Проектирование аспирационных и вентиляционных установок
Филиал ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ «МЭИ (ТУ)»
в г. Смоленске
Кафедра: ТМО
Специальность: пищевая
Расчетное задание
по курсу «Аспирация и вентиляция пищевых производств»
ТЕМА:
«Проектирование аспирационных
Группа
ПИ-09
Студент
подпись Фамилия И. О.
Преподаватель
к.т.н., ст. преподаватель
уч. звание, должность подпись Фамилия И. О.
« » 2013 год
Смоленск 2013
ЗАДАНИЕ
Выбрать оборудование из прилагаемой литературы не менее 4-5 позиций и создать производственную и аспирационную линию.
Оборудование разместить в 5-м этажном здании с размерами цехов:
высота этажей Н1=6000 мм;
Н2=6000 мм;
Н3=5500 мм;
Н4=4000 мм;
Н5=2750 мм;
ширина этажа В=14000 мм;
длина этажа А=18000 мм.
Помещения на 5-м этаже: зал заседаний, сан. узел-10 м3. Потребляемая мощность светильников 60 Вт.
Оборудование размещено на 1, 3 и 4 этажах.
Вид оборудования: оборудование комбикормовых заводов с отделением готовой продукции.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ВЫЯВЛЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ, ПОДЛЕЖАЩЕГО АСПИРАЦИИ 5
2. РАСЧЕТ КРАТНОСТИ ВОЗДУХООБМЕНА И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ 6
3. КОМПАНОВКА АСПИРАЦИОННОЙ СЕТИ 8
4. РАСЧЕТ, ПОДБОР ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ
5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА К СЕТИ 10
6. РАССТАНОВКА ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ И ВЕНТИЛЯТОРОВ 11
7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАССЫ ВОЗДУХОВОДОВ 12
8. РАСЧЕТ АСПИРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ 13
9. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА И РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ ЕГО ПРИВОДА. 25
10. РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯЦИИ 26
10.1 Расчет воздухообмена в помещении. 26
10.2 Расчет трассы для вентиляции 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 45
ВВЕДЕНИЕ
На комбикормовых
заводах все технологические
процессы хранения и переработки
комбинированных смесей зерна сопровождаются
образованием большого количества пыли
внутри оборудования, которое может
достигать взрывоопасной концен
Под пылью понимают вид аэрозоля, т.е. дисперсную систему, состоящую из мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде.
В зерноперерабатывающей промышленности к производственной пыли относят мелкие и легкие органические и неорганические твердые частицы, которые выделились в производственное помещение из зерновой массы при перемещении, обработке и переработке комбикормов, а также их различных сыпучих компонентов.
Для предотвращения выделения пыли в производственные помещения используются аспирационные установки.
Аспирационные установки на предприятиях для хранения и переработки зерна имеют санитарно-гигиеническое, технологическое и экологическое назначения. То есть, роль аспирационных установок состоит в улучшении условий труда, сохранении здоровья людей, организации воздушных потоков, очистке зерна от примесей и сортировании промежуточных продуктов переработки зерна воздушными потоками, в охлаждении рабочих органов машин и перерабатываемых продуктов.
1. ВЫЯВЛЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ, ПОДЛЕЖАЩЕГО АСПИРАЦИИ
Комбикормовый завод представляет собой пятиэтажное здание. Все оборудование для завода, которое необходимо аспирировать, занесём в таблицу 1.
Таблица 1.
Аспирируемое оборудование.
№ |
Наименование аспирируемого оборудования |
Количество |
Этаж установки |
Расход воздуха, м3/ч
|
Потери давления в машине, Па | |
На одну машину |
На все машины |
|||||
1 |
Бункер для готовой продукции |
1 |
1 |
340 |
340 |
60 |
2 |
Машина просеивающая А1-ДСМ |
1 |
3 |
400 |
400 |
500 |
3 |
Смеситель СГК-1М |
1 |
3 |
420 |
420 |
60 |
4 |
Дробилка молотковая А1-ДМ2Р-22 |
1 |
4 |
480 |
480 |
100 |
Общий расход воздуха Qобщ=1640 м3/ч.
2. РАСЧЕТ КРАТНОСТИ ВОЗДУХООБМЕНА И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ
2.1. Рассчитаем кратность воздухообмена для 1-го этажа:
,
где – общий расход воздуха, м3/ч;
Vn – внутренний объем всех рабочих помещений цеха, м3.
