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: 7 из 12

Расчет аппаратов очистки сточных вод
Оборудования для механической очистки сточных вод

Цель расчета: Приобретение навыков выбора и расчета песколовок и отстойников.

Задание 5- Расчет горизонтального отстойника
1. Скорость осаждения частиц в отстойнике, м/с (для мелких частиц сферической формы, осаждающихся в ламинарном режиме и в нестесненных условиях (критерий Архимеда Аr ≤ 3,6)) рассчитали по уравнению Стокса:

,

(1)

где d_ч – минимальный эквивалентный диаметр частиц, осаждаемых в отстойнике, м;

ρ_ч – кажущаяся плотность частиц, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкости, примем 1020 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равное 9,81м/с²;

2. Рабочий объем отстойника нашли по формуле 2:

V = Q·τ ,

(2)

где Q – расход сточных вод, м³/ч

τ – время отстаивания, принимаем 1,5 ч.

3. Ширину отстойника определили по формуле 3:

,

(3)

где Q – расход сточных вод, м³/с;

v – скорость движения сточных вод в отстойнике, принимаем равной 0,005 м/с;

Н – глубина горизонтального отстойника, принимаем равной 3,2 м.

4.Определили длину горизонтального отстойника по формуле 4:

(4)

где V – рабочий объём отстойника, м³.

5. Днище отстойника выполняется с уклоном к приямку не менее 0,005; высота нейтрального слоя принимается равной 0,3 м над поверхностью осадка; для вторичных отстойников должна быть учтена глубина слоя ила, равная 0,3–0,5 м.

Задание 6 - Расчет горизонтальной песколовки

1. Площадь сечения песколовки:

, (1)

где

Q – расход сточных вод, м³/с;

v– средняя скорость движения воды, принимаем 0,2 м/с;

n – количество отделений.

2. Длину песколовки вычисляют по формуле:

, (2)

где

h₁ – глубина проточной части, м;

u₀ – гидравлическая крупность песка расчетного диаметра, м/с.

k – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок:

, (3)

где u₀ – гидравлическая крупность песка расчетного диаметра, м/с

3. Ширина песколовки, м:

,

(4)

4. Общая высота песколовки, м:

H= h1+h2+h3+h4,

(5)

где

h₁, h₂, h₃ и h₄ – соответственно, высота проточной части, слоя песка, надводной части и приямки (принимаем: h₄ = h₁; h₂ = h₃ = h₁/2).

5. Уклон днища для сползания слоя песка к приямку принимают 0,2–0,4.

Разделение «жидкость – твердое» тело центрифугированием. Технологический и конструктивный расчет центрифуг3.4 Конструктивный расчёт центрифуги

Цель работы: Приобретение навыков по очистке воды от твердых частиц методом центрифугирования, выбор и расчет центрифуг.

Задание 7 - Расчет центрифуги

В теоретическом анализе процессов центрифугирования следует отметить наличие белых пятен, относящихся к проблемам гидродинамики жидкостей в поле центробежных сил. При практических расчетах и анализе процессов центрифугирования приходится пользоваться упрощениями, схематизацией и допущениями, а также результатами широкомасштабного эксперимента.

1. 
   Определяем рабочий объем ротора центрифуги, м³:
   

V = Q*τ (1)

где Q – расход сточной воды, м³/с;

τ – время центрифугирования, принимаем 120 с.

2 Так как ротор обычно заполняют на половину или на 2/3, то полный объем ротора:

V = 1,5*V_раб (2)

если принять L равным R ротора , то:

L=R= (3)

3 Определяем среднее расстояние от оси ротора до частиц, м:

r_ср= (4)

где r₀ – радиус свободной поверхности жидкости в роторе, r₀ = 0,866 R.

4 Определяем угловую скорость вращения ротора, рад/с:

(5)

где

v_ос – скорость осаждения частиц в гравитационном поле, м/с, находят по формуле:

v_ос= (6)

где d_ч – минимальный эквивалентный диаметр осаждаемых частиц, м;

ρ_г – кажущаяся плотность частиц, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкости, примем 1020 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равная 9,81 м/с²;

μ – динамическая вязкость жидкости, принимаем 10^-3 Па∙с.

5 Индекс производительности центрифуги:

Uц =

(7)

где ρ_г – кажущаяся плотность частиц, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкости, примем 1020 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равная 9,81 м/с²;

μ – динамическая вязкость жидкости, принимаем 10^-3 Па∙с.

6 Производительность по осадку, м³/ч или кг/ч:

Qос = С0Q/ρч, или Qос = С0Q

(8)

где С₀ – концентрация твердых частиц в сточной воде, кг/м³.

7 Площадь поверхности барабана, м²:

S = S₁₊S₂₊S₃= πR²+π(R²-r₀²)+2πRL = π(2R²-r₀²+2RL) (9)

где S₁ и S₂ – площади торцевых частей (сплошная сторона и сторона подвода воды и механизма съема осадка);

S₃ – площадь боковой части.

Объем материала барабана, м³:

Vм = S∙h

(10)

где h – толщина материала (принимаем равной 5 мм.).

8 Масса барабана, кг:

Mб = Vм∙ρт

(11)

где ρ_т – плотность материала барабана (обычно сталь плотностью 7900 кг/м³).

9 Масса суспензии, кг:

тc = ρm*Vраб

(12)

10 Количество суспензии за единицу времени, кг/с:

G = Q*ρж

(13)

11 Затраты энергии на центрифугирование или мощность электродвигателя на рабочем ходу, Вт:

N_р=N_в+N_с+N_т=0,005*R^4*L*ρ*w³+0,5*Gr_ср²*w²*+(m_б+m_c)*g*k*r_В*w (14)

где N_т – мощность для преодоления силы трения вала в подшипниках;

N_с – мощность для закручивания поступающей суспензии;

N_в – мощность для взаимодействия вращающегося ротора с воздухом;

ρ =1,29 кг/м³ – плотность воздуха;

k – коэффициент трения, принимаем k = 0,1;

радиус вала –r_в= 0,025м.

12 Мощность для пуска, Вт:

Nп=2,5Nр

(15)

Задание 8 - Флотационная очистка сточных вод

Расчет флотатора

При проектировании флотаторов-отстойников следует принимать:

- общее время пребывания воды во флотаторе-отстойнике τ _общ = 20 мин;

- время пребывания воды во флотационной камере τ _к = 5–7 мин; τ

- общая высота флотатора-отстойника Н = 3 м;

- Vк скорость движения воды во флотационной камере принимаем равной в диапазоне 10-20 м/ч;

- высота флотационной камеры Нк = 1,5 м.

1. Диаметр флотационной камеры определяют по формуле:

(4.1)

где:

Q – расход сточных вод, поступающих на один флотатор-отстойник, м³/ч;

v_к – скорость движения воды во флотационной камере, м/ч.

Подставляем исходные данные в формулу 4.1:

= 5,95 м

2. Диаметр флотатора – отстойника, м, определяют по формуле:

(4.2)

где v_о – скорость движения воды в отстойной зоне, равная 4,7 м/ч;

Биохимическая очистка сточных вод

Задание 9- Расчет аэротенка

Цель работы: Приобретение знаний и навыков по расчету процессов и сооружений биологической очистки сточных вод.

Задача технологического расчета аэротенков – определение основных параметров системы (длительность аэрации, расход воздуха, объем), по которым устанавливаются размеры сооружения. Типовые аэротенки имеют размеры 36–114 м длины, 8–36 м ширины и 3–5 м глубины. Имеются следующие типовые данные:

- число коридоров – 2, 3 и 4;

- ширина коридоров – 4, 5, 6 и 9 м;

- шаг длины коридора – 6 м (длина стандартной панели);

- рабочая глубина – 3,2; 4,4 и 5 м.

1. 
   Длительность аэрации рассчитывается по формуле:
   

(1)

где

L₀ и L₁ – БПК_полн поступающей сточной и очищенной воды, мг/л;

a – концентрация ила в аэротенке, г/л;

ρ – скорость окисления загрязнения на 1 г сухой биомассы, мг БПК)/(г∙ч).

2. 
   Удельный расход воздуха, м³ воздуха/ м³ ст. воды:
   

(2)

где

z = 2 мг(О₂)/мг(БПК) – удельный расход кислорода;

k1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора, являющейся функцией площади, занятой аэраторами по отношению к площади зеркала воды в аэротенке;

k2 = h^0,67 – коэффициент, учитывающий глубину погружения аэратора (например, h = 3 м);

n1 – коэффициент, учета температуры (например, при t=24 ⁰ C, табл. 1);

n2 – коэффициент качества воды; с – растворимость кислорода, мг/л;

b – допустимая минимальная концентрация кислорода, которая не лимитирует скорости окисления, принимаем b = 3 мг/л.

Таблица 1 – Коэффициент учета температуры

t, 0С	5	10	12	14	16	18	20	22	24	26	27
c, мг/л	12,8	11,3	10,8	10,3	9,8	9,4	9,0	8,7	8,3	8,0	7,7
n1	0,5	0,63	0,69	0,76	0,83	0,91	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4

3. 
   Объем аэротенка, м³:
   

(3)

где

Q – расход сточной воды, м³/ч.

4. Конструктивные размеры аэротенка можно принимать из конструкционных соображений, в зависимости от объема сооружения:

4.1 Рабочая глубина H принимается из типовых размеров, например,

H =3,2 м

4.2. Площадь зеркало воды в аэротенке, м²:

(4)

4.3. Длину аэротенка определяем по формуле:

(5)

(5)

где S – площадь зеркало воды в аэротенке, м².

Полученное значение L округляем до ближайшего значения, кратного шагу длины коридора (6 м). L = 72

4.4. Ширина аэротенка, м:

(6)

Полученное значение В округляем до ближайшего значения, кратного типовым размерам ширины коридоров (Bi = 4, 5, 6 или 9 м), при этом число коридоров должно получиться 2, 3 или 4:

(7)

где

Bi – размеры ширины коридоров.