Общий КПД циклона определится как

h= Ч ( ) = Ч + Ч + Ч + Ч +

+ Ч

еr xi ii

Ф 8 0 5793 9 0 8315 16 0 9236 13 0 9625

12 0 9

, , , ,

, 7783 12 0 9857 18 0 992 12 0 9959 92 78+ Ч + Ч + Ч =, , , , %.

Количество выбрасываемой из циклона пыли составит Q Qвыб ц кг/с.= -( ) = Ч - =1 5 84 1 0 9278 0 42h , ( , ) ,

Фактическая концентрация выбросов mв = =0 42

7 0360 06

,,

, кг/м 3, или

60 г/м 3.Отсев дробления горблендита представляет собой неорганическую

пыль, содержащую двуокись кремния выше 70 %, для которой ПДК в приземной зоне составляет 0,15 мг/м 3.Таким образом, одна ступень очистки не обеспечивает санитарную очистку сбрасываемого воздуха.

Сопротивление циклона рассчитывают по формуле

DpW

=Ч

xr

цy

2

2, (5.23)

где Dp — сопротивление циклона, Па;

68


r — плотность газа при рабочих условиях, кг/м 3;Wу — условная скорость, м/с;ξц — коэффициент сопротивления циклона.Коэффициент сопротивления циклона рассчитывают по формуле

x xц = Ч Ч +K K K1 2 3, (5.24) где x — коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм взя-тый из табл. 5.8, (в нашем случае x = 150 Па);

К1 — поправочный коэффициент на диаметр циклона по табл. 5.9 (К1 = 1);К2 — поправочный коэффициент на запыленность газа определяе-

мый по табл. 5.10 (К2 = 0,86);К3 — поправочный коэффициент на дополнительные потери, учи-

тывающий групповую компоновку циклонов по табл. 5.11 (К3 = 28).Таблица 5.8

Коэффициенты сопротивления циклонов

Тип циклона d/D Без до-полни-тельных

устройств

С кольце-вым диф-фузором

С вы-ходной улиткой

С отводом 90 оR/d = 1,5

ξц ξц ξц ξц (l/d = =0–12)

ξц (l/d>12)

ЦН-11 0,59 245 207 235 245 250ЦН-15 — 155 132 150 155 160ЦН-15У — 165 140 158 165 170ЦН-24 — 75 64 73 75 80СДК-ЦН-33 0,33 520 — 500 — 560СК-ЦН-34 0,34 1050 — — — —СК-ЦН-34М 0,22 2000 — — — —

Таблица 5.9 Значение поправочного коэффициента К1 на диаметр циклона

Диаметр циклона,

D, мм

Тип циклонаЦН-11 ЦН-15, ЦН-15у,

ЦН-24СДК-ЦН-33,СДК-ЦН-34

150 0,94 0,85 1,0200 0,95 0,90 1,0300 0,96 0,93 1,0450 0,99 1,0 1,0

≥500 1,00 1,0 1,0

69


Таблица 5.10 Значение поправочного коэффициента К2 на запыленность (D = 500)

Тип циклона Концентрация частиц, г/м 3

0 10 20 40 80 120 150ЦН-11 1 0,96 0,94 0,92 0,90 0,87 0,85ЦН-15 1 0,93 0,92 0,91 0,90 0,87 0,86ЦН-15У 1 0,93 0,92 0,91 0,89 0,88 0,87ЦН-24 1 0,95 0,93 0,92 0,90 0,87 0,86СДК-ЦН-33 1 0,81 0,785 0,78 0,77 0,76 0,745СДК-ЦН-34 1 0,98 0,947 0,93 0,915 0,91 0,90

Таблица 5.11 Значение поправочного коэффициента К3 на групповую компоновку

Характеристика группового циклона Значение ко-эффициента

Круговая компоновка, нижний организованный подвод газа 60Прямоугольная компоновка, организованный подвод 35То же, с улиточным отводом из циклонных элементов 28Прямоугольная компоновка. Свободный подвод потока в общую камеру

60

Таким образом, гидравлическое сопротивление (потери давления) в циклонах:

DpW

=Ч

= Ч ЧЧ

+ =xr

цy Па.

2 2

2150 1 0 86

1 292 3 52

28 1048,, ,

5.3. Расчет рукавного фильтра

Рукавные фильтры — это универсальный вид оборудования, пред-назначенный для очистки воздуха с температурой до +260 °C и исход-ной запыленностью до 100 г/м³.

Выбор рукавного фильтра сводится к расчету площади фильтрую-щей поверхности.

Необходимая поверхность фильтра определяется исходя из газо-вой нагрузки: q q С С С С Сф н= 1 2 3 4 5 , (5.25) где qн – константа газовой нагрузки для различных видов пылей; м 3/м 2·мин:

70


С1 — коэффициент, учитывающий способ регенерации;С2 — коэффициент, учитывающий начальную запыленность газов

z, г/м 3 (табл. 5.12);С3 — коэффициент, учитывающий среднемедианный диаметр пыли dm;С4 — коэффициент, учитывающий температуру газа Тг;С5 — коэффициент, учитывающий требования к уровню очистки.Все величины, кроме С2, определяются:

Зависимость коэффициента С2 от запыленности газа

Запыленность газа, zо, г/м 3

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Коэффициент С2 1,00 0,95 0,92 0,90 0,87 0,86 0,855 0,85 0,84 0,83

Для улавливания пыли горблендита (см. табл. 5.12) примем qн = 2,0; С1 = 1; С2 = 0,86; С4 = 1; С5 = 0,95.

