Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СОДЕРЖАНИЕ
|
[1] ВВЕДЕНИЕ
[2] [3] 1.1 Способы нанесения лакокрасочных покрытий [4] 1.2 Гигиенические свойства лакокрасочных материалов [5] 2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОКРАСОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА [6] 3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ [7] 3.1 Выбор вентилятора [8] 3.2 Выбор гидрофильтра [9] 3.3 Выбор адсорбера [10] На основании исходных данных были выбраны соответствующие аппараты для очистки загрязненного газового потока. Данные аппараты были подобраны из конструктивных соображений и по их производительности. [11] 4 РАСЧЕТ АППАРАТОВ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА [12] 4.1 Расчет выбросов при нанесении лакокрасочных материалов [13] Расчет вентилятора [14] 4.3 Расчет гидрофильтра [15] Расчет адсорбера [16] ЗАКЛЮЧЕНИЕ [17] СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ [18] ПРИЛОЖЕНИЕ А |
Состояние атмосферного воздуха характеризуется содержанием загрязняющих веществ, концентрации которых зависят от количества поступающих вредных ингредиентов в воздушную среду (выбросов) и рассеивания их в атмосфере.
В атмосферный воздух выбрасывается более 300 наименований загрязняющих веществ, связанных с хозяйственной деятельностью человека. Наиболее распространенными загрязняющими веществами, обнаруживаемыми в атмосфере каждого населенного пункта, являются взвешенные вещества (пыль, сажа, зола и т.п.), оксиды азота, углерода, серы, а также углеводороды.
При производстве работ по нанесению лакокрасочных материалов вредному воздействию могут подвергаться все составляющие биосферы – почва, вода, атмосфера. Поэтому разработка мероприятий по защите окружающей среды при нанесении лакокрасочных мероприятий актуальна.
Целью данного курсового проекта является разработка наиболее рациональной технологической схемы очистки отходящих газов окрасочного производства при пневматическом распылении.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Способы окрасочных работ очень разнообразны. По характеру выполняемого труда и применяемого окрасочного оборудования методы нанесения можно условно разбить на группы: кистевая окраска, окрашивание окунанием, окрашивание валками, пневматическое распыление, безвоздушное распыление, ручное электростатическое распыление, автоматическое электростатическое распыление, окраска струйным обливом или окунанием с выдержкой в парах растворителей, окрашивание электроосаждением, окрашивание нанесением порошковых полимерных материалов, окраска с помощью роботов.
Ручная механизированная окраска осуществляется в основном тремя видами распылителей: пневматическим, безвоздушным и в электрическом поле высокого напряжения или их разновидностями (пневмоэлектростатическим, гидроэлектростатическим и др.). Этими методами наносится более 75% лакокрасочных материалов и из них около 70% – пневматическим распылением. Потери в воздушную среду зависят от вида распылителей и составляют 5-75%. Пневматический метод нанесения сопровождается наибольшим поступлением вредных выделений в рабочие помещения. При этом большое влияние на величину потерь краски при распылении оказывают свойства краски и режимы распыления: вязкость краски, форма факела распыла, давление воздуха, расстояние от краскораспылителя до окрашиваемой поверхности, угол между осью факела и окрашиваемой поверхностью и др. Новые методы окраски (безвоздушный и при помощи ручных электростатических распылителей, которые применяются взамен пневматического способа) дают только 5-35% потерь лакокрасочных материалов, т.е. менее вредны и экономически более выгодны.
Автоматизированная окраска широко применяется в крупносерийном и массовом производстве. Автоматизированная окраска осуществляется следующими методами: электроосаждением, струйным обливом с выдержкой в парах растворителей, окунанием, стационарной электроокраской. При применении автоматизированных методов и оборудовании их соответствующими вентиляционными установками выделяющиеся вредные вещества почти не поступают в воздух рабочих помещений, так как они находятся внутри установок.
Кистевая окраска. Наиболее простым способом нанесения покрытий является ручная окраска кистями. Она используется лишь для отдельных изделий трудоемкого единичного производства, в котором операция окраски занимает небольшой процент времени. Преимущество метода окраски кистью заключается в простоте и универсальности, однако он трудоемок и малопроизводителен, связан с поступлением в воздух паров растворителей с окрашенной поверхности и непосредственным контактом работающих с лакокрасочными материалами. По сравнению с другими ручными методами окраски кистевой метод наименее опасен, так как при низкой производительности (от 6 до 10 м2/ч) и небольшом расходе краски выделяется меньшее количество паров растворителей и не образуется красочного аэрозоля, что особенно важно при использовании свинецсодержащих материалов.
Окрашивание окунанием. Окраска окунанием (погружением) осуществляется в стационарных ваннах, куда краску подают насосом, а при малом объеме работ заливают вручную.
Ванны с краской обычно возвышаются над уровнем пола приблизительно на 0,8 м или при расположении ниже этого уровня ограждаются барьером высотой не менее 0,8 м. в зависимости от объема производства и габаритов изделий их погружение в ванну осуществляют вручную, с помощью пневмо- и электроподъемников или на подвесных конвейерах с непрерывным или периодическим движением транспортной цепи.
