автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Усовершенствование методов расчета систем аспирации и пневмотранспорта текстильной промышленности

Российский заочный институт текстильной и легкой

промышленности

На правах рукописи УДК 621.928.95

Гудим Иван Леонидович

Усовершенствование методов расчета систем аспирации и пневмотранспорта текстильной промышленности

Специальность 05.17.08 Процессы и аппараты химической технологии

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., профессор Углов В.А.

Москва, 1999 г.

Содержание

стр.

Ввведение 4

Глава 1. Современное состояние исследуемого вопроса 11

1.1. Общая характеристика систем аспирации и 11 пневмотранспорта

1.2. Конструктивное оформление систем аспирации и 14 пневмотранспорта текстильной промышленности

1.3. Основные элементы систем аспирации и пневмотранспорта 25

1.4. Методы расчета систем аспирации и пневмотраниспорта 42

1.5. Выводы 49 Глава 2. Усовершениствование методов расчета систем 50 аспирации и пневмотранспорта

2.1. Методика расчета систем аспирации 54

2.2. Методика расчета систем пневмотранспорта 62

2.3. Выбор исходных данных для расчета систем аспирации и 64 пневмотранспорта

2.4. Алгоритмы и програмы расчета систем аспирации и 68 пневмотранспорта на ЭВМ

2.5. Выводы 81 Глава 3. Усовершенствование методов расчета вихревых 82 пылеуловителей

3.1. Основные технологические показатели работы и режимно- 83 конструктивные параметры вихревого пылеуловителя

3.2. Структура потоков в вихревом аппарате 86

3.3 Зависимость потери давления от основных режимно- 94 конструктивных параметров вихревого пылеуловителя

3.4 Зависимость эффективности пылеулаливания от основных 103

режимно-конструктивных параметров вихревого пылеуловителя

3.5. Зависимость эффективности пылеулавливания от 109 гидравлического сопротивления вихревого пылеуловителя

3.6. Усовершенствование методов расчета вихревых 112 пылеуловителей

3.7. Выводы 122 Глава 4. Опытно-промышленная проверка разработанных 123 методов расчета систем аспирации и пневмотранспорта

4.1. Описание обследованных систем аспирации и 126 пневмотранспорта и методики обследования

4.2. Проверка разработанных методов расчета 130

4.3. Выводы 134 Основные результаты и выводы по работе 135 Литература 137 Приложение 1. Программа расчета на ЭВМ систем 145 пневмотранспорта

Приложение 2. Программа расчета на ЭВМ двухступенчатой 177

пылеулавливающей установки

Приложение 3. Акты внедрения. 194

Введение

Аспирационные и пневмотранспортные системы являются эффективным средством повышения производительности, облегчения и оздоровления труда во многих отраслях промышленности. В текстильной промышленности [1-6]. системы аспирации предназначены для удаления запыленного и загазованного воздуха от укрытий и местных отсосов технологического оборудования.

Пневматический транспорт в текстильной промышленности широко применяется для транспортирования хлопка, шерсти, обрези, угаров, костры и других материалов.

Системы аспирации и пневмотранспорта содержат сложные разветвленные воздуховоды, местные отсосы и укрытия, питатели и конденсоры, шиберы, клапаны, переключатели, лабазы,

пылеуловители, волокноуловители, вентиляторы и прочее оборудование. Расчет и проектирование этих систем зачастую представляет трудоемкую задачу, требующую

высококвалифицированных исполнителей.

Известные методы расчета [1-3, 7] сложных разветвленных воздуховодов не приспособлены для выполнения расчетов на ЭВМ. Кроме того, отсутствуют или недостаточно систематизированы данные по оптимальным скоростям транспортирования некоторых текстильных материалов, данные зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от вида и концентрации транспортируемого материала.