Для расчета коэффициента С3 определим медианный размер пыли, используя табл. 5.7.

d x

ri

i

im

выбр

= = Ч + Ч + Ч + Ч +

+

е 1005 0 4663 15 0 2101 30 0 1694 50 0 0675

7

, , , ,

00 0 0361 90 0 0238 125 0 02 175 0 0068 22Ч + Ч + Ч + Ч », , , , .мкм

Таблица 5.12 Значения констант для определения необходимой поверхности фильтра

Пара-метр

Условия выбора параметра Значение

qн

Жмых. Зерно. Комбикорм. Мука. Кожа. Опилки. Та-бак. Картон

3,5

Асбест и другие волокнистые материалы, в том числе целлюлозные; пыль, образующаяся при выбивке отли-вок из формы, кальцинированная сода, тальк при поли-ровке; гипс, гашеная известь, соль, песок и пыль от пе-скоструйных аппаратов, кальцинированная сода, тальк.

2,6

Глинозем, плавиковый шпат, каолин, известняк, кварц, руда, минеральная пыль, уголь, цемент, порош-ковые пигменты, резина, сахар

2,0

Кокс, летучая зола, порошки металлов, оксиды метал-лов, пластмассы, красители, силикаты, крахмал, сухие химикаты из нефтяного сырья

1,7

Технический углерод, активированный уголь, моющие вещества, порошковое молоко, возгоны цветных и чер-ных металлов

1,2

71


Пара-метр

Условия выбора параметра Значение

С1

Импульсная регенерация ткани 1,0Импульсная регенерация нетканых материалов 1,1Обратная продувка со встряхиванием 0,7–0,85Обратная продувка без встряхивания 0,55–0,7

С3

dm > 100 мкм 1,2–1,450 < dm < 100 1,110 < dm < 50 1,03 < dm < 10 0,9dm < 3 мкм 0,7–0,9

С4

Tг = 20 оС 1Tг = 40 оС 0,9Tг = 60 оС 0,84Tг = 80 оС 0,78Tг = 100 оС 0,75Tг = 120 оС 0,73Tг = 140 оС 0,72Tг = 160 оС 0,70

С5Концентрация пыли в очищенном газе 30 мг/м 3 и выше 1Концентрация пыли в очищенном газе 30 мг/м 3 и ниже 0,95

Тогда С3 = 1,0, а газовая нагрузка q q С С С С Сф н= = Ч Ч Ч Ч Ч =1 2 3 4 5 2 1 0 86 1 1 0 95 1 634, , , м 3/м 2·мин.

Скорость фильтрации через ткань, которая является эквивалентом газовой нагрузки, определяется по формуле

wq

фф м/с.= = =

601 634

600 027

,, (5.26)

Полное гидравлическое сопротивление фильтра D D Dp p p= +к ф, (5.27) где Δр — полное гидравлическое сопротивление корпуса аппарата и фильтра;

Δрк — потеря давления при прохождении очищаемого газа через корпус аппарата, Па;

Δрф — гидравлическое сопротивление фильтровальной перегород-ки, Па.


72


Потеря давления при прохождении очищаемого газа через корпус аппарата определяется по формуле

Dpw

квх2

в=x r

2, (5.28)

где ξ — коэффициент аэродинамического сопротивления корпуса ап-парата без фильтровального слоя (можно принять ξ = 2, wвх = 8–10 м/с). Для нашего примера ρв = 1,292 кг/м 3.

Dpк Па.=Ч Ч

=2 8 1 292

282

2 ,

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки скла-дывается из постоянной составляющей Δр1 — сопротивления фильтро-вальной перегородки с учетом пыли, оставшейся после регенерации, и переменной составляющей и Δр2 — сопротивления, накапливающе-гося на перегородке за счет осевшей на ней пыли, D D Dp p pф = +1 2; (5.29)

Dp A w1 = m ф, (5.30) где А — коэффициент, м-1;

µ — коэффициент динамической вязкости газа (µвозд = 17,35·10–6 Па·с при 0 °C).

Исходя из оптимальных условий работы фильтра, величина Δр2 мо-жет приниматься равной 600–800 Па для пыли со среднемедианным диаметром dm < 20 мкм и 250–350 Па при dm > 20 мкм.