При применении непрерывных конвейеров используют ванны окунания большой длины, так как конвейер над ванной должен иметь спуск и подъем. При конвейерах периодического действия во время остановки осуществляется автоматический подъем ванны или опускание изделия, что позволяет ограничить размер ванны размерами изделия.
Достоинствами данного метода являются простота установок и незначительные затраты труда, недостатками – невозможность окраски изделий, имеющих «карманы», и применения быстросохнущих лакокрасочных материалов, а также невысокий класс покрытий и повышенная пожароопасность установок.
Окрашивание валками. При редко применяемом в промышленности механизированном способе окрашивания валками нижняя часть вращающегося валика, погруженная в ванну с краской, захватывает ее и наносит на проходящее под или над валком плоское изделие.
Достоинство метода – высокая производительность валковых машин, недостаток – ограниченность ассортимента окрашиваемых изделий.
Пневматическое распыление. При пневматическом распылении краска, захватываясь из емкости воздушной струей, распыляется, образуя факел красочного аэрозоля с углом раскрытия 60°. Струя смеси краски с воздухом на выходе из сопла, имеющая звуковую скорость 330 м/с (при обычно применяемом давлении воздуха выше 0,2 МПа), быстро теряет скорость, которая у окрашиваемой поверхности на расстоянии 300 – 400 мм от сопла на оси составляет около 10 – 15 м/с.
Краска наносится краскораспылителем, к которому подводятся краска и сжатый воздух. Сжатый воздух под давлением 0,2 – 0,5 МПа подается от компрессора (через масловодоотделитель). Подача краски производится по трубам или от красконагнетательного бачка под давлением 0,02 – 0,025 МПа.
В зависимости от способа подачи лакокрасочных материалов (ЛКМ) к распылительной головке краскораспылители подразделяются на три типа: I – с подачей ЛКМ из верхнего красконаливного стакана; II – с подачей ЛКМ из нижнего красконаливного стакана; III – с подачей ЛКМ нагнетанием.
Пневматическим распылением могут наноситься ЛКМ всех типов на изделия любого размера и почти любой конфигурации. Получаемые покрытия относятся к I классу. Поэтому данный способ является универсальным, наиболее широко распространенным в промышленности.
К недостаткам этого способа относятся большие потери ЛКМ на туманообразование (в среднем 20 – 30%, в отдельных случаях до 70%) и связанные с ними большие расходы на вентиляцию [1].
Безвоздушное распыление. При этом способе окрашивания ЛКМ подается к соплу распылителя под высоким давлением (4,0 – 25 МПа) и распыляется без помощи сжатого воздуха. Создание мелкодисперсного факела достигается за счет резкого падения давления (до атмосферного) ЛКМ при выходе его из сопла.
Качество окрашенной поверхности зависит от правильности выбора технологических режимов нанесения ЛКМ (состава, вязкости, рабочего давления).
Способ рекомендуется для окрашивания средних, крупных и особо крупных деталей, характеризуется незначительными потерями ЛКМ и обеспечивает покрытия не выше IV класса.
По сравнению с пневматическим распылением способ безвоздушного распыления имеет следующие преимущества: на 20 – 35% уменьшаются потери на туманообразование, вследствие чего сокращается удельный расход ЛКМ; на 15 – 25% сокращается расход растворителей на доведение составов до рабочей вязкости, так как применяются более вязкие системы; сокращается время окрашивания и в 1,5 – 2 раза повышается производительность труда благодаря возможности нанесения меньшего числа слоев покрытия.
Установки безвоздушного распыления выполняются в виде переносного или передвижного комплекта оборудования, состоящего из красконагнетательного насоса, краскораспылителя и шлангов, рассчитанных на высокое давление.
Способ требует тонкого перетирания пигментов (с частицами размером до 15 мкм), входящих в состав ЛКМ, предназначенных для нанесения безвоздушным распылением. Иначе краскораспылители быстро засоряются, что нередко приводит к отказу от использования этого метода. Подверженность сопла краскораспылителя засорению связана с его относительно малым размером.
Ручное электростатическое распыление. В настоящее время большой ассортимент ЛКМ наносится электростатическим распылением с помощью ручных электроокрасочных установок различных типов. Наиболее эффективен этот способ при окрашивании мелких изделий любой конфигурации и изделий типа сеток, решеток.
Способ ручного электростатического распыления основан на переносе заряженных частиц в электрическом поле высокого напряжения, которое создается между двумя электродами, находящимися под разными потенциалами. Одним из электродов является окрашиваемое изделие, а другим (отрицательным) распыляющее устройство, к которому подаются высокое напряжение и ЛКМ.
В промышленности получили распространение три вида электростатических распылителей.
Распыление краски в первом виде осуществляется центробежными распылителями: чашечными, грибковыми, дисковыми и другими, при втором – пневмораспылителями; при третьем – безвоздушными распылителями. В первом случае перенос заряженных частиц краски и осаждение их на изделие осуществляются в основном за счет сил электрического поля; во втором и третьем – за счет сочетания электрического поля и механических сил.