Важным элементом систем аспирации и пневмотранспорта, определяющим их работоспособность и эффективность, является пылеуловитель. В качестве пылеуловителей обычно используются [8, 9] рукавные фильтры типа ФТНС, ФРМ, ФВ, сетчатые барабанные

фильтры типа ФТ-1, пылеосадительные камеры и циклоны. Обладая, в принципе, способностью обеспечить высокую степень очистки воздуха, рукавные фильтры во многих случаях имеют низкие средние эксплуатационные показатели из-за сложностей в их обслуживании, пожаро- и взрывоопасное™ улавливаемых пылей.

Сетчатые барабанные фильтры, пылеосадительные камеры и циклоны просты в эксплуатации, но во многих случаях не способны обеспечить требуемую степень очистки воздуха, т.к. относятся к классу низкоэффективных пылеуловителей [10, 11].

В последние годы разработаны [27] новые центробежные пылеуловители - вихревые (ВП). Они также как и циклоны просты в эксплуатации, компактны, но отличаются от циклонов значительно более высокой пылеулавливающей способностью. К настоящему времени накоплен значительный опыт успешного применения ВП в химической, текстильной промышленности, в промышленности первичной обработки текстильного сырья и др. [29-38]. Вместе с тем, известные методы расчета ВП [27], как и циклонов [10, 11] основываются на определении режимных и конструктивных параметров проектируемых аппаратов по параметрам, установленным обычно опытным путем для стандартного аппарата, работающего в стандартных условиях. Пересчет на рабочие условия производится с соблюдением геометрического, кинематического и динамического подобия. Такой подход значительно сужает возможности разработчика и не позволяет выйти за рамки геометрического подобия аппаратов из типо-размерного ряда. Необходима разработка замкнутой математической модели, связывающей технические показатели ВП с его режимными и конструктивными параметрами.

О важности и масштабности применения систем аспирации и пневмотранспорта, например, в текстильной промышленности, в

€

3-й этаж

Риь.£/,Схема транспортных потоков для всех видов отходов прядильного производства

Орешек с раарых-лнтельно-трелаль-ных агрегатов (РТА)

Орешек с трепальных машин (Т-16)

Шляпочные очесы (еЧМД-4)

Пша с фклиров-ковденсеров (ФК~1, ФК-2, ФК-3)

Пыль е филыров-

кокденсеров

(ФК-0

фильтров-

Орешек с ЧШН Отходы (угары) Пыль с T-lí

частности, в прядильном производстве хорошо сказано авторами работы [14]: "...можно представить фабрику как единый механизм, автоматически осуществляющий различные процессы на основе циркуляции воздуха подобно кровеносной системе".

Это подтверждается, например, схемой (рис. 1.1) транспортных потоков для всех видов отходов прядильного производства на Московской хлопчатобумажной фабрике им. М.В.Фрунзе [14]. Учитывая большую практическую значимость систем аспирации и пневмотранспорта в текстильной, химической, пищевой и др. отраслях промышленности, задача усовершенствования методов их расчета является актуальной.

Цель и задачи работы.

Цель работы заключалась в усовершенствовании методов расчета систем аспирации и пневмотранспорта на примере текстильной промышленности и разработка соответствующего программного обеспечения. Достижение поставленной цели связано с необходимостью решения ряда задач, главными из которых являются:

Анализ научных работ, посвященных исследованию режимно-конструктивных параметров систем аспирации, пневмотранспорта, обеспыливания воздуха, методов их расчета, и обоснование необходимости их усовершенствования.

Теоретическое и экспериментальное исследование зависимости технических параметров систем (производительность, потеря давления, эффективность обеспыливания и т.п.) от их режимно-конструктивных параметров (диаметры воздуховодов, скорости транспортирования материала, его концентрация, конструкция завихрителей и т.п.).

Разработка замкнутой математической модели, связывающей технические показатели ВП с его режимными и конструктивными параметрами.

Разработка методов и программ расчета на ЭВМ систем аспирации, пневмотранспорта и обеспыливания воздуха с вихревыми пылеуловителями.

Опытно-промышленная проверка предлагаемых

усовершенствованных методов и программ расчета.

Методика проведения исследований.

