Скорость витания
Из Википедии — свободной энциклопедии
Скорость витания (также конечная скорость) — скорость, с которой осаждается частица под воздействием силы тяжести в спокойном невозмущенном потоке воздуха.
При свободном падении твердого тела в воздухе на него действуют две силы: сила тяжести равная mg, где m — масса тела и g — ускорение свободного падения, и лобовое сопротивление, то есть сопротивление среды. Сила сопротивления пропорциональна площади поперечного сечения тела A, квадрату скорости v 2 и плотности воздуха ρ.
Пока скорость мала, то сопротивлением воздуха можно пренебречь и тело падает равноускоренно. Но с ростом скорости, сопротивление набегающего потока уравновешивает силу тяжести и тело продолжает свое падение с постоянной скоростью. Так, например, парашютист до раскрытия парашюта падает со скоростью 110 м/с рыбкой и 70 м/с распластавшись — в зависимости от площади опоры на воздушный поток. Установившуюся скорость падения можно посчитать проинтегрировав уравнение полученное из второго закона Ньютона. Установившаяся скорость [1] :
Тяжёлые тела имеют большую установившуюся скорость, но если тело лёгкое (семена растений), то в восходящем воздушном потоке оно зависнет. Средняя скорость восходящего воздушного потока, при которой тело будет находиться во взвешенном состоянии, называют его скоростью витания. Это явление используется для сортировки тел с разной массой. Например в ситовеечных и пневмосортировочных машинах. В центробежно-ударной дробилке скорость витания является критерием достаточности измельчения.
Расчет скорости витания и дисперсности частиц
Для эффективного улавливания пылевых выбросов необходимо создать такую скорость во всасывающем отверстии местного отсоса, при которой пылевая частица не будет оседать и будет двигаться вместе с газовым потоком. Скорость вертикального потока воздуха, при которой частица удерживается во взвешенном состоянии, называется скоростью витания.
Исходные данные приведены в таблице
Расчет скорости витания может быть произведен двумя способами:
· по расчетным формулам;
Для частиц диаметром до 300 мкм скорость витания расчитывается по формуле
При определении vs по графику учитывается диаметр, удельный вес частицы, а также значение вязкости воздуха при заданной температуре. Для учета истинного значения вязкости воздуха полученное значение vs умножается на поправочный коэффициент К, который определяется с помощью следующих данных
Расчет дисперсности частиц
Для выбора способа очистки воздуха и типа аппарата необходимо знать группу дисперсности пыли. Дисперсный состав пыли может быть выражен следующими способами:
· в виде графика распределения массы пыли по размерам частиц;
· в виде таблицы «полных проходов» или «частных остатков» частиц разных размеров в процентах от общей массы пыли (например, от 0 до 5, до 10, до 20 мкм и т.д. или от 0 до 5, от 5 до 10, от 10 до 20 и т.д.);
· в виде таблицы скоростей витания.
Группу дисперсности пыли определяют при помощи номограммы, представленной на рис. на основании данных о фракционном составе пыли. Номограмма разбита на пять зон, которые соответствуют классификационным группам пыли. Для определения группы заданной пыли на номограмму наносят точки, соответствующие содержанию отдельных фракций пыли. Соединяя эти точки, получают прямую или ломаную линию, расположение которой в той или иной зоне номограммы обозначает принадлежность пыли к классификационной группе, соответствующей этой зоне. Если линия дисперсности, нанесенная на номограмму, не укладывается в пределах одной зоны, пересекая границу смежных зон, пыль следует относить к классификационной группе верхней зоны.
Исходные данные приведены в таблице
Размер частиц,  мкм % по массе для варианта | 80 | |||||
| 0 | 4 | 6 | 10 | 24 | 28 | 28 |
| 1 | 5 | 9 | 18 | 28 | 30 | 10 |
| 2 | 7 | 8 | 12 | 26 | 22 | 15 |
| 3 | 6 | 9 | 24 | 28 | 27 | 6 |
| 4 | 8 | 12 | 18 | 29 | 21 | 12 |
| 5 | 5 | 9 | 18 | 28 | 30 | 10 |
| 6 | 8 | 12 | 18 | 29 | 21 | 12 |
| 7 | 7 | 8 | 12 | 26 | 22 | 15 |
| 8 | 4 | 6 | 10 | 24 | 28 | 28 |
| 9 | 6 | 9 | 24 | 28 | 27 | 6 |
Расчет фильтровальных аппаратов
Расчет фильтров сводится к определению площади фильтровальных элементов, гидравлического сопротивления фильтровального элемента и фильтра, продолжительности работы фильтра до регенерации фильтровальных элементов и мощности привода вентилятора.