Ручные электроокрасочные установки бывают переносного и передвижного типов. Они состоят из пистолета-распылителя, дозирующего устройства (красконагнетательный бачок и др.), источника высокого напряжения, кабеля для подвода высокого напряжения к распылителю, шлангов для краски и воздуха.
В промышленности применяются следующие электроокрасочные установки: с механическим (центробежным) распылением ПЭРУ-3; с пневматическим распылением УЭРЦ-4, 18-Э-130; с безвоздушным распылением УГЭР-1, УГЭР-2, УГЭРП.
При использовании ручных электроокрасочных установок возможно загрязнение воздушной среды рабочей зоны парами растворителей и красочным аэрозолем, имеющими электрозаряд, а также электризация окружающей воздушной среды и предметов (оборудования).
Основным преимуществом ручного электростатического распыления перед автоматизированным является маневренность, т.е. возможность разместить распылитель в любом положении относительно окрашиваемого изделия при сравнительно простом изменении параметров процесса. Ручные электроокрасочные установки целесообразно применять в единичном производстве для окрашивания изделий, выпускаемых мелкими сериями.
Автоматизированное электростатическое распыление. Принцип автоматического окрашивания тот же, что и окрашивания с помощью ручных электроокрасочных установок. Однако автоматическое окрашивание осуществляется в стационарных закрытых камерах, где используется значительно более высокое напряжение. В камерах применяются центробежные распылители, в которых частицы краски переносятся под действием только электрических сил, и распылители, в которых используются электрическое поле и механические силы.
При окрашивании в стационарных камерах изделия движутся по конвейеру, проходя через камеру, в которой создается электрическое поле высокого напряжения. Отдельные электрораспылители или их группы, закрепленные на неподвижных держателях, совершают вертикальный и горизонтальный путь, рассчитанный на покраску всей поверхности изделия. Управление распылителями часто осуществляется с помощью фотоэлементов. Вход в камеру при работе и установки исключается устройством специальной блокировки.
Преимуществами рассматриваемого способа окрашивания являются сокращение потерь ЛКМ (которые составляют не более 10%) за счет полного осаждения распыленной краски на поверхность изделия и получения равномерного слоя покрытия; полная автоматизация процесса окрашивания.
К недостаткам способа относят: невозможность окрашивания изделий сложной конфигурации, имеющих глубокие впадины и сложные сопряжения, а также внутренние поверхности, что часто приводит к необходимости дополнительного подкрашивания; необходимость применения относительно сложной и дорогой аппаратуры; требование строгого соблюдения режимов окрашивания и проведения контроля физико-химических и электрических параметров ЛКМ и их составляющих, а также требований техники безопасности.
Качество окрашивания электростатическим распылением зависит от диэлектрических свойств ЛКМ и режима окрашивания. Выпускаемые лакокрасочные материалы не всегда обладают свойствами, необходимыми для электростатического распыления. Получение этих свойств достигается путем введения в ЛКМ соответствующих растворителей или их смесей.
Окрашивание струйным обливом или окунанием (с выдержкой в парах растворителей).Сущность способа струйного облива состоит в том, что изделия, продвигаясь по подвесному конвейеру, поступают в тоннель, где они в определенном месте (в зоне облива) подвергаются обливу струями краски. Облив осуществляется из системы сопл, краска к которым подается насосом. Вместо облива окрашивание изделий можно производить погружением в ванну с ЛКМ, т.е. окунанием. Свежеокрашенные изделия, продвигаясь по конвейеру, определенное время (10-15 мин) выдерживаются в парах растворителя, в так называемом паровом тоннеле, где поддерживаются высокие концентрации растворителя (10-20 г/м3) .
Насыщенность атмосферы тоннеля парами растворителя замедляет процесс его испарения из пленки на поверхности изделия и тем самым создает благоприятные условия для стекания излишков ЛКМ под действием силы тяжести, адсорбции паров растворителей на поверхности пленки, снижающей поверхностное натяжение, благодаря чему ЛКМ «не схватывается», а равномерно, без потеков распределяется на поверхности изделия.
К недостаткам способа окрашивания струйным обливом относят невозможность многоцветного окрашивания одного изделия, необходимость больших производственных площадей, повышенный расход растворителей, затруднительность защиты от выбивания паров растворителей из открытых проемов установки.
Окрашивание электроосаждением. Процесс образования покрытия при электроосаждении заключается в осаждении частиц ЛКМ из водного раствора под воздействием электрического тока. В промышленности, как правило, применяется анодное электроосаждение. При этом окрашиваемый предмет, являющийся анодом, погружается в ванну, корпус которой представляет собой катод. При пропускании через ванну постоянного тока краска равномерно осаждается на поверхности изделия. Участки поверхности, находящиеся в зоне максимальной плотности тока, окрашиваются благодаря возрастанию изолирующего действия уже образовавшегося покрытия. При этом равномерное покрытие образуется даже на изделиях сложной конфигурации. Для удаления частиц ЛКМ, которые прилипают за счет сопутствующего окунания, окрашенную поверхность смывают дистиллированной водой и сушат горячим воздухом. Анодный метод применяют в основном для нанесения грунтовочных покрытий или выявительных покрытий, позволяющих выявить дефекты поверхностей.
