Пособие по рассчету. Пособие. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине Процессы и аппараты защиты окружающей среды

• Название: Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине Процессы и аппараты защиты окружающей среды
• Анкор: Пособие по рассчету
• Дата: 22.12.2022
• Размер: 2.84 Mb.
• Имя файла: Пособие.docx
• Тип: Методические указания; #858222
• страница: 11 из 12

3 Аппараты механической очистки сточных вод
3.1 Принцип работы песколовки
Песколовки – аппараты, предназначенные для осаждения тяжелых минеральных частиц из сточных вод.

Осаждение – гидродинамический процесс, а для рассмотрения гидродинамических процессов обычно применяют теорию подобия, которая гласит, что подобными являются процессы, явления, для которых соблюдается геометрическое подобие, подобие сил и энергий. Подобие воздействующих на систему сил отражают безразмерные критерии подобия, характеризующие соотношение воздействующих на систему сил.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле 41:

(41)

где w – скорость потока, м/с;

d – определяющий линейный размер, м.
Критерий Рейнольдса характеризует соотношение инерционных сил и сил внутреннего трения. Подобны такие потоки, для которых критерии Рейнольдса совпадают. С помощью данного критерия определяют режимы движения жидкости и режимы осаждения.

Для потока со значением критерия Рейнольдса до 2300 наблюдается ламинарный режим течения, от 2300 до 10000 – переходный, более 10000 – турбулентный. Ламинарный режим течения характеризуется размеренным движением слоёв жидкости относительно друг друга практически без смешения, профиль скоростей неравномерен, но симметричен относительно оси трубопровода – максимальная скорость наблюдается на оси трубопровода и убывает при приближении к поверхности трубопровода. Турбулентный режим характеризуется интенсивным движением жидкости, перемешивание слоёв жидкости за счёт образования турбулентных струй и пульсаций, профиль скоростей симметричен и более равномерен, чем при ламинарном течении, скорость несколько убывает при приближении к поверхности трубопровода. Переходный режим нестабилен и сочетает свойства турбулентного и ламинарного режимов течения.

При осаждении определяющим линейным размером является диаметр частицы, учитывается скорость осаждения. При значениях критерия Рейнольдса до 2 наблюдается ламинарный режим осаждение, от 2 до 500 – переходный, более 500 – турбулентный.

Скорость осаждения, как правило – искомая величина, и чаще режим осаждения определяют с помощью критерия Архимеда, рассчитываемого по формуле 42:

(42)

Критерий Архимеда характеризует соотношение подъёмной силы (результирующей сил тяжести и Архимеда) и сил внутреннего трения При значениях критерия Архимеда до 36 наблюдается ламинарный режим осаждения, от 36 до 83000 – переходный, более 83000 – турбулентный. Критерии Архимеда и Рейнольдса взаимосвязаны, что отражено в формуле 42:

(42)

Таким образом, с увеличением критерия Архимеда увеличивается критерий Рейнольдса, а соответственно и скорость осаждения частиц. Но исходя из формулы очевидно, что при переходе от ламинарного режима к переходному и далее к турбулентному рост критерия Архимеда (скорости) при увеличении критерия Архимеда перестаёт быть линейным и становится степенным. Это связано с тем, что при ламинарном режиме осаждения жидкость плавно обтекает оседающую частицу, а при переходе к переходному и турбулентному режиму за частицей формируются турбулентные струи и вихри, оказывающие дополнительное лобовое сопротивление частицам, оседающим в вышележащих слоях. И чем выше концентрация частиц, тем больше гидравлическое сопротивление. Данное явление называется стеснённым осаждением. Приведем формулу 43 для расчёта лобового сопротивления частицы, формулу 44 для выражения скорости осаждения исходя из критерия Рейнольдса и формулу 45 для определения скорости стеснённого осаждения.

	(43)
	(44)
	(45)

где – объёмная доля жидкости в суспензии.
Таким образом, лобовое сопротивление пропорционально размерам частицы и скорости её движения, так же увеличивается при увеличении концентрации частиц фазы.

Здесь мы рассмотрели основные закономерности процесса осаждения и затронули теорию подобия, в частности рассмотрели ряд критериев гидродинамического подобия [1,8,15].
В таблице 7 приведём схемы основных типов аппаратов, их описание будет приведено в дальнейшем в подразделе 3.2 и таблице 8.
Таблица 7 – Схемы основных типов циклонов

Тип песколовки	Схема
Горизонтальные с прямолинейным движением жидкости
Горизонтальные с круговым движением жидкости
Вертикальные
Тангенциальные
Аэрируемые

3.2 Достоинства и недостатки
На данный момент существует несколько разновидностей песколовок, их конструктивные особенности, достоинства и недостатки рассмотрим в таблице 5 [4].
Таблица 8 – Сравнительный анализ песколовок разных конструкций

Тип	Конструктивные особенности	Достоинства	Недостатки
Горизонтальные с прямолинейным движением жидкости	Резервуар прямоугольной формы, снабжен подводящим и отводящим трубопроводами; желобом для накопления осадка, расположенным ближе к подводящему трубопроводу; эрлифт для удаления осадка; стоит отметить, что дно резервуара выполнено с уклоном в сторону желоба	Малое гидравлическое сопротивление; большая производительность; простота конструкции	Совместное осаждение органических и минеральных частиц; ограниченный диапазон осаждаемых фракций
Горизонтальные с круговым движением жидкости	Представляет собой конический резервуар с периферийным лотком для течения сточных вод	Большая эффективность за счёт организации кругового движения жидкости, облегчение выгрузки осадка	Большее гидравлическое сопротивление, усложнение конструкции и площади занимаемой аппаратом
Вертикальные	Представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем, снабжённый подводящим трубопроводом, обеспечивающий подвод жидкости в центральный цилиндр (трубу), в котором осуществляется гашение напора, скорость которого при достижении нижнего уровня мала. Также аппарат снабжён отводящим трубопроводом, в которого вода поступает из затрубного пространства	Подводящий трубопровод осуществляет подачу воды вертикально, за счёт чего осуществление гашения напора о эллиптическую крышку и центральный цилиндр, что ведёт к снижению скорости и числа вихрей и турбулентных струй, что увеличивает эффективность очистки	Увеличение гидравлического сопротивления и ограничение пропускной способности аппарата

Продолжение таблицы 8

Тип	Конструктивные особенности	Достоинства	Недостатки
Тангенциальные	Представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем, снабженный подводящим трубопроводом, обеспечивающим тангенциальную подачу жидкости; отводящим трубопроводом, осуществляющим водозабор из центра аппарата.	В аппаратах данного типа осуществлён принцип действия циклона, основывающийся на действии центробежной силы, что обеспечивает большую эффективность очистки и большую степень разделения минеральных и органических примесей	Увеличение гидравлического сопротивления и ограничение пропускной способности аппарата, помимо этого песколовки данного типа наиболее чувствительны к суточному изменению расхода воды, так как падает скорость потока, а соответственно не достигается ожидаемая интенсификация гравитационного осаждения
Аэрируемые	Конструктивно похож на горизонтальную песколовку, но снабжён воздуховодом для подвода воздуха к аэраторам – перфорированным трубам, проложенным на незначительном удалении от днища аппарата вдоль наиболее длинной оси аппарата, ближе к одной из стенок для создания винтового движения жидкости	Барботаж жидкости через дисперсную систему приводит к возникновению в среде вихрей и турбулентных струй, диспергированию частиц фазы и лучшему разделению минеральной и органической составляющих, снижает эффект стесненного осаждения. Винтовое движение интенсифицирует гравитационное осаждение за счёт воздействия центробежной силы	Затраты на забор и подведение воздуха с использованием компрессорной техники, помимо этого в песколовках данного типа, несмотря на интенсификацию процесса разделения минеральной и органической составляющих, наиболее вероятен унос частиц песка в связи со сложным режимом течения в аппарате

3.3 Эксплуатационные особенности песколовки
В данной работе производится расчёт горизонтальной песколовки с прямолинейным движением жидкости.

Во – первых, на пункте очистке сточных вод следует размещать не менее двух песколовок ввиду того, что при резком увеличении расхода смеси резко возрастает скорость потока в аппарате. Скорость связано с расходом площадью поперечного сечения аппарата, что отражено в формуле 46:

(46)

Увеличение скорости потока в песколовке сверх 0,3 м/с чревато уносом песка и снижением эффективности осаждения. При увеличении расхода поток разделяют за счёт использования второго аппарата.

Второе требование обусловлено первым – пункт очистки сточных вод должен быть снабжён аппаратурой, позволяющей с установленной нормативами периодичностью производить замер расхода сточных вод.

Третье требование – обеспечение аппаратурой, обеспечивающей измерение количества осадка в аппарате. Обусловлено тем, что накопление осадка уменьшает площадь поперечного сечения аппарата, что при постоянном расходе ведёт к увеличению скорости потока и уносу песка.

Четвертое требование – очистка аппарата от осадка с периодичностью, при которой накопление песка не ведёт к снижению эффективности очистки.

Пятое требование – ведение контроля технологического процесса, сравнение эффективности очистки с заданной проектирующей организацией.

На случай аварийных ситуаций предусмотрен аварийный сброс сточных вод. Подход к запорным приспособлениям должен быть обеспечен, запорные приспособления опломбированы.

Очистку песколовок при малом расходе стоков целесообразно осуществлять вручную или шнековым подъёмником.

При больших расходах стоков целесообразно применять гидромеханические методы очистки песколовок с использованием эрлифта, пескового насоса или гидроэлеватора.

Эрлифт представляет собой трубопровод, подводимый к желобу со скопившимся осадком, в головной части которого смонтирован патрубок для подачи воздуха. В результате подачи воздуха создаётся разрежение у головной части трубопровода и движение влажного осадка в трубопровод.

Принцип работа гидроэлеватора схож с принципом работы эрлифта, но в трубопровод через сопло подают техническую воду, давление в которой падает при попадании в следующей за соплом камере расширения, в результате разрежения осадок откачивается.

Песковые насосы представляют собой динамические центробежные насосы, внутренняя поверхность которых футерована ввиду условий эксплуатации.

Выгруженный осадок обладает высокой влажностью, и перед дальнейшим использованием или захоронением должен подвергнуться обезвоживанию.

Первый способ – отведение откачанной пульпы на песковые площадки, представляющие собой карты с ограждающими валами высотой до двух метров. Площадь площадки выбирается исходя из условия нагрузки не более 3 кубических метров пульпы на квадратный метр в год. Пульпа подводится к площадке по трубопроводу и распределяется лотками по площадке. Влага удаляется посредством дренажной системы. Удаляемая вода подаётся в начало очистных сооружений.

Второй способ – отмывка песка и его последующая сушка. Для интенсификации отмывки песка целесообразно применять напорные гидроциклоны. Сушка ведется в бункере, рассчитанном на 1,5 – 5 дней хранения песка.

3.4 Конструктивный расчёт песколовки
Произведём расчёт песколовки. Исходные данные: расход смеси 480 м³/ч; количество отделений 2; высота проточной части 0,7 м; диаметр частиц 0,29 мм; скорость осаждения 24, 5 мм/с; скорость потока принимаем 0,2 м/с [4].

Площадь сечения определим по формуле 47:

(47)

где – количество отделений.
м/с
Коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов определяем по формуле 48:

(48)

где u₀ – скорость осаждения, м/с.
= 1,0954
Длину песколовки определяют по формуле 49:

(49)

где - высота проточной части, м.
= 6,259 м

Ширину песколовки определяют по формуле 50:

(50)

= 0,476 м
Высоту песколовки определяют по формуле 51:

H=h1+h2+h3+h4

(51)

где h₂ – высота слоя песка, м;

h₃ – высота надводной части, м;

h₄ – высота желоба, м.
При расчёте принимаем, что высоты желоба и проточной части равны, высоты слоя песка и надводной части равны между собой и равны половине высоты проточной части. С учётом этого преобразуем формулу 51 и получим формулу 52:

H=3 h1

(52)

H=3 0,7=2,1 м
Результаты расчётов сведём в таблицу 9.
Таблица 9 – Конструктивные параметры песколовки

Наименование	Обозначение	Значение
Длина, м		6,5
Ширина, м		0,5
Высота общая, м	H	2,1