,
где А – длина, 18 м;
В – ширина, 14 м;
– высота 1-го этажа, 6 м.
м3,
Тогда,
обмена в час.
Т.к. величина обмена не велика, то нет необходимости считать рециркуляцию.
2.2. Рассчитаем кратность воздухообмена для 3-го этажа:
,
м3,
Тогда,
обмена в час.
Т.к. величина обмена не велика, то нет необходимости считать рециркуляцию.
2.3. Рассчитаем кратность воздухообмена для 4-го этажа:
,
м3,
Тогда,
обмена в час.
Т.к. величина обмена не велика, то нет необходимости считать рециркуляцию.
Т.к. кратность воздухообмена получаем меньше допустимой, то проектируем аспирационную сеть с выбросом очищенного воздуха в атмосферу.
3. КОМПАНОВКА АСПИРАЦИОННОЙ СЕТИ
Объединение оборудования
в сети способствует повышению технико-
Принцип
одновременности: все
Технологический принцип: пыль во всем оборудовании должна быть одинакова или близка по качеству.
Оборудование расположено близко друг к другу. Температура воздуха постоянная и равная 20 °С.
Сеть по технологическому принципу должна объединять часть оборудования или все оборудование одной технологической линии. Транспортное оборудование, не являющееся составной частью технологической линии, объединяют в одну сеть по виду сырья.
В состав сети включают оборудование, работающее одновременно. Внутрипроизводственные бункеры объединяют в самостоятельные сети. Сети следует проектировать преимущественно с вертикальными воздуховодами или располагать воздуховоды под углом 60˚ к горизонту.
В сетях для аспирации весовых дозаторов и смесителей надо предусматривать переточные воздуховоды (байпасы) между дозаторами и смесителями.
В сетях, предназначенных
для аспирации оборудования линии
приготовления премиксов, необходимо
предусматривать
4. РАСЧЕТ,
ПОДБОР ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ И
По расходу воздуха в пылеуловителе, который по сравнению с полезным расходом Qсети учитывает 5%-ный подсос воздуха в воздуховодах, подберем размеры пылеуловителя и определим его сопротивление.
На комбикормовом заводе в его отделениях применяют батарейные установки циклонов или фильтры.
Циклоны подбирают по расходу воздуха:
м3/ч
Примем циклон БЦ500
Определи скорость
Определим сопротивление циклона:
,
5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА К СЕТИ
Для того чтобы спроектировать трассу воздуховода на чертеже общего вида комбикормового завода проведем предварительный подбор вентилятора по расходу воздуха и ориентировочному давлению вентилятора.
Расход воздуха в сети, перемещаемого вентилятором Qв, определяем с учетом полезного расхода Qп.сети и подсосов воздуха в сети, т.е.
,
где - полезный расход воздуха в сети, м3/ч,
- подсосы воздуха в сети.
, где
– подсос воздуха в воздуховодах, ориентировочно равный 5% полезного расхода Qсети, м3/ч;
– подсос во всасывающих циклонах, м3/ч; для циклонов БЦ-500 равен 5%.
м3/ч.
Ориентировочное давление вентилятора , равное ориентировочному сопротивлению сети, принимают равным 2000-2500 Па при циклонах типа БЦ. [1 с.137]. Примем ориентировочное давление вентилятора Па.
По найденному расходу воздуха (м3/ч) и ориентировочному давлению вентилятора =2500 (Па) по аэродинамическим характеристикам предварительно подберем вентилятор с максимальным КПД.
Примем вентилятор радиальный В.Ц5-35-4.01.
Размеры всасывающего и выхлопного отверстий соответственно равны Dвх=174 мм, и авыххввых=138х175 мм.
6. РАССТАНОВКА ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ И ВЕНТИЛЯТОРОВ
Зная размеры циклона и вентилятора, определяем место их установки. Устанавливаем вентилятор и пылеуловитель снаружи здания, близко друг к другу, предусмотрев нормальные проходы для удобства обслуживания. Циклон устанавливаем перед вентилятором и располагаем их на 4 этаже.
7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАССЫ ВОЗДУХОВОДОВ
До начала проектирования
трассы воздуховодов на чертежах общего
вида цеха вычерчивают аспирируемое
оборудование с размерами аспирационных
отверстий и привязкой к
8. РАСЧЕТ АСПИРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
Для расчета
аспирационной установки
Участок АБ
Зададимся скоростью движения воздуха на первом участке главной магистрали: V=12 м/с, Q=400 м3/ч.