Преимуществами способа окрашивания изделий электроосаждением являются равномерность толщины покрытия, прокрашиваемость труднодоступных мест, отсутствие пор в покрытии, возможность полной автоматизации процесса; малые потери ЛКМ; почти полное отсутствие вредных выделений; значительно меньшая, чем при других способах окраски, опасность пожара и взрыва.
Недостатками способа являются получение лишь тонких однослойных покрытий на токопроводящей поверхности, необходимость в больших производственных площадях; более высокие, чем при использовании других методов капитальные затраты на оборудование.
Окрашивание нанесением порошковых полимерных материалов. Этот способ аналогичен способу электростатического распыления, только в данном случае вместо вязкой жидкости на изделие напыляется порошковый материал, получивший электрический заряд. Тонкодисперсные заряженные частицы порошка под воздействием сил электростатического поля активно перемещаются к противоположно заряженному изделию и осаждаются на его поверхности ровным слоем.
Процесс нанесения порошковых материалов обычно автоматизирован и осуществляется в камерах с помощью подвижных сопл, напыляющих порошок на перемещающиеся по конвейеру изделия. Не осевший на изделия порошок направляется в рекуператор и возвращается в систему напыления. Установка для нанесения порошковых материалов состоит из камеры напыления, системы рекуперации, питающего устройства, источника высокого напряжения.
При применении этого способа расходы порошка на 1 м2 уменьшаются приблизительно в 2 раза по сравнению с традиционными способами окрашивания, хотя толщина слоя покрытия несколько увеличивается, сокращается цикл окрасочных операций. При этом минимально загрязняется окружающая среда, отсутствует необходимость удаления шлама. Положительным свойством порошковых материалов является также возможность полной автоматизации процесса их нанесения и обслуживания менее квалифицированным персоналом.
Кроме пыли от порошкового полимерного материала, которой загрязняется воздух в рабочем помещении, в воздух могут выделяться продукты разложения полимеров при отверждении покрытий в печах и пары сопутствующих им веществ (эпихлоргидрина, спиртов и др.).
Окрашивание с помощью роботов. Во всех способах окрашивания, где применяются краскораспылители, вместо человека могут быть использованы роботы. Роботы позволяют автоматизировать процесс нанесения ЛКМ на однотипные изделия простой конфигурации, окрашиваемые на конвейере. Применение роботов не обеспечивает высокого класса покрытий, поэтому целесообразность их использования ограничена случаями окрашивания, при которых создаются особо неблагоприятные условия труда для человека и в то же время нет необходимости сооружать сложные, дорогостоящие автоматизированные установки. Например, при грунтовании днищ легковых автомобилей, при окрашивании платформ и бортов грузовых автомобилей [2].
Окраска, связанная с выполнением трудоемких производственных операций в условиях длительного контакта с материалами, содержащими вредные вещества четырех классов опасности, относится к разряду вредных работ. Опасность вредного воздействия ЛКМ зависит от токсилогической характеристики и количества веществ, входящих в краску, условий их применения, времени воздействия на работающих.
Гигиеническая оценка ЛКМ выполняется путем рассмотрения рецептуры готового материала и определения вредности отдельных составляющих компонентов.
В пищеварительный тракт вредные вещества могут попадать при заглатывании паров, пыли, через грязные руки при приеме пищи, курении.
Вещества, растворимые в жирах и липоидах, могут проникать в организм и через кожу. Кожный путь поступления веществ, так же как и дыхательный, является непосредственным путем поступления веществ в большой круг кровообращения, при котором минуется обезвреживающее действие печени.
Растворители объединяют разнообразные группы жидких, органических летучих соединений, которые обладают способностью переводить нелетучие и труднолетучие пленкообразующие вещества в растворы, не подвергая их химическим изменениям. Если растворители не растворяют непосредственно пленкообразующий материал, а разбавляют раствор до нужной рабочей консистенции, они называются разбавителями. Разбавители состоят из тех же химических веществ, что и растворители. Растворители в ЛКМ применяются в виде смесей и содержатся в количестве 20 – 65%. Разбавляются ЛКМ чаще до 15%, но некоторые (нитроцеллюлозные) до 80%. Лучшими растворителями являются ароматические (толуол, ксилол, сольвент) и хлорированные углеводороды (хлорбензол, дихлорэтан), которые применяются в смеси со спиртами, ацетатами, уайт-спиритом.
Растворители могут вызывать острую и хроническую форму отравления. Острое отравление обычно наступает при одновременном попадании в организм значительного количества яда. Острое отравление может возникнуть при окраске внутренних поверхностей резервуаров, вагонов, отсеков, емкостей без достаточного воздухообмена или в случаях аварийного разлива красок или растворителей. Хроническое отравление развивается при длительном систематическом воздействии растворителей в небольших концентрациях. Почти все растворители оказывают на центральную нервную систему неспецифическое действие, проявляющееся при воздействии невысоких концентраций признаками возбуждения, а при действии высоких концентраций – признаками наркоза. При этом отмечаются головные боли, головокружение, сонливость, повышенная раздражительность, явления тошноты или рвоты, иногда потеря сознания. Помимо действия на центральную нервную систему некоторые растворители в частности ароматические углеводороды, вызывают дегенеративные изменения в крови; спирты, бензины, ацетон раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, а так же могут вызывать кожные заболевания воспалительного и аллергического характера.
