Расчеты для проектирования сооружений и аппаратов

ТЕХНИКА ЗАЩИТЫОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

Промышленные и бытовые сточные воды содержат рас­творимые и нерастворимые вещества (взвешенные частицы), ко­торые подразделяются на твердые и жидкие. Для удаления вре­менных примесей из сточных вод используют гидромеханиче­ские процессы процеживания, отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрования. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико-химических свойств и концентрации веществ, находящихся во взвешенном состоянии, расхода сточ­ных вод и необходимой степени очистки /1-5/.

1. Отстойники.

Для проектирования сооружений и аппара­тов механической очистки задают следующие данные: общее количество сточных вод (м 3 /ч), температура сточных вод (°С), периодичность образования сточных вод, тяжелые механиче­ские примеси (мг/л), плотность тяжелых и легких загрязнений (г/см³), кинетика осаждения механических примесей, которые тяжелее и легче воды при их расчетной концентрации в исход­ной воде (требуемая степень очистки (%) или допустимое со­держание загрязнений), гидравлическая крупность частиц (U_o) тяжелее и легче воды, которую необходимо выделить для обес­печения требуемой степени очистки (мм/с). Гидравлическую крупность частиц определяют по кривым кинетики отстаивания Э= f (t) (рис.1), полученным экспериментально разделением примесей в сточной воде в статических условиях в слое h, как правило, отличным от действительной высоты отстаивания в выбранном типе отстойника. Поэтому для приведения получен­ных результатов к натурным условиям следует производить пе­ресчет по формулам с учетом поправки на изменение вязкости воды при изменении температуры (табл.1):

Рис. 1. Кинетика отстаивания сточных вод прокатных произ­водств при исходной концентрации С_о=200 мг/л: 1 - h=200 мм

2 - h=500 мм

где H_set - глубина проточной части в отстойнике, м; К_set - коэф­фициент использования объема проточной части отстойника, t_set - продолжительность отстаивания (с), соответствующая за­данному эффекту очистки и полученная в лабораторном цилин­дре в слое h₁, мм (для городских сточных вод данную величину допускается принимать по табл.2); n₂ - показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения для го­родских сточных вод (рис. 2)

Рис 2 5 Зависимость показателя степени п₂ от исходной кон­центрации взвешенных веществ в городских сточных водах при эффекте отстаивания: 1- Э=50, 2- Э=60; 3- Э=70%

 

Таблица 1

Зависимость коэффициента вязкости воды от температуры

 

Т воды °С
Коэф. вязкости с/м3	0,469	0,549	0,656	0,801	0,894	1,01	1,14	1,308	1,519	1,792

Поправку U'_o на изменение вязкости воды при изменении температуры находят по формуле

где (м _lab, м _рг - вязкость воды при соответствующих температурах в лабораторных и производственных условиях.

Показатель степени n₂, зависящий от природы загрязнений, в том числе и от агломерируемости взвесей для промышленных сточных вод, определяется по полученным кривым кинетики отстаивания в слоях h₁ и h ₂

n₂ = (lg t₂ - lg t₁) / (lg h₂ + lg h₁).

При расчете сооружений для механической очистки про­мышленных сточных вод экспериментальное определение пока­зателей характеристик воды и загрязнений должно предшество­вать проектированию в каждом конкретном случае. Если проек­тирование ведется для строящегося предприятия, данные о ха­рактеристике воды можно получить при изучении воды на ана­логичном производстве. Опыт обследования промышленных предприятий показывает, что величина гидравлической крупно­сти частиц, которые должны быть выделены для обеспечения требуемого эффекта, колеблется в пределах 0,2-0,5 мм/с, поэто­му для ориентировочных расчетов отстойных сооружений вели­чина U_o = 0,25-0,3 мм/с.

Для городских сточных вод продолжительность отстаива­ния (t) в слое h_t= 500 мм можно принять по табл.2.

 

Таблица 2

Зависимость эффекта осветления от продолжительности отстаи­вания и

концентрации взвешенных частиц

 

Эффект осветления, %	Продолжительность отстаивания tset в слое h1=500 мм при концентрации взвешенных веществ, мг/л
	-	-

Расчет отстойников. При проектировании очистных ус­тановок, как правило, применяются типовые или эксперимен­тальные конструкции отстойных сооружений с известными гео­метрическими размерами, за расчетную величину принимают производительность одного отстойника q_set, при которой обес­печивается заданный эффект очистки. После расчета q_set, исходя из общего расхода сточных вод, определяют количество рабочих единиц отстойников (N):

N = q*W/q_set.

