CC BY
4
УДК 621.968.9 Доктор техн. наук Т.И. БЕЛОВА
(BrCXA,'belova911 (Simail.ra) Доктор техн. наук B.C. ШКРАБАК (СПбГАУ, v.shkrabakfi>mail.ru) Соискатель Е.М. АГАШКОВ (ГУ-УНПК evgenii-agaslikov(a)mail.rii)
АЛГОРИТМ ЛАБОРАТОРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫТЯЖНЫХ
УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ ПЫЛЕУДАЛЕНИЯ
Система пылеудаления, дисперсный состав, пылеобразующий материал, пыль, вытяжные устройства, вероятность нахождения во вредных условиях труда
Важным критерием эксплуатации систем пылеудаления служит эффективность их работы. При ее оценке часто используется вычисление максимального количества удаляемой пыли в единицу времени. Однако при этом может возникнуть ситуация, когда количество удаляемого воздуха станет настолько высоко по сравнению с количеством удаляемой пыли, что система начинает работать впустую. Одним из вариантов оценки эффективности работы системы пылеудаления является расчет отношения концентрации пыли в удаляемом воздухе к предельно допустимой концентрации данного вида пыли. На эффективность работы систем пылеудаления существенное влияние оказывают конструктивные особенности вытяжных устройств.
Нами предлагается оценка эффективности работы систем пылеудаления по критерию вероятности нахождения во вредных условиях труда. Данная оценка состоит из двух этапов: дисперсный анализ пылеобразующего материала и пылей и расчет вероятности нахождения во вредных условиях труда.
Для определения дисперсного состава продукта и пылей сухих пищеконцентратов использовался микроскопический метод [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].
Существуют некоторые различия в определении дисперсного состава продукта и пыли.
При микроскопировании сыпучего материала [3, 4, 5] отобранную среднюю пробу сыпучего материала массой 0,8-5 мг высыпали на измерительную сетку, равномерно распределяли по ней. Подготовленную навеску вносили на предметный столик микроскопа. Микроскопирование проводили каждой ячейки измерительной сетки, фотографируя их с помощью цифрового фотоаппарата. Обработку фотографий проводят с помощью графического редактора. По установленному масштабу размера ячейки (1x1 мм) частицы относили к определенной фракции по наибольшему линейному размеру в соответствии со следующими диапазонами [8]: 1-1,3-1,6-2,0-2,53,2-4,0-5,0-6,3-8,0-13-16-20-25-32-40-50-63 мкм. Также были добавлены для оценки сыпучего материала следующие фракции: 63-80-100-130-160-200-250-320-400-500-630-1000 мкм [3, 4, 5]. Данное разделение на фракции позволило оценить массовое содержание каждой.
Минимальный размер обнаруживаемой частицы составлял 1 мкм.
Допуская, что частицы имеют шарообразную форму, рассчитывали объем частиц, и таким образом оценивали распределение частиц по массе. Сравнивая с массой навески и принимая, что частицы большего диаметра стремятся к неправильной форме, оценивали объем частицы по наименьшему размеру фракции.
Определение дисперсного состава пылей заключается в предварительном осаждении пыли на аналитический фильтр с помощью аспиратора [6, 9].
Фильтр с осадком располагают на предметном столике микроскопа. На фильтр накладывают измерительную сетку и рассматривают с помощью микроскопа. При микроскопировании пыли не были обнаружены частицы, размер которых превышает 100 мкм, следовательно, подразделение частиц на фракции будет следующим: 1-1,3-1,6-2,0-2,5-3,2-4,0-5,0-6,3-8,0-13-16-20-25-32-40-50-63-80 мкм [4].
Так как распределение частиц пыли на аналитическом фильтре равномерное, то для рассмотрения следует использовать от 3 до 5 ячеек измерительной сетки.
Для сравнения: на рис. 1 и 2 приведены микрофотографии сыпучего материала и пыли.
Рис. 1. Микрофотография сыпучего материала
Рис. 2. Микрофотография аналитического фильтра с пылью
На рис. 3 и 4 показаны примеры распределения частиц по количеству и массе в продукте и пыли в виде гистограммы.