Определим диаметр воздуховода:
Подберём из приложения 7 [1, с. 206] ближайший стандартный диаметр D=110 мм.
Уточним скорость по расходу и диаметру:
, где
S - площадь поперечного сечения воздуховода, м3
В приложении 7 [1, с. 206] наряду с диаметрами приведены и площади поперечного сечения стандартных воздуховодов, S=0,0095 м3
м/с.
Динамическое давление и потери давления на единицу длины воздуховода находим из прил. 7 по известным скорости и диаметру воздуховода: Нд=85,2 Па, R=17,3 Па/м. [1, с. 206].
Определим размеры входного отверстия конфузора, исходя из площади входного отверстия:
,
где Vвх - скорость на входе в конфузор, для комбикормовой пыли примем 0,5 м/с. [1, с. 32],
м2
Примем одну из сторон конфузора b=400 мм.
Длину конфузора (мм) определим по формуле:
,
где - угол сужения конфузора, примем 450
При диаметре D=110 мм длина конфузора:
мм.
Коэффициент сопротивления конфузора определим из табл. 8 [1, с.66] в зависимости от lк/ D >1 и =450; =0,09.
Вычислим длину отводов:
мм.
мм.
Коэффициент сопротивления отводов берем из табл.10 [1].
Т.о. =0,15, =0,12.
Тогда расчетная длина участка АБ:
Потери давления по длине: Н=17,3 7,90=136,65 Па.
,
Потери давления на участке АБ составляют:
Суммарные потери в проходном участке:
Σ
Участок аБ
Диаметр бокового участка аБ определим по объемному расходу воздуха 420 м3/ч и скорости
мм.
Рассчитанный диаметр не соответствует стандартному, примем при данном расходе стандартный диаметр 110 мм.
Уточняем скорость:
м/с.
Нд=94 Па, R=19 Па/м.
Рассчитаем размеры конфузора:
м2
Примем одну из сторон b=400 мм.
Примем угол раскрытия конфузора =450;
мм
Коэффициент сопротивления конфузора определим из табл. 8 в зависимости от lк/ D >1 и =450; =0,09.
Вычислим длину отводов:
мм.
мм.
Коэффициент сопротивления отводов берем из табл.10 [1].
Т.о. =0,15, =0,12.
Тогда расчетная длина участка aБ:
Потери давления по длине:
Н=19 5,17=98,25 Па.
Коэффициенты сопротивления
тройника находим, задавшись диаметром
объединенного воздуховода D=
.
Получим коэффициенты сопротивления тройника соответственно в проходном и боковом участках =0,4 и =0,2 [1, с. 69].
Потери давления на участке аБ составляют:
Суммарные потери в боковом участке:
Σ ;
где НМ.Б = 60 Па - потери давления в смесителе СГК-1М.
Разница между НПТ.П и НПТ.Б составляет 490,5 Па, т.е. более допустимой 10%, поэтому необходимо выравнивание потерь давлений в тройнике.
Выполним выравнивание с помощью дополнительного сопротивления в виде боковой диафрагмы. Коэффициент сопротивления диафрагмы:
По номограмме находим отношение а/D=0,61. Откуда заглубление диафрагмы: а=67,1 мм.
Участок БВ
Расход воздуха на этом участке равен Q=820 м3/ч, D=140 мм.
Рассчитаем скорость воздуха:
м/с
Нд=134 Па, R=19,6 Па/м.
Вычислим длину отвода:
мм.
Коэффициент сопротивления отвода =0,15 берем из табл.10 [1].
Тогда расчетная длина участка БВ равна:
Потери давления по длине:
Н=R∙l=19,6∙1,87=36,65 Па.
Потери давления на участке БВ составляют:
Суммарные потери в проходном участке:
Σ
Участок бВ
Диаметр бокового участка бВ определим по объемному расходу воздуха 340 м3/ч и скорости 14,8 м/с:
мм.
Рассчитанный диаметр не соответствует стандартному, примем при данном расходе стандартный диаметр 100 мм.
м/с.
Нд=88,2 Па, R=20,1 Па/м.
Рассчитаем размеры конфузора:
м2
Примем одну из сторон b=400 мм.