Необходимая продолжительность периода фильтрации между ре-генерациями определяется по формуле

tp

B w zфф

=D 2

2m, (5.31)

где В — коэффициент, м/кг;z — начальная запыленность газов, кг/м 3.Коэффициенты А и В определяют по формулам

Ah

d= Ч

-( )-670 1016

2 30

23

1 75 3

e ee

п тк

m п, ; (5.32)

Bd

=-( )

8171 ee r

п

m2

п3

ч

, (5.33)

73


где εп и εтк — пористость слоя пыли и ткани соответственно, доли ед.;h0 — удельное сопротивление ткани, отнесенное к толщине 1 м при

скорости 1 м/с, Па;ρч — плотность частиц пыли, кг/м 3;dm — среднемедианный диаметр частиц пыли, м;Для определения величин εтк и h0 можно воспользоваться

табл. 5.13 или справочной литературой.Таблица 5.13

Некоторые свойства фильтровальных материалов

Основное волокно

Термостой-кость, оС

Пористость εтк, доли единиц

Удельное гидрав-лическое сопро-тивление h0, Па

Хлопок 65–80 0,60 0,58·10 5

Шерсть 80–100 0,86 0,84·10 5

Лавсан 140 0,75 0,74·10 5

Нитрон 130 0,83 0,83·10 5

Стекловолокно 250–300 0,55 27·10 4

Пористость слоя пыли приближенно определяется выражением

eп = -1 79 0 47dm, . (5.34)

Для нашего примера eп = - Ч( ) =-1 79 22 10 6 0 47, 0,49.

Удельное гидравлическое сопротивление нитрона по табл. 5.14 ho = 0,83·10 5 Па.

Пористость нитрона по табл. 5.14 εтк = 0,83.Коэффициент А по формуле (5.32):

A = Ч-( ) Ч( )

Ч( )=-

-670 10

1 0 168 0 83 0 83 10

22 10 0 16826

2 3 52

3

6 1 75 3

, , ,

,, ,, .28 108 1Ч -с

Коэффициент B по формуле (5.33):

B =-( )

Ч( )= Ч

-817

1 0 168

62 10 0 168 29502 48 10

6 2 3

9,

,, м/кг.

Постоянное гидравлическое сопротивление фильтровальной пере-городки с учетом пыли, оставшейся на ней после регенерации, опре-деляется по формуле (5.16):

74


Dp A w18 62 28 10 17 35 10 0 03 119= = Ч Ч =-m ф Па., , ,

Гидравлическое сопротивление накапливающегося на фильтре слоя перед регенерацией из условий его устойчивости Δр2 = 450 Па (для мел-кой пыли с dm ≈ 20 мкм).

Общее гидравлическое сопротивление аппарата составит D D Dp p p= + = + + =к ф Па.82 119 450 651

Продолжительность периода фильтрации между двумя регенера-циями по формуле (5.31):

t ф с.=Ч Ч Ч( )

=- -

450

2 48 10 17 35 10 0 03 63 1036

9 6 2 3, , ,

Для выбора аппарата определяется площадь поверхности фильтра-ции по формуле

FV V

qфг р

ф

=+

60, (5.35)

где Vг — заданный расход газа, идущего на фильтрование, м 3/ч;Vр — предварительно рассчитанная величина расхода воздуха на ре-

генерацию, м 3/ч, определяемая при допущении того, что скорость об-ратной продувки равна скорости фильтрования, определяемой по фор-муле

VV n t

рг р р=

3600, (5.36)

где tp — время отключения секции на обратную продувку (принима-ется в пределах 15–20 с); np — количество регенераций в течение часа.

Выбор фильтра производится по каталогам [24, 25, 26] в соответ-ствии с принятыми условиями фильтрации (тип ткани, способ реге-нерации) с запасом 10–15 % по площади фильтрации. Затем уточня-ются параметры фильтра.

Площадь поверхности фильтрации, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч:

FN F n t

рc c р р=3600

, (5.37)

где Nc — число секций выбранного аппарата;Fc — площадь фильтрования одной секции, м 2.

75


Уточняется расход воздуха, подаваемого на обратную продувку в те-чение 1 ч: V w N F n tр обр c c р р= , (5.38) где wобр — скорость обратной продувки;

wk

обрр тк=e

60, (5.39)

где kp — коэффициент регенерируемости тканей, kp = 1,6–2,0 м/мин.Окончательная площадь фильтрации должна быть равна или близ-

ка к площади фильтрации выбранного аппарата.Продолжительность периода фильтрования между двумя регенера-

циями всегда должна быть больше суммарной продолжительности ре-генерации остальных секций: t N tф c рі -( )1 (5.40)

Примем для нашей задачи в качестве второй ступени очистки пыли после пневматического классификатора фильтр с импульсной продув-кой (Vр = 0), тогда

FVwф

г

ф

2м .= = =7 0360 027

260,,

В базовом исполнении с фильтрующим материалом из полиэстера эффективность фильтров составляет 99,9 %.

Рукавные фильтры c импульсной продувкой ФРИП (аналог ФРКИ) предназначены для высокоэффективной очистки запыленных газов температурой до 130 °C, не являющихся токсичными, агрессивны-ми, пожаро- и взрывоопасными. Фильтр состоит из корпуса, разде-ленного на камеры неочищенного и очищенного газов, фильтроваль-ных элементов (каркасного типа), клапанной секции с управляющими электромагнитами и устройством управления регенерацией рукавов. Запыленный воздух через входной патрубок поступает в камеру, где расположены фильтрующие рукава. Пыль задерживается на филь-трующей поверхности материала, а очищенные газы удаляются через верхние открытые части рукавов в камеру очищенного газа. Регене-рация фильтровальных рукавов осуществляется периодически по за-данному циклу без отключения секций односторонней импульсной продувкой сжатым воздухом, поступающим внутрь рукавов сверху че-рез отверстия в продувочных коллекторах. Длительность импульсов —

