ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

Бортовые и кольцевые отсосы

Бортовые отсосы. Бортовые отсосы применяют для удаления вред­ных выделений с поверхности растворов, находящихся в различных ванных, где происходят процессы металлопокрытия и травления. Раз­личают однобортовые отсосы, когда щель отсоса расположена вдоль одной из длинных сторон ванны, двухбортовые, когда щели располо­жены у двух противоположных сторон, и угловые — при расположении щелей у двух соседних сторон.

Бортовой отсос называют простым (рис. XIV.3,а), когда щели рас­положены в вертикальной плоскости, и опрокинутым (рис. XIV.3, б), когда щели расположены горизонтально в плоскости, параллельной зер-

Калу ванны. Чем токсичнее выделения с зеркала ванны, тем ближе их нужно прижать к зеркалу, чтобы не допустить попадания вредных веществ в зону дыхания работающих у ванн.

Простые отсосы следует применять при высоком стоянии уровня раствора в ванне, когда расстояние до щели отсоса Н составляет менее « 80—150 мм; при более низком стоянии уровня раствора (//=150... 300 мм и более) значительно меньшего расхода воздуха требуют опро­кинутые бортовые отсосы.

Расход воздуха на все виды бортовых отсосов тем больше, чем больше ширина ванны В, выше температура раствора и чем ближе
к поверхности раствора необходимо прижать поток с учетом токсично­сти выделений.

Определение расхода воздуха, отсасываемого от горячих ванн. Расход воздуха, отсасываемого от промышленных ванн, впервые теоретически определил инж. И. Л. Виварели,

При работе бортового отсоса на частицу воздуха, находящуюся у поверхности раствора в ванне, действуют подъемная сила и сила всасы­вания. Под влиянием их частица движется по криволинейной траектории.

Исходя из условия постоянства подъемной силы Р в потоке (при постоянных температуре и плотности среды) по всему его пути, можно записать

П Рпот 1 Рпом. р —---------------------------------- mnOT g = const,

Рпом

Где рпот — плотность воздуха в потоке; рпом — плотность окружающего воздуха; тпот — масса потока в том же сечении.

Пренебрегая увеличением массы на небольшом расстоянии от ван­ны, можно принять ускорение постоянным, и тогда сила Р может быть определена как

_ du_

Р — /%от ^ >

Где и — скорость восходящего потока; t — время с момента отрыва потока от зеркала ванны;

Du Р Рпот — Рпом

TOC o "1-3" h z отсюда ~ =----------- =------------------- g.

At Яїпот Рпом

Заменяя отношение плотностей отношением абсолютных температур, получим:

Dll Т пот Тпп м

& ТЦОМ

После интегрирования при us&4—0 определим

T'nOT Тпом,

И =

На небольшом расстоянии от ванны отношение избыточных темпе­ратур может быть принято равным

0,33,

Где Гв — абсолютная температура нагретой жидкости в ванне. Подставляя вместо

Т Т — Тв Тпш * пот — і пом — £ *

Получим:

Т в Т'пом.

- gt.

ЗГпс...

Скорость, создаваемая однобортовым отсосом, рассматриваемым как линейный сток, может быть определена по формуле

L

О = —,

Срг

Где L—объемный расход воздуха для всей щели отсоса. м3/с; ф — угол, обра­зованный границами всасывающего факела; г — расстояние от щели до рассматривае­мой точки.

Рис XIV.4 Угол между границами вса­сывающего факела при различном рас­положении ванн

А — ванна стоит у стены; б — ванна находится рядом с ванной без отсоса; е —ванна стоит отдельно; 1 — ванна с отсосом; 2 — ванна без отсоса

На основании приведенных рассуждений И. Л. Виварели были получены расчетные формулы.

Расход воздуха, отсасываемого от ванн, зависит от угла, образо­ванного границами всасывающего факела (рис. X1V.4).

Ванна считается холодной, если температура жидкости в ней при­мерно равна температуре воздуха в помещении tB~tnou, и горячей, ес­ли

Объемный расход воздуха L, м3/ч, отсасываемого от горячих ванн, может быть определен по формуле

GB3} /-3600,

Где Кз — коэффициент запаса, равный 1,5—1,75; для ванн с особо вредными рас­творами Кз — 1J5...2; Кт — коэффициент для учета подсоса воздуха с торцов ванны, зависящий от отношения ширины ванны В к ее длине I для однобортового простого

/ , В 2 / В 2

Отсоса Ят=і 1 » Для двухбортового Кт=11 » ПРИ наличии сдува Кт=1;

Б — безразмерная характеристика, равная для однобортового отсоса 0.35, а для двухбортового 0,5; <р — угол между границами всасывающего факела, рад; Гв и 7Пом — абсолютные температуры соответственно жидкости в ванне и воздуха в поме­щении, На­пример X1V.1. Определить расход воздуха, удаляемого двухбортовым отсосом ванны травления серной кислотой, установленной у стены, при следующих данных: *в=60° С; гПом= 16° С; 6=0,9 м; 1 м; <р я/2.

Решение. Принимаем коэффициент запаса Яз=1,5, коэффициент для учета подсоса воздуха с торцов ванны

Кт= 1 +

8-1

Безразмерную характеристику £=0,5.

В этом случае объемный расход отсасываемого воздуха будет равен:

289 '/г

9,81-0,93) 1-3600

3-289

Бортовой отсос со сдувом (рис. XIV.5) представляет со­бой простой однобортовой отсос, активированный поддувом при помо­щи плоской струи, направленной из воздуховода с противоположной сто­роны ванны. Струя, подгоняя поток воздуха из ванны к вытяжной щели, может значительно сократить необхо-* димый объем отсоса по сравнению с обычным бортовым отсосом. Чтобы передувка была эффективной, расход воздуха, удаляемого отсосом, должен строго соответствовать сумме началь-

Рис. XIV.5. Бортовой отсос со сдувом

Ного расхода воздуха для сдува и того расхода, который присоединится к струе на пути к щели отсоса. В случае, если отсасываться будет мень­ше этого суммарного объема, остальная часть загрязненного воздуха поступит в рабочую зону помещения. Струю воздуха для сдува надо подавать вблизи зеркала ванны, чтобы она налипала на него. При этом струя становится более дальнобойной, и расход воздуха в ней умень­шается.

Объемный расход приточного воздуха на сдув £сд, м3/ч, опреде­ляют по формуле

Ісд = 300КВЧ, (XIV. 7)

Где К — коэффициент, зависящий от температуры tB раствора в ванне:

/в, °С. . . 70—95 60 40 20 .

К > ш * ш ш 1 0,85 0,75 0,5 •

В — ширина зеркала ванны, м; I — длина зеркала ванны, м.

Щель сдува необходимо делать высотой не менее 5—7 мм для пре­дотвращения ее засорения при производственных операциях, а началь­ную скорость сдува следует принимать не более 10—12 м/с, так как при больших скоростях струя поднимет волну на поверхности раствора в ванне.

Высота щели сдува, м:

/гсд = 0,013В. ' (XIV.8)

Средняя скор<*сть сдува может быть определена по формуле

Осд = 6,67КВ (XIV. 9)

И должна приниматься не более 12 м/с.

Объемный расход воздуха L, м3/ч, удаляемого бортовым отсосом при наличии сдува, должен составлять

1 = 61сд. (XIV. 10)

Высота щели отсоса b принимается равной 16 hcд.

Средняя скорость движения воздуха, м/с, в щели отсоса может быть определена как

Ов = 2,5/СВ.

Значения Lcд и L в зависимости от температуры раствора и его ток­сичности умножаются на поправочный коэффициент - ф: при температуре раствора до 100° С и вредных выделениях ф= 1,2 ... 1,3, при особо ток­сичных выделениях гр = 1,35 ... 1,4; при температуре раствора выше 100° С и вредных выделениях ф= 1,3 ... 1,4, а при особо токсичных выде­лениях гр= 1,45 ... 1,5. При увеличении расходов воздуха следует изме­нять высоту щелей сдува и отсоса.

Для эффективной работы бортовых отсосов помещения с ваннами должны быть по возможности герметизированы (щели окон должны быть хорошо уплотнены во избежание инфильтрации, аэрация исключа­ется) ; в помещениях не должно быть сквозных проходов и проездов. Подачу приточного воздуха организуют таким образом, чтобы исклю­чить появление горизонтальных токов воздуха в зоне спектров всасы­вания ванн. В связи с этим приточный воздух необходимо подавать в верхнюю зону помещения воздуховодами равномерной раздачи. Ско­рость движения воздуха в помещении следует принимать равной 0,2— 0,4 м/с.

Расчет бортовых отсосов по методу М. М. Бара­нова. Этот расчет основан на использовании графического метода, разработанного в результате экспериментального изучения действия бортовых отсосов. В своей работе М. М. Баранов дает графики для рас­чета простых и опрокинутых одно - и двухбортовых отсосов.

Объемный расход воздуха L, м[9]/ч, удаляемого бортовыми отсоса­ми всех видов, может быть определен по формуле

L = q3/tB~tnoMtKH Kv, (XIV. ll)

Где q — удельный расход воздуха, м3/ч на 1 м длины ванны, определяемый по графи­кам на рис. XIV.6 в зависимости от высоты спектра вредных выделений h и ширины ванны В; I — длина ванны, м; Кн—поправочный коэффициент на глубину уровня раствора з ванне Н (см. рис. XIV.6); Kv—поправочный коэффициент на скорость движения зоздуха в помещении; для расчета Kv даны графики на рис. XIV.7.

Для опрокинутых отсосов расчетную ширину ванны принимают меньше фактической на ширину щелей:

При однобортовых отсосах

В' — В —Ь

При двухбортовых отсосах

В" = В - 26,

Где В' и В" — расчетная ширина ванны соответственно при одно - и двухбортовых от­сосах; В — ширина ванны без отсоса; Ь — ширина (высота) щели отсоса.

Ширину (высоту) щели отсоса по конструктивным и технологиче­ским соображениям принимают равной 0,1 В, но не менее 50 мм.

Для всех ванн с низкими температурами (холодные ванны) раз­ность At—tB—£пом следует принимать не менее 10° С.

В целях экономии расхода воздуха на отсос глубину уровня раство­ра Я для одно - и двухбортовых опрокинутых и однобортовых простых отсосов необходимо принимать не более 120—200 мм, для двухборто­вых простых отсосов — не более 80—100 мм.

При отводе воздуха от бортовых отсосов необходимо обспечивать равные скорости по всей длине щели борта. Для этого щель, имеющую на всем протяжении постоянную высоту, разбивают на ряд секций. Су­жение воздуховода в основании секции не должно быть более 60°.

Пример XIV.2. Рассчитать простой двухбортовой отсос для ванны хромирования шириной В —0,75 м, длиной I—1,2 м при температуре раствора в ванне /В = 60°С и температуре воздуха в помещении /Пом=16°С. Расстояние от зеркала ванны до кром­ки ее борта Н=80 мм, скорость движения воздуха в помещении иПом=0,4 м/с.

Решение. Для ванны хромирования по табл. XIV.2 принимаем высоту спектра вредных выделений h=40 мм.

По графику на рис. XIV.6, б при ширине ванны В — 750 мм и высоте спектра вред­ных выделений /і=40 мм находим q — 560 м3/(ч-м). При Я = 80 мм поправка на глубину уровня Кн — . Поправку на скорость движения воздуха в помещении при оПом=0,4 м/с и Д£=60—16=44° С находим по графику на рис. XIV.7, б: Kv —1,57.

В этом случае расход воздуха для простого отсоса составит;

L = 56060—16.1,2-1 • 1,57 = 3730 м3/ч.

Пример XIV.3. При тех же условиях рассчитать двухбортовой опрокинутый отсос.

Решение. Ширину каждой щели принимаем равной Ъ — 80 мм. Вычисляем расчетную ширину ванны для опрокинутого двухбортового отсоса: В' —750—2-80 = = 590 мм. Для данной ширины ванны 590 мм и h = 40 мм по графику на рис. XIV.6, в находим q = 500 м3/(ч-м). При Я = 80 мм поправка на глубину уровня раствора Кя~* = 1. Поправку на подвижность воздуха при иПом=0,4 м/с и Д/=44°С находим по графику на рис. XIV.7, г: /С„=1,16.

Расход воздуха будет равен:

Ч м)

6)

А — простых однобортовых; б — простых двухбортовых; в — опрокинутых двухбортовых; г — опро* кинутых однобортовых

Из приведенных примеров ВИДНО, ЧТО более экономичным является двухбортовой опрокинутый отсос, который и следует принять к уста­новке.

Кольцевые отсосы. Кольцевыми отсосами оборудуют круглые ван­ны и шахтные термические печи. Применяют два вида кольцевых от­сосов: со щелью у верхней кромки ванны (рис. XIV.8, а) и со щелью, опущенной в ванну (рис. XIV.8,б).

Таблица XIV2

Лужение Кадмирование Обезжиривание Свинцевание

Латунирование Хромирование

Серебрение Золочение

Оксидирование

Фосфатирование Осветление

Железнение

Снятие металлических покрытий

Промывка в горячей воде

Медь

Черные металлы

Черные металлы То же

Черные и цветные ме­таллы

Цветные металлы

То же

Черные металлы Латунь

Черные металлы Цветные металлы

Сталь

Едкий натрий

Электролит

Фосфористый натрий

Углекислый свинец, плавиковая кислота

Свободный цианит

Хромовый ангидрид, серная кислота

Цианистый калий

То же

Едкий натрий, азотная кислота

Аммиак

Мажеф

Хромовый ангидрид, азотная кислота

Серная кислота

Соляная и серная кис­лоты

Пары щелочи Цианистый водород Пары воды и щелочи Фтористый водород

Цианистый водород Хромовый ангидрид

Цианистый водород То же

Пары едкой щелочи Аммиак

Фосфорная кислота Окислы азота

Пары серной кислоты Хромовый ангидрид

Пары воды

Характерным для работы таких отсосов является центральный, подтекающий сверху вниз, поток воздуха.

Здесь излагается расчет кольцевых отсосов по данным ЛИОТ.

При применении кольцевого отсоса по схеме а рис. XIV.8 величи­ной, влияющей на подтекающий поток воздуха, является hH — глубина уровня раствора. Размер щели b практически влияния на подтекаю­щий поток воздуха не оказывает С увеличением hH скорость верти­кального потока возрастает. В качестве определяющего геометрическо­го параметра, характеризующего распределение скоростей в вертикаль­ном потоке, принята относительная высота

Ъ

(XIV. 12)

Где D — диаметр ванны, м.

При применении кольцевого отсоса по схеме б рис. XIV.8 величи­ной, характеризующей вертикальный поток, является заглубление верх­ней кромки щели hB. Степень влияния Нн резко снижается и становится равноценной степени влияния высоты щели Ь. В этом случае за опре­деляющий геометрический параметр принята относительная высота

HH + b

2/2*4-

— н

(XIV. 13)

D

С увеличением величины Я скорости в вертикальном потоке уве­личиваются, что повышает эффективность и устойчивость работы коль­цевого отсоса. /

Существенное значение для работы кольцевого отсоса имеет обес­печение равномерного всасывания по всему периметру щели. На равно­мерность всасывания при постоянной высоте щели влияют относитель -

А)

Ная высота щели bjD, конструктивное оформление отсоса, расположе­ние и число точек присоединения всасывающих воздуховодов.

Когда ванны или термические печи заключены в кожухи, а отса­сывающий воздуховод присоединен снизу (рис. XIV.9, а) с расстоянием от его оси до кольцевой щели не менее двух диаметров воздуховода (подпольная прокладка), равномерность всасывания по длине щели обеспечивается при ее относительной высоте bjD^l 0,04. При относитель­ной высоте щели 0,08 и 0,16 отклонения от средней скорости в щели соответственно составляют ±16 и ±22%. Практически приемлемой от­носительной высотой щели можно считать величину b/D^. 0,08. Для выравнивания потока всасывания при 6/Z)=0,16 следует присоединять отсасывающие воздуховоды с двух сторон.

При присоединении отсасывающего воздуховода в верхней части кожуха на одной отметке с кольцевым отсосом (рис. XIV.9, б) наблю­дается большая неравномерность скоростей всасывания по периметру щели. И в этом случае практически допустимой можно считать величи­ну b/Ds^.0,08. При большем значении b/D выравнивание всасываемого потока можно обеспечить двухсторонним присоединением отсасываю­щих воздуховодов, а также путем применения щели равномерного вса­сывания.

Расчет кольцевых щелей равномерного всасывания можно вести по графику, предложенному JI. Оплом для прямолинейных воздухово­дов (рис. XIV.10). Кольцевую щель следует при этом разбивать на два полукольца и рассматривать каждое как прямолинейную щель. На гра­фике рис. XIV.10 дана зависимость

VX ________________________________ f ( х ^возд

Щ 1 ' vo I '

■скорость в щели на расстоянии х; vQ - скорость в основании воздуховода; I скорость в щели на расстоянии -длина щели, м

Высота щели Ьх определяется из условия постоянства удельного расхода воздуха по длине щели, т. е. vxbx=const.

При расчете кольцевых отсосов определяется расход воздуха, ко­торый необходимо удалять для предотвращения прорыва вредных вы­делений в рабочую зону помещения. Для расчета пользуются графиком на рис. XIV. 11, где дана зависимость относительного расхода отсасы -

Lomc

Ваемого воздуха L0TC/LK0HB от отн®сительной высоты подъема теплово­го потока (спектра вредных выделений) y=y/D и от определяющего геометрического параметра кольцевого отсоса H=H/D, выраженных в долях диаметра зеркала ванны.

При расчете в зависимости от конкретных условий необходимо за­даться значениями Н и у.

В случае расположения щели кольцевого отсоса по схеме рис. XIV.8, а значение Н определяют по формуле (XIV.12), а по схеме рис. XIV.8, б — по формуле (XIV.13). Величины hH, hB и b выбирают исходя из конструктивных и технологических соображений. Рекомен­дуется принимать h=hHfD<c0,054. Для предотвращения охлаждения поверхности источника вредных выделений подтекающим воздухом при­нимают hH^2b. Заглубление верхней кромки щели hB по условиям тех­нологического процесса должно быть возможно большим. Относитель­ную высоту щели b—bfD рекомендуется принимать в пределах 0,04— 0,16.

Допустимую относительную высоту спектра вредных выделений над кромкой кольцевой щели y=y[D определяют исходя из токсичности веществ, содержащихся в потоке нагретого воздуха. Кроме того, необ­ходимо учитывать движение воздуха в помещении. Величина у прини­мается в пределах 0—0,15, а при наличии в тепловом потоке вредных веществ с ПДК, равной 0,1 мг/м3, у^0.

Расчет кольцевых отсосов при у~>0-и избыточной температуре по­верхности источника вредных выделений Л£Пов<С 100° С должен вестись с учетом скорости движения воздуха в помещении (рис. XIV.7).

Пользуясь графиком на рис. XIV.11, по величинам Н и у опреде­ляют относительный расход воздуха L0Tc/^kohb -

Объемный расход воздуха в тепловом потоке, поднимающемся над поверхностью ванны или печи, на расстоянии b/D^Z 1,5 определяется по эмпирической формуле

Ьконв = 145 VoF*h. (XIV. 14)

Где Q — количество конвективного тепла в тепловом потоке, Вт или ккал/с; F — плошадь поверхности источника вредных выделений, м2; h — высота расположения рас­сматриваемого сечения, м.

Значение Q определяется по формуле

Q = aFAtn0B, (XIV. 15)

Где а=3, 26 V А^пов — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К).

Высота расположения рассматриваемого сечения над нагретой поверхностью (см. рис. XIV.8, б)

H = hH + b + hB + y. (XIV.16)

После ЭТОГО, ЗНаЯ Lotc И конв И L, конв, определяют £отС»

Аэродинамическое сопротивление кольцевых отсосов складывается из потерь давления при входе воздуха через кольцевую щель отсоса в сборный кожух и из потерь давления при входе воздуха из кожуха в воздуховод.

Коэффициенты местных сопротивлений при входе воздуха через кольцевую щель в кожух или кольцевой канал £Вх и при входе возду­ха в воздуховод, подключенный к кожуху, £ВОзд принимаются соответ­ственно по табл. XIV.3 и XIV.4.

В табл. XIV.3 и XIV.4 приняты следующие обозначения:

/щ — площадь сечения кольцевой щели; fK — площадь кольцевого сечения кожу­ха или сечения кольцевого канала; /возд — площадь сечения воздуховода; £Во3д — ко­эффициент местных сопротивлений, отнесенный к средней скорости на входе в возду­ховод площадью сечения /во ад-

В случае кольцевого отсоса, расположенного в верхней части ис­точника вредных выделений на одной отметке с отсасывающим возду­ховодом (рис. XIV.9, б) при^щ//Возд=0,1... 1,5, значение £ВозД может быть принято постоянным и равным 0,6.

Таблица XIV.3

Таблица XIV.4

Пример XIV.4. Определить объемный расход воздуха, отсасываемого от закалоч­ной ванны через кольцевой отсос при температуре воды в ванне /В=100°С и темпе­ратуре помещения fnoM=16°C. Кольцевую щель выполняем аналогично рис. XIV.8, а. высота щели 6=50 мм, /ія =200 мм, у = 0,15 м. Диаметр ванны £>=1500 мм. Скорость движения воздуха в помещении 0,2 м/с.

Решение. Коэффициент теплоотдачи

4,--------------------------------------------------------

А — 3,26 у 100-16 = 9,8 Вт/(м2-К).

Площадь зеркала ванны

JtD2 3,14* 1,52 F =----------------------------- = —-------- — = 1,77 м2.

4 4

Избыточная температура поверхности источника вредных выделений Atn0B = ЮО — 16 = 84° С.

Высота распространения теплового потока над поверхностью источника вредных выделений по формуле (XIV.16):

Ft = 0,2 + 0,05 + 0,15 = 0,4 м.

Тогда количество конвективного тепла в тепловом потоке по формуле (XIV. 15): Q = 9,8-1,77-84 = 1460 Вт.

Объемный расход воздуха в тепловом потоке, поднимающемся над зеркалом ван­ны, по формуле (XIV 14)

Lконв= 145 1 1460-1,772 0,4 = 1770 м3/ч.

Геометрический параметр кольцевого отсоса определим по формуле (XIV12)

Н =---------------------------------------------------------- = 0,15.

1,5

При /-/=0,15 и у —#/£> = 0,15/1,5=0,1 по графику на рис XIV11 находим £отс/-£<конв == 3,9

Тогда расход отсасываемого бортовым отсосом воздуха составит.

Lose = 3,9 LK0HB = 3,9-1770 = 6900 м3/ч.

Так как температура источника вредных выделений 100° С, поправку на скорость движения воздуха в помещении делать не следует.

Для изготовления бортовых отсосов и воздуховодов вытяжных вентиляционных установок цехов металлопокрытий можно использовать антикоррозийные материалы, например винипласт, нержавеющую сталь и т. п. В случае использования листовой стали она должна быть покры­та изнутри антикоррозийными материалами, а снаружи окрашена мас­ляной краской за 2 раза.

Не допускается объединять в одну вытяжную установку местные отсосы от ванн с цианистными и кислыми растворами из-за возмож­ности образования синильной кислоты.

Расход приточного воздуха, подаваемого в гальванические и тра­вильные цехи, определяют из условия компенсации местной вытяжки и проверяют на ассимиляцию теплоизбытков в теплый период года.

Приточный воздух следует подавать в верхнюю зону помещения рассредоточенно, через перфорированные воздуховоды.

Выброс воздуха вытяжными установками необходимо осущест­влять факельным способом со скоростью, устанавливаемой расчетом.