Исходными данными для расчета являются:
· 
объем газа О, поступающего на очистку, м з /ч;
· допустимая удельная газовая нагрузка (скорость фильтрации), определяемая из условия достижения максимальной эффективности очистки газа и величины допустимого гидравлического сопротивления на фильтровальном элементе,
· входная концентрация пыли, мг/м 3 ;
· дисперсность пыли, характеризуемая значением d50, мкм, и среднеквадратичным отклонением s;
· требуемая эффективность очистки газового потока от пыли.
Исходные данные для расчета приведены в таблице
Поверхность F (м 2 ) фильтрующего элемента определяется по формуле:
Рекомендуемые значения удельной газовой нагрузки q зависят от свойств улавливаемой пыли, структуры фильтровального материала, требуемой эффективности очистки и др. С достаточной для практических расчетов точностью удельную газовую нагрузку для рукавных фильтров определяют из выражения :
где qn—нормативная газовая нагрузка, зависящая от вида пыли.
Коэффициент c1, учитывающий особенности регенерации фильтровальных элементов, для регенерации фильтроэлементов из ткани импульсной продувкой сжатым газом равен 1; для рукавов из нетканых материалов 1,05—1,1.
Коэффициент c2, учитывающий влияние входной концентрации пыли на удельную газовую нагрузку, определяют по следующим данным:
| с вх, г/м 3 | 2 | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| c2 | 1,15 | 1,04 | 1,00 | 0,96 | 0,90 | 0,87 | 0,85 | 0,83 |
Коэффициент с3, учитывающий влияние дисперсного состава пыли, определяют по данным, приведенным ниже:
| d50, мкм | 100 | ||||
| с3 | 0,7-0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2-1,4 |
Коэффициент с4, учитывающий влияние температуры очищаемого газа, находят по данным, приведенным ниже:
| t, °С | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 |
| с4 | 1 | 0,9 | 0,84 | 0,78 | 0,73 | 0,72 | 0,72 | 0,7 |
Постоянную составляющую гидравлического сопротивления фильтровальной перегородки определяют по формуле
Переменная составляющая гидравлического сопротивления фильтровальной перегородки определяется толщиной и структурой пылевого слоя, образующегося на перегородке, а также изменением порового пространства перегородки за счет забивания пор частицами пыли. Этот процесс зависит от времени фильтрования и описывается зависимостью
где kc—параметр сопротивления слоя пыли, зависящий от медианного размера частиц, коэффициента сопротивления xn слоя пыли и насыпной плотности rн слоя, t- продолжительность фильтровального цикла, с.
Гидравлическое сопротивление Dр2 корпуса фильтра определяется суммой потерь давления, возникающих при движении потока воздуха в газоходах, местных сопротивлениях, дроссельных заслонках и т. п. Для расчета гидравлического сопротивления используют зависимость
где xк – коэффициент гидравлического сопротивления, Vвх – скорость движения газового потока, м/с.
Мощность электродвигателя вентилятора, необходимого для транспортирования газов через пылеулавливающий аппарат, определяют по формуле
при этом коэффициент запаса мощности kзап принимается равным 1,1—1,15; КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору h1 для клиноременной передачи 0,92—0,95; КПД вентилятора h2 = 0,65—0,8.
Расчет циклонов
Для расчетов циклона НИИОГАЗа необходимы следующие исходные данные:
· объем очищаемого газа Q, м 3 /с;
· плотность газа при рабочих условиях rг, кг/м 3 ;
· вязкость газа при рабочей температуре m, Па-с;
· дисперсный состав пыли d50 и lg sч;
· входная концентрация пыли свх г/м 3 ;
· плотность частиц пыли rч, кг/м 3 ;
· требуемая эффективность очистки газа h.
Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений в следующем порядке.
Исходные данные для расчета приведены в таблице
1. Задавшись типом циклона, определяют оптимальную скорость газа wоп в сечении циклона диаметром D по следующим данным:
Тип циклона ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34м
2. Вычисляют диаметр циклона D (м) по формуле:
Полученное значение D округляют до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимально допустимое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклона.
3. По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость движения газа в циклоне, м/с:
где n — число циклонов. Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.
