净化系统的设计

常见形式:顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸气罩
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
3.外部集 (吸、排)气罩
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
4.接受式集气罩
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
4.接受式集气罩
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
二 集气罩的集气机理


3 吸入流动与射流流动的差异 吸入流动与射流的差异主要有两点： 一是射流由于有卷吸作用，沿射流前进方向流量不 断增加，射流呈锥形。吸入流动作用区内的等速面 为椭球面，通过各等速面的流量相等，并等于吸入 口的流量。 二是射流轴线上的速度基本上与射程成反比，而吸 气区内空气速度与距吸气口距离的平方成反比。所 以吸气口的能量衰减得更快，其作用范围较小。
二 集气罩的集气机理
②实际气流分布： 它的等速面不是球形而是椭球面。 根据实验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点： A）在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随离 吸气口距离X的增大，逐渐变成椭圆面，而在1倍吸气口 直径d处已接近为球面。 因此，当x/d >1时，可近似当作点汇； 当 x/d<1时，应根据有关气流衰减公式计算。
1.密闭罩
（1）局部密闭罩 特点：体积小，材料消耗 少，操作与检修方便； 适用：产尘点固定、产尘 气流速度较小且连续产尘的 地点。
（3）大容积密闭罩 （2）整体密闭罩 特点：容积大，密闭性好。 特点：容积大，可缓冲产尘 适用：多点尘源、携气流速 气流，减少局部正压，设备检 修可在罩内进行。 大或有振动的产尘设备。 适用：多点源、阵发性、气流 速度大的设备和污染源。
二 集气罩的集气机理
B）吸气口气流速度衰减较快。当x/d =1时该点气流速 度已大约降至吸气口流速的7.5%。
C)对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小，其等 速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同，其气流衰 减规律则不同。
二 集气罩的集气机理


2 吹出气流 即：空气从孔口吹出，在空间形成的气流称为吹出 气流或射流。 常见的射流为：自由射流中的等温圆射流。管口速 度假设是完全均匀的。M为射流极点，射流中保持原 出口速度的部分称为射流核心，速度小于的部分些 称为射流主体，射流核心消失的断面BOE称为过渡断 面，出口断面至过渡面称为起始段，过渡断面以后 称为主体段。
图13-1 局部排气净化系统示意图 1、集气罩；2、风管；3、净化设备；4、通风机；5、排气管
第二节 集气罩的设计
一 吸气罩的作用： 是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘及气体 污染源导入净化系统，同时防止其向生产车间及大气 扩散，造成污染。 二、集气罩的集气机理 吸入气流 吹出气流
二 集气罩的集气机理
1 吸入气流： 速度分布: 等速面的形式确定其分布 规律 ①理论气流分布： 无挡板：将吸气口近似视为一个点汇， 等速面是以该点为中心的球面，假设 点汇吸风量为Q，等速面的半径为r1、 r2，相应气流速度为u1、u2，由于通 过每个等速面的风量相等。 则有： Q = 4πr12u1 = 4πr22u2 于是： u1/u2 = (r2/r1)2
φ--集气罩的流量系数
第二节 集气罩设计
二、集气罩性能参数及计算
1.排风量的确定

（2）排风量的计算方法：控制速度法、流量比法
①控制速度法 控制速度---指在罩前污染物扩散方向的任意点上均能 使污染物随吸入气流流入集气罩内，并将其捕集所 必须的最小吸气速度。
控制点---吸气气流有效作用范围内的最远点称为控制 点。控制点距罩口的距离称为控制距离。
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
1、密闭罩 定义：将污染源的局部或整体密闭起来，在罩内保持 一定负压，可防止污染物的任意扩散。 特点：所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内 气流干扰，设计中应优先选用。 结构形式：局部密闭罩、 整体密闭罩、大容积密闭罩
第二节 集气罩设计
三、集气罩的基本形式
2
2
由于集气罩罩口处于大气中，所以该处的全压等于零，因而
集气罩的压力损失写为
△P=0－P=－ (Pd+Ps)=|Ps|－Pd φ=（ Pd / |Ps| ）1/2 φ=1/（ 1＋ξ ）1/2 Φ ---流量系数 ξ ---压力损失系数
对结构形状一定的集气罩， ξ 值为常数 集气罩的流量系数和压损系数表
3.吸气点的排风量应按防止粉尘或有害气体扩散到周围 环境空间的原则确定，集气罩的吸气应尽可能利用污染 气流的运动作用。 4.已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区，设计时 要充分考虑操作人员的位置和活动范围。 5.集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工 艺操作。在保证功能的前提下，应力求结构简单、造价 低廉，便于安装和维护管理。 6.防止集气罩周围的紊流，应尽可能避免或减弱干扰气 流、穿堂风和送风气流等对吸气气流的影响。

