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: 12 из 12

4 Аппараты физико-химической очистки сточных вод
4.1 Принцип работы флотатора
При изучении процесса флотации необходимо подробнее рассмотреть одно из поверхностных явлений – адгезию.

Адгезия – явление самопроизвольного притяжения между конденсированными (твёрдыми или жидкими) телами. Частные случаи адгезии – аутогезия и когезия. Аутогезия – адгезия между однородными телами. Когезия – адгезия внутри конденсированного тела.

Согласно второму началу термодинамики любая система стремится к состоянию с наименьшей энергией. Поверхностные явления обусловлены стремлением системы снизить поверхностную энергию, что осуществляется за счёт уменьшения поверхности раздела фаз в системе либо изменения характера поверхности.

При нанесении капли жидкости на твёрдое тело в воздушной среде образуется три границы раздела фаз: твердое – жидкость, жидкость – газ и твёрдое – газ. Во всех случаях действуют силы поверхностного натяжения, что в итоге приводит к установлению равновесия, уникального для каждого конкретного случая.

Исходя из условия равновесия, запишем формулу 53:

(53)

где -поверхностное натяжение на соответствующей границе, Н/м;

– краевой угол смачивания, градус.
Краевой угол смачивания всегда откладывается в сторону жидкости и заключён между поверхностями раздела твёрдое – жидкое и жидкое – газ. В зависимости от краевого угла смачивания поверхности подразделяют (в случае если жидкость – вода) на гидрофобные, для которых краевой угол смачивания более 90 градусов, и гидрофильные, для которых краевой угол смачивания менее 90 градусов.

При нанесении капли между жидкостью и твёрдым телом образуется новая поверхность раздела, и в случае, если это происходит самопроизвольно, то процесс сопровождается снижением энергии и совершением системой работы – работы адгезии.

Работа в данном случае совершается за счёт убыли энергии, основная энергетическая характеристика поверхности – поверхностное натяжение, запишем формулу 54:

(54)

где – работа адгезии, Дж.
Перенесем поверхностное натяжение на границе жидкое – газ в левую часть равенства и получим формулу 55:

(55)

Наблюдаем, что правая часть формулы 55 и левая часть формулы 53 равны, значит, мы можем приравнять левую часть формулы 55 и правую – формулы 53, выразив из полученного равенства работу адгезии получим формулу 56:

(56)

Таким образом, у смачиваемых (гидрофильных), обладающих краевым углом смачивания менее 90 градусов, работа адгезии велика, и тем больше, чем выше поверхностное натяжение на границе газ – жидкость, то есть образуется прочная сплошная поверхность раздела.

В процессе флотации мы пропускаем газ через суспензию, и нашей целью является налипания пузырьков воздуха на частицы фазы, их всплывание и удаление. Таким образом, в процессе флотации будут с большей эффективностью отделены такие частицы, для которых краевой угол смачивания велик, поверхностное натяжение на границе жидкое – газ мало. Эти факторы способствуют тому, чтобы на границе твердое – жидкое образовался избыток поверхностной энергии, и прилипание пузырьков вело бы к существенному снижению энергии. Для этих целей зачастую применяют поверхностно – активные вещества, которые увеличивают гидрофобность поверхности частиц и устойчивость образующейся на поверхности пены [1,2,10].

В таблице 10 приведём схемы основных типов аппаратов, их описание будет приведено в дальнейшем в подразделе 4.2 и таблице 11.
Таблица 10 – Схемы основных типов флотаторов

Тип флотатора	Схема
Флотаторы с выделением воздуха из раствора
Импеллерные флотаторы с механическим диспергированием
Пневматические флотаторы

4.2 Достоинства и недостатки
На данный момент существует несколько разновидностей флотаторов, их конструктивные особенности, достоинства и недостатки рассмотрим в таблице 11 [4,12].
Таблица 11 – Сравнительный анализ флотаторов разных конструкций

Тип	Конструктивные особенности	Достоинства	Недостатки
Флотаторы с выделением воздуха из раствора	Конструктивно представляет собой радиальный отстойник, снабжённый флотационной камерой с водораспределителем, откуда осуществляется подача пересыщенной воздухом воды. Помимо этого аппарат оборудован скребком для удаления пены в шламонакопитель	Относительная простота конструкции, удаление высокодисперсных частиц	Необходимость оборудования дополнительного узла – сатуратора для пересыщения подводимой во флотационную камеру воды воздух, а соответственно увеличиваются расходы на привод компрессоров
Импеллерные флотаторы с механическим диспергированием	Представляет собой аппарат, снабжённый флотационной камерой, где за счёт вращающегося импеллера с воздушной трубкой происходит диспергирование воздуха в растворе. Пена удаляется пеноснимателем	Эффективная очистка сточных вод с высокой концентрацией нерастворённых примесей, жиров и нефтепродуктов	Повышение расходов на привод вала импеллера и компрессоров для подачи, ограниченная производительность

Продолжение таблицы 11

Тип	Конструктивные особенности	Достоинства	Недостатки
Пневматические флотаторы	Представляет собой горизонтальный аппарат, в нижней части которого расположена газораспределительная камера, куда подаётся воздух. Диспергирование воздуха осуществляется через фильтроносные пластины газораспределительной камеры. Флотационная камера располагается непосредственно над газораспределительной, пена удаляется скребком	Простота конструкции и малые энергозатраты	Высота жидкости над фильтроносными пластинами не должна превышать 2 метров, что ведёт к ограниченной производительности аппарата. Образование осадка на фильтроносных пластинах увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата и расход энергии на привод компрессора

4.3 Эксплуатационные особенности флотатора
При эксплуатации флотатора следует использовать средства контроля и автоматизации технологического процесса.

Качество очистки рекомендуется контролировать по величине оптических плотностей загрязнённой и осветлённой жидкостей.

При проведении коагуляции для интенсификации флотации, аппарат снабжается камерой для коагуляции, перед введением реагентов обязателен замер водородного показателя, и доведение его до требуемого добавлением реагентов, после чего осуществляется введение коагулянта.

Флотатор отстойник требует регулярной очистки, иначе уменьшается его эффективный объём, а соответственно и производительность аппарата, возрастает гидравлическое сопротивление и падает эффективность очистки.

На случай аварийных ситуаций предусмотрен аварийный сброс сточных вод. Подход к запорным приспособлениям должен быть обеспечен, запорные приспособления опломбированы [4].

4.4 Конструктивный расчёт флотатора
Произведём расчёт флотатора. Исходные данные: расход смеси 420 м3/ч;; высота аппарата 3,2 м; высота флотационной камеры 1,4 м; общее время пребывания 32 мин; время пребывания во флотационной камере 9 мин; скорость потока во флотационной камере принимаем 10 м/с; скорость потока в отстойнике принимаем 4 м/с [4].

Диаметр флотационной камеры определяем по формуле 57:

(57)

где – расход смеси, м³/ч;

– скорость потока во флотационной камере, м/ч.

Диаметр флотатора – отстойника определяем по формуле 58:

(58)

где – расход смеси, м³/ч;

– скорость потока во флотаторе - отстойнике, м/ч.
= 13,681 м
Основные конструктивные параметры сведём в таблицу 12.
Таблица 12 – Основные конструктивные параметры флотатора

Наименование	Обозначение	Значение
Диаметр флотационной камеры, м		7
Диаметр флотатора - отстойника, м		14
Высота общая, м	H	3,2
Высота флотационной камеры, м		1,4

Заключение
При выполнении курсовой работы был произведен конструктивный расчёт циклона, фильтра пористого, песколовки и флотатора. Приведены принципы работы указанных аппаратов, рассмотрены основные достоинства и недостатки используемых процессов, приведены сведения об особенностях эксплуатации указанных аппаратов. Выполнены констуктивные схемы аппаратов и спецификации к ним.

Сведём основные технологические и конструктивные параметры рассчитанных аппаратов в таблицу 13.
Таблица 13 – Основные параметры аппаратов

Аппарат	Параметр	Обозначение	Значение
Циклон	Расход, м3/ч		1
	Концентрация на входе, г/м3		20
	Концентрация на выходе, г/м3		2,4
	Диаметр частиц, осаждаемых при рабочих условиях с эффективностью, равной 50 процентам, мкм		2,6
	Эффективность очистки, процент		87,9
	Гидравлическое сопротивление аппарата, Па		1042
	Мощность привода, Вт	N	1953
	Диаметр аппарата, м		0,8
	Внутренний диаметр выхлопной трубы, м	d	0,3
	Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия, м	d1	0,3
	Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер), м	b	0,2
	Длина входного патрубка, м	l	0,5
	Высота установки фланца, м	hфл	0,1
	Высота входного патрубка (внутренний размер), м	a	0,4
	Высота цилиндрической части циклона, м	Hц	0,4
	Высота конуса циклона, м	Hк	2,5
	Высота внешней части выхлопной трубы, м	hв	0,2
	Высота заглублений выхлопной трубы, м	hт	0,4
	Угол развертки, град (рад)		135 (2,35)

Продолжение таблицы 13

Аппарат	Параметр	Обозначение	Значение
Циклон	Радиус улитки, м	р	0,5
Фильтр пористый	Диаметр частиц порошка, мкм	dпср	148
	Площадь поверхности фильтрования, м2	F	0,26
	Скорость фильтрования, м/с	wф	0,2
	Максимальное время работы фильтра, ч	τм	58.9
	Эффективность очистки, процент		98,3
	Диаметр аппарата, м	D	0,57
	Длина аппарата, м	l	0,57
Песколовка	Длина, м		6,5
	Ширина, м		0,5
	Высота общая, м	H	2,1
Флотатор	Диаметр флотационной камеры, м		7
	Диаметр флотатора - отстойника, м		14
	Высота общая, м	H	3,2
	Высота флотационной камеры, м		1,4

Список используемых источников
1. Баранов, Д. А. Процессы и аппараты химической технологии: учебное пособие / Д. А. Баранов. - 3-е изд., стер. - Санкт-Петербург: Лань, 2020. - 408 с.

2. Бородулин, Д. М. Процессы и аппараты пищевых производств и биотехнологии: учебное пособие / Д. М. Бородулин, М. Т. Шулбаева, Е. А. Сафонова, Е. А. Вагайцева. - 3-е изд., стер. - Санкт-Петербург: Лань, 2020. - 292 с.

3. Быков, А. П. Инженерная экология. Охрана атмосферного воздуха: учебное пособие / А. П. Быков. - Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2018. - 154 c.

4. Ветошкин, А. Г. Технические средства инженерной экологии: учебное пособие / А. Г. Ветошкин. - Санкт-Петербург: Лань, 2018. - 424 с.

5. Ветошкин, А.Г. Инженерная зашита окружающей среды от вредных выбросов: учеб. пособие / А. Г. Ветошкин. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Инфра-Инженерия, 2019. - 416 с.

6. Ветошкин, А. Г. Аппаратурное оформление процессов защиты атмосферы от газовых выбросов: Учебное пособие / А. Г. Ветошкин. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 244 с.

7. Зиганшин, М. Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки. Учебное пособие / М. Г. Зиганшин. - Москва: Лань, 2018. - 163 c.

8. Кулагина, Т. А. Теоретические основы защиты окружающей среды: учебное пособие / Т. А. Кулагина, Л. В. Кулагина. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2017. - 364 c.

9. Луканин, А. В. Инженерная экология: процессы и аппараты очистки газовоздушных выбросов: учебное пособие / А.В. Луканин. - Москва: ИНФРА-М, 2019. - 523 с.
10. Пикалов, Е.С. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Механические и физические методы очистки промышленных выбросов в атмосферу и гидросферу: учебное пособие / Е.С. Пикалов – Владимир: изд-во ВлГУ, 2015. – 79 с.

11. Родионов, А.И. Охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты атмосферы. Учебник для СПО / А.И. Родионов. - Москва: Юрайт, 2018. -719 c.

12. Романков, П. Г. Массообменные процессы химической технологии / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк. - М.: Химиздат, 2018. - 448 c.

13. Романков, П. Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) / П. Г. Романков, В. Ф. Фролов, О. М. Флисюк. - Москва: Химиздат, 2020. - 544 c.

14. Самсонов, В. Т. Обеспыливание воздуха в промышленности: методы и средства: монография / В.Т. Самсонов. - Москва: ИНФРА-М, 2019. - 234 с.

15. Фролов, В. Ф. Лекции по курсу "Процессы и аппараты химической технологии" / В.Ф. Фролов. - Москва: Химиздат, 2018. - 608 c.