76


0,1–0,2 с. Система регенерации рассчитана на использование сжатого воздуха давлением 0,3–0,6 МПа (3–6 кгс/см 2). Сжатый воздух, посту-пающий на фильтры, должен быть осушен и очищен не ниже 10 клас-са по ГОСТу 17433–80. Для обеспечения нормальной работы фильтра должна периодически или постоянно (в зависимости от начальной за-пыленности) проводиться выгрузка уловленной пыли из бункера. Если выгрузка пыли производится в процессе эксплуатации фильтра, долж-на быть обеспечена герметизация выгрузного отверстия, которая осу-ществляется посредством шлюзовых питателей (шлюзовых затворов типа ШЗ или другого типа). Возможна установка других герметизиру-ющих устройств. Для работы фильтров с двумя или тремя бункерами применяются шнековые транспортеры, осуществляющие опорожне-ние бункеров и выгрузку пыли в одной точке. Для герметизации шнеко-вого транспортера на его выгрузном отверстии устанавливается шлю-зовой затвор или другие герметизирующие устройства.

С учетом коэффициента запаса принимаем фильтр ФРИП-270 с площадью фильтрации 270 м 2.

Расчетное количество выбрасываемой пыли Q Qвыб ц кг/с.= -( ) = - =1 0 42 1 0 999 0 00042h , ( , ) ,

Концентрация выбросов составит

mв = =0 00042

7 03610 606,

,мг/м 3.

5.4. Расчет выхлопной трубы

Для обеспечения предельно допустимой концентрации выбросов 0,15 мг/м 3 в приземном слое необходима установка выхлопной трубы, для расчета которой можно воспользоваться методикой [20].

Максимальное значение приземной концентрации вредного веще-ства см (мг/м 3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного то-чечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприят-ных метеорологических условиях на расстоянии хм (м) от источника и определяется по формуле

сAMF mn

H V Tм =

h2

13 D

, (5.41)

77


где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (А = 180 для Европейской территории России и Урала);

М (г/с) — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (М = Qвыб = 0,42 г/с);

F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение безразмерного ко-эффициента F принимается:

• для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозо-лей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания ко-торых практически равна нулю) — 1;

• для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных выше) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % — 2; от 75 до 90 % — 2,5; менее 75 % и при отсут-ствии очистки — 3;

h — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с пе-репадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, h = 1;

m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздуш-ной смеси из устья источника выброса;

H(м) — высота источника выброса над уровнем земли (для назем-ных источников при расчетах принимается Н = 2 м);DT (°C) — разность между температурой выбрасываемой газовоздуш-

ной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв;V1 (м 3/с) — расход газовоздушной смеси.Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от па-

раметров f; uм ; ўuм и fe:

fD

H T=1000 0

2

2

wD

; (5.42)

uм = 0 65 13,V T

HD ; (5.43)

ў =uw

м 1 3 0,D

H; (5.44)

fe м= ў( )8003

u , (5.45) здесь D — диаметр устья трубы;

ω0 — скорость пылегазового потока из устья трубы.

78


Коэффициент т определяется в зависимости от f по формулам

mf f

=+ +

1

0 67 0 1 0 34 3, , , при f < 100; (5.46а)

mf

=1 47

3

, при f ≥ 100. (5.46б)

Для fe < f < 100 значение коэффициента т вычисляется при f = fe.Коэффициент п при f < 100 определяется в зависимости от uм по фор-

мулам n = 1 при uм ≥ 2; (5.47а)

n = - +0,532 м2

мu u2 13 3 13, , при 0,5 ≥ uм < 2; (5.47б)

n = 4,4uм при uм < 0,5. (5.47в) При f ≥ 100 или DT»0 коэффициент п вычисляется при uм = ўuм .Для f ≥ 100 (или DT » 0) и ўuм ≥ 0,5 (холодные выбросы) при расче-

те см вместо формулы (5.20) используется формула

сAMFn

HKм =

h4

3, (5.48)

где

KDV V

= =8

1

7 11 0 1, w, (5.49)

причем п определяется по формулам (5.47 а) — (5.47 в) при uм = ўuм .Аналогично при f < 100 и uм < 0,5 или f ≥ 100 и ўuм < 0,5 (случаи пре-

дельно малых опасных скоростей ветра) расчет см вместо (5.41) произ-водится по формуле

сAMFm

Hм =ўh

73

, (5.50)

где т´ = 2,86m при f < 100, uм < 0,5; (5.51а)

т´ = 0,9 при f ≥ 100, ўuм < 0,5. (5.51б)

79


Высота источника Н, соответствующая заданному значению см, в случае DT » 0 определяется по формуле

HAMFD

V c=ж

из

ц

шч

h8 1

34

м

. (5.52)

Если вычисленному по формуле (5.52) значению H соответствует ўuм < 2 м/с, то H уточняется методом последовательных приближе-

ний:

H Hn

ni ii

i+

-

=ж

из

ц

шч1

1

34

, (5.53)

где ni и пi-1 — значения определенного по формулам (5.47) коэффициен-та п, полученные соответственно по значениям Hi и Hi-1 (при i = 1 в фор-муле (5.53) принимается n0 = 1, а значение Hi определяется по (5.52)).

