Циклоны. Примеры задач. Решение. Количество воздуха, поступающего в коллектор Определяем скорость осаждения частиц пыли значением v

• Название: Решение. Количество воздуха, поступающего в коллектор Определяем скорость осаждения частиц пыли значением v
• Анкор: Циклоны
• Дата: 10.11.2021
• Размер: 1.94 Mb.
• Имя файла: Примеры задач.docx
• Тип: Решение; #268573
• страница: 4 из 6

Задача 16. Расчет песчаных фильтров.

Исходные данные: число фильтров N = 12, при N < 20 n_p = 2; загрузка – кварцевый песок с диаметром частиц 0,7÷1,6 мм при высоте слоя 1300 мм, гравий при высоте слоя 200 мм. Скорость фильтрования V_ф = 10 м/ч.

Решение.

1. Расчетная скорость фильтрации



где V_ф – скорость фильтрования;

n_p – число фильтров в ремонте.



2. Суммарная площадь фильтров



где Q – производительность фильтров;

T – продолжительность промывки;

n – число промывок в сутки;



3. Принимаем фильтр размерами 6x6 (f = 36 м2), тогда число фильтров N = F / f.

N = 432 / 36 = 12.

4. Общая высота фильтра

H = H₃ + H_в + h_c + d_к ,

где H₃ – высота фильтрующей загрузки, 1,3 м;

H_в– высота слоя над поверхностью загрузки, 2 м;

h_c – превышение строительной высоты над расчетным уровнем воды принимается 0,5 м;

d_к– диаметр трубчатого дренажа.

H = 4,6 м.

5. Диаметр коллектора трубчатого дренажа определяется исходя из скорости движения воды в нем в ходе промывки:



где q_np – расход промывной воды, м³/с:

q_np = I · f / 1000 = 15 · 36 / 1000 = 0,54 м³/с;

V_к – скорость движения воды в коллекторе:

V_к = 1 –1,2 = 0,2 м/с.



По результатам расчета устанавливаем 12 фильтров размерами 6 x 6 м.
Задача 17. Расчет решеток.

Рассчитать решетки для подводящего коллектора, который имеет d = 50 мм, уклон 0,01, давление 0,48 атм.

Решение.

Расчет решеток сводится к определению числа зазоров n, ширины решетки β и потерь напора Δ_p по формуле:



где Q_v – объемный расход сточной воды;

B – ширина прозора ( принимается в пределах 5–25 мм);

W_п– скорость движущей сточной воды в прозорах (в пределах 0,8–1 м/с).

1. Найдем ширину решетки:



где δ – толщина стержня.

2. Найдем потери напора:



где W – скорость в канале перед решеткой (0,7–0,8 м/с);

K – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления решетки в процессе осаждения в ее зазорах примесей сточных вод, принимается равным 2–3;

ξ – коэффициент местного сопротивления решетки:



β – коэффициент, характеризующий форму поперечного сечения стержней решетки: круглая форма – 1,79; прямоугольная – 2,42;

α – угол наклона решетки к горизонту.
2.3 Очистка сточных вод флотацией
Процесс очистки сточных вод от взвешенных загрязняющих веществ флотацией основан на физико-химических свойствах поверхности частиц