Производительность отстойников q_set; м³/ч, определяют исходя из данных геометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных вод по формулам

- горизонтальных

- радиальных, вертикальных и с вращающимся сборно-распределительным устройством

- с нисходяще-восходящим потоком

- с тонкослойными блоками при перекрестной схеме ра­боты

где K_set - коэффициент использования объема, принимаемый по табл.3; L_set - длина секции (отделения), м; В_set - ширина сек­ции (отделения), м; V_tb. - турбулентная составляющая, прини­маемая по табл.4, в зависимости от скорости рабочего потока в отстойнике V_w, мм/с; D_set - диаметр отстойника, м; d_en - диа­метр впускного устройства, м; Н_bl - высота тонкослойного блока, м; L_bl - длина тонкослойного блока (модуля), м, К_dis - коэф­фициент сноса выделенных частиц, принимаемый при плоских пластинах 1,2, при рифленых - 1; h_ti - высота яруса тонкослой­ного блока (модуля), м, В_bl - ширина тонкослойного блока, м.

 

Таблица 3

Параметры отстойников
Отстойник	Коэффи­циент ис­пользова­ния объе­ма Kset	Рабочая глубина отстойной части Hset, м	Ширина Bset, м	Скорость рабочего потока Vw, мм/с	Уклон днища к иловому приямку
Горизонтальный	0,5	1,5-4	2Н-5Н	5-10	0,005-0,05
Радиальный	0,45	1,5-5		5-10	0,005-0,05
Вертикальный	0,35	2,7-3,8	-	-	-
С вращающимся сборно- распределительным устройством	0,85	0,8-1,2	-	-	-
С тонкослойными блоками: противоточная (прямоточная) схема работы	0,5-0,7	0,025-0,2	2-6	-	-
Перекрестная схема работы	0,8	0,025-0,2	1,5	-	0,005

Примечание: К_set определяет гидравлическую эффективность отстойника и зависит от конструкции водораспредели­тельных и водосборных устройств (указывается разработчиком), величину турбулентной составляющей V_tb в зависимости от скорости рабочего потока V_w определяют по табл.4.

Таблица 4

Турбулентная составляющая в зависимости от скорости рабочего потока

 

Vw, мм/с
Vtb, мм/с		0,05	0,1

Число первичных отстойников принимают не менее двух, а вторичных - не менее трех при условии, что все они являются рабочими /3,4/. При минимальном числе их расчетный объем увеличивают в 1,2-1,3 раза.

Тонкослойные отстойники. Тонкослойное отстаивание применяется в случае необходимости сокращения объема очи­стных сооружений при ограниченности выделяемой площади и при необходимости повышения эффективности существующих отстойников. В первом случае тонкослойные отстойники вы­полняют роль самостоятельных сооружений, во втором - допол­няются тонкослойными модулями, располагаемыми в совершен­ствуемом отстойнике перед водосборным устройством.

 

Рис.3. Тонкослойный отстойник, работающий по перекрестной схеме удаления осадка

При расчете отстойника, работающего по перекрестной схеме (рис.3.), расчетными величинами являются длина яруса L_bl и производительность отстойника q_set

где V_w - скорость потока воды в ярусе отстойника, мм/с, при­нимаемая по табл.4; h_ti - высота яруса, м, назначается исходя из величин в табл.3; K_dis - коэффициент сноса выделенных частиц (при плоских пластинах K_dis =1,2, при рифленых K_dis = 1); Uo - гидравлическая крупность задерживаемых частиц, которую рекомендуется определять в слое, равном высоте яруса h_ti.

Производительность отстойника q_set определяют по фор­муле

q_set = 7,2 * K_set * Н_bl * L_bl * U_o / K_dis * h_ti, м³/ч.

Строительную ширину В_стр. отстойника определяют по формуле

В_стр. = 2В_bl + b₁ + 2b₂,

где В_bl - ширина тонкослойного блока, назначается исходя из допустимого прогиба листа, выбранного для тонкослойного блока (А5 = 3-5 мм) при наклоне под углом сползания осадка, b₁= 0,25 м; b₂ = 0,05 - 0,1 м.