Примем угол раскрытия конфузора =450;
мм
Коэффициент сопротивления конфузора определим из табл. 8 в зависимости от lк/ D >1 и =450; =0,09.
Вычислим длину отводов:
мм.
мм.
Коэффициент сопротивления отводов: =0,15, =0,12, =0,15.
Коэффициенты
сопротивления тройника находим
задавшись диаметром
.
Получим коэффициенты сопротивления тройника соответственно в проходном и боковом участках =0,3 и =0 [1, с. 69].
Тогда расчетная длина участка бВ:
Потери давления по длине:
Н=R∙l=20,1∙19,9=400 Па.
Потери давления на участке бВ составляют:
Суммарные потери в боковом участке:
Σ
где НМ.Б = 60 Па - потери давления в бункере для готовой продукции.
Разница между НПТ.П и НПТ.Б составляет 390,6 Па, т.е. более допустимой 10%, поэтому необходимо выравнивание потерь давлений в тройнике.
Выполним выравнивание с
помощью дополнительного
По номограмме находим отношение а/D=0,59. Откуда заглубление диафрагмы: а=82,6 мм.
Участок ВГ
Расход воздуха на этом участке равен Q=1160 м3/ч, D=160 мм.
Рассчитаем скорость воздуха:
м/с
Нд=156,8 Па, R=19,2 Па/м.
Вычислим длину отвода:
Коэффициент сопротивления отвода: =0,12.
Тогда расчетная длина участка БВ равна:
Н=R∙l=19,2∙4,352=83,6 Па.
Потери давления на участке ВГ составляют:
Суммарные потери в проходном участке:
Σ
Участок вГ
Диаметр бокового участка вГ определим по объемному расходу воздуха 480 м3/ч и скорости 16 м/с:
мм.
Рассчитанный диаметр не соответствует стандартному, примем при данном расходе стандартный диаметр 110 мм.
Уточняем скорость:
м/с.
Нд=120 Па, R=23,9 Па/м.
Рассчитаем размеры конфузора:
м2
Примем одну из сторон b=500 мм.
Примем угол раскрытия конфузора =450;
мм
Коэффициент сопротивления конфузора определим из табл. 8 в зависимости от lк/ D >1 и =450; =0,09.
Вычислим длину отводов:
мм.
мм.
Коэффициент сопротивления отводов: =0,15, =0,12.
Тогда расчетная длина участка вГ:
Потери давления по длине:
Н=R∙l=38,9∙5,07=197,22 Па.
Коэффициенты сопротивления
тройника находим задавшись диаметром
объединенного воздуховода D=
.
Получим коэффициенты сопротивления тройника соответственно в проходном и боковом участках =0,3 и =0 [1, с. 69].
Потери давления на участке вГ составляют:
Суммарные потери в боковом участке:
Σ ;
где НМ.Б = 100 Па - потери давления в дробилке молотковой А1-ДМ2Р-22.
Разница между НПТ.П и НПТ.Б составляет 190,92 Па, т.е. более допустимой 10%, поэтому необходимо выравнивание потерь давлений в тройнике.
Выполним выравнивание с помощью дополнительного сопротивления в виде боковой диафрагмы. Коэффициент сопротивления диафрагмы:
По номограмме находим отношение а/D=0,47. Откуда заглубление диафрагмы: а=75,2 мм.
Участок ГД
Расход воздуха на этом участке равен Q=1640 м3/ч, D=180 мм.
Рассчитаем скорость воздуха:
м/с
Расчетное значение не стандартно, принимаем стандартное 17,6 м/с.
Нд=189,4 Па, R=19,9 Па/м.
Необходимо выявить, конфузором или диффузором является переходной патрубок при входе в циклон. Площадь входного отверстия в переходном патрубке м2, а площадь выходного отверстия патрубка, которое служит входным отверстием циклона БЦ-500, м2. Так как , то патрубок является диффузором со степенью расширения .
Зададимся углом расширения диффузора α=30˚. Тогда из табл. 4 коэффициент сопротивления диффузора ζ=0,19, длина диффузора - 95 мм.
Тогда расчетная длина участка ГД равна:
Длина диффузора не учитывается, т.к. потери по его длине учтены в коэффициенте сопротивления.
Потери давления по длине:
Rl=19,9∙1,02=20,3 Па.
Потери давления на участке ГД:
Участок ДЕ
Потери давления в циклоне БЦ-500 равны сопротивлению циклона - НЦ=850,8 Па.
