Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [ 27 ] 28 29 30 31 32 33


Рис. 12.6. Принципиальные схемы инерционных очистителей:

я - центробежного; в - аэродинамического; » -. С ударом воздуха о перегородку

Инерционный способ очистки. Очистка сжатого воздуха с использованием инерционных сил проводится в центробежных, аэродинамических устройствах и с ударом воздуха в перегородку (рис. 12.6).

Наибольшее применение получили центробежные очистители, в которых загрязнения выходят из потока, совершающего круговое (спиральное) движение, под действием центробежных сил. Благодаря характеру движения потока воздуха •большая группа устройств этого типа получила название циклонных очистителей.

Циклонные очистители обладают довольно высокой эффективностью <табл. 12.9).

Эффективность циклонов возрастает с увеличением концентрации загрязнений на входе, хотя при этом на выходе концентрация несколько повышается.

На рис. 12.7 показана кривая фракционной эффективности циклонов. Зона А содержит частицы, которые должны были бы пройти через циклон, но улавливаются вследствие коагуляции или в результате столкновений с более крупными частицами. В зоне Б находятся частицы, которые должны были бы улавливаться, но остаются в воздушном потоке из-за его турбулентности или срыва частиц со стенок вихрем.

При применении очистных устройств циклонного типа для очистки сжатого воздуха, содержащего воду, масло и твердые загрязнения, эффективность улавли-11. вания твердых частиц должна увеличиваться

4ipp<lo вследствие усиления эффекта столкновения

1001-i-Kjy/z/Mu I I и коагуляции в зоне

го о

и уменьшения эф-от влажной

фекта срыва частиц вихрем стенки в зоне Б.

Таблица 12.9 Эффективность циклонных очистителей

10 го 33 ltOd.,,MKM

Рис. 52.7. Кривые фракционной эффективности rtjjp циклонов в зависимости от размера d..

1 - теоретическая; ментальная

Ч"

2 - экспери»

Предельный рузмср частиц, мкм

Предельная эффективность улавливания пыли. % по массе

Сбычные циклоны

Высокоэффективные циклоны

<5

<50

50 - 80

5-20

50 - 80

ВО-95

15 - 40

80 - 95

95 - 99

> 40

95 - 99

95 - 99


Потери давления в устройствах циклонного типа, используемых в пневматических системах, обычно составляют 500- 5000 Па. В фильтрах-влагоотделителях центробежного типа с фильтроэлементом (типа В41) они больше - до 15-10 Па при номинальном расходе. Расходная характеристика устройств этого типа, как правило, определяется скоростью воздуха в зоне отделения. В фильтрах-влагоотделителях типов В41, ДВ41 и П-В максимальная скорость потока в зоне отделения составляет 8-12 м/с, а минимальная 1,5-3 м/с.

Срок службы устройств этого типа без фильтроэлемента

обычно не лимитируется, а с фильтроэлементом (В41-1, ДВ41-1) определяется временем работы фильтроэлемента.

Преимущества очистителей инерционного типа: постоянство степени очистки, незначительные потери давления и эффективное удаление основной части загрязнений в процессе длительной эксплуатации при высокой долговечности, небольших размерах, низкой первоначальной и эксплуатационной стоимости.

Гравитационный способ очистки. Очистка сжатого воздуха с использованием., гравитационных сил проводится в воздухосборниках, отстойниках и специальных устройствах (рис. 12.8). Кроме того, гравитационные силы используются для отвода влаги и твердых частиц из рабочей зоны инерционных, фильтрующих и других устройств.

Коэффициент очистки для устройств этого типа определяют по формуле, при--веденной на с. 361, при подстановке фракционного коэ4х})ициента очистки, который находят из выражения

Рис. 12.8.

камера

Гравитационная пылеулавливающая;

Пфр?

где С7фр( - скорость осаждения частиц по заданным фракциям (рип. 12.9); L и-Я - длина и высота рабочей зоны камеры осаждения устройства; w - скорость, потока воздуха в устройстве.

На рис. 12.10 показана теоретическая зависимость фракционной эффективности устройства этого типа от диаметра частиц. Минимальный диаметр частиц, rfmin, которые полностью оседают из потока, может быть определен по формуле,., приведенной в работах П. Уайта и С. Смита

-min

18т1дЯш

gL (рч - Рр)

где Т1д- коэффициент динамической вязкости воздуха; р, - плотность частиц,-Рр - плотность сжатого воздуха; g- ускорение свободного падения.