После определения длины яруса отстойника L_bl, исходя из возможных размеров материала, применяющегося для парал­лельных пластин, назначают длину пластины в ярусе и количе­ство блоков, располагаемых по одной прямой. Обязательно при конструировании должна быть плотная стыковка соответст­вующих пластин, в устанавливаемых рядом блоках. Строитель­ная высота H_cтp., м (рис.3) определяется по формуле

Н_стр. = Н_bl + h₃ + h_м + 0,3,

где h₃ - высота, необходимая для расположения рамы, на кото­рой устанавливаются блоки, h₃ = 0,2 - 0,3 м; h_м = 0,1 м.

Строительная длина тонкослойного отстойника L_cтp. опре­деляется по формуле

L_cтp. = L_bl + l₁ + l₂ + 2l₃ + l₄

Зона длиной l₁ служит для выделения крупных примесей. Объем зоны рассчитывают на 2-3-минутное пребывание потока

l₁ = q_set • t / (60 * Н_bl * B_cтp. * K_set),

где К_set - коэффициент использования зоны, равный 0,3; при применении пропорционального устройства l₂- 0,2 м, если рас­пределение осуществляют дырчатой перегородкой, то

1₂ = 0; 1₃ = 0,20-0,25 м; 1₄ = 0,15-0,20 м.

В настоящее время применяется большое количество кон­структивных разновидностей тонкослойных отстойников, рабо­тающих по противоточной схеме (рис.4 и 5).

Рис.4. Тонкослойный отстойник, работающий по проти­воточной схеме удаления примесей: а - тяжелые примеси, б - легкие (масла, нефтепродукты и т.д.)

 

 

Рис.5. Отстойник, оборудованный тонкослойными бло­ками, работающий по противоточной схеме удаления примесей: а- тяжелые примеси; б- легкие (масла, нефтепродукты и т.д.)

В конструкции отстойника (рис. 4) расчетными являются длина пластины в блоке l _bl и производительность секции q_set:

где V_w - скорость потока в ярусе; h_ti - высота яруса, данные параметры задаются по табл.4.

Производительность одной секции рассчитывают по фор­муле q_set = 3,6 • Н_bl • В_bl • V_w, для которой Н_bl определяют сле­дующим образом:

где n_ti - количество ярусов в блоке, которое назначается из кон­структивных соображений;

b_n = h_ti • cosα.

Ширину секции отстойника назначают из конструктивных соображений и исходя из размеров пластин, предназначающихся для изготовления блоков. Все размеры других узлов отстойника (ширину резервуара, его строительную глубину и т.д.) назнача­ют из конструктивных соображений.

Расчетными параметрами тонкослойного отстойника (рис.5) являются длина пластин в блоке L_bl и длина располо­жения тонкослойных блоков L_b. Величину L_bl определяют так же, как и в предыдущем случае, a L_b- по формуле

где q_set - расход сточных вод на секцию, м³/ч; В_bl - ширина тонкослойного блока, м.

Общую длину L°_cтp. отстойника определяют следующим образом:

где h₁ⁿ - длина зоны, которая определяется из условия форми­рования потока перед распределением между ярусами. В этом же объеме происходит выделение крупных механических при­месей, l₁ⁿ принимают в интервале 1—1,5 м:

Общую глубину воды в отстойнике H_стр. определяют как сумму высот различных зон:

Н_стр. = h_м + h₂ + h₃ + h₄ + h₅,

где h_м > 0,1 m; h₂ = L_bl * sin α; h₃ = 0,2 - 0,5 м; h₄ = 0,1 - 0,2 м, h₅ = 0,3 м.

Затем находят удельный объем образующегося осадка (Q_mud., м³/ч), определяют способ его удаления в приямок и удаления из него. Количество осадка, выделяемого при отстаивании, опреде­ляют исходя из концентрации взвешенных веществ в посту­пающей воде (с_en) и концентрации взвешенных веществ в освет­ленной воде (с_ex):

где q_w - расход сточных вод, м³/ч; P_mud - влажность осадка, %, Y _mud - плотность осадка, г/см³.

Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные. Для повышения эффективности или увеличения производитель­ности горизонтальные отстойники могут быть дополнены тон­кослойными блоками. Тогда расчетными параметрами будут яв­ляться длина пластин L_bl в блоке и расстояние L_b, на котором устанавливаются блоки в отстойнике.