Пигменты. Пигменты представляют собой красящие вещества неорганического (минерального) или органического происхождения.
Основными неорганическими пигментами являются соли и окислы металлов (титан, цинк, свинец, хром и многие другие). Для окраски в белые цветы в основном используются титановые и цинковые пигменты. Во все цветные пигменты в большинстве случаев входит смесь различных свинцовых и хромовых производств.
В производственных условиях при окраске автомашин, станков, вагонов, сельскохозяйственных машин, приборов и их деталей свинец в воздухе чаще всего был обнаружен в концентрациях 0,025 – 0,3 мг/м3.
Все попытки снизить содержание свинца в воздухе до уровня допустимых концентраций при пневматическом методе, который в настоящее время составляет до 70% всех окрасочных работ, пока не увенчалась успехом. Свинец обладает рядом ценных технологических свойств, поэтому вывести его из состава применяемых красок пока не удается.
Пленкообразующие вещества. Пленкообразующие вещества являются основой краски, образуя после ее нанесения твердую пленку на поверхности изделий. К ним относятся растительные масла, естественные и искусственные смолы. Последние нашли особенно широкое применение в лакокрасочных материалах (перхлорвиниловые, алкидные, полиэфирные, эпоксидные и другие).
Пленкообразующие вещества при методе окраски распылением (пневматическом, гидравлическом, электростатическом) поступают в воздушную среду производственных помещений в состав красочного аэрозоля.
Установлено, что аэрозоль полимеров оказывает неблагоприятное воздействие на организм и может привести к развитию пневмосклероза или интоксикации. У работающих с эпоксидными смолами могут наблюдаться кожные заболевания, а также катаральные состояния верхних дыхательных путей, коньюктивиты, функциональные расстройства нервной системы [3].
Проблемы экологии сегодня как никогда актуальны в силу множества факторов, связанных с повсеместным применением вредных веществ. Лакокрасочные материалы сопровождают человека во всех сферах жизни – и на работе, и в собственном доме, поэтому их влияние на здоровье человека и на окружающее среду имеет первостепенное значение, поэтому необходимо очищать выбросы данного производства.
Использование лакокрасочных материалов, а также их компонентов (пигментов, наполнителей, пленкообразующих, растворителей, пластификаторов, отвердителей и т.д.) сопровождается образованием значительного количества загрязненных сточных вод, газовых выбросов, твердых и жидких отходов. Выбросы данного производства традиционно очищают, используя различные типы гидрофильтров, адсорберов и абсорберов.
В данном курсовом проекте был проведен расчет эффективности очистки воздуха на основании, которого были выбраны следующие аппараты очистки: вентилятор ВР-77-04 → форсуночный гидрофильтр → →вертикальный адсорбер.
Для определения эффективности очистки воздуха в форсуночном гидрофильтре от красочной пыли (%) при скорости 2 - 6 м/с используют формулу:
(1)
Для определения эффективности очистки воздуха в вертикальном адсорбере используют формулу:
(2)
Проведенные расчеты аппаратов, которые предназначены для очистки воздуха от пыли красителей, дают максимально оптимальную эффективность очистки атмосферы, что очень важно при окрашивании изделий.
Выбранное оборудование компонуется в технологическую схему (рисунок 1).
1– вентилятор, 2– гидрофильтр, 3 – резервуар сбора воды,
4– водоотстойная камера, 5– адсорбер
Рисунок 1 – Технологическая схема очистки газов при нанесении лакокрасочных материалов
Газовый поток местными отсосами улавливается с места пневматической окраски и поступает на очистку, которая состоит из двух стадий. Первая стадия обеспечивает очистку от красочного аэрозоля с помощью гидрофильтра. Сущность очистки отсасываемого от окрасочных камер воздуха, загрязненного лакокрасочными материалами, в гидрофильтре, состоит в том, что поток воздуха направляется на водяную завесу в виде мельчайших капель воды, либо на сплошную постоянно падающую пленку воды. Сплошная пленка воды создает водяную завесу на пути движения красочной пыли, вызывая коагуляцию уносимого лакокрасочного материала. Выходящий из патрубка газ, очищенный от красочной аэрозоли, содержит толуол. Он, в свою очередь, проходит вторую ступень очистки. Газовые выбросы направляются в один из периодически работающих адсорберов и после поглощения паров растворителя адсорбентом выбрасывается в атмосферу.
Следовательно, обеспечивается допустимый уровень содержания красочной аэрозоли и толуола в воздухе рабочей зоны [4].
Чертеж данной технологической схемы представлен на листе формата А1.
