CC BY
18
К оценке характеристик пыли с использованием дисперсионного анализа аддитивно-симплексного типа для снижения проскока частиц в пылеуловителях аспирации стройиндустрии
С.А. Кошкарев, А.А. Ледяева, А. С. Милованов, И.И. Новоселов, В.В. Лупиногин, Д.С. Селеменев, Д.О. Склярова, К.С. Кошкарев
Волгоградский государственный технический университет,
Волгоград
Аннотация: Статья посвящена вопросу повышения экологической безопасности стройиндустрии совершенствованием пылеуловителей систем обеспыливания с использованием аддитивно-комплексного дисперсионного анализа выбросов пыли системами аспирации. В статье предложено совершенствование комплексного дисперсионного анализа с использованием в функциях выхода критериев гидродинамики. Модифицированные выходные данные и аддитивно-симплексный подход к оценке характеристик - эквивалентных размеров и скоростей седиментации-витания частиц пыли позволяют определить диапазоны их изменения с более высокой степенью точности результаты. Распределения по величинам критериев гидродинамики позволяют получить более надежные данные по скоростям седиментации и эквивалентным размерам частиц для исследованных образцов пыли стройматериалов. Аналитический подход к определению плотности распределения численных значений критериев позволил уточнить значения скоростей седиментации и эквивалентных размеров частиц диапазона их изменения в функции выхода аддитивно-комплексного комплексного дисперсионного анализа частиц пыли. Полученные регрессии при обработке результатов исследований были использованы при разработке устройств очистки выбросов пыли дисперсных стройматериалов, позволивших значительно снизить проскок пыли в системах обеспыливания аспирации при снижении выбросов в атмосферу на предприятиях стройиндустрии. Данный подход представляется одним из наиболее эффективных способов повышения экологической безопасности стройиндустрии.
Ключевые слова: Пыль, стройматериал, пылеуловитель, очистка, проскок, симплекс, дисперсионный анализ, скорость, седиментация, критерий, выброс, атмосфера, обеспыливание, аспирация.
В обеспыливающих системах аспирации устанавливаются пылеуловители значительной вариативности конструкций и использующихся в них физических механизмов - принципов улавливания твердых частиц. В циклонах различных типов и модификаций, ВЗП [1,2], ряда конструкций пылеуловителей мокрой очистки, например [3], применяется инерционно-гравитационный способ сепарации пыли из очищаемого пылегазового
потока. Появляющиеся новые модификации пылеулавливающих устройств [2-4] предполагают доводку конструкции и отладку режима работы в конкретном технологическом процессе.
Комплексный метод дисперсионного анализа пыли апробирован практикой и получил развитие в ряде работ, например, [5-10]. Параметр проскока частиц пылеулавливающих устройствах инерционно-
гравитационного типа (циклоны, ВЗП, фильтрующе -псевдоожиженного слоя), применяющихся для очистки пылегазовых потоков в системах аспирации зависит от целого ряда факторов. Одним из наиболее существенных является скорость витания частиц ир .
В [11] была получены экспериментально регрессионные зависимости скорости седиментации ир от эквивалентного размера частиц и зависимость
для критерия Архимеда Аг (плотности распределения) по результатам комплексного дисперсионного анализа частиц образцов пыли стройматериалов. В [12] было проведено определение значений факторов формы частиц Т для принятых к исследованию наиболее распространенных типов пыли в стройиндустрии. Функциональные соотношения Ьу (Аг) частиц проб пыли позволили определять изменение значений факторов формы частиц Т, влияющих на скорость седиментации ир , с использованием
экстраполяции экспериментально полученных и имеющихся данных других исследователей.
В настоящей работе предпринята попытка совершенствования выходных данных результатов эксперимента с учетом [11, 12]. Было предложено существенно модифицировать и дополнить вид физических параметров выходных данных комплексного дисперсионного анализа с использованием критериев гидродинамики для оценки скорости седиментации ир и
эквивалентного размера частиц.
Экспериментально пыли получены выходные данные комплексного дисперсионного анализа частиц образцов пыли с использованием гидродинамических критериев Лященко Ьу и Архимеда Аг. Для определения гидравлического размера частицы, вычисляемый косвенным образом по известной конечной скорости свободного падения, широко используется параметрический комплекс - критерия Лященко второго рода
т Т П8 рр -Рг) (1)
Ьуп=у (1)
где рр - плотность частиц пыли дисперсного материалов, кг/м3; Рг - плотность газа (воздуха), кг/м ; и- скорость газа (воздуха), м/с;
V- коэффициент кинематической вязкости газа (воздуха).
Плотность и коэффициент кинематической вязкости воздуха зависит от температуры, и принимаются по справочным данным. При рр >> рг для
частиц пыли дисперсного стройматериала имеет место (рр - рг / рг)« рр.
т П8Рр (2)
тУ II =-ЦГ V (2)
6и
Критерий Лященко второго рода используется для отнесения частиц к тому или иному диапазону по крупности, что позволяет использовать ту или иную частную формулу для расчета конечной скорости седиментации и р .