4. Определяют коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона
Таблица 31
Значение k1 для D, мм
5. Гидравлическое сопротивление циклона вычисляют по формуле
6. Эффективность очистки газа в циклоне:
где Ф(х)—табличная функция от параметра х, равного:
Значения d50 t и lgsч для каждого типа циклона приведены в таблице:
Таблица
Определив по формуле (**) значение х, находим параметр Ф по данным таблицы ( ):
Таблица
| х | -2,70 | -2,0 | -1,8 | -1,6 | -1,4 | -1,2 |
| Ф(х) | -0,0035 | 0,0228 | 0,0359 | 0,0548 | 0,0808 | 0,1151 |
| х | -1,0 | -0,8 | -0,6 | -0,4 | -0,2 | — |
| Ф(х) | 0,1587 | 0,2119 | 0,2743 | 0,3446 | 0,4207 | — |
| х | 0,0 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 |
| Ф(х) | 0,5000 | 0,5793 | 0,6554 | 0,7257 | 0,7881 | 0,8413 |
| х | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,7 |
| Ф(х) | 0,8849 | 0,9192 | 0,9452 | 0,9641 | 0,9772 | 0,9965 |
Затем по формуле (*) определяют расчетное значение эффективности очистки газа циклоном. Если расчетное значение h окажется меньше необходимого по условиям допустимого выброса пыли в атмосферу, то нужно выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления.
Расчет скрубберов Вентури
Исходные данные для расчета приведены в таблице
| Вариант Параметры | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| zсух | 0,12 | 0,14 | 0,13 | 0,15 | 0,12 | 0,12 | 0,14 | 0,13 | 0,15 | 0,12 |
| wг, м/с | 80 | 50 | 60 | 90 | 70 | 50 | 100 | 90 | 70 | 60 |
| rг, кг/м 3 | ||||||||||
| w вых, м/с | 20 | 16 | 16 | 14 | 12 | 16 | 20 | 18 | 17 | 15 |
| w ц, м/с | 20 | 16 | 16 | 14 | 12 | 16 | 20 | 18 | 17 | 15 |
| w цф, м/с | 2 | 4 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | 3 | 2 | 4 |
Размер частиц,  мкм % по массе для варианта | 8 | |||||
| 0 | 4 | 6 | 10 | 24 | 28 | 28 |
| 1 | 5 | 9 | 18 | 28 | 30 | 10 |
| 2 | 7 | 8 | 12 | 26 | 22 | 15 |
| 3 | 6 | 9 | 24 | 28 | 27 | 6 |
| 4 | 8 | 12 | 18 | 29 | 21 | 12 |
| 5 | 5 | 9 | 18 | 28 | 30 | 10 |
| 6 | 8 | 12 | 18 | 29 | 21 | 12 |
| 7 | 7 | 8 | 12 | 26 | 22 | 15 |
| 8 | 4 | 6 | 10 | 24 | 28 | 28 |
| 9 | 6 | 9 | 24 | 28 | 27 | 6 |
Гидравлическое сопротивление трубы-распылителя, Па, при подаче в нее орошающей жидкости удобно рассматривать как сумму слагаемых:
где Dр — гидравлическое сопротивление трубы-распылителя. Па; Dрг — гидравлическое сопротивление трубы-распылителя, обусловленное движением газов (без подачи орошения). Па; Dрж — гидравлическое сопротивление трубы-распылителя, обусловленное вводом орошающей жидкости. Па.
Гидравлическое сопротивление сухой трубы-распылителя. Па, определяется по формуле
Гидравлическое сопротивление труб-распылителей, Па, обусловленное вводом орошающей жидкости, рассчитывается по формуле
Дата добавления: 2018-05-09 ; просмотров: 2221 ; Мы поможем в написании вашей работы!
О пыли в трех словах (часть 3)
Характеристики пыли
Размер, удельный вес, форма
Физико-химические характеристики пыли используются в технике пылеулавливания. Дисперсионный состав пыли определяет скорость витания (осаждения) частиц пыли в воздухе и соответствующий механизм улавливания пыли. Скорость осаждения зависит от удельного веса пылеобразующего материала и формы частиц пыли.
Таблица 1. Скорость осаждения частиц пыли
Практически это означает, что частицы размером 2,5 мкм за час преодолевают в неподвижном воздухе 1–2,5 метра — то есть продолжают витать, а частицы размером 10 мкм проходят дистанцию более 25 метров и оседают на подстилающих поверхностях.
Определение размеров частиц имеет значение для определения эффективности пылеулавливания. Еще в 30-х годах прошлого столетия установлено, что частицы размером до 1 мкм улавливаются силами инерции, менее 1 микрон — электростатическими силами и силами межмолекулярного воздействия.
Средний размер частиц пыли варьируется от 180 до 0,65 микрон. Причем пыли со 100% содержанием частиц более 10 микрон всего девять наименований. Это зола углей, угольная пыль, пыль формовочной земли до обжига, пыль зачистки чугунного литья и заточных станков, пыль при помоле известняка, при пересыпке зерна, крахмала, порошковых моющих средств. Такая пыль полностью (100%) задерживается тканевыми фильтрами начиная с F5 класса, а также циклонами и электрическими фильтрами. Эффективность улавливания остальных видов пыли варьируется от 84 до 99,8%.
Слипаемость (разрывная прочность)
Разрывная прочность (слипаемость) пыли, измеряемая усилием в Паскалях (Па), важна для оценки эффективности стряхивания пыли с задерживающих её поверхностей, и, в первую очередь, фильтрующих тканей.
При значениях разрывной прочности меньше 60 Па пыль практически не слипается, а при величине 300–600 и более Па с трудом рассыпается и плохо отделяется от фильтрующей поверхности при воздействии сил механического встряхивания или продувки воздухом.
Смачиваемость пыли является важным параметром для применения аппаратов мокрой очистки газов и для мокрой очистки оборудования от пыли. Практически не смачивается угольная пыль, пыль формовочной земли, пыль от заточных станков, электроплавильных печей, пыль порошковой краски, сажа, компоненты приготовления резиновых смесей. Полностью смачивается зола от сжигания угля, горелая формовочная земля, пыль мартеновской печи, шахтной вагранки, печей получения кремния, пыль боксита из печи спекания и меди при плавке в конвертере, пыль известняка, цемента, серного колчедана. Все частицы мельче 5 мкм гидрофобные независимо от состава.
Разрывная прочность и смачиваемость имеют не только техническое значение для пылеулавливания, но и санитарно-гигиеническое значение. Чем более «липкая» пыль, тем труднее она удаляется из легочных путей, а хорошо растворимые пыли почти полностью растворяются в носоглотке и оказывают вредное действие в растворенном состоянии.
Угол обрушения собранной пыли определяет угол бункеров для её сбора, который не должен быть меньше 60 градусов.
Удельное электрическое сопротивление пыли для очистки в электрофильтрах определяет его эффективность и не должно быть ниже критического (1010–1011 ом/см).
Как известно, пылеуловители задерживают лишь часть витающей в воздухе пыли. Эффективность промышленных пылеуловителей составляет:
4 класса условий труда
В санитарном законодательстве условия труда подразделяются на четыре класса: оптимальные, допустимые, вредные и опасные.
Оптимальные условия — это условия, при которых неблагоприятные факторы (в нашем случае пыль) отсутствуют либо концентрации не превышают предельно допустимых норм ПДК, установленных для атмосферного воздуха населенных мест. Оптимальные условия труда сохраняют здоровье работающих и создают предпосылки для поддержания высокого уровня работоспособности.
Допустимые условия труда — концентрации пыли в зоне дыхания работающего не превышают установленных ПДК вредных веществ рабочих мест. Эти условия «не должны оказывать неблагоприятного действия на организм работающего и/или его потомство». Организм работающего должен восстанавливаться во время регламентированного отдыха или к началу следующей смены. По отношению к ПДК переход из допустимых условий во вредные условия труда первого класса происходит достаточно легко, при превышении предельно допустимых концентраций вредных веществ всего лишь на 10%.
Допустимые условия труда применительно к производственной пыли наряду с техническими мерами пылеподавления и изоляции пыли обеспечиваются средствами местной вытяжной и общей вентиляции.
Строительными нормами и правилами СНиП 41-01-2003 установлено, что очистку воздуха от пыли в системах механической вентиляции и кондиционирования следует проектировать так, чтобы содержание пыли в подаваемом воздухе не превышало:
Таблица 2. Сравнение концентраций пыли, допустимых для воздуха, подаваемого в производственные и жилые помещения
Таким образом, подаваемый приточной вентиляцией в производственные помещения воздух содержит пыль в количестве, многократно превышающем нормы для атмосферного воздуха жилых помещений. Этот воздух допустим, но не оптимален.
Граница между допустимыми и вредными условиями труда составляет всего 10%. Поэтому все пылевые работы можно отнести к вредным.
Профессиональные заболевания от воздействия пыли выявляются обычно на поздних стадиях заболевания. Современные методы диагностики, уже внедряемые в практику, могут более объективно представить последствия действия промышленной пыли на организм человека. Мы уже сейчас знаем о повреждении механизма очистки дыхательной системы, нарушении функций дыхания, кровообращения. Выявляются опасные нарушения иммунной системы на ранних стадиях воздействия производственной пыли на человека.
Именно поэтому промышленные предприятия должны обеспечиваться системами пылеулавливания и пылеочистки. Чистота приточного воздуха в системах вентиляции должна переходить на нормы для атмосферного воздуха населенных мест.
Скорость витания, методы ее расчета, практическое значение.
При свободном падении твердой частицы в жидкой или газовой среде, находящейся в покое, только в первый момент наблюдается ускоренное движение; в дальнейшем возникающая сила сопротивления уравновешивается действием силы тяжести и частица падает равномерно, с постоянной скоростью. Эта скорость называется гидравлической крупностью. Это понятие имеет большое значение при изучении процессов взвешивания и отстаивания в жидкости, а также для расчета трубопроводов для гидротранспорта частиц.
При изучении аналогичных процессов в воздушной среде используется понятие скорости витания. Под последней понимают скорость восходящего потока воздуха (в вертикальной трубе), при которой твердые частицы, находящиеся в этом потоке, будут совершать колебательные движения приблизительно на одном уровне (как бы витать), т.е. будут находиться во взвешенном состоянии. Иначе говоря, это понятие эквивалентно гидравлической крупности применительно к воздушной среде.
Выведем формулу скорости витания частицы шарообразной формы.
Таким образом, сила падения 
Сила сопротивления при падении частицы в воздухе 
Так как эти силы уравновешиваются при равномерном падении, то 
откуда 
Поскольку плотность воздуха r0 значительно меньше плотности rт транспортируемого материала, разность rт-r0 без большой ошибки можно заменить на rт. Тогда формула для скорости витания шарообразной частицы принимает вид 
Итак, зная коэффициент сопротивления частицы cx, нетрудно по формуле определить скорость витания. Так как значения cx в свою очередь, зависят от скорости, задача решается методом подбора.
Для частиц определенной формы коэффициент лобового сопротивления зависит только от числа Рейнольдса, поэтому уравнение равномерного осаждения (всплывания) твердых частиц можно представить в виде зависимости числа Рейнольдса от критерия Архимеда: 
При Re 83000 
Для расчетов может быть использована и единая интерполяционная зависимость, связывающая критерии Re и Ar для всех режимов осаждения:
Таким образом, рассчитав критерий Ar, определяют по его значению область, в которой происходит осаждение. Вычисляют, пользуясь одним из уравнений, отвечающим этой области, значение Re и находят по нему скорость осаждения 
Для обеспечения пневмотранспорта твердых материалов среднюю скорость движения воздуха в трубопроводе берут несколько большей (в зависимости от формы частиц и концентрации материала) скорости витания, определенной для шаровидной частицы по формуле (21).
Понятие скорости витания по существу относится к вертикальным участкам трубопроводов пневмотранспорта. На горизонтальных участках условия для перемещения твердых частиц иные.
Рассмотрим механизм перемещения твердых частиц в горизонтальной трубе (рис.). Возьмем шаровидную частицу, расположенную на дне трубы. При обтекании шара, как и при обтекании цилиндра, вверху частицы вследствие увеличения скорости образуется область пониженного давления и возникает подъемная сила P, которая при достаточной скорости поднимает частицу. Сила сопротивления F перемещает частицу в направлении движения воздуха в трубе, а сама частица начинает вращаться (в данном случае по часовой стрелке) в результате эффекта вязкостного трения. В дальнейшем, когда частица поднялась, действие подъемной силы Р прекращается,| но вращение частицы благодаря инерции и наличию поперечного градиента осредненных скоростей сохраняется. Последнее образует циркуляцию и соответствующую ей подъемную силу Pу (эффект Магнуса). Эта сила, как правило, недостаточна для поддержания частицы во взвешенном состоянии. Поэтому частица, описав некоторую траекторию, падает на дно трубы и описанное явление повторяется.
Если весьма увеличить скорость течения воздуха, то можно добиться того, что твердые частицы будут перемещаться в горизонтальном трубопроводе, не падая на дно, т.е. будут находиться во взвешенном состоянии. Такая способность турбулентного потока объясняется наличием в нем поперечных пульсаций. Однако осуществлять пневмотранспорт таким образом вследствие большой разницы плотностей воздуха и материала экономически нецелесообразно, а в некоторых случаях даже невозможно. Наоборот, гидротранспорт, где разность плотностей материала и воды в большинстве случаев незначительна, осуществляется при таких скоростях течения воды, когда частицы находятся во взвешенном состоянии.
Скорость веяния по абсолютной величине мало отличается от скорости витания. Поэтому на практике расчет пневмотранспорта ведут по скорости витания.
Рис. Механизм перемещения твердых частиц потоком воздуха в горизонтальном направлении
Дата добавления: 2016-06-29 ; просмотров: 9434 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