Важнейшей частью технологического проектирования всего предприятия, основных и вспомогательных производственных цехов и установок является создание технологической схемы, от ражающей взаимосвязь и характер отдельных технологических процессов и оборудования. Разработанная технологическая схема по эффективности очистки воздуха отвечает всем требования.
Исходными данными для выбора вентилятора являются заданные значения производительности Q и полного pv или статического psv давления, а также условия его эксплуатации: параметры перемещаемой газовоздушной среды, класс взрывоопасности и др. Выбрать оптимальный вентилятор — значит определить его тип, размер и частоту вращения, при которых выполнялись бы все требования технического задания, включая минимальные значения массы, потребляемой мощности и создаваемого шума.
В данном курсовом проекте выбран радиальный (центробежный) вентилятор (рисунок 2), который представляет собой лопастное рабочее колесо турбинного типа, расположенное в спиральном корпусе. При вращении колеса воздух, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопастями колеса, под действием возникающей центробежной силы он перемещается по этим каналам, собирается спиральным корпусом и направляется в его выпускное отверстие.
1– лопастное колесо, 2– спиральный корпус, 3–входное отверстие,
4–выходное отверстие
Рисунок 2– Радиальный (центробежный) вентилятор
Радиальные вентиляторы общего назначения применяются в стационарных системах вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления, технологических установках и т.д. Они предназначены для перемещения невзрывоопасных газовых сред с температурой не выше 80 °С — для обычного исполнения (до 200 °С — для теплостойкого исполнения), содержащих твердые примеси не более 0,1 г/м3, не содержащих липких веществ и волокнистых материалов. Область применения и ограничения условий эксплуатации для радиальных вентиляторов специального исполнения [5].
Воздух, удаляемый от мест окраски распылением, всегда подвергается мокрой очистке от красочного аэрозоля в гидрофильтрах. Основным назначение гидрофильтра является предохранение от загрязнения (а при интенсивной пневматической окраске от забивания) вентиляционной системы (воздуховодов и вентилятора) краской. В гидрофильтрах также задерживаются частично и пары растворителей.
Существующие конструкции гидрофильтров имеют четыре основные элемента:
В данном проекте был выбран форсуночный гидрофильтр, работающий по принципу орошения воздушного потока распыленной форсунками водой. Данный тип гидрофильтров был разработан одновременно с внедрением в промышленность пульверизационного метода окраски. В промывных каналах этих гидрофильтров установлены форсунки. Каплеотделителем является пластинчатый сепаратор (рисунок 3).
Ванна для сбора и отстоя загрязненной воды располагается под камерой. Очищенная вода подается насосами по системе трубопроводов в водораздаточные устройства гидрофильтров. Для большого количества камер целесообразно применять централизованные очистные сооружения с бассейнами коагуляции, оснащенные насосными станциями и механизмами для очистки бассейнов от загрязнений. С целью ускорения процесса очистки воды в бассейн вводят коагулянты, способствующие быстрому разделению краски на легкую и тяжелую фракции, которые затем удаляются.
1– форсунки, 2– пластинчатый сепаратор
Рисунок 3 – Форсуночный гидрофильтр
Коэффициент очистки воздуха — у гидрофильтров лежит в пределах 92—94% (для пыли) и 50—57% (для паров растворителей). Если рассматривать гидрофильтры по эксплуатационным показателям, то можно сказать, что почти у всех гидрофильтров при нормальной их работе (т. е. своевременной их очистке, обеспечивающей постоянное поступление воды) производительность приблизительно через 160 ч работы после очистки снижается на 15—20%. Главным недостатком большинства гидрофильтров является отсутствие стабильной равномерности подачи воды из за быстрого загрязнения отдельных водораздающих элементов, а также сложность очистки некоторых элементов (водоподающих труб с отверстиями и форсунками, пластинчатых сепараторов) [6].
Аппараты, с помощью которых происходит разделение газообразных и жидких сред поверхностью пористого твердого тела называются адсорберами. Наиболее распространено применение адсорберов для разделения паровых или газовых сред, осушки или очистки газа, а также для улавливания ценных органических веществ из газообразных сред.
В роли адсорбентов выступают твердые пористые вещества, самыми распространенными адсорбентами являются силикагель и активированный уголь. В адсорберах поглощающие вещества применяют в виде гранул от 2 до 8 мм, либо в виде пылевых частиц от 50 до 200 мкм. В промышленности применяют адсорберы нескольких типов:
В данном курсовом проекте выбран вертикальный адсорбер с неподвижным зернистым слоем загрузки имеющий конструкцию полой вертикальной емкости, с размещенной в ней слоем адсорбента (рисунок 4).
Газовый поток на очистку подается в верхнюю часть аппарата через штуцер 5 для подачи исходной смеси через распределительную сетку 6. Очищенный газовый поток выводится из адсорбера через штуцер 16. Адсорбент загружается через загрузочный люк 4, а отработанный адсорбент удаляется через разгрузочный люк 2. Десорбция осуществляется путем подачи через штуцер 23 водяного пара к барботеру 20, имеющему перфорированную тороидальную поверхность для более равномерного протекания процесса десорбции. Штуцер 7 предусмотрен для отвода паров при десорбции, а в штуцер 8 устанавливается предохранительный клапан для безаварийного протекания процесса.