Значения критерия Лященко второго рода целесообразнее использовать для определения размера частицы по известной скорости седиментации.
Серия экспериментов для определения скорости седиментации частиц и критерия Лященко второго рода с целью определения уточнения размера частицы для различных видов пыли стройматериалов выполнялась на лабораторной установке [13]. Комплексная зависимость интегральных функций плотности распределения чисел Аг и Ьу частиц пробы пыли ДАг), О(Ьу), для пыли стройматериалов (пыль неорганическая с содержанием
БЮ2 от 20 до 70 %) имеет вид, представленный на графике рис.1. При этом величина было предложено, для экспериментально измеряемой скорости седиментации (витания) частиц ир и иР50 определять значения критериев
Архимеда Аг и Лященко Ьу (среднемедианные значения 050 (Аг) 050(Ьу) для «совокупности» частиц пробы пыли). При этом интегральные функции плотности распределения критериев Аг и Ьу частиц пробы пыли ДАг), ДЬу), позволяют определить более точно диапазон величины 050 для скорости седиментации (витания) частиц и р , и р50 , а также соответствующих
им эквивалентные размеры частиц ёр и dР50. При этом возможно и процедура
решения обратной задачи для определения диапазон величин скорости седиментации (витания) частиц ир , иР50, dp и dp50.для Б50 (Аг), Б50(Ьу) с
использованием графиков ДАг), ДЬу) .
Рис. 1. - Комплексная зависимость интегральных функций плотности распределения чисел Аг и Ьу для частиц пробы пыли ДАг), ДЬу) для частиц пыли исследованных сыпучих стройматериалов, которые относятся к группе пылей неорганических с содержанием БЮ2 от 20 до 70 %.
Статистическая обработка данных результатов экспериментов, выполненных на лабораторной установке [13], позволила получить регрессии для комплексной оценки интегральных функций плотности распределения чисел Аг и Ьу частиц пробы пыли, величин 050 (Аг), 050(Ьу) пыли стройматериалов для частиц пыли исследованных сыпучих стройматериалов, классифицирующихся как пыль неорганическая с содержанием ЗЮ2 от 20 до 70 % следующих видов
ГБ( Аг), = А1 - В1;хр(-С1Аг )
Для упрощенных инженерных расчетов в проектах, при разработке конструкций пылеуловителей можно использовать аппроксимации, полученные в результате статистической обработки результатов эксперимента вида
ГП( Аг) = (А3 ^2(Аг) + В3 ^ Аг + С3)
<£>( Ьу) = (А4 lg2( Ьу) + В4^ Ьу + С4) (2)
^ П( Т) = (А5( Аг )2 + В5 Аг + С5)
где Аг, Вг и Сг параметрические величины, принимающие постоянные значения для исследуемого вида пыли дисперсного стройматериала.
Расчета распределения значений фактора формы частиц Т, величина которого изменяется в зависимости, например, от критерия Аг, по соотношению (2) позволяет также уточнять скорости седиментации (витания) частиц для пыли дисперсных материалов в необходимых к уточнению диапазонах эквивалентных размеров частиц ёр.
1 Ьу), = А2 - В2 ;хр(- С2Ьу)
(1)
:
В первом приближении в инженерных расчетах среднемедианные значения Щ50 (Аг) Щ50(Ьу) позволяют определить не только диапазон изменения, но и осредненные значения величин Щ50 (Ьу, Аг) и среднемедианные значения скорости седиментации (витания) частиц иР50
«совокупности» частиц исследуемого образца пробы пыли по соотношениям вида
аду, Аг) = ((50 (Ьу)+А0 (Аг))/2
ир50 =(иР50(Ьу) + ир50 (Аг))/2 (3)
dР50 = ^Р50 ^ dР 50 А))/2
иР 50 = ^50иР
Данный подход был использован для разработки новых пылеулавливающих устройств очистки пылевых выбросов систем аспирации стройиндустрии [3,4].
Выводы.
1. Интегральные функции плотности распределения критериев Аг и Ьу частиц пробы пыли Щ(Аг), Щ(Ьу) позволяют определить более точно диапазон величины Щ50 (Аг), Щ50(Ьу) для скорости седиментации частиц иР , иР50, с эквивалентным им размерам частиц dp и dР50. Данный метод был использован
для разработки пылеуловителей систем обеспыливания аспирации стройиндустрии, прошедших успешные опытно-промышленные испытания.
2. Скорость седиментации частиц является функцией ряда параметров в т.ч. совокупности значений фактора формы частиц пыли стройматериалов Т, критериев Архимеда, Лященко, которые позволяют получить регрессии определения гидравлической крупности частиц пыли, диапазонов изменения величин иР , dp и их интегральных распределений щ(Аг), Щ(Ьу), щ( Т).
Литература
1. Балтеренас, П. С. Обеспыливание воздуха на предприятиях строительных материалов . М.: Стройиздат, 1990. 180 с.
2. Азаров, В. Н. и др. Патент №2617473. Россия. Вихревой пылеуловитель. Заявка 2015112726 04.04.2015. Опубл. 25.04.2017. Бюл. № 30.
3. Патент № 2575887, Россия. Устройство для очистки газов. Азаров, В. Н. [и др.]. Опубл. 20.02.2016 Бюл. № 5.
4. Патент №161262, Россия. Аппарат с псевдоожиженным слоем. Кошкарев, С.А., Азаров, В. Н. [и др.]. Заявка №2015139314. Заявлено 15.09.2015. Опубл. 10.04.2016. Бюлл.№10. 2016.
5. Николенко, М. А. и др. К определению фактических размеров частиц пыли выбросов стройиндустрии и строительства // Инженерный вестник Дона, 2015, №1(часть 2) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2858.
6. K. I. Strelets, M.Petrochenko, A. Girgidov. //Appl. Mech. and Mater. 2015. V 725 Рр. 1363-1371.
7. Strelets K. I., Kitain M. B., Petrochenko M. V. Welding Spark Parameters Determination for Cyclone Removal Calculation // Advanced Materials Research. 2014. V. 941. Рр. 2098-2103.
8. Elsayed K. Powder Technology. 2015. V. 269 pp.409-424.
9. Yoshiyuki Endo1 Da, Ren Chen David, Y.H.Pui. Powder Technology. 1998 V. 98 (3) Pр.241-249.
10. Allen T. Particle size measurement. Springer, 2013. URL: books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=7dsFCAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR17&dq =analysis+of+variance+dispersed+dust+particle&ots=SkkjTLlsXk&sig=5NC9ebZ SmyRUxn4VlHzn79pQE08&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false.
11. Гасайниева, А.Г., Медведева, Е.Б., Ледяева, А.А., Милованов, А.С., Петрова, Н.Н., и др. К оценке результатов комплексного
дисперсионного анализа c использованием гидродинамических критериев в функции выхода для снижения проскока пыли в системах обеспыливания выбросов аспирации стройиндустрии // Инженерный вестник Дона, 2018, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5340.
12. Ледяева, А.А., Милованов, А.С. и др. К оценке фактора формы частиц с использованием комплексного дисперсионного анализа для снижения проскока пыли выбросов в пылеулавливающих устройствах аспирации стройиндустрии // Инженерный вестник Дона. 2018. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive//n4y2018/5375.
13. Патент №156520, Россия, U1 МПК G01N 15/00. Устройство для определения дисперсного состава пыли. Азаров, В. Н. [и др.]. Заявка №2015124975/28. 24.06.2015. Заявлено 24.06.2015. Опубл. 2015.
References
1. Balterenas, P. S. Obespylivanie vozduha na predprijatijah stroitel'nyh materialov [Decreasing dust air in enterprises of building materials]. M.: Strojizdat, 1990. 180 p.
2. Patent № 2617473. Russia [Rossija]. Azarov, V. N. et al. Zajavka 2015112726. Zajavleno 04.04.2015. Publ. 25.04.2017. Bull. № 30.
3. Patent № 25758872617473. Russia [Rossija]. S.A., Azarov, V. N. et al. Publ. 20.02.2016 Bull. № 5.
4. Patent №. 161262. Russia [Rossija]. Koshkarev, S.A., Azarov, V. N. et al. Zajavka №2015139314
5. Nikolenko, M. A. et al. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2015, №1 (part 2) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2858.
6. K. I. Strelets, M.Petrochenko, A. Girgidov. //Appl. Mech. and Mater. 2015. V. 725 Pр. 1363-1371.
7. Strelets K. I., Kitain M. B., Petrochenko M. V. Welding Spark Parameters Determination for Cyclone Removal Calculation // Advanced Materials Research. 2014. V. 941. Pр. 2098-2103.
8. Elsayed K. Powder Technology. 2015. V 269 Pр. 409-424.
9. Yoshiyuki Endo1 Da, Ren Chen David, Y.H.Pui. Powder Technology. 1998 V 98 (3) Pр.241-249.
10. Allen T. Particle size measurement. Springer, 2013. URL:books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=7dsFCAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR17 &dq=analysis+of+variance+dispersed+dust+particle&ots=SkkjTLlsXk&sig=5NC9 ebZSmyRUxn4VlHzn79pQE08&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false.
11. Gasaynieva, A.G., Medvedeva, E.B., Ledyaeva, A.A., Milovanov, A.S., Petrova N.N. et al. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5340.
12. Ledyaeva, A.A., Milovanov, A.S. et al. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive//n4y2018/5375.
13. Patent №156520, Russia [Rossija]. U1 МПК G01N 15/00. Ustrojstvo dlja opredelenija dispersnogo sostava pyli [Device for determining the composition of particulate dust]. Azarov, V. N. et al. Zajavka №2015124975/28. 24.06.2015. Zajavleno 24.06.2015. Publ. 2015.