Формулы (5.52, 5.53) используются также для определения H при DT > 0.

Если при этом выполняется условие HDT

Ј w0

10D

, то найденное H

является точным. Если же HDT

> w0

10D

, то для определения предва-

рительного значения высоты H используется формула

HAMF

с V T=

h

м 13 D

. (5.54)

По найденному значению H определяются величины f, uм, ўuм и fe и устанавливается в первом приближении произведение коэффи-циентов m и n. Дальнейшие уточнения значения H выполняются по формуле

H Hm n

m nii i

i i+

- -

=11 1

, (5.55)

где mi, ni соответствуют Hi, а тi-1, пi-1 — Нi (при i = 1 принимается т0 = = n0 = 1, a H0 определяется по (5.54)).

Уточнение значения Н по формулам (5.53) и (5.55) производится до тех пор, пока два последовательно найденных значения Н (Нi и Hi+i) будут различаться менее чем на 1 м.

80


Для нашего примера DT = 0, тогда высота трубы определяется как

HAMFD

V c=ж

из

ц

шч =

Ч Ч Ч ЧЧ Ч

ж

из

ц

шч

h8

180 0 39 2 0 514 18 7 036 0 151

334

м

, ,, ,

44

5 28= , м.

Так как ў = =Ч

= >uw

м 1 3 1 333 91 0 514

54 29 20, ,

, ,,

DH

, дальнейшее уточне-

ние расчетов не требуется.

5.5. Защита воздуховодов от абразивного износа

Наличие твердых частиц абразивной пыли в воздушном потоке спо-собствует абразивному износу транспортных трубопроводов, при этом максимальное воздействие приходится на поворотные участки возду-ховодов.

Основной износ колена происходит в зоне внешней образую-щей при угле атаки пылевоздушного потока к поверхности колена a = 10–45°.

При этом максимальный износ находится в зоне внешней образу-ющей при a = 25–28°, а градусная мера дуги области интенсивного абразивного износа в поперечном сечении колена составляет пример-но 70°. В области внутренней образующей колена абразивный износ практически отсутствует.

При обработке результатов исследований аэродинамических ха-рактеристик и анализе данных по абразивному износу колен при дви-жении пылевоздушных смесей в трубопроводах пневмотранспорт-ных установок было установлено [21], что при углах поворота потока в элементах колена 15° и менее, что соответствует углу атаки 7,5° и менее:

• скорость абразивного износа элемента колена трубопровода при-мерно в 30 раз меньше, чем при угле атаки a = 25–28°;

• аэродинамическое сопротивление колена трубопровода снижа-ется примерно в 1,5–2,0 раза за счет отсутствия областей повы-шенной турбулентности из-за отрыва потока от поверхности ко-лена по всему его поперечному сечению.

Исходя из вышеизложенного рекомендуется выполнять колена тру-бопроводов по эскизу, представленному на рис. 5.7.

81


Рис. 5.7. Эскиз сварного колена с углом поворота на 90°:

1 — первый элемент колена, являющийся торцом трубы конечного прямолинейного участка трубопровода перед поворотом; 2–7 — отдельные элементы колена; 8 — восьмой элемент колена, являющийся торцом трубы

начального прямолинейного участка трубопровода после поворота; D — наружный диаметр трубопровода; a1 = 7,5° — угол между осями первого и второго элементов колена; a2 = 15° — угол между осями элементов колена

со второго по седьмой; a3 = 7,5° — угол между осями седьмого и восьмого элементов колена

Отношения радиусов колен к наружному диаметру трубопровода составляют: R1/D = 6,875;

82


R2/D = 7,450;

R3/D = 7,730;

R4/D = 8,209;

R5/D = 8,419;

R6/D = 8,541;

R7/D = 8,575.

5.6. Прорисовка технологической схемы установки

С учетом выполненных расчетов прорисуем схему установки для определения геометрии транспортных воздуховодов и выбора необ-ходимой запорной арматуры.

В качестве разгрузителя бункера циклонов и «среднего» продукта из пылеосадительной камеры сепаратора можно применить, напри-мер, шлюзовой затвор типа ЗШ-400–400–100 А [25, 28], обеспечива-ющий производительность разгрузки до 100 м 3/ч.

После прорисовки технологической схемы (рис. 5.8), определим общую длину воздуховодов и рассчитаем общие потери давления в трассе.

Запишем значения потерь давления по участкам:Участок № 1 — пневматический сепаратор — из опыта проектиро-

вания можно принять потери давления 500 Па;Участок № 2 — между сепаратором и циклонами, состоит из двух

параллельных воздуховодов внутренним диаметром Dтр = 514 мм и длиной L = 4,26 м. Скорость воздушного потока можно определить как

w

V

D= = =2

4

7 0362

0 5144

16 952 2p pтр

м/с.

,

,,

83


1360

1705

6304

4015 4000

8283

5003403

423

320

4261

4865

6000

Ø53

0

Ø53

0

Ø530x2 трубы

3900

1150

6089 3096

1881

Рис.