После определения дисперсного состава сыпучего материала и пыли пищеконцентрата красной свеклы определяли долю частиц по массе размером: - до 2,5 мкм
4
л о с = £ л ; н2,5 'нг
1 = 1
П
4 : V
п2,5
1 = 1
(1)
(2)
где Г]__, г/ - г - доля частиц по массе в продукте и пыли, соответственно, размером до 2,5
Н П
мкм, %;
I - номер фракции частиц с размерами соответственно 1-1,3-1,6-2,0-2,5 мкм;
// .. // . - доля частиц по массе в продукте и пыли, соответственно I -ой фракции, %; И1 П1
- до 5 мкм:
7
7 с = X 7 , ; (3)
н Ъ , н I 1 = 1
"п5= (4)
1 = 1
где Л ,. /7 г - доля частиц по массе в продукте и пыли, соответственно, доля частиц по нэ пЬ
массе размером до 5 мкм, %;
/ - номер фракции частиц с размерами соответственно 1-1,3-1,6-2,0-2,5-3,2-4,0-5,0 мкм;
// ., 7] - доля частиц по массе в продукте и пыли, соответственно, I -ой фракции, %. И1 П1
7
1 1,6 2,5 4 6,3 13 20 32 50 размер частиц, мкм
130 200 320 500
14
12
£ 10 В 8
и сз
5 6
3
л!
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1,6 2,5 4 6,3 13 20 32 50 80 130 200 320 500
Размер частиц, мкм
б
Рис. 3. Распределение частиц в сыпучем материале:
а - по количеству; б - по массе
9
7
5
5
4
3
_
3
а
2
О
I I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1,3 1,6 2 2,5 3,2 4 5 6,3 8 13 16 20 25 32 40 50 63
Размер частиц, мкм
а
25
£
я а н и 8 В"
О
4
20
15
10
\ I I I I I I I I I I I I \
1 1,3 1,6 2 2,5 3,2 4 5 6,3 8 13 16 20 25 32 40 50 63 Размер частиц, мкм
б
Рис. 4. Распределение частиц в пыли:
а - по количеству; б - по массе
Для исследования параметров вытяжных устройств системы пылеудаления была создана экспериментальная установка, схема которой приведена на рис. 5.
— Л
1-Я
/ ♦ \ ти
7
Щ
ш
Рис.5.
Схема экспериментальной лабораторной установки для исследования эффективности вытяжных устройств системы вентиляции:
I - чистый воздух, II - запыленный воздух
Установка состоит из пылевой камеры 1, вибростолика 2, вытяжного устройства 3, основного воздуховода 4, аллонжа 5 с аналитическим фильтром, аспиратора 6, метеометра 7, ПЭВМ 8, аналитических весов 9, микроскопа 10. Параметры исследуемых вытяжных устройств представлены на рис. 6.
Исследование параметров вытяжного устройства для определения коэффициента К проводили в следующей последовательности:
1. Подготовка вытяжного устройства (соединение вытяжного устройства, имеющего коэффициент Куст ( Куст =1,6, Куст =1,4, Куст =1,0, Куст =0,6, Куст =0,4), с основным воздуховодом).
2. Подготовка аналитических фильтров и навески продукта сухого пище концентрата красной свеклы (взвешивание чистого фильтра и навески).
3. Создание местного выделения пыли:
- установка аналитического фильтра в аллонж;
- включение аспиратора с расходом воздуха (0 = 3(К40 л/мин);
- через 35 сек. после включения аспиратора - включение вибростолика;
- через 3 мин. 35 сек. после включения аспиратора - отключение вибростолика;
- через 5 мин. после включения аспиратора произвести отключение аспиратора.
а б в г д
Рис. 6. Конструкция вытяжных устройств:
d - диаметр основного воздуховода, мм; d пх - диаметр на входе в вытяжное устройство, мм;
h - высота вытяжного устройства, мм; а - угол раскрытия вытяжного устройства: а - параметр К у т =1,6 для а=-21°, б -Куст =1,4 для а=-17°, в-Куст =1,0 для а=0°,г-Куст =0,6 для <х=37°, д-Куст =0,4 для <х=73°
В течение работы аспиратора регистрируются скорость воздуха Voc в основном воздуховоде, температура Т1 воздуха и атмосферное давление Р1 с помощью метеометра 7. Температуру и атмосферное давление воздуха фиксировали с целью приведения результатов к нормальным условиям.
4. Анализ фильтра с осадком (взвешивание фильтра и его микроскопирование) и расчет массы пыли в удаляемом воздухе определяли по формуле с учетом [10]:
Т Р
Am = (m, — m (] ) ■ —^ . (5)
' О ' 'l
где Ain - масса удаляемой пыли, мг;
тт - масса фильтра с осадком, мг; - масса чистого фильтра, мг;
Р() - атмосферное давление воздуха при нормальных условиях, Р() =101,3 кПа;
Тп - температура воздуха при нормальных условиях, Тп =293 °К.