Участок ЕЖ
Расход воздуха
Скорость воздуха после циклона можно снизить до 10-12 м/с.
Выбираем стандартный диаметр D=225 мм.
Уточняем скорость:
Т.о. Нд=88,2 Па, R=7,29 Па/м.
Так как на участке ЕЖ диаметр воздуховода D=225 мм, а диаметр выходного отверстия циклона БЦ-500 dвых=300 мм, то необходимо выяснить, конфузором или диффузором является переходной патрубок. SЕЖ=0,040, т. е. переходной патрубок является конфузором. Зададимся углом расширения конфузора α=30˚, длина конфузора 65 мм. Тогда из табл. 8 коэффициент сопротивления конфузора ζ=0,17.
Вычислим длину отвода:
Коэффициент сопротивления отвода берем из табл.10 [1].
Тогда расчетная длина участка ЕЖ равна:
lЕЖ=706,5+706,5+706,5+289+
Потери давления по длине:
Rl=7,29∙4,6=33,5 Па.
Потери давления на участке ЕЖ:
Участок ЗИ
Расход воздуха на этом участке равен расходу при входе в вентилятор, т.е. 1722 м3/ч, скорость воздуха 12 м/с. Диаметры воздуховодов на участках принимаем равными диаметру до вентилятора, т.е. 225 мм. При данных значениях диаметра и скорости: R=7,29 Па/м, Нд=88,2 Па.
Определим, чем служит переходной патрубок на выходе из вентилятора. Площадь отверстия вентилятора: м2, площадь поперечного сечения воздуховода диаметром 225 мм м2. Здесь , поэтому имеет место диффузор.
Примем угол диффузора из конструктивных соображений α=30˚, тогда lд=75 мм и S2/S1=0,04/0,024=1,7 , ζд=0,19.
Расчетная длина участка ЗИ:
lЗИ = 75+6500=6575 мм = 6,575 м.
Потери давления по длине:
Rl=7,29∙6,537=47,9 Па.
На выхлопе предусмотрена насадка с защитным зонтом с коэффициентом потерь из табл. 6.
Потери давления на участке ЗИ:
Из расчета общее сопротивление сети по главной магистрали составляет 2235,4 Па. С учетом коэффициента запаса 1,1 и возможного вакуума в помещениях цеха 50 Па требуемое давление, развиваемое вентилятором:
Па.
9. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА И РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ ЕГО ПРИВОДА
Вентилятор подбираем по аэродинамическим характеристикам с максимальным КПД по расходу QВ=1804 м3/ч и рВ=2560 Па.
При просмотре характеристик радиальных вентиляторов для QВ=1804 м3/ч и рВ=2509 Па подходит вентилятор В.Ц5-35-4.01 с n=2930 об/мин. Марка окончательно выбранного вентилятора совпадает с маркой вентилятора, выбранного предварительно.
Определим мощность для привода вентилятора:
,
Потребная мощность электродвигателя:
,
где - КПД подшипников вентилятора;
- КПД клиноременной передачи;
kЗ =1,15 - коэффициент запаса.
Из приложения
11 для вентилятора В.Ц5-35-4.
10.1 РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИИ
Воздухообмен по нормативной кратности:
Для большинства помещений общественных зданий воздухообмен L, м3/ч, определяют по нормативной кратности:
L=kV,
где k – нормативная кратность воздухообмена, 1/ч, зависит от назначения помещения, для зала заседаний k = 6 (1/ч);
Vп – объём помещения, м3.
Зал заседаний: L=6·462=2772 м3/ч,
Сан. узел: L=50 м3/ч.
Теплопоступление от искусственного освещения:
Тепловыделения от источников искусственного освещения определяется по формуле:
Qосв=N·n·а,
где N – потребляемая мощность светильников;
n – количество светильников,
a - коэффициент, учитывающий вид арматуры.
a = 0,6 для люминесцентных ламп, закрытых матовым стеклом.
Зал заседаний: Qосв= 60·13·0,6 =468 Вт;
Таблица 2 Определение воздухообмена для помещений офиса.
Название помещения |
Объем помещения, м3 |
Нормативная кратность (вытяжная) |
Воздухообмен, м3/час |
Зал заседаний |
462 |
6 |
2772 |
Санузел (один унитаз) |
10 |
- |
50 |