5.8

. Тех

ноло

гиче

ская

схе

ма у

стан

овки

84


Потери давления по длине трубопровода

DPw

= xrв

2

2, (5.56)

где ρв — плотность воздуха; ρв = 1,292 кг/м 3;ξ — коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода.

x l=Lпр

D, (5.57)

здесь l — коэффициент трения воздуха о стенки трубы, принимаем максимальное значение l = 0,03, тогда

DPw

= =Ч

=xr 2 2

20 03

4 260 514

1 292 16 952

46,,

,, ,

Па.

Участок № 3 — группа из 4-х циклонов ЦН-15 (DP =1048 Па ).Участок № 4 — воздуховод между циклонами и рукавным филь-

тром, состоящий из двух параллельных трубопроводов с двумя коле-нами 90 о. Dтр = 514 мм, длина L = 4,865 м.

Для пылевидного материала при угле поворота 90º колено можно представить как прямой участок с Lк = 8 м.

Таким образом, приведенная длина воздуховода составит Lпр м.= + Ч =4 865 8 2 20 865, ,

DPw

= =Ч

=xr 2 2

20 03

20 8650 514

1 292 16 952

226,,

,, ,

Па.

Участок № 5 — рукавный фильтр (DP = 651 Па ).Участок № 6 — воздуховод между рукавным фильтром и вентилято-

ром, состоящий из трубопровода с двумя коленами 90 о: Dтр = 514 мм, длина L = 1,88 м.

Lпр м.= + Ч =1 88 8 2 17 88, , Скорость потока на этом участке составляет

wVD

= = =p pтр

м/с.2 2

4

7 0360 514

4

33 9,,

,

Потери давления:

DPw

= =Ч

=xr 2 2

20 03

17 880 514

1 292 33 92

774,,

,, ,

Па.

85


Участок № 7 — выхлопная труба длиной L = 1,88 м, диаметр Dтр = 514 мм. Высота трубы определяется двумя условиями — расчет-ной высотой от уровня земли не ниже 5,28 м и небольшим возвыше-нием над максимально-высокой точкой промышленной установки.

DPw

= =Ч

=xr 2 2

20 03

60 514

1 292 33 92

259,,

, ,Па.

Общие потери давления в тракте:D SP = + + + + + + =500 46 1048 226 651 774 259 3504 Па.

Такой напор может обеспечить вентилятор высокого давления [25], например ВР132–30–10 (при V = 25000 м 3/ч и числе оборотов 1750 об/мин полный напор составляет около 5500 Па).

Потребляемая мощность привода 55 кВт или 0,5 кВт на тонну пе-рерабатываемого материала.

86

6. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовое и дипломное проектирование занимает важное место в подготовке высококвалифицированных специалистов, по-

скольку его написание способствует углубленному изучению учеб-ных дисциплин.

Курсовой проект выполняется в следующей последовательности.1. Литературный обзор. Основная задача данного этапа — опреде-

лить априорную информацию, касающуюся темы выбранного проекта. Каждый найденный литературный источник конспек-тируется для лучшего усвоения материала.

В составляемый обзор желательно включать литературу, изданную в последние годы, журнальные статьи и материалы из интернета.

2. Выполнение экспериментальной и расчетной части.3. Оформление работы. Завершенную работу оформляют в соот-

ветствии с требованиями, предъявляемыми к написанию кур-совых и дипломных проектов [22].

4. Передача работы на проверку преподавателю.5. Защита проекта. Для объективности оценки курсовой проект

защищается в присутствии всей группы и второго преподава-теля.

Критериями оценки работы являются: содержание работы, глуби-на и степень раскрытия темы, умение анализировать материал, тща-тельность оформления работы, качество доклада и защиты. Курсовые проекты оцениваются по сто балльной системе, соответствующей сле-дующей шкале: «отлично» — не менее 80 баллов, «хорошо» — не ме-нее 60 баллов, «удовлетворительно» — более 40 баллов, «неудовлетво-рительно» — менее 40 баллов.

87

6. Общие указания по выполнению курсового проекта

На основании выполненной работы и по итогам защиты препода-ватель выставляет оценку в ведомость и зачетную книжку.

Курсовой проект должен иметь четкое и логическое построение [23], включать следующие структурные элементы (в порядке их пред-ставления в работе):

• титульный лист;• типовой бланк задания к работе (заполненный руководителем

и подписанный обеими сторонами);• аннотацию;• содержание (оглавление);• введение;• основную часть;• заключение;• список использованной литературы;• приложения (при необходимости).Аннотация (реферат) представляет собой краткое изложение суще-

ства выполненной работы. В ней сообщаются основные результаты вы-полненной работы, перечисляются методы, с помощью которых были получены эти результаты, излагаются организационные условия, необ-ходимые для их реализации. Перечисляются лица и организации, для которых может представлять интерес выполненная работа. Сообща-ется общее количество страниц работы, из них — количество рисун-ков, таблиц, библиографических источников и приложений, а также ключевые слова, отражающие направленность работы.

Во введении к курсовому проекту должны быть обоснования акту-альности темы и краткая характеристика состояния проблемы, пере-чень вопросов, которые требуют разрешения.

Общая методика составления литературного обзора, как правило, включает:

• выяснение состояния рассматриваемого вопроса;• анализ собранных источников, их оценка и сопоставление;• выводы и рекомендации на основе выполненного отбора.При осуществлении расчетов рекомендуется использовать мате-

матическое моделирование и возможности вычислительной техники.Текст работы должен быть тесно связан с графическими материа-

лами, цель которых — иллюстрирование и дополнение текста, а в ряде случаев — его замена для придания содержанию работы большей на-глядности.