5. После определения дисперсного состава продукта и пыли сухого пищеконцентрата красной свеклы рассчитывали:
- массу тС) всех частиц пыли в воздухе пылевой камеры:
тп =т - Am ; (6)
Су ы
- массу пи - частиц пыли размером менее 2,5 мкм в воздухе пылевой камеры:
т2, =--- ; (7)
100%
- массу m^ частиц до 5 мкм в воздухе пылевой камеры:
Щ =-, (8)
100%
6. Нашли вероятность нахождения во вредных условиях труда с учетом:
- массы всех частиц:
m
тн
где Pf.vU - вероятность нахождения во вредных условиях труда с учетом массы всех частиц;
- массы частиц размером до 2,5 мкм:
m
Pev2s=----100%, (10)
где Pt:v-, j— вероятность нахождения во вредных условиях труда с учетом массы частиц размером до 2,5 мкм:
- массы частиц размером до 2,5 мкм
m
Ра,=-5--Ю0%, (11)
тп'Лп5
где - вероятность нахождения во вредных условиях труда с учетом массы частиц размером до 5 мкм.
Таким образом приведенный алгоритм лабораторного исследования эффективности вытяжных устройств системы пылеудаления позволяет достичь желаемых результатов, то есть осуществлять оценку эффективности работы системы пылеудаления по критерию вероятности нахождения во вредных условиях труда.
Литература
1. Vincent James Н. Aerosol Sampling: science and practice / James H. Vincent. - Institute of Occupational Medicine, 1988. - 390 p.
2. Белова Т.И. Агашков E.M., Гавршцук В.И. Алгоритм работы автоматизированной системы вентиляции // Проблемы энергосбережения, информации и автоматизации, безопасности и природопользования в АПК: Мат. междун. науч.-технич. конф. - Брянск: Брянская ГСХА, 2012. - С. 2932.
3. Агашков Е.М., Белова Т.И. Результаты дисперсного анализа пыли пищеконцентра в удаляемом воздухе при разных углах раскрытия вытяжных зонтов // Охрана труда 2011. Проблемы и пути их решения. - Орел: ОрелГАУ, 2011. - С. 187-191.
4. Агашков Е.М., Белова Т.И., Гавршцук В.И., Бурак В.Е., Кравченко Д.А. Методика определения дисперсного состава сыпучего материала и аэрозоли в научных исследованиях и учебном процессе // Научно-педагогические проблемы транспортных учебных заведений: Мат. междунар. науч.-практич. конф. -М.: МИИТ, 2011. -Вып. 3. - С.11-16.
5. Агашков Е.М., Белова Т.И., Гавршцук В.И. Исследование дисперсного состава сыпучего продукта // ВестникМАНЭБ. - 2012. - Т.17. - № 3. - С. 138-143.
6. Штокман Е.А. Очистка воздуха от пыли на предприятиях пищевой промышленности. -М.:Агропромиздат, 1989. -312с.
7. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и аэрозолей. - Л.: Химия, 1987. - 264 с.
8. Инструкция по проведению анализа дисперсного состава пыли седиментационным методом в жидкой среде. Л., ВНИИОТ, 1965. - 52 с.
9. Белова Т.И., Агашков Е.М., Гавршцук В.И, Абрамов А.В., Кравченко Д.А. Модель обеспечения условий труда операторов пищеконцентратных производств // Вестник МАНЭБ. - 2010. - Т. 15. - № 5. -С. 137-138."
10. Градус Л.Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. - М.: Химия, 1979. - 232 с.
УДК 664.14 Канд. техн. наук Д.С. АГАПОВ
(СПбГАУ, &1Тегеп176(й)Н81ги)
СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРА
Пинч-анализ, интеграция тепловых процессов, структурная оптимизация, производство сахара
Применение пинч-анализа для структурной оптимизации такой системы, как завод по производству сахара, является тривиальной задачей, успешно решаемой многими зарубежными исследователями [1,2]. Однако решение данной задачи осуществлялось исходя из положения, что все тепловые потоки являются стационарными.
В практике нередко встречаются случаи, когда это не соответствует действительности. Более того, априорно можно утверждать, что если время работы оборудования в стационарном режиме сравнимо по продолжительности со временем выхода на технологический режим и/или со временем завершения работы (остановки), то тепловые потоки такого оборудования нельзя полагать стационарными.
Такая проблема решается путём установки преобразователя нестационарного теплового потока в несколько стационарных [3].
По техническому заданию ООО «Сельхозресурс-КМВ» необходимо определить структуру завода по производству сахара, производительностью 3 000 т/сут. Технология производства сахара принята стандартной, применяемой на большинстве заводов, расположенных на территории бывшего СССР и стран СНГ.
Для определения ориентировочных данных о тепловых потоках технологического оборудования завода по производству сахара можно воспользоваться данными характерных значений [1,2, 4].
Для проектируемого сахарного завода ориентировочные данные о тепловых потоках представлены в табл. 1.