При дополнении вертикальных отстойников тонкослой­ными блоками при известных габаритах отстойника L_set и В_set или D_set (заданной крупности задерживаемых частиц U_o) расчет­ной величиной является длина пластин L_bl, которую находят по заданной высоте яруса h_ti, или высота яруса h_ti, определяемая по заданной длине пластин.

Производительность отстойника рассчитывают следую­щим образом:

 

 

где F_set = L_set * B_set или F_set = 0,785 • D_set; Н_bl= L_bl • sin a.

Когда известна производительность отстойника и необходимо увеличить эффективность очистки Э_тр, по лабораторным анали­зам кинетики отстаивания изучаемой воды определяют гидрав­лическую крупность частиц. Задаваясь высотой яруса h_ti, опре­деляют высоту Н_bl, на которой должны быть расположены тон­кослойные элементы, а затем рассчитывают длину пластины и проверяют скорость потока в ярусе. При дополнении сущест­вующих радиальных отстойников тонкослойными блоками (рис.4) при известных геометрических размерах отстойника и его производительности (требуемая степень очистки задана гид­равлической крупностью частиц U_o, которые необходимо выде­лить) расчетными параметрами являются длина пластины в блоке L_bl, высота блока Н_bl и число ярусов в блоке n_bl. Высоту блока Н_bl находят по формуле

 

где K_set - коэффициент использования объема определяют по табл.3; D₁ - диаметр расположения блоков.

Число ярусов в блоке определяют следующим образом:

Расчет отстойника (пример расчета по варианту 1, табл.5)

Рассчитать тонкослойный отстойник, рабо­тающий по перекрестной схеме удаления осадка (см.рис.3). Расход сточных вод завода производства железобетонных изделий (ЖБИ) составляет Q, (м³/сут), коэффициент часовой нерав­номерности - k _ц; завод работает в две смены. Исходная концен­трация тяжелых механических примесей С_{en мех}, (мг/л); масло- и нефтепродуктов С_{en неф}, (мг/л); допустимая концентрация механических примесей в очищенной воде С_{ех мех}, (мг/л); нефтепро­дуктов С_{ех нефт.}, (мг/л).

1. По кривым кинетики отстаивания в слое воды, равном высоте яруса h_ti — 0,1 м, находят гидравлическую крупность тя­желых механических частиц, которую требуется выделить:

U_о = 1000 • h_ti /t = (0,1 • 1000) / 500 = 0,2 мм/с.

2. Определяют гидравлическую крупность нефтепродук­тов

U₀^H = 0,1 • 1000 / 330 = 0,3 мм/с.

Таким образом, расчет отстойника проводят на задержание частиц меньшей крупности 0,2 мм/с.

3. Из условия количества загрязнений сточных вод

(700 мг/л) высоту яруса в отстойнике принимают h_ti = 0,1 м со­гласно значениям в табл.3 и 4.

4. Для сползания осадка по пластинам угол наклона пла­стин α принимают равным 45°. В качестве материала может быть использована листовая сталь 8 = 3 мм. Задают скорость по­
тока в ярусе отстойника V_w = 7 мм/с (табл.4) и определяют длину яруса:

L_bl = V_w • h_ti / U_o = 7 • 0,1 / 0,2 = 3,5 м.

5. Из условия допустимого прогиба (δ = 3-5 мм) пласти­ны, наклоненной под углом 45°, принимают ширину блока 0,75 м. Поэтому максимальная ширина пластины в блоке будет равна

 

 

Задают высоту блока с параллельными пластинами Н_bl = 1,5 м.

6. Определяют производительность одной секции тонкоc-дойного отстойника с двумя рядами блоков (см. рис.3):

7. Проверяют скорость потока в ярусе отстойника при ис­пользовании поперечного сечения на 75 % K_set = 0,75 (табл.3)

Расчет показывает, что исходные величины выбраны вер­но.

8. Строительная ширина секции отстойника будет равна

9. Длину зоны грубой очистки l₁ находят по формуле

 

10. Строительную длину секции определяют следующим образом:

4,2 + 1,75 + 0,2 + 2,02 + 0,15 = 6,7 м,

li - служит для выделения крупных примесей. Объем зоны рассчитывается на 2-3 - минутное пребывание потока.

11. Определяют часовой расход сточных вод с учетом коэффициента часовой неравномерности:

q_w = q_ств * К_ч.н. / 16 = (1200 • 1,1) / 16 = 82,5 м³/ч.