二 集气罩的集气机理
③射流核心区呈锥形不断缩小。 ④核心段以后，射流速度逐渐下降。各断面的速度值 虽然不同，但速度分布是相似的，可用下述半经验公 式描述 y 1.5 2
m
[1 ( ) ] R
式中
—射流距中心y处和中心处的速度；
R——射流断面半径。
⑤射流中的静压与周围静止空气的压强相同。 ⑥射流各断面的动量相等。





计算集气罩排风量时： 首先根据工艺设备及操作要求，确定集气罩的形状 及尺寸，由此确定其罩口面积 ； 其次根据控制要求安排罩口与污染物相对位置， 确定罩口几何中心与控制点距离 。 确定控制速度 ，根据不同集气罩罩口的气流衰减 规律求得罩口上气流速度 ，由公式 即可。 控制速度法的关键在于确定控制速度，控制速度与 集气罩的结构、安装位置、室内气流情况等有关。 适用条件： 一般适用于污染物发生量较小的冷过程的外部集气 罩设计。
三 外部集气罩的设计 1 外部集气罩排风量确定(多用控制速度法计算外部集气罩的排风量) 工程设计步骤： 先通过对现场操作情况和污染物散发情况的观察和测定，确定罩型、罩口尺寸和控 制点至罩口的控制距离 x 以及控制速度 x 。 通过外部集气罩罩口气流速度衰减公式，即可计算出罩口的吸入速度 0 。 根据罩口面积 A0 按 Q A0 0 求排风量。 ① 圆形或矩形侧吸罩 ② 条缝罩 ③ 冷过程上部集气罩 2 外部集气罩设计应注意的问题 ①为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口应加设法兰边。 ②为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角 不应大于 60℃。
二 集气罩的集气机理
其射流结构示意图如下图：
二 集气罩的集气机理


①射流边缘有卷吸周围空气的作用，这主要是由于 紊流动量交换引起的。 ②由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大， 射流质量不断增加。射流边界面呈圆锥面，圆锥半 顶角 称为射流扩散角，如图所示。射流扩散角 为 式中 α ——紊流系数； Φ——是射流管口的形状系数(由实验确定)。 圆射流：α =0.08， Φ=3.4； 扁射流(条缝射流)： α =0.11—0.12， Φ =2.44。
二 密闭罩的设计 1 密闭罩的布置要求
尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室内的联系，防 止污染物随室内气流扩散。罩上的观察孔和检修孔应尽量 小些，并躲开气流正压较高的位置。 密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙 外逸，为此需合理地组织罩内气流和正确地选择吸风点的 位置。 吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大 量物料吸入净化系统。处理热物料时，吸风点宜设在罩子 顶部，同时适当加大罩子容积。 设计密闭罩，应不妨碍工艺生产操作和方便检修。
二 集气罩的集气机理
4 吹吸气流 即：两股气流组合而成的合成气流。 在集气罩设计中，利用吹出气流和吸入气流联合 作用来提高所需“控制风速”的形罩设计
三、集气罩的基本形式
（1）按罩口气流流动方式分为： 吸气式 吹吸式 （2）按集气罩与污染源的相对位置及适用范围分为： 密闭罩 排气柜 外部集气罩 接受式集气罩
第十三章 净化系统的设计

教学内容 1.净化系统的组成及系统设计的基本内容 2.集气罩设计 3.管道系统设计 教学要求 1.了解净化系统组成及系统设计的基本内容； 2.了解集气罩的基本类型、特点及的性能参数； 3. 掌握管道系统的设计方法。
第一节 净化系统的组成及设计的基本内容
二 集气罩的集气机理
由上式可见：点汇流外某一点的流速与该点至吸气口距离的平方 成反比。吸气口外气流速度衰减很快，应尽量减少罩口至污染源的 距离。 有挡板：如果吸气口设在墙上，其吸气量为 Q = 2 π r 1 2 u1 = 2 π r 2 2 u2 比较以上两式，可见：吸气速度相同时，同一距离上 Q （悬空设置的吸气口）= 2 Q（有一面阻挡的吸气口） 吸风量相同时，同一距离上 u（有一面阻挡的吸气口）= 2 u（悬空 设置的吸气口） 因此，在设计外部集气罩时，应尽量量减少吸气范围，以增强控制 效果。



②流量比法 流量比法是把集气罩的排风量Q看作是污染物发生 量Q1和吸入室内空气量Q2之和 即： Q=Q1+Q2 =Q1(1+Q2/Q1) =Q1(1+K)
从上式中可以看出：（流量比）K Q2 Q



K值太大，虽然能将污染物捕集干净，但风量大耗能 多。 临界流量比： ——能保证污染物不溢出罩外的最小流 量比 。 KV=(Q2/Q1)limit
KV值是决定集气罩控制效果的主要因素。这种依据 KV 值计算集气 罩排风量的设计方法称为流量比法。 工程设计中采用的 计算公式需要通过实验研究求出。 实验结果表明： KV与污染物的发生量无关，只与污染源和集气罩的 相对尺寸有关。


第二节 集气罩设计