Совершенствование технологии пылеудаления на зерноперерабатывающих предприятиях Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 658.382.2 Д.А. Едимичев, Н.И. Чепелев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЫЛЕУДАЛЕНИЯ НА ЗЕРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

В статье приводятся расчеты рационального размещения пылеулавливающих устройств для очистки воздуха на рабочих местах операторов технологических линий зерноперерабатывающих предприятий.

Ключевые слова: технология пылеудаления, очистка воздуха, перерабатывающее предприятие, оператор.

D.A. Edimichev, N.I. Chepelev DUST REMOVAL TECHNOLOGY PERFECTION AT THE GRAIN PROCESSING ENTERPRISES

Calculations for rational placing of the dust removal devices for air clearing on the technological line operator workplaces at the grain processing enterprises are given in the article.

Key words: dust removal technology, air clearing, processing enterprise, operator.

Переработка зерна является важнейшим звеном в технологическом процессе производства продовольствия и обеспечения продовольственной безопасности страны. Современные предприятия по хранению и переработке зерна отличаются высокой степенью механизации и автоматизации технологических процессов. Вместе с тем труду операторов зерноперерабатывающего оборудования сопутствуют многие неблагоприятные факторы, ведущее место среди которых занимает повышенная запыленность воздуха, приводящая к росту числа профессиональных заболеваний, снижению производительности труда и возникновению пожаровзрывоопасных ситуаций.

Проблеме снижения запыленности на предприятиях по хранению и переработке зерна были посвящены работы А.В. Чеботаревой, Л.А. Алшихиной и др., однако применяемые в настоящий момент средства пылеудаления не позволяют нормализовать уровень запыленности воздуха до регламентируемых санитарными нормами значений. Во многом это объясняется свойствами зерновой, мучной и комбикормовой пыли. Известно [1], что на всем протяжении технологического процесса переработки зерна, начиная с его выгрузки и заканчивая размолом или дроблением, образуется значительное количество мелкодисперсной пыли во взвешенном состоянии. Как показывает практика, применение только механических пылеуловителей (рукавные фильтры, циклоны) является малоэффективным. Повышение кратности воздухообмена в помещениях также не является решением проблемы. Обоснуем данное предположение, рассмотрев модель системы пылеудаления (рис. 1).

Рис. 1. Модель системы пылеудаления: 1 - оборудование, выделяющее пыль; 2 - замкнутый объем помещения

Основное уравнение системы пылеудаления выглядит следующим образом (1):

Ум3 - объем помещения или оборудования, в котором выделяются взвешенные пылевидные частицы;

ао - начальная концентрация пылевидных частиц (г/м3) в помещении до начала работы оборудования при 1 = 0, где 1 - время работы оборудования, ч;

а1 - первоначальная концентрация пылевидных частиц в приточном воздухе, г/м3;

х - концентрация пылевидных частиц (г/м3) в помещении через промежуток времени 1ч после начала работы;

с1х - приращение концентраций пылевидных частиц (г/м3) за время сИ;

Ух - концентрация пылевидных частиц (г) в помещении.

Приращение концентрации пылевидных частиц равно

^ (1)

где Уйк - приращение количества взвешенных пылевидных частиц в воздухе помещения за бесконечно малый промежуток времени сИ, г/ч;

Ас№ - количество пыли, выделенной за время сИ, г/ч;

а! {}сй- количество пыли, поступающей за время сИ с приточным воздухом, г/м3;

хСМ1:- количество пыли, которое будет удалено вытяжной вентиляционной и аспирационной установками за время сИ, г/м3;

С2 - объемный расход воздуха, м3/ч.

Это уравнение является основным дифференциальным уравнением системы пылеудаления [2]. Разделяя переменные, получим:

Умножив левую и правую части дифференциального уравнения на О/У и интегрируя его в пределах от ао до х и от 0 до I, получим:

Далее получим

= е V"

(3)

(4)

А + С) — С)а(т

Из этого уравнения рассчитывается концентрация пыли, _\(г/м3) в зависимости от продолжительности работы I В начальный момент работы зерноперерабатывающего оборудования и системы вентиляции при I = 0 х = ао. При очень длительной работе, когда время t — °° , концентрация будет максимальной:

_ А

^■пл а тг

где С2 - объемный расход воздуха, необходимый для удаления пыли из помещения, м3/ч. Откуда расход воздуха, необходимый для нормализации воздушной среды:

(5)

(6)

Максимальная концентрация пылевидных частиц не должна превышать предельно допустимой концентрации (ПДК) < агщ.

Поэтому окончательная зависимость расчета объемного расхода воздуха при удалении пыли примет следующий вид:

где С>о5ш. - общий объемный расход воздуха, необходимый для удаления пыли из помещения, м3/ч;

.= - предельно допустимая концентрация пыли, г/м3.