Хотя очистители этого типа могут обеспечить достаточно высокую степень очистки сжатого воздуха от твердых частиц и жидкой влаги, их промышленное применение в качестве очистных устройств ограничено из-за больших размеров и жестких требований к конструкции, которая должна исключать завихрения и неравномерность скорости потока.

При ориентировочных расчетах гидравлическое сопротивление гравитационных устройств очистки может быть принято равным сопротивлению эквивалентного ему по длине подводящего трубопровода.



I

B,Of 0,001

10 60 50 itO 30 20 10

\ 1 1

>

/ /

го W 60

100йч,мкм

Рис. 12,9. Зависимость скорости осаждения сферических частиц в спокойном воздухе от размера частиц

Рис. 12.10. Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц (р = I г/см")

/ - теоретическая; 2 - реальная

Пропускная способность устройств этого типа зависит от заданного размера частиц, которые должны быть удалены из потока воздуха, и конструктивных параметров. Наибольший расход воздуха можно определить по формуле

iJmingLf п (Рч -" Рр)

где Fri - площадь сечения потока воздуха в рабочей зоне камеры осаждения устройства.

Для обеспечения надежного осаждения частиц заданного размера фактический расход рекомендуется принимать в 1,5-2 раза меньше расчетного.

Срок службы обычно не лимитируется. В процессе эксплуатации требуется регулярно продувать систему или устанавливать автоматический коидеисатоот-водчик.

Способы осушки сжатого воздуха. От паров воды и масла воздух осушают поглощением его различными веществами (адсорбция и абсорбция) или охлаждением. В некоторых случаях для предотвращения конденсации паров целесообразно применить подогрев или редуцирование сжатого воздуха.

Адсорбция. Адсорбционная осушка воздуха основана иа свойстве природных или искусственных пористых материалов избирательно концентрировать на поверхности водяной пар. Количество адсорбированного водяного пара возрастает с понижением температуры и увеличением его концентрации в сжатом воздухе. Эти свойства определяют такое важное свойство адсорбентов, как обратимость (регенерируемость), т. е. способность к полному или частичному удалению (десорбция) водяных паров при повышении температуры или при снижении парциального давления водяного пара в газовой фазе над слоем адсорбента.

Краткие сведения об адсорбентах. Для осушки воздуха наиболее широкое распространение получили следующие адсорбенты: силикагели, активная окись алюминия и цеолиты - молекулярные сита. В основном они отличаются друг от друга влагоемкостью, ее зависимостью от температуры, глубиной осушки и механическими свойствами.

Влагоемкость - предельное количество адсорбироваииой влаги иа единицу массы адсорбента - выражается обычно в процентах или в граммах поглощенной влаги на 100 г адсорбента. В зависимости от условий поглощения различают ста-

тическую и динамическую влагоемкость. Под статической влагоемкостью понимают максимальное количество влаги, поглощеииое из воздуха единицей массы адсорбента к моменту достижения полного насыщения адсорбента при данной температуре и концентрации влаги в осушаемом газе. Под динамической влагоемкостью понимают количество влаги, поглощенное единицей массы адсорбента в слое данной высоты из воздушного потока с определенным влагосодержаннем при данной скорости и температуре воздуха до момента проскока влаги в воздухе, покидающем слой адсорбента.

Время с начала процесса поглощения до момента проскока принято называть временем защитного действия слоя адсорбента.

Важным свойством адсорбентов является их механическая прочность. Износ адсорбентов обусловливается следующими факторами: измеиеиием температуры в стадиях адсорбции и регенерации, наличием влаги в осушаемом воздухе и давлением лежащих выше слоев адсорбента. Потери адсорбента в результате механического разрушения за год ориентировочно составляют (в процентах от первоначального количества):

Активная окись алюминия, алюмогель н цеолиты NaA........ 5 - 10

Цеолиты типов СаА, NaX ....................... 8-12

Силнкагели разные........................... 10 - 15

Силикагели в зависимости от преобладающего диаметра пор подразделяют иа мелко- и крупнопористые. Отечественная промышленность выпускает силикагели по ГОСТ 3956-76.

Мелкопористые силикагели обладают большей влагоемкостью в области малых парциальных давлений водяного пара, крупнопористые - в области высоких парциальных давлений. Предельное остаточное влагосодержаиие осушенного воздуха, обеспечиваемое крупнопористыми силикагелями, соответствует температуре точки росы от -25 до -30 °С, мелкопористыми - от -40 до -55 °С. Главным достоинством силикагелей является их сравнительно малая энергоемкость при горячей регенерации. Существенным недостатком силикагелей является невысокая механическая прочность, а также растрескивание и разрушение гранул прн попадании иа них капельной влаги.