Анализ конструктивного оформления систем аспирации и пневмотранспорта, режимов их работы, методов расчета и проектирования выполнен по данным научно-технической и патентной литературы отечественных и зарубежных авторов.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным методикам с использованием современного оборудования.

Теоретические исследования, разработка математических моделей, методик и программ расчета на ЭВМ базировались, главным образом, на современных подходах к рассмотрению подобных гидромеханических процессов и аппаратов химической технологии.

Проверка предлагаемых методов и программ расчета систем аспирации и пневмотранспорта проводилась путем сравнения расчетных и фактических параметров их работы в производственных условиях.

Научная новизна.

Установлена зависимость между фракционной эффективностью ВП и его коэффициентом гидравлического сопротивления и на этой основе получена замкнутая математическая модель, связывающая технические показатели ВП с его конструктивными и режимными параметрами.

Разработаны новые методики и программы расчета на ЭВМ сложных систем аспирации и пневмотранспорта всасывающего, напорного и смешанного типа в текстильной, химической и других

У

отраслях промышленности. Они также могут быть использованы для расчета систем приточной и вытяжной вентиляции.

Разработаны новые методики и программы расчета одиночного, группового и двухступенчатого вихревого пылеуловителя.

Уточнены минимальные скорости транспортирования текстильных материалов в зависимости от их концентрации в потоке.

Практическая ценность и реализация результатов.

Предложенные методики и программы расчета систем пневмотранспорта и аспирации дают возможность проектировщику существенно ускорить и усовершенствовать процесс разработки и проектирования этих систем, анализировать при этом большое количество различных альтернативных схем и выбирать наиболее рациональные, решать задачи технико-экономической оптимизации этих схем. Разработанные методики предназначены для использования в текстильной, химической и других отраслях промышленности, а также для расчета систем приточной и вытяжной вентиляции и других сложных воздуховодов.

Разработанные методики и программы выбора и расчета одиночных, групповых и двухступенчатых вихревых пылеуловителей дают основу для расширенного их применения в химической, текстильной и других отраслях промышленности.

Методики и программы расчета систем аспирации и пневмотранспорта, разработанные в диссертации, приняты к использованию Константиновской шерстопрядильной фабрикой, АОЗТ "Суворовская нить", ОАО камвольное объединение "Октябрь". Они используются также в учебном процессе кафедрой ПАХТ и БЖД МГТА и кафедрой экологии и БЖД РосЗИТЛП.

Апробация работы.

Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-95", "МКХТ-97" (Москва, 1995, 1997), на Международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов в текстильном производстве" (Иваново, 1996 г.), на Межвузовской научной конференции "Современные проблемы текстильной и легкой промышленности" (Москва, 1996 г., 1998 г.), на ежегодной научно-технической конференции МГТА (Москва, 1996 г., 1998 г.), на кафедре экологии и БЖД РосЗИТЛП, на кафедре ПАХТ и БЖД МГТА , 1999 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

//

Глава 1. Современное состояние исследуемого вопроса 1.1. Общая характеристика систем аспирации и пневмотранспорта

Системы аспирации и пневмотранспорта имеют многочисленные общие признаки конструктивных элементов. Однако, в настоящее время определилось четкое разграничение их функций и, в связи с этим, - разграничение режимных и конструктивных параметров.

Системы аспирации создают разрежение в укрытиях технологического оборудования, препятствуют выделению вредностей в помещения и обеспечивают удаление этих вредностей в предназначенные для этого места.

К вредностям, выделяющимся в текстильном производстве, следует отнести пыль, тепло- и влаговыделения, выделения вредных газов. Функции систем аспирации сводятся к эффективному и надежному отводу этих вредностей из рабочих зон и производственных помещений, к охране атмосферного воздуха от загрязнений.

Системы аспирации могут быть всасывающими, или всасывающе-напорными, в зависимости от расположения по отношению к вентилятору уловителя вредности. Характеризуются они относительно небольшой концентрацией транспортируемой смеси ¡и, кг.м./кг.в. Исходным расчетным параметром систем аспирации является количество отсасываемого воздуха, требуемое для создания необходимого разрежения в укрытии и достаточного уровня удаления вредности.