Анализируя уравнения (1) и (5), можно сделать вывод, что снижение концентрации пылевидных частиц в воздухе рабочей зоны Уйк до нормируемого значения возможно лишь путем увеличения кратности воздухообмена в помещении и снижении концентрации пыли в приточном воздухе. Весь удаляемый воздух наружу с концентрацией х при неэффективной системе пылеулавливания будет возвращен обратно в помещение с приточным воздухом. В ряде случаев при низкой эффективности пылеуловителей или их отсутствии возникает такая ситуация, когда концентрация пыли в приточном воздухе будет равна ^ ю х = А+ ао.

Поэтому наиболее целесообразно совершенствовать именно систему пылеулавливания, при которой концентрация пылевидных частиц в приточном воздухе будет минимальна ^ С>сй — тш

Концентрация пыли в приточном воздухе при работе пылеуловителя может быть определена по формуле

(8)

где а! - концентрация пылевидных частиц, поступающих с приточным воздухом в помещение (на выходе из пылеуловителя), г/м3;

П - эффективность очистки воздуха от пыли в пылеуловителе;

а:£ - концентрация пылевидных частиц, поступающих с приточным воздухом в пылеуловитель, г/м3.

Тогда приращение концентрации пылевидных частиц в помещении будет определяться следующим выражением:

(9)

Таким образом, важнейшим параметром, определяющим эффективность работы всей системы пылеудаления, является эффективность работы пылеуловителя, которая может быть определена как

'1

а*-

а;;-:

(10)

Как показали практические исследования [3], наиболее эффективными пылеуловителями на зерноперерабатывающих предприятиях являются электрофильтры, эффективность которых достигает 99 %. При установке электрофильтров в системы кондиционирования для очистки приточного воздуха технологическая схема пылеудаления будет выглядеть следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Схема системы пылеудаления после реконструкции: 1 - батарейный циклон; 2 - приемная секция; 3 - увлажнительная секция; 4 - смесительная секция; 5 - воздухонагревательная секция;

6 - вентиляционный агрегат; 7 - соединительная коробка; 8 - секция воздушных клапанов;

9 - приемная секция; 10 - электрофильтры

У(1х, г/ч

200000-

150000-

юоооо-

50000

0

V С?, м3/ч

Рис. 3. Результаты моделирования работы системы пылеудаления в элеваторном помещении

комбикормового завода объемом 1500 м3

Поскольку увеличение общего объемного расхода воздуха при эффективной системе пылеулавливания также позволяет снижать концентрацию пылевидных частиц в воздухе помещений (рис. 3), тем не менее согласно [1] кратность воздухообмена должна быть в допустимых пределах и определяется выражением

где £ - фактическая кратность воздухообмена, обмен/ч;

! и - нормируемая кратность воздухообмена (в рабочих помещениях зерноперерабатывающих предприятий ! и = 1 обмен/ч, для элеваторов £и = 1,5 обмен/ч);

1.^, — внутренний объем всех рабочих помещений, м3.

Поэтому на всех зерноперерабатывающих предприятиях при кратности воздухообмена, превышающей нормативное значение, для обеспечения организованного подвода воздуха в помещения необходимо предусмотреть приточные устройства, подающие очищенный в пылеуловителях воздух (рис. 4).

Необходимое количество приточных устройств с пылеуловителями в этом случае можно определить по формуле

С!а5ш — !,тЧ»

;------- (12)

п —

с лршп

где - расход воздуха, приходящийся на одно приточное устройство с пылеуловителем, м3/ч.

Рис. 4. Зависимость необходимого числа электрофильтров от объема помещения и объемного расхода воздуха при воздушной нагрузке на один пылеуловитель фит, = 500 м3/ч

у, м

Рис. 5. Схема оптимального расположения приточного устройства с электрофильтром:

1 - зерноперерабатывающее оборудование; 2 - аспирационные установки; 3 - электрофильтр; 4 - вытяжные установки, размещаемые в «мертвых зонах»

Для равномерного распределения по рабочим местам очищенного приточного воздуха оптимальное место размещения притока с пылеуловителем (рис. 5) будет определяться по формулам:

где - координаты оптимального размещения притока с пылеуловителем, м;

, уг - координаты размещения ко зерноперерабатывающего оборудования, м; щ - запыленность воздуха в рабочей зоне возле ко оборудования, г/м3;

1 - суммарная запыленность во всех рабочих зонах зерноперерабатывающего оборудования, г/м3.

Литература

1. Веселов С.А. Вентиляционные и аспирационные установки предприятий хлебопродуктов: учеб. пособие для вузов / С.А. Веселов, В.Ф. Ведентьев. - М.: КолосС, 2004. - 240 с.

2. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика / В.А. Ананьев, Л.Н. Балуева, А.Д. Гальперин [и др.]. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Евроклимат, 2000. - 416 с.

3. Результаты экспериментальных исследований эффективности работы электрофильтра на зерноперерабатывающих предприятиях / Н.И. Чепелев [и др.] // Вестн. КрасГАУ. - 2010. - № 10. - С. 155-159.

---------♦----------