где 16 - количество рабочих часов (две смены).

12. Исходя из общего количества сточных вод определяют количество секций тонкослойного отстойника:

N = q_w / q_set = 82,5 / 42,5 = 1,94 = 2 секции

В соответствии со СНиП уточняют количество секций: N = 2 секциям/15/.

13. В качестве материала для пластин использована листо­вая сталь (δ = 3 мм). Исходя из расчетной длины ярусного про­странства (L_bl = 4,2 м) принимают длину блока 1,06 м, т.е. в ка­ждом ряду будет располагаться по 4 блока:

L_bl / L_M = 4,2 • 1,06 м = 3,96 = 4 блока.

14. Количество выделяемого осадка влажностью W = 96% и плотностью V_mud =1,9 г/см³ определяют по формуле

15. Принимают метод удаления осадка из отстойника. В данном случае тонкослойный отстойник следует располагать над поверхностью земли, целесообразно использовать многобункерную конструкцию с удалением осадка под гидростатическим напором.

Варианты расчетов отстойников приведены в табл.5.

 

Таблица5

Варианты для расчета тонкослойных отстойников

 

№ ва­риан­тов	Расход ст.вод q, м3/ч	Коэффициент ча­совой не­равно­мерности к.ч.н.	Концентрация, мг/л
Cеn мех	Cеn нефт.	Cех мех	Cех нефт.
		1,10		100-300
		1,15		150-250
		1,15		150-200
		1,12		150-200
		1,18		200-300
		1,20		100.200
		1,25		100-200
		1,10		100-200
		1,15		200-300
		1,15		150-250
		1,12		150-200
		1,18		200-300
		1,20		250-350
		1.20		100-200
		1,10		150-200
		1,10		100-200
		1,25		250-350
		1,25		100-300
		1,25		100-200
		1,10		200-300
		1,10		150-250
		1,20		200-250
		1,15		100-200
		1,15		200-300
		1,18		150-250

Гидроциклоны

используются в процессах осветления сточных вод, сгущения осадка, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов и жира, т.е. в нефтепромыслах, автохозяйствах, стекольных, литейных производствах и др. /3,6,7/.

При осветлении сточных вод аппараты малых размеров обеспечивают больший эффект очистки. При сгущении осадков минерального происхождения следует применять гидроциклоны больших диаметров (свыше 150 мм). Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ допускается применять открытые и напорные гидроциклоны. Открытые - для выделения всплывающих, оседающих грубодисперсных примесей гидравлической крупностью свыше 0,2 мм/с и скоагулированной взвеси и напорные - для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей минерального происхождения. Для расчета и про­ектирования установок с открытыми циклонами задаются те же параметры по воде и загрязнениям, что и для отстойников (рис.6 - 8). Гидравлическая крупность частиц, которые надо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, опре­деляется при высоте слоя воды, равном 200 мм. Для многоярус­ных гидроциклонов слой отстаивания должен быть равен высоте яруса.

Рис.6. Открытые гидроциклоны: а - без внутренних вставок; б

- с конической диафрагмой; в - с конической диафрагмой и

внутренним цилиндром

Открытые гидроциклоны. Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов является удельная гидравлическая нагрузка q_hc (м³/(м²ч), определяемая по формуле

 

q_hc = 3,6 * K_hc * U_o,

 

где U_o - гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта, мм/с;

Рис.7. Многоярусный гидроциклон с центральными выпусками

Рис.8. Многоярусный гидроциклон с периферийным отбором очищенной воды

 

К_hc - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидроци­клона и равный для гидроциклонов: а) без внутренних устройств 0,61; б) с конической диафрагмой и внутренним цилиндром 1,98; в) многоярусного с центральными выпусками

здесь n_ti - число ярусов, D_hc - диаметр гидроциклона, м; d_d -диаметр окружности, на которой располагаются раструбы выпусков, м; г) многоярусного с периферийным отбором осветленной воды

где n'_ti - число пар ярусов; d_d - диаметр отверстия средней диа­фрагмы пары ярусов, м.

Величины конструктивных размеров D_hc, d_en и т.д., входя­щих в расчетные зависимости, принимаются по табл.6.

Производительность одного аппарата определяют по фор­муле

где q_hc - удельная гидравлическая нагрузка, м³/м²*ч; D_hc² - диа­метр гидроциклона, м.

Исходя из общего количества сточных вод Q_w определяют количество рабочих единиц циклонов N

После назначения диаметра аппарата и определения их ко­личества по табл.6 определяют основные размеры гидроци­клона.

Угол наклона образующей для конических диафрагм в от крытых гидроциклонах в каждом случае задается с учетом свойств выделяемого осадка, но не менее 45°.

Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены как из стали, так и из неметаллических материалов (ткань, пластик и т.д.).

В канале пропорционального водораспределительного устройствамногоярусного гидроциклона скорость восходящего | потока должна быть не менее 0,4 м/с.

Для равномерного распределения воды между гидроциклонами их водосливные кромки должны располагаться на одной отметке, а на подводящих трубопроводах должны быть установлены водоизмерительные устройства.

Таблица 6

Конструктивные элементы циклонов разного типа

 

 

Наименование конструктивного элемента	Тип циклона по рисунку
6 а	6б	6 в
Диаметр аппарата Dhc, м	2-10	2-6	2-6	2-6	2-6
Высота цилиндрической части Н, доля от Dhc	Dhc	Dhc	Dhc+ 0,5	-	-
Размер впускного патрубка, доля от Dhc	0,07	0,05	0,05	определяется по ско­рости входа
Количество впусков n, шт
Угол конической части α, град
Угол конуса диафрагм β град	-			90-60	90-60
Диаметр центрального отверстия в диафрагме dd, доля от Dhc		0,5	0,5	0,6-1,4 м	0,9-1,6м 0,6-1,0*
Диаметр внутреннего цилиндра Dl, доля от Dhc	-	-	0,88	-	-
Высота внутреннего цилиндра Hl, Доля от Dhc	-	-	1,0	-	-
Высота водосливной стенки над диафрагмой Н2, м	_	0,5	0,5	0,5	0,5
Диаметр водосливной стенки D2, доли от Dhc	Dhc	Dhc+0,2	Dhc+0,2	Dhc+0,2	Dhc+0,2
Диаметр полупогруженной кольцевой перегородки, доли от Dhc	Dhc-0,2	Dhc	Dhc	Dhc	Dhc
Высота ярусов hti, м	-	-	-	0,1-0,25	0,1-0,2
Число ярусов nti, шт	-	-	-	4-20	4-20
Зазор между корпусом и диафрагмой AD, м	-			0,05-0,07	0,1-0,15
Ширина шламоотводящей щели b, м	-	-	-	0,1-0,15	-
Скорость потока на входе в аппарат Uвп, м/с	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,4	0,3-0,4
Скорость потока на входе в раструб выпуска Uвыx, м/с	-	-	-	0,1	-
Количество выпусков из яруса n3, шт	-	-	-		-

 

Примечание: *Над чертой показан размер нижней диафрагмы пары ярусов, а под чертой - верхней.

 

Таблица7

Рекомендуемый диаметр напорного гидроциклона для выделения частиц δ
Dhc,мм
δ, мм 15-25 10-30 15-35 18-40 20-50	15-25	10-30	15-35	18-40	20-50	25-60	30-70 35-85	35-85	40-110	45-150	50-170	55-200

 

Напорные гидроциклоны. На очистных сооружениях в на­порных гидроциклонах производится сгущение сточных вод и осадков. Поскольку объем сгущенного продукта в этих аппара­тах может составлять всего 2,5 - 10% начального объема обра­батываемой суспензии, технологическая операция сгущения да­ет значительную экономию материальных затрат на строитель­ство очистных сооружений и участков обработки осадков. Про­исходит эффективная отмывка минеральных частиц от налип­ших на них органических загрязнений, например, на очистных сооружениях нефтеперерабатывающих заводов при обработке песка из песколовки или при отмывке песчаной загрузки фильт­ров при её гидроперегрузке.

Диаметр (D_hc) напорного гидроциклона определяют по табл.7.

В зависимости от расположения напорных гидроциклонов в технологическом процессе и схемы их обвязки могут иметь место несколько гидродинамических режимов работы.

- при свободном истечении верхнего и нижнего продук­
тов в атмосферу Р_ех = Р_α; Р_шл. = Р_α,

- при наличии противодавления со стороны сливного трубопровода и свободном истечении шлама Р_ех > Р_α; Р_шл⁼ Р_α,

- при противодавлении со стороны сливного и шламово­го трубопроводов Р_ех > Р_α; Р_шл> Р_α

Режимы работы гидроциклонов следует учитывать при расчете конструктивных и технологических параметров.

Одной из особенностей напорных гидроциклонов (рис.9, 10) - сильная корреляция производительности и эф­фективности разделения суспензий с основными конструктив­ными и технологическими параметрами аппаратов.

 

Рис.9. Напорный гидроциклон

Рис. 10. Трехпродуктовый напорный гидроциклон

 

Наибольшие значения коэффициентов корреляции имеют сле­дующие параметры: диаметр цилиндрической части гидроци­клона D_hc; площадь питающего патрубка F_en; диаметры сливного и шламового патрубков d_ex, d_шл., высота цилиндрической части Н_ц; угол конусности конической части α; перепад давления в гидроциклоне АР = Р_en - Р_ех; концентрация суспензии на входе в гидроциклон С_en; размеры и плотность частиц твердой фазы суспензии d_cp, ρ_т.

Размеры напорного гидроциклона подбираются по данным заводов-изготовителей. При этом диаметр питающего (d_en) и сливного (d_ex) патрубков должен отвечать соотношениям:

d_en/d_ex = 0,5-1; d_en/D_hc = 0,12-0,4;

где ∆ - толщина стенки сливного патрубка.

 

Диаметр шламового патрубка d_шл. назначается из соотно­шения d_шл. / d_ex = 0,2 - 1,0. Для предупреждения засорения шла­мового патрубка его минимальный диаметр должен в 6-8 раз превышать максимальный размер частиц загрязнений. Высота цилиндрической части гидроциклонов-осветлителей равна Н_ц = (2-4) • D_hc, а для гидроциклонов-сгустителей Н_ц =(l-2)Dh_c. Угол конусности а конической части для гидроциклонов-осветлителей равен 5-15°, для гидроциклонов-сгустителей - 20 - 45°.

В зависимости от особенностей технологических задач мо­гут применяться двух- и многопродуктовые напорные гидроци­клоны (см. рис.10), последние имеют несколько сливных тру­бопроводов, отводящих целевые продукты из различных зон восходящего вихревого потока.

За последние годы в ряде отраслей промышленности ши­роко внедряются мультигидроциклоны - монолитные или сбо­рочные блочные конструкции, включающие десятки или сотни единичных напорных гидроциклонов, имеющие единые питаю­щие сливные и шламовые камеры. Мультициклоны позволяют добиваться максимальной компактности установки при обеспе­чении требуемого эффекта очистки и производительно­сти/3,4/.

Для очистки сточных вод от механических загрязнений (частиц крупностью 5 = 50-100 мкм) (табл.8) рекомендуются напорные гидроциклоны малых диаметров, выпускаемых Усолье-Сибирским заводом горного оборудования.

Для отделения мелкодисперсных механических примесей из сточных вод и сгущения осадка могут быть использованы гидроциклоны опытно-экспериментального завода Дзержинско­го филиала Ленниихиммаш. Батарейные циклоны (материал -нержавеющая сталь), состоящие из 12 аппаратов D_hc - 75 мм, имеют производительность 60-70 м³/ч. Гидроциклоны из шести и более единичных гидроциклонов (D_hc =125 мм; d_en = 25 мм, d_ex = 35 мм; d_шл. = 12 мм; а = 10°) используются для очистки сточ­ных вод литейных, стекольных, керамических производств и т.д. С целью повышения надежности батареи единичные гидроци­клоны снабжаются автопульсирующими шламовыми патрубка­ми Производительность батарейного гидроциклона при давле­нии питания 0,4 МПа составляет 120 м³/ч.

Центральным научно-исследовательским институтом крахмалопаточной промышленности (ЦНИИКПП) разработаны мультигидроциклоны. Аппараты предназначены для разделения суспензий картофеле- и кукурузокрахмального производства. Серийное производство этих аппаратов осуществляет Кореневский опытный завод. Основные геометрические размеры и тех­нологические параметры приведены в таблицах 8 и 9.

 

Рис.11. Кинетика отстаивания сточных вод фасонно-формовочного цеха (Со = 300 мг/л, h = 200 мм)

 

 

Таблица8

Технологические параметры и размеры основных узлов и деталей гидроциклонов

 

Наименование

Поделиться: