Высокоэффективная система очистки технологического воздуха для мукомольных, хлебопекарных и других пищевых предприятий

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ НОВЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

11 ТЕМА НОМЕРА Ш

УДК 621.61.664.6

Высокоэффективная система очистки технологического воздуха

для мукомольных, хлебопекарных и других пищевых предприятий

Т. П. Турчанинова, канд. техн. наук, М. В. Гречанников, П. С. Ейвин

ГосНИИ хлебопекарной промышленности

Разделение газовых (воздушных) неоднородных систем относится к числу широко распространенных технологических процессов в различных отраслях промышленности. При этом необходима очистка отработанного технологического воздуха от взвешенных в нем частиц для уменьшения загрязнения воздуха и улавливания ценного продукта.

В каждом современном технологическом процессе производства и использования различных сыпучих материалов присутствуют системы аспирации и пылеулавливания. В этих системах предусматривается создание разрежения в оборудовании (с целью исключения пыле-ний) посредством отсоса воздуха из аппаратов, систем механического транспорта, бункеров, силосов и т. п. Пыль различного происхождения улавливается из воздушного потока и возвращается в производственный процесс, а очищенный воздух после фильтра выбрасывается в атмосферу. Поэтому степень очистки воздуха должна соответствовать рассчитываемым значениям предельно допустимых выбросов, а концентрация пыли в рабочем помещении не должна превышать норм ПДК.

Из оборудования систем улавливания пыли на предприятиях применяются: пылеосадительные камеры, одиночные циклоны или батарейные установки циклонов и фильтры. На ряде старых производств пылеосадительные камеры эксплуатируют-

Эффективность улавливания пыли различными аппаратами

Тип уловителя Степень улавливания при среднем размере частиц (в %):

>5Q мкм 1Q мкм Б мкм 1 мкм

Пылеосадители 8Q 6Q 2Q —

Циклоны 84 85 67 1Q

Рукавные фильтры 99,8 99,9 99,9 99

ся до настоящего времени. Основными же аппаратами улавливания на современных производствах являются циклоны и фильтры.

Степень улавливания пыли различными аппаратами в усредненных значениях приведена в таблице, из которой видно, что на эффективность влияет размер частиц.

Как видно, наиболее эффективным типом уловителя являются рукавные фильтры [3].

В ряде отраслей промышленности отсутствуют эффективные экологичные и пожаро-взрывобезопасные устройства отечественного производства для очистки технологического воздуха, позволяющие обеспечить максимальную степень очистки, технологичных в изготовлении, простых и надежных в эксплуатации.

Наиболее широкое применение на современных предприятих имеют рукавные фильтры, в которых фильтровальный материал регенерируют методом обратной продувки сжатым воздухом. «PuIse - Jet»: способ, широко применяемый в последние 1Q—15 лет рядом западных фирм. Ведущими фирмами в производстве фильтров для очистки воздуха от пыли за рубежом являются: «Бю-лер» (Швейцария), «Бюлер Минг», GmbH (Германия), «Симон Генри» Ltd, «Саймон — Бэррон» Ltd (Великобритания); «Микро Пул Корп» (США); «Говони» и «Сирчем» (Италия) и др.

Эти фирмы занимаются разработкой и изготовлением фильтров с регенерацией фильтровального материала с помощью продувочного воздуха, либо при помощи механизма встряхивания, или с комбинированной системой регенерации (сочетание обратной продувки со встряхиванием).

В нашей стране созданы фильтры с обратной продувкой сжатым воздухом в импульсном режиме. От-

сутствие движущихся механизмов, предохранение ткани от чрезмерного износа создают определенные преимущества указанного способа. Однако требуется использование дополнительных агрегатов для выработки сжатого воздуха высоких давлений и сложных систем для его распределения, что удорожает и усложняет эксплуатацию таких систем [1].

Следствием этого на заводах страны в качестве фильтров ещё используют примитивные фильтровальные «мешки», которые практически не поддаются очистке и работают до износа. При этом системы не подвергаются каким-либо расчетам, не учитываются необходимые площади фильтрации и т. д. Кроме этого затрудняется применение центральных аспирационных систем - более экономичных и эффективных.

С учетом различной степени улавливания пыли разными типами пылеуловителей авторами был предложен комплекс: система, предусматривающая двухступенчатую очистку отработанного технологического воздуха, которая на 1-й ступени обеспечивает грубое разделение фракций технологического воздуха, а на 11-й ступени тонкую очистку отработанного технологического воздуха (до 99,9%) и выброс его в окружающую среду. На 1-й ступени применен инерционный пылеотделитель (типа циклона) на 11-й ступени - тканевый фильтр оригинальной конструкции.

Известно, что циклоны отличаются простотой конструкции, обеспечивают достаточно высокую степень очистки, более компактны и требуют меньших капитальных затрат. К недостаткам циклонов относятся сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (400-700 Н/м2) и невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм.

Эффективность улавливания пыли в циклонах возрастает с увеличением центробежной силы, массы частиц и их содержания в воздушной смеси. Это значит, что грубодисперс-ный продукт улавливается лучше, чем мелкодисперсный. Чем больше сыпучего компонента в аэросмеси, тем выше коэффициент полезного действия циклона. Эффективность улавливания повышается также с увеличением скорости движения аэросмеси во входном патрубке. Однако увеличение скорости не может быть беспредельным.

Установлено, что рациональное значение скорости аэросмеси во входном патрубке большинства типов циклонов должно быть в пределах 16-18 м/с [3]. При меньшей

INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR NEW FOODS

скорости снижена центробежная сила, и частицы сыпучего продукта плохо отделяются от воздуха. При скорости более 18 м/с увеличивается сопротивление циклона и унос частиц из циклона вместе с воздухом. По скорости и объему аэросмеси (для типового решения) были определены размеры циклона. По упрощенной методике эти размеры были подобраны исходя также из заданной производительности аспирационного аппарата и рекомендуемой скорости во входном патрубке.

Сопротивление циклона определяется по формуле [1,3]:

V 2 р

д и = 5 —Р ,

где V - скорость смеси во входном патрубке циклона, м/с; р - плотность воздуха, кг/ м3; 5 - коэффициент сопротивления циклона 3,5.

Однако циклоны как центробежные пылеуловители, служат для предварительного пылеулавливания, чтобы разгрузить тканевые фильтры. Благодаря предварительному улавливанию грубой пыли увеличивается долговечность тканевого фильтра (11-й ступени тонкой очистки). Срок службы фильтра определяется также гидравлическим сопротивлением фильтра. Системы аспирации или пневмотранспорта, тип вентилятора или источника сжатого воздуха обуславливают максимально допустимое сопротивление фильтра, при котором поддерживается необходимая производительность. В нашем случае сопротивление фильтра не должно превышать 2000 Па.

Фильтр в любой системе аспирации или нагнетательного пневмотранспорта играет весьма важную роль, являясь средством для очистки воздуха от пыли и одним из основных элементов оборудования этих систем. Каждая линия такой системы включает в себя: загрузочное устройство (питатель), транспортный мате-риалопровод, разгрузочное устройство (сепаратор), где перемещаемый продукт заканчивает свое движение и выделяется из аэросмеси, поступая в приемную емкость (бункер), а воздух, освобожденный от продукта и очищенный в фильтре, удаляется в атмосферу.

Транспортирование в какой-либо фазе может оказаться невозможным, если будет прекращено удаление воздуха в атмосферу в конце аспи-рационной либо пневмотранспорт-ной линии вследствие загрязнения фильтра.

Даже частичное затруднение выпуска отработанного воздуха из аэро-

смеси в месте разгрузки продукта ведет к усиленному пылению через все мельчайшие неплотности аспирационной либо пневмотран-спортной системы и технологического оборудования. Так, частичное, а тем более прогрессирующее дросселирование выпуска отработанного воздуха (что свойственно системам с нарастающим запылением разгрузочных фильтров) ведет к усиленному расходу воздуха в питателях-разгрузителях и к изменению режима работы транспортного трубопровода вплоть до образования завалов продукта в системе.

Таким образом, неисправность фильтра или недостаточность его производительности, неэффективность фильтровального материала и устройства его регенерации вызывают повышенные энергозатраты, увеличение потерь сырья (распыл), недопустимую запыленность в помещениях цехов предприятия, усиление пожарной опасности, а также ухудшение или полное прекращение транспортировки аэросмеси в трубопроводах.

Большое разнообразие технологических процессов, требующих высокоэффективную очистку технологического воздуха, вызвало необходимость разработки и производства специальных аспирационных устройств, предназначенных для конкретных условий применения.

Недавними исследованиями, проводимыми авторами на ПЭЦ НИИ хлебопекарной промышленности, установлена правильность принятых оригинальных решений (патент на изобретение № 46200), заложенных в конструкцию фильтра модельного ряда Ш2-ХФС, которые подтверждены на практике [2].

Эксплуатация фильтра Ш2-ХФС в производственных условиях ряда заводов на протяжении свыше 5 лет дала положительные результаты. Это позволило продолжить работу по созданию более совершенной системы двухступенчатой очистки технологического воздуха для аспи-рационных и пневмотранспортных линий. Был получен патент на полезную модель № 144130 модернизированного фильтра Ш2-ХФС-ХМ.

Таким образом, по результатам предварительных исследований и анализа существующих конструкций аспирационных систем определена наиболее рациональная конструктивная схема, позволяющая максимально снизить материалоемкость, упростить технологию изготовления и унифицировать типоразмерный ряд таких систем. Для достижения максимальной степени очистки технологи-

Вентилятор

Выход

очищенного

воздуха

Возврат

на переработку пыли ^----

Л^э

Аспирационная система для очистки воздуха марки Ш2-ХАБ-Х: 1 - система очистки аспирационного воздуха; 2 - система возврата пыли на основе Ш2-ХМЖ

ческого воздуха от пыли и компактности предлагаемого оборудования была выбрана вертикальная схема компоновки аспирационной установки, предполагающая двухступенчатую систему очистки: предварительную -в циклоне-разгрузителе и окончательную в фильтре карманного типа.

Предлагаемая конструкция аспи-рационной системы при минимуме занимаемой ею производственной площади позволяет подключить к ней различное оборудование на предприятии, которое требует качественной аспирации технологического воздуха. Это позволит снизить энергозатраты на работу индивидуальных аспирационных устройств.

Максимальная степень очистки тёплого технологического воздуха позволит использовать его также для повторного обогрева рабочих помещений, особенно в холодное время года, что даст экономию энергозатрат на отопление.

В общем виде конструкция предлагаемого пылеуловителя для аспирационной системы состоит из следующих основных сборочных единиц (см. рисунок) - это несущий вертикальный каркас, в верхней части которого крепится опорная плита. К ней крепится доработанное устройство для очистки технологического воздуха марки Ш2-ХФС-ХМ с установлен-

2

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ НОВЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

11 ТЕМА НОМЕРА

ным на нем вытяжным вентилятором, а к нижней ее части крепится переходная воронка, которая соединена с циклоном-разгрузителем.

В нижней части циклона-разгрузителя устанавливается дисковый поворотный затвор с патрубком.

Габаритные размеры установки (в мм): длина - 829; ширина - 760; высота - 3027.

Принцип работы системы заключается в следующем. В начале работы аспирационной системы включается с некоторым опережением вентилятор и технологический воздух, содержащий частицы пыли, из воздуховода поступает в приемное отверстие циклона-разгрузителя, расположенное в его верхней части,. Затем он направляется в нижнюю его часть, совершая полуоборот. При этом крупные частицы пыли остаются и накапливаются в нижней части циклона, а воздушный поток, содержащий более мелкие частицы пыли, разворачивается вверх и направляется через выходной патрубок циклона к устройству для очистки технологического воздуха марки Ш2-ХФС-ХМ. Данное устройство представляет собой высокоэф-

фективный тканевый карманный фильтр, внутри которого собираются мелкие частицы пыли. Очищенный технологический воздух через верхнее отверстие устройства Ш2-ХФС-ХМ и вентилятор выходит наружу. Тканевый фильтр после окончания работы аспирационной системы очищается путем периодического встряхивания, после чего мелкие частицы пыли попадают в нижнюю часть циклона-разгрузителя на затвор.

При периодическом открывании затвора (через патрубок) осевшие частицы пыли поступают в пылесбор-ник или транспортируются на другой участок производства.

По результатам испытаний для отечественной промышленности будет предложен типоразмерный ряд пылеуловителей для систем очистки технологического воздуха с различной площадью фильтровального элемента (4, 6 и 8 м2). Такой типоряд обеспечит также оснащение конечного участка пневмотранспортных линий, работающих от генераторов сжатого воздуха разной производительности, что является актуальной задачей настоящего времени.

ЛИТЕРАТУРА

1. Турчанинова, Т. П. - Техника и технология бестарного хранения муки/Т. П. Турчанинова. - М.: Пищепро-миздат, 2009. - 536 с.

2. Турчанинова, Т. П. Новый фильтр для пневмотранспортных и аспи-рационных систем пищевых производств/Т. П. Турчанинова, М. В. Гречан-ников, В. П. Руденко, М. В. Тишаев // Хлебопечение России. - 2009. - № 1. -С. 22-23.

3. Веселов, С. А. Вентиляционные и аспирационные установки предприятий хлебопродуктов / С. А. Веселов,

B. Ф. Веденьев. - М.: Колосс, 2004. -240 с.

4. Гречанников, М. В. Модернизированная конструкция устройства для очистки технологического воздуха марки Ш2-ХФС-Х для применения на предприятиях пищевой промышленности/ М. В. Гречанников, Т. П. Турчанинова, В. П. Руденко, П. С. Ейвин // Хлебопечение России. - 2014. - № 6. -

C. 25-27.

5. Указания по проектированию аспи-рационных установок предприятий по хранению и переработке зерна и предприятий хлебопекарной промышленности. - М.: ЦНИИПромзернопроект, 1998.

Высокоэффективная система очистки технологического воздуха для мукомольных, хлебопекарных и других пищевых предприятий

Ключевые слова

аспирация; степень улавливания пыли; технологический воздух; фильтр

Реферат

В статье приводятся основные требования, которые учитываются при разработке устройств для очистки технологического воздуха, используемых в системах пневмотранспорта и аспирации на различных предприятиях пищевой промышленности. Дана краткая характеристика существующих рациональных методов очистки запыленного (отработанного) технологического воздуха в установках для улавливания пыли. Проведено краткое описание эффективности улавливания пыли различными аппаратами. Описаны способы очистки тканевых фильтровальных элементов. Приведена информация о предложенной разработке системы аспирации, предусматривающей двухступенчатую систему очистки технологического воздуха. Дано описание достоинств и недостатков работы каждой ступени очистки запылённого воздуха. Дана информация о патентах на полезное изделие, использованных при работе над новой аспирационной системой. Описаны ожидаемые результаты по экономии энергозатрат от работы предлагаемой установки. Приведена информация о разработке типораз-мерного ряда (4, 6 и 8 м2) новой системы - комплекса для очистки технологического воздуха марки Ш2- ХФС-ХМ.

Авторы

Турчанинова Тамара Петровна, канд. техн. наук, Гречанников Михаил Владимирович, Ейвин Петр Сергеевич, ГосНИИ хлебопекарной промышленности, 107553, Москва, ул. Б. Черкизовская, д. 26 а, tptour@mail.ru

Highly Efficient Process Air Cleaning System for Milling, Baking and Other Food Enterprises

Key words

aspiration; thedegree of dust collection; processair; filter Abstracts

The article presents the basic requirements, which are considered in the development of devices for purification of process air used in pneumatic and aspiration systems at various industry enterprises. A brief description of existing best practices of dusty (exhaust) process air purification in installations for dust removal is given. A brief description of the dust collection efficiency by different devices is given. Methods of cleaning fabric filter elements are described. Information about the proposed development of aspiration system envisaging a two-stage process air cleaning system is provided. Description of the advantages and disadvantages of each work stage of purification of dusty air is given. Information on patents for useful product used in the work on the new aspiration system is given. Expected results of energy savings from the operation of the proposed installation are described. Information on the development of standard series (4.6 and 8 m2) of the new system - a complex for purification of process air mark HI2- XOC-XM is provided.

Authors

Turchaninova Tamara Petrovna, Candidate of Technical Science, Grechannikov Mikhail Vladimirovich, Eyvin Petr Sergeevich, Research Institute of Baking Industry, 26A, Bolshaya Cherkizovskaya, Moscow, 107553, tptour@mail.ru