1– слой гравия, 2 – разгрузочный люк, 3– сетка,4 – загрузочный люк,
5– штуцер для подачи исходной смеси, 6– распределительная сетка,
7–штуцер для отвода паров, 8– штуцер для предохранительного клапана,
9 – коническая крышка, 10 – грузы, для предотвращения уноса адсорбента при десорбции, 11– кольцо жесткости, 12–корпус, 13–слой адсорбента,
14–опорное кольцо, 15– решетка, 16–штуцер для отвода очищенного газа, 17– балки, 18–смотровой люк, 20– барботер, 21– днище, 22–опоры балок,
23–штуцер для подачи водяного пара через барботер
Рисунок 4 – Вертикальный адсорбер
Процесс поглощения определенного вещества адсорбентом будет происходить до определенного момента, после чего осуществляют процесс десорбции. Данный процесс заключается в прекращении подачи газообразной среды в адсорбер, затем начинается подача перегретого водяного пара. Его перемещение происходит в направлении обратном движению газовой среды. Смесь пара и извлеченного из газовой среды вещества выводится из адсорбера и поступает на ректификацию в специальную установку или в отстойник. Процессы десорбции и адсорбции длятся одинаковое время, а после процесса десорбции через слой адсорбента пропускают горячий воздух, в результате чего адсорбент просушивается. Затем в адсорбер поступает прохладный воздух, который охлаждает адсорбент до определенной температуры. После того, как адсорбент остынет, процесс адсорбции повторяется [7].
Исходные данные: На участке расположена окрасочная камера для пневматической окраски изделий ручным распылителем. Для окраски изделий используются следующие лакокрасочные материалы: грунтовка
ВЛ- 02 с разбавителем ксилолом, лак АК-113 с растворителем Р-5. Максимальные часовые Вч и общие годовые Вр расходы лакокрасочных материалов приведены в таблице 1 [8].
Таблица 1 – Состав каждого вида лакокрасочного материала
|
Лакокрасочный материал, растворитель, процент разбавления |
Вч (кг/ч) |
Вр (кг/год) |
fa (%) |
fp (%) |
Компоненты летучей части лакокрасочных материалов и растворителей |
|
|
Наименование |
δк (%) |
|||||
|
Грунт ВЛ–02 |
0,83 |
7270,8 |
21 |
79 |
Бутанол Этанол Ксилол Ацетон |
28,2 37,6 6,0 28,2 |
|
Растворитель ксилол (80%) |
2,1 |
480 |
- |
100 |
Ксилол |
100 |
|
Эмаль АК–194 |
2,3 |
20148 |
35 |
72 |
Бутилацетат Бутанол Этанол Толуол |
50,0 20,0 10,0 20,0 |
|
Растворитель Р-5 (25%) |
0,9 |
400 |
- |
100 |
Ацетон Бутилацетат Толуол |
30 30 40 |
δа = 30% для пневматического способа окраски.
А) Массовые выбросы:
(3)
где – максимальный часовой расход лакокрасочного материала с
учетом реального технологического процесса (кг/ч);
– процентное содержание в общей массе лакокрасочных материалов сухого остатка (красочного аэрозоля) при исходной вязкости;
– процентное содержание, выделившегося аэрозоля краски при пневматическом способе окраски;
– коэффициент эффективности местных отсосов;
– переводной коэффициент из часов в секунды.
(4)
где – максимальный часовой расход лакокрасочного материала с
учетом реального технологического процесса (кг/ч);
– процентное содержание в общей массе лакокрасочных материалов летучей части (одного или нескольких растворителей – компонентов при исходной вязкости);
– процентное содержание, самостоятельного растворителя или любого компонента в летучей части лакокрасочного материала;
– коэффициент испарения летучей части;
– коэффициент эффективности местных отсосов;
– переводной коэффициент
Б) Валовые выбросы:
(5)
где – расход лакокрасочного материала за год по данным
предприятия (кг/год);
– процентное содержание в общей массе лакокрасочных материалов сухого остатка (красочного аэрозоля) при исходной вязкости;
– процентное содержание, выделившегося аэрозоля краски при пневматическом способе окраски;
– коэффициент эффективности местных отсосов;
(6)
где – расход лакокрасочного материала за год по данным
предприятия (т/год);
– процентное содержание в общей массе лакокрасочных материалов летучей части (одного или нескольких растворителей – компонентов при исходной вязкости);
– процентное содержание, самостоятельного растворителя или любого компонента в летучей части лакокрасочного материала;
– коэффициент испарения летучей части;
– коэффициент эффективности местных отсосов;
(7)
где – массовый выброс грунта в окрасочной камере без учета очистки в гидрофильтре;
– коэффициент эффективности очистки в гидрофильтре;
(8)
где – валовый выброс грунта в окрасочной камере без учета очистки в гидрофильтре;
А) Массовые выбросы:
Б) Валовые выбросы:
Грунтование и окрашивание, происходят в отдельное время, поэтому массовые выбросы каждого ЗВ принимается максимальными из них, а валовые – суммируем.
На основании таблицы 2 был выбран радиальный вентилятор ВР-86-77-0,4 [5].
Таблица 2 – Характеристика радиального вентилятора
|
Относит. диаметр рабочего колеса |
Частота враще- ния |
Мощ- ность |
Напря- жение/ частота |
Ток |
Фаз- ность |
IP |
Произ- водите- льность |
Пол- ное дав-ление |
Маc- cа |
|
- |
кг |
||||||||
|
1 |
1500 |
0,75 |
380/50 |
2,0 |
3 |
54 |
2.0-4.0 |
500-270 |
51.5 |
Чертеж данного вентилятора представлен на листе формата А1.
Для выбранного типа вентилятора был подобран однофазный асинхронный электродвигатель общего применения типа 5АЕУ80МА4.
Чертеж электродвигателя представлен на листе формата А1.
Технологический расчет гидрофильтра заключается в расчете площади его активной зоны по заданному количеству очищаемого газа и рекомендуемой скорости его в гидрофильтре, определении эффективности очистки газа в нем [6].
Производительность . Сопротивление гидрофильтров, включая каплеотделители (в чистом виде) – . Коэффициент очистки воздуха: для пыли – , для паров растворителей – . Расход воды – . Общая длина гидрофильтра – . Скорость движения воздуха – .
Сопротивление гидрофильтра определяется скоростью воздуха в промывном канале, оно может быть подсчитано по приближенной формуле:
Для указанных выше значений и полное сопротивление гидрофильтра составляет приблизительно 42 –79 кг/м2.
Коэффициент очистки воздуха от красочной пыли (%) при скорости
2-6 м/с может быть определен по формуле:
В целях унификации оборудования рекомендуется принимать гидрофильтры длиной 2,0;2,2;3,2;4,2 и шириной 0,8;1,0 и 1,2 метра. Нами были приняты: ширина – 0,8 метра, высота – 2 метра.
Чертеж данного гидрофильтра представлен на листе формата А1.
Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. При расчете определяют необходимое количество сорбента, продолжительность процесса поглощения, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затраты [7].
Исходные данные:
Производительность –
Начальная концентрация –
Температура в адсорбере –
Давление в адсорбере –
Плотность паровоздушной смеси –
Вязкость паровоздушной смеси –
Эффективность процесса очистки –
Тип аппарата – вертикальный адсорбер
,
где принимаем
адсорбера
Чертеж данного адсорбера представлен на листе формата А1.
По предложенным методикам были рассчитаны конструктивные размеры, эффективность очистки газов в выбранных аппаратах очистки. Данные размеры оптимальны. Запыленный газовый поток, после прохождения через аппараты очистки, отвечает требованиям ОНД-86 по предельно-допустимым концентрациям примесей веществ находящихся в потоке.
Защита атмосферы от выбросов промышленных предприятий является одной из важнейших проблем современного производства. Помимо охраны окружающей среды, очистка промышленных газов от содержащихся в них твердых и жидких взвешенных частиц необходима. Именно это послужило основанием для создания оборудования по устранению пылевых и обезвреживанию вредных газообразных веществ, удовлетворяющих нормативным параметрам ПДВ [9].
В данном курсовом проекте были изучены и проанализированы все применяемые схемы очистки газов окрасочного производства при пневматическом распылении. Была разработана технологическая схема очистки газовых выбросов от окрасочного участка. Данная схема очистки оригинальна и экономически выгодна. Затраты на обслуживание предложенного оборудования минимальны.
В технологической части были рассчитаны параметры пылегазового потока и определена требуемая степень очистки, а также было подобрано оборудование по обезвреживанию газообразных веществ при окраске.
Метод пневматического распыления [Электронный ресурс].–Режим доступа: http://graco-rus.com/stati/2-uncategorised/11-pnevmaticheskoe-raspylenie (дата обращения: 29.02.2014)
Способы нанесения лакокрасочных материалов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.okorrozii.com/sposobinaneseniya-lkm.html (дата обращения: 29.02.2014)
Свойства лакокрасочных материалов [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://www.rosstan.ru/library/stroitel/2382 (дата обращения: 10.03.2014)
Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки: Учебное пособие. – Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета, 2009.–210 с.
Радиальные вентиляторы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ventilyacia.ru/300-45.html (дата обращения: 30.03.2014)
Фиалковская Т.А. Вентиляция при окраске изделий. – Москва: Машиностроение.–1978.–182 с.
Адсорберы периодического действия [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://ogazah.ru/index/adsorbery_periodicheskogo_dejstvija/0-171 (дата обращения: 15.03.2014)
Расчет выбросов загрязняющих веществ при нанесении лакокрасочных материалов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://med-books.info/gigiena-sanepidkontrol_733/raschet-vyibrosov–zagryaznyayuschih-veschestv15911.html (дата обращения: 15.03.2014)
Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник.– Калуга: Издательство Н.Бочкаревой.– Т. 1. – 2003.– 917 с.