Системы пневмотранспорта предназначены для передачи материала в технологических целях. Поскольку для переноса воздухом материала затрачивается энергия, расход воздуха стремятся сделать минимальным, а концентрацию материала максимально возможной.

Поэтому для систем пневмотранспорта обычно исходной величиной является масса перемещаемого в единицу времени материала, а его концентрация принимается, исходя из технических возможностей системы.

Системы пневмотранспорта могут быть как всасывающие и всасывающе-напорные, так и напорные. Те и другие имеют свои достоинства и недостатки. Всасывающие системы хороши по своим санитарно-гигиеническим показателям, но ограничены по движущей силе. Поэтому для схем с большим гидравлическим сопротивлением предпочтение отдается напорным или всасывающе-напорным системам, ограничением для которых могут быть только возможности дутьевых, пылеулавливающих и разгрузочных устройств. Основной недостаток напорных систем - сложность ввода материала в транспортный воздуховод.

АЗ,

РО

Р и с.и. Типы воздухоприемников

I-бункер простой; 2-<5ункер с рассечкой; 3-щелевой воздухоприеиник с боковым удалением воздуха; ^сдвоенный щелевой воздухоприеиник; левой воздухоприеиник с удаленней воздухг. из середины

1.2. Конструктивное оформление систем аспирации и пневмотранспорта

текстильной промышленности

Системы аспирации содержат приемники вредностей, воздуховоды для отвода вредностей, устройства для их улавливания и побудители тяги.

Для эффективного удаления системами аспирации вредностей, у мест их выделения устанавливают [3, 12, 13] приемники в виде различного рода укрытий и отсосов. Применяются отсосы открытого типа, различным образом расположенные относительно источника вредных выделений (разрыхлительные, трепальные, чесальные, прядильные машины, ткацкие станки, стригальные машины), активированные отсосы, представляющие собой комбинацию приток-отсос, локализующую зону вредных выделений (прядильные машины, ткацкие станки), укрытия в виде полной капсуляции машин, из которых производится отсос воздуха вместе с вредными выделениями (сушильные, шлихтовальные машины), местные укрытия, ограждающие только те зоны машины, из которых идут вредные выделения (красильные, очистительные, чесальные машины).

На рис. 1.2 представлены [12] некоторые типы отсосов (воздухоприемников), применяющихся в текстильном оборудовании.

В системах аспирации бункеры применяют для удаления угаров, выпадающих под машину, с одновременным отсасыванием мелкодисперсной пыли из рабочей зоны. При неравномерном выделении пыли и угаров по длине зоны обработки, рекомендуется применять бункер с рассечкой.

На рис. 1.3 показана схема укрытия в виде полной капсуляции сушильных барабанов, а на рис. 1.4 - схема местного укрытия ванн проходных аппаратов [2].

^ГШГГ

Рис 13. Схема тамбура сушильных барабанов

Рис1Л• Схема укрытия ванн - проходных аппаратов

РИС.-/.5* Схема мычкоуловителя

s/—7

5

\/г

Рис.16. Схема группового мычкоуловителя

Своеобразным аспирационным устройством, имеющим чисто технологическое назначение, является мычкоуловитель прядильной машины. Он служит для улавливания оборвавшейся мычки, повышает производительность прядильной машины, качество продукции, улучшает условия труда прядильщицы.

Принципиальная схема мычкоуловителя показана на рис. 1.5.

Мычкоуловитель содержит ряд трубок (флейт) 1 с отверстиями 2, расположенными напротив выхода мычки и всасывающими мычку при ее обрыве. Флейты присоединены к магистральному воздуховоду 3, по которому воздух с волокном поступает в волокносборник 4, содержащий сетку 5, на которой волокна задерживаются. Очищенный воздух вентилятором 6 подается на рециркуляцию или выбрасывается в атмосферу.

Вместо флейт с всасывающими отверстиями или соплами могут применятся индивидуальные патрубки с соответствующими всасывающими соплами.

Мычкоуловители могут быть автономными, установле