По параметрам пористой структуры и некоторым другим показателям алюмогель во многом аналогичен мелкопористым силикагелям. Степень осушки воздуха, достигаемая с помощью этого адсорбента, практически такая же, как и на цеолитах, однако температура регенерации алюмогелей значительно ниже.

Значительными преимуществами активной окиси алюминия являются ее высокие механическая прочность и устойчивость к воздействию капельной влаги. В СССР выпускают различные марки активной окиси алюминия. Для осушки воздуха лучше всего использовать активную окись алюминия - осушитель газов, - характеризующуюся более высокой насыпной массой и однородностью пористой структуры.

Цеолиты могут обеспечить осушку воздуха до температуры точки росы -60 °С и ниже. Влагоемкость цеолитов мало изменяется с повышением температуры. Недостатками цемитов являются их невысокая механическая прочность и большие энергозатраты при горячей регенерации.

Основные показатели адсорбентов, используемые при их выборе и расчетах устройств осушки, приведены в табл. 12.10 [4, 5].

В табл. 12.11 [5] приведены свойства промышленных адсорбентов.

При выборе адсорбента исходят нз требований степени осушки, температурных условий, метода регенерации и т. п. Наиболее целесообразна многослойная загрузка адсорберов несколькими адсорбентами. Обычно первыми по ходу воздуха располагают адсорбенты, обладающие высокой устойчивостью к капельной влаге и большой влагоемкостью при высокой относительной влажности сжатого воздуха (активная окись алюминия, крупнопористые силикагели), а в конце - поглотители с высокой влагоемкостью в области малых парциальных давлений (мелкопористые силикагели, цеолиты).

Удаление паров масла. Очистка сжатого воздуха от паров масла проводится адсорбционным способом. В качестве адсорбента используют активированные угли, активную окись алюминия н снликагель.



Основные показатели адсорбентов

Таблица 12.10

Показатель

Снликагели

Насыпная масса, кг/м.......

Размер зерен (таблеток), мм......

Теплоемкость, кДж/(кг-К) ......

Теплопроводность (30 °С), кДж/(м-ч-К) Теплота адсорбции паров воды, кДж/кг Достигаемая температура точки росы

(практически), °С ..........

Динамическая влагоемкость, %.

в процессе эксплуатации .....

свежего адсорбента .......

Температура регенерации, °С:

на входе в адсорбер .......

на выходе нз адсорбера .....

Температура применеиня, °С, не более

500 - 700 3-7 0,92 0,7! 2500

-25--55

5-8 18 - 21

180 - 220 80-140 35

Активная

окись алюминР1я

Цеолиты

350-850

600 - 650

3 - 7

2 - 4,5

0.81

2,10

2500

4200

- 55-60

-60 и ниже

4 - 6

8-10

13-13

230 -2S0

320 - 370

100 - 150

120 - 200

35 и более

Данные о динамической активности различных адсорбентов по парам компрессорного масла ограничены. Активированные угли способны поглощать из воздуха масла до 20-50% собственной массы. Увеличение времени контакта воздуха с углем приводит к повышению степени удаления паров. Так, увеличение высоты слоя активированного угля в 3 раза повышает поглощение масла на 20- 30%. Активированные угли по сравнению с силикагелем и активной окисью алюминия по парам масла более эффективны. Однако при 45%-ном насыщении активированного угля влагой начинается вытеснение поглощенного масла в воздушный поток.

Так как в короткоцикловых безнагревных установках насыщение адсорбентов обычно не превышает 10-25% массы адсорбента, эти установки могут быть использованы для удаления масла из насыщенного водяным паром воздуха.

Степень очистки воздуха от паров масла в короткоцикловых безнагревных установках с силикагелем зависит от высоты слоя адсорбента, скорости осушки и продолжительности цикла регенерации и может достигать 98%.

Абсорбция. Способ состоит в пропускании сжатого воздуха через вещества (абсорбенты), химически взаимодействующие с водяным паром. Некоторые твердые абсорбенты при этом меняют свою консистенцию, разжижаются.

Для очистки влажных технологических газов в химической промышленности известен способ осушки газов жидкими абсорбентами (диэтиленгликолем или три-этиленгликолем) [10].

Вследствие того что одни абсорбенты не восстанавливаются и не пригодны для повторного использования, а для восстановления других требуется специаль-

Основные свойства адсорбентов

Таблица 12.11

Показатель

Силикагель

.Активная окись алюминия

Степень осушки Влагоемкость при парциальных давлениях;

низких

высоких Устойчивость к капельной влаге

Устойчивость к кислым компонентам (СОг. SOj н т. д.) Механическая прочность

Стоимость

Глубокая

Низкая Высокая Не устойчив

Устойчив

Прочный

Низкая

Глубокая

Низкая Высокая Устойчив

Не устойчив

Прочный

Очень высокая

Цеолит

Сверхглубокая

Высокая Высокая Не устойчив

Ограниченно устойчив

Ограниченно прочный Высокая

ная технология, промышленное применение абсорбентов для осушки сжатого воздуха ограничено.

Осушка сжатого воздуха охлаждением. При охлаждении воздух становится насыщенным, и часть влаги, равная разности между действительным содержанием ее в воздухе и содержанием, соответствующим насыщению воздуха при данной температуре, выпадает в виде жидкости. Воздух охлаждают с помощью концевых холодильников или специальных холодильных установок. В качестве охлаждающей среды для концевых холодильников применяют воду или воздух. Температура применяемой для охлаждения воды в летнее время достигает 25-30 °С, а зимой 5-10 °С. Обычно считают, что температура сжатого воздуха на выходе из водяных холодильников на 10 °С выше температуры поступающей воды. Следовательно, воздух можно охладить до 35-40 °С летом и до 15-20°С зимой. В холодильниках с воздушным охлаждением температуру выходящего потока сжатого воздуха принимают на 15-20°С выше температуры охлаждающего потока.

Для обеспечения более эффективного охлаждения воздуха применяют холодильные установки с использованием в качестве охладителей фреона, аммиака и др. Температура точки росы, обеспечиваемая осушителями сжатого воздуха этого типа (будем в дальнейшем называть их рефрижераторными), составляет 2-10°С.

Подогрев сжатого воздуха. Одним из способов предотвращения конденсации паров воды и масла является использование в пневматических системах горячего сжатого воздуха, температура которого с учетом изменения термодинамических параметров при эксплуатации пневматических устройств выше точки росы. Это может быть достигнзто предотвращением охлаждения сжатого воздуха, поступающего из компрессора, с помощью изоляции воздухопровода или подогрева воздуха перед потребителями с предварительным охлаждением и удалением всей выделившейся влаги.

При использовании горячего воздуха необходимо учитывать опасность возгорания и даже взрыва паров масла, которое уносится из поршневых и ротационных компрессоров.

Часто горячий сжатый воздух используют для воздушных молотов, песко- и дробеструйных аппаратов, печей мартеновских цехов, сушки электрических машин и др.

Редуцирование сжатого воздуха. Понижение давления сжатого воздуха приводит к уменьшению относительной влажности, что может быть использовано для осушки сжатого воздуха в системах эпизодического действия (например, в пневмоприводах электрических высоковольтных выключателей). В этом случае капельная влага должна быть удалена из сжатого воздуха до его редуцирования.

Комбинированные способы осушки. Для уменьшения эксплуатационных расходов рекомендуется применять комбинированные осушители с использованием нескольких способов осушки. Так, применение комбинации осушителей рефрижераторного и абсорбционного типов обеспечивает достаточно хорошую степень осушки (температура точки росыот-5до-15°С) при низких эксплуатационных расходах [11]. Известны осушители с комбинацией адсорбционных и абсорбционных способов, в которых в зависимости от температуры окружающей среды автоматически переключаются режимы работы; при более низкой температуре работает осушитель адсорбционного типа, при более высокой температуре - осушитель абсорбционного типа.

Сравнительные данные устройств осушки сжатого воздуха различных типов приведены в табл. 12.12 (рис. 12.11; 12.12).

Конструкция и техническая характеристика устройств для очистки и осушки воздуха. Фильтры-влагоотделители. На рис. 12.13 представлена конструкция центробежного фильтра-влагоотделителя типа I по ГОСТ 17437-72, предназначенного для предварительной очистки от капельной влаги и твердых частиц. Технические данные этих фильтров-влагоотделителей приведены в табл. 12.13. Для выбора типоразмера фильтра-влагоотделителя в зависимости от расхода и давления сжатого воздуха пользуются диаграммой, показанной на рис. 12.14. На диаграмме для каждогоОу показаны номинальный и минимальный расходы воздуха, приведенного к нормальным условиям (СТ СЭВ 521-77). Для



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [ 27 ] 28 29 30 31 32 33