88


Условием отличной оценки курсового проекта является самосто-ятельное освещение всех вопросов темы. В работе недопустимы об-щие, неконкретные рассуждения. Общий объем основной части дол-жен быть в пределах 25–30 страниц.

В заключении необходимо показать, каким образом решены постав-ленные задачи курсового проекта и какова степень достижения ее цели.

В список использованной литературы следует включать не только цитируемые и упомянутые произведения, но и те, с которыми студент ознакомился в процессе подготовки работы.

89

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При переработке сыпучих материалов в строительной индустрии и других отраслях промышленности важное место занимает про-

цесс пневматической классификации. От качества разделения во мно-гом зависят конечные свойства готовых продуктов. Прогрессивным ре-шением задачи фракционирования дисперсных материалов является применение пневматических каскадных классификаторов. Повыше-ние эффективности каскадных аппаратов осуществляется совершен-ствованием конструкций и оптимальной настройкой технологических режимов оборудования.

В учебном пособии была поставлена задача передачи будущим спе-циалистам навыков и умений расчета пневматических каскадных клас-сификаторов и систем пылеулавливания.

Материал, изложенный в учебном пособии, является одной из со-ставных частей курса «Основное оборудование предприятий производ-ства строительных материалов» по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство», а также будет полезен студентам при дипломном проектировании и написании магистерских диссертаций.

90

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шишкин, С. Ф. Интенсификация процесса гравитацион-ной пневматической классификации : дис. … канд. техн. наук / С. Ф. Шишкин. — Свердловск, 1983. — 234 с.

2. Говоров, А. В. Каскадные и комбинированные процессы фрак-ционирования сыпучих материалов : дис. … канд. техн. наук / А. В. Говоров. — Свердловск, УПИ. 1986. — 220 с.

3. Барский, М. Д. Фракционирование порошков / М. Д. Барский. — М. : Недра, 1980. — 327 с.

4. Мизонов, В. Е. Аэродинамическая классификация порошков / В. Е. Мизонов, С. Г. Ушаков. — М. : Химия, 1989. — 160 с.

5. Ушаков, С. Г. Инерционная сепарация пыли / С. Г. Ушаков, Н. И. Зверев. — М. : Энергия, 1974. — 168 с.

6. Барский, М. Д. Использование кривых разделения для опти-мизации процессов классификации / М. Д. Барский // Изв. вузов : Горн. журн. — 1975. — № 4. — С. 123–127.

7. А. с. 1722617 СССР, МКИ 4 В 07 В 4/04. Способ разделения / М. Д. Барский, А. В. Говоров, Ю. П. Канусик, В. Б. Пономарев. № 4820393/03; заявл. 21.03.1990; опубл. 30.03.1992, Бюл. № 12.

8. А. с. 580016 СССР, МКИ 4 В 07 В 4/00. Пневматический класси-фикатор для разделения сыпучих материалов / М. Д. Барский, А. В. Говоров, Ю. П. Канусик, Н. С. Ларьков // Открытия, изо-бретения. — 1977. — № 42.

9. А. с. 1053364 СССР, МКИ 4 В 07 В 4/08. Пневматический клас-сификатор / М. Д. Барский, В. Л. Данилов, А. В. Говоров, С. Ф. Шишкин // Открытия, изобретения. — 1984. — № 9.

10. Пономарев, В. Б. Выделение посторонних примесей из аморф-ного диоксида кремния / В. Б. Пономарев, В. Я. Дзюзер // Огне-упоры и техническая керамика. — 2010 — № 11–12. — С. 44–48.

91

Библиографический список

11. А. с. 1743649 СССР, МКИ 4 В 07 В 4/08. Пневмоклассифика-тор / М. Д. Барский, В. Б. Пономарев. № 4844187/03 ; заявл. 29.05.1990; опубл. 30.06.1992. Бюл. № 24.

12. Пономарев, В. Б. Влияние расходной концентрации на параметры функции фракционного разделения / В. Б. Пономарев, С. Ф. Шиш-кин, В. Я. Дзюзер // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова: научно-тео-ретический журнал. — Белгород, 2010. — № 3. — С. 200–203.

13. Пономарев, В. Б. Влияние расходной концентрации на техно-логический процесс пневмоклассификации минерального сы-рья / В. Б. Пономарев, В. Я. Дзюзер // Огнеупоры и техническая керамика. — 2010. — № 11–12. — С. 18–21

14. Аналитическое прогнозирование процесса воздушной класси-фикации серпентинита для ОАО «Русский магний» / В. Б. По-номарев, В. Я. Дзюзер, В. Л. Данилов, А. А Литвинов // Огнеу-поры и техническая керамика. — 2010 — № 9. — С. 12–15.

15. Пономарев, В. Б. Повышение эффективности процесса пнев-моклассификации сыпучих материалов в каскадных аппаратах: дис. … канд. техн. наук / В. Б. Пономарев. — Белгород : БГТУ им. В. Г. Шухова, 2011. — 144 с.

16. Путилов, В. Я. Аэродинамика систем напорного пневмотран-спорта золы тепловых электростанций: автореф. дис. … канд. техн. наук. — М.: МЭИ, 1992. — 20 с.

17. Циклоны НИИОГАЗ: Руководящие указания по проектирова-нию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. — Ярославль, 1970.

18. Ульянов, В. П. К расчету гидродинамики дисперсных двухфаз-ных потоков / В. П. Ульянов, В. И. Муштаев, А. Н. Плановс- кий // Теоретические основы хим. технологии. — 1977. — № 5. — С. 716–723.

19. Коузов, П. А. Указания по расчету циклонов. Методические ма-териалы для проектирования/П. А. Коузов. — М. : ВНИИОТ ВЦСПС, 1971. — 53 с.

20. РД 52.04.212–86 (ОНД-86). Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в вы-бросах предприятий, 1987. — 66 с.

21. РД 153-34.1-27.512-2001. Методические указания по расчету и рекомендации по снижению абразивного износа пневмотран-спортных трубопроводов систем пылеприготовления и золош-лакоудаления ТЭС. ГОУВПО «МЭИ».

92


22. Оформление учебных текстовых и графических докумен-тов: методические указания / С. Ф. Шишкин, Ф. Л. Капустин, А. Б. Лошкарев, Е. Ю. Васина. — Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006.

23. Василенко, В. А. Методические указания по выполнению курсо-вых работ для студентов 1–3 курсов дневной, заочной и экстер-натной форм обучения специальностей 6.050206 «Менеджмент внешнеэкономической деятельности» и 6.050200 — «Менед-жмент организаций» / В. А. Василенко, О. П. Грец, В. Н. Храп-ко. — Симферополь : Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, 2001.

24. Газоочистное оборудование. Циклоны [Электронный ресурс]. — ООО «Вентоборудование», Тверь. — Режим доступа: http://www.tverclima.ru/texts/cikloni.pdf. — Загл. с экрана.

25. Пономарев, В. Б. Расчет и проектирование оборудования для воздушной сепарации сыпучих материалов. [Электрон-ный ресурс]. — Екатеринбург : УрФУ, 2015. — Режим доступа: http://study.urfu.ru/Aid/Publication/13394/1/Ponomarev_2.pdf. — Загл. с экрана.

26. Рукавные фильтры [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.ekovent.ru/produkciya/rukavnye-filtry-fri/. — Загл. с экрана.

27. Рукавные фильтры типа ФРИП : каталог продукции [Электрон-ный ресурс]. — Режим доступа: http://vensnab.ru/e_mag/view_good/553. — Загл. с экрана.

28. ООО «Экофильтр» : каталог продукции [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://efilter.ru/about.html. — Загл. с экрана.

93

Оглавление

1. ПРИМЕНЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КЛАССИФИКАТОРОВ ....................................................................3

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ .............................................................5

2.1. Описание процесса пневматической сепарации порошков функциями фракционного разделения .......................52.2. Каскадный принцип организации процесса пневматической классификации ..................................................8

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАСКАДНОЙ ПНЕВМОКЛАССИФИКАЦИИ .............................15

4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА КЛАССИФИКАТОРОВ .........................................33

5. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ .............................................................47

5.1. Разработка конструкции пневматического классификатора .............................................................................485.2. Расчет воздуховодов ................................................................535.2. Проектирование циклонов для улавливания мелкого продукта ...........................................................................595.3. Расчет рукавного фильтра .......................................................695.4. Расчет выхлопной трубы .........................................................76

94


5.5. Защита воздуховодов от абразивного износа .........................805.6. Прорисовка технологической схемы установки ....................82

6. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ..................................................................86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................89

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................90

Учебное издание

Пономарев Владимир Борисович

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВОЗДУШНОЙ СЕПАРАЦИИ

СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Редактор О. С. Смирнова Верстка Е. В. Ровнушкиной

Подписано в печать 17.02.2017. Формат 70×100 1/16.Бумага писчая. Цифровая печать. Гарнитура Newton.

Усл. печ. л. 7,74. Уч.-изд. л. 4,5. Тираж 50 экз. Заказ 53.

Издательство Уральского университета Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ

620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5 Тел.: 8 (343) 375-48-25, 375-46-85, 374-19-41

E-mail: [email protected] Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ

620075, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4 Тел.: 8 (343) 350-56-64, 350-90-13

Факс: 8 (343) 358-93-06 E-mail: [email protected]

В. Б. ПОНОМАРЕВ

Учебное пособие

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯДЛЯ ВОЗДУШНОЙ СЕПАРАЦИИСЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

ПОНОМАРЕВ ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧКандидат технических наук, доцент. Ведущий специалист в области фракционирования дисперсных материалов.Автор более десяти авторских свидетельств и патентов на изобретения. Разработки В. Б. Пономарева нашли применение на таких предприятиях, как ОАО «Ураласбест», ОАО «Вишневогорский ГОК», ООО «Уралгрит» и др. в качестве пневмоклассификаторов для обеспыливания щебней и песков; получения абразивных порошков и других дисперсных материалов заданного гранулометрического состава.

7 7 1 7

Расчет и проектирование оборудования для...

Documents

Transcript of Расчет и проектирование оборудования для...