Математическое описание результирующих параметров процесса пылеподавления пенным аэрозолем на ленточных конвейерах предприятий строительной индустрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Математическое описание результирующих параметров процесса пылеподавления пенным аэрозолем на ленточных конвейерах предприятий строительной индустрии

О.С. Гурова

Одним из основных видов технологического оборудования предприятий строительной индустрии являются конвейерные линии, к которым в большинстве случаев относятся ленточные транспортеры, которые, в свою очередь, являются неотъемлемым технологическим элементом бетоносмесительных участков (БСУ) заводов по изготовлению железобетонных изделий и конструкций (ЖБИиК) [1]. В рабочей зоне ленточных транспортеров наблюдается интенсивное образование и выделение пыли. В настоящее время наиболее приемлемой технологией пылеподавления на участках ленточных транспортёров предприятий строительной индустрии является применение пены, прежде всего, в аэрозольном состоянии.

Математическое описание процесса пылеподавления для условий эксплуатации ленточных транспортёров БСУ заводов ЖБИиК, сущность которого заключается в использовании пенного аэрозоля, выполняющего функции локализующей и транспортирующей на очистку дисперсной системы, выполнено с учётом упругих свойств пузырьков пены, а также параметров возврата в это сырье пылевых частиц за счёт различных физических механизмов их захвата [2, 3]. Кроме того, параметрическая зависимость эффективности пылеподавления как результирующего параметра пенного способа обеспыливания обеспечит возможность прогнозного расчёта технологических параметров рассматриваемого процесса пылеподавления с учётом особенностей взаимодействия пылевого аэрозоля с пузырьками пены.

Известные зависимости эффективности пылеподавления пенным способом [4, 5] на основе применения пенного аэрозоля как результата реализации процесса привязаны к конкретным производственным условиям, пеногенерирующему оборудованию и недостаточно полно отражают все стадии процесса взаимодействия пылевого аэрозоля с пеной.

Хотя, эффективность пылеподавления пенным способом с учетом его многостадийности, можно определить по общей формуле для случайных независимых событий согласно теории вероятности [6]:

где E₁, Е₂, Е₃, Е₄ - постадийные составляющие эффективности Е_эф.

Параметр Е₁ характеризует захват частиц пенным аэрозолем (1_п > 0) пыли пузырьками пены на первой стадии взаимодействия под действием инерционных сил и описывается коэффициентом инерционного осаждения Е_ин:

Параметр 1_п характеризует расстояние между соседними пузырьками пены в пенном аэрозоле, а коэффициент Е_ин определяется:

- при условии, когда скорость пузырьков х_п меньше скорости, при которой пузырьки дробятся х_др, то есть (х_п < х_др), по формуле:

- если х_п > х_др, то процесс дробления пузырьков носит массовый характер, поэтому:

Число Стокса определяется по известной формуле:

где d_ч - диаметр частиц, м; х - скорость невозмущенного потока, набегающего на препятствие, м/с; с_ч - плотность пыли, кг/м³; µ_в - коэффициент динамической вязкости, равный 1, 82·10^-6 Па?с; L - характерный размер обтекаемого препятствия, м, который для пенного аэрозоля (1_п > 0) соответствует диаметру пенного пузырька D_п:

С учетом экспериментальных данных и методики [7] получена зависимость коэффициента А от соотношения размеров пылевых частиц и их критического значения d_кр применительно к пенному способу в случае применения пенного аэрозоля (1_п > 0):

где n₂ = 1, при х_п = х_кр.

В формуле (7) коэффициент а равен 1 и не влияет на величину коэффициента А, если отсутствуют ограничения свободному распространению пенного аэрозоля и происходит полное перекрытие пылевого потока пенным аэрозолем.

По аналогии с распространением капельного аэрозоля существует два пограничных условия скоростей пенного аэрозоля х_кр и х_др. при значениях скорости пенного аэрозоля, меньших х_кр, процесс дробления пузырьков проявляется слабо, только в единичных случаях.

При скорости х_др пенный аэрозоль разрушается, что приводит к прекращению процесса захвата пылевых частиц пенными пузырьками.

Скорость встречи пылевых частиц с пузырьками пенного аэрозоля определяется скоростью пенных пузырьков в аэрозоле х_п, полученных с помощью форсунки:

при Н_В=0,

при Н_В?0,

где Н_в- давление сжатого воздуха, подаваемого к форсунке, Па; Q_в - расход сжатого воздуха, подаваемого к форсунке, м³/с; Q_р - расход раствора пенообразователя, м³/с; d_с - диаметр сопла форсунки, м.

Анализ основных параметров пенообразования позволил получить для расчета следующие зависимости среднего диаметра пузырьков D_п в пенном аэрозоле (1_п> 0) при скоростях воздушного потока х_вп < 1м/с, что характеризует открытый источник пылевыделения:

при Н_В=0,

при Н_В?0,

где б - корневой угол раскрытия факела орошения, град; z - количество сопловых отверстий в форсунке (оросителе), шт.; H_р - давление раствора

Расход раствора пенообразователя Q_р при получении пены форсункой:

при Н_В=0,

при Н_р?0, Н_В?0, (10)

при Н_р=0,

где µ - коэффициент расхода сопла оросителя, ; с_р - плотность раствора пенообразователя, кг/м³.

Для пылеподавления параметр Е₂, связанный с экранирующим механизмом, равен 0, так как основным механизмом является захват частиц пыли пенным аэрозолем, который характеризуется параметром Е_3, зависящим, главным образом, от свойств пены и скорости встречи этих частиц с пузырьками пены [8]:

где х^э_кр - критическая скорость частицы, при которой пузырек может разрушиться при экранирующем (упругом) взаимодействии.

Значение х^э_кр определено с учетом упругих свойств пленки пузырька:

где д, д_кр - соответственно средняя и критическая толщина пленок в пенных пузырьках, м; m_ч - масса частицы пыли, кг, значение которой зависит от плотности и размеров частицы, определяется по формуле:

Захват частиц пыли пенным аэрозолем (1_п > 0) под действием электрических сил характеризуется параметром E₄, для которого на основе анализа экспериментальных данных, представленных в работе [9, 10], получена следующая зависимость:

где q₀ - удельный электрический заряд пены, Кл/м.

С учетом уравнений (2)-(14) зависимость (1) для эффективности пылеподавления пенным аэрозолем (1_п > 0) принимает вид:

Таким образом, полученная параметрическая зависимость эффективности пылеподавления пенным аэрозолем учитывает свойства пылевых частиц, пузырьков пены, окружающей воздушной среды и может использоваться в качестве прогнозного критерия санитарно-гигиенической и экологической оценки выбранной технологии пылеподавления для ленточных транспортеров БСУ заводов ЖБИиК.

пылеподавление пенный аэрозоль конвейер

Литература

1. Беспалов В.И., Гурова О.С. Анализ возможных применений технологий обеспыливания воздуха на предприятиях строительной индустрии // Научное обозрение. Журнал, 2012, №6. С. 193-196.

2. Ann T.W. Yu, Yuzhe Wu, Bibo Zheng, Xiaoling Zhang, Liyin Shen (2014) Identifying risk factors of urban-rural conflict in urbanization: A case of China. Habitat International, Volume 44. Рр. 177-185.

3. Саранчук В.И., Рекун В.В. Физико-химические основы гидрообеспыливания и предупреждения взрывов угольной пыли.- Киев: Наук. Думка, 1984.-216 с.

4. Bespalov VI, Gurova OS, Samarskaya NS, Lysova EP, Mishchenko AN (2014). Development of Physical and Energy Concept for Assessment and Selection of Technologies for Treatment of Emissions from Urban Environment Objects //Biosciences biotechnology research Asia, December 2014. Рp.1615-1620.

5. Беспалов В.И., Гурова О.С. Применение физико-энергетического подхода к описанию процесса загрязнения воздуха заводами железобетонных изделий и конструкций // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/ 1963.

6. Беспалов В.И., Гурова О.С., Самарская Н.С. Применение теории дисперсных систем для описания особенностей поведения токсичных компонентов отходящих и выхлопных газов стационарных и передвижных источников урбанизированных территорий // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ magazine/archive/n3y2013/ 1963.

7. Гельфанд Ф.М., Журавлев В.П. Новые способы борьбы с пылью в угольных шахтах. - М.: Недра, 1975.- 288 с.

8. Справочник по борьбе с пылью в горнодобывающей промышленности. Под ред. Кузьмича. М.: Недра, 1982.-240 с.

9. Daniela Vallero. Fundamentals of Air Pollution fourth edition. Civil and Environmental Engineering Department Pratt School of Engineering Duke University, Durham, North Carolina, 2007. - 156 р.

10. Bespalov V.I., Gurova O.S., Samarskaya N.S., Yudina N.V. (2015). Assessment of Ecological Efficiency and Energy Efficiency of Foam Use at the Construction Industry Enterprises by Emission Cleaning Process// Biosciences biotechnology research Asia, August 2015. Рр.1587-1596.

Размещено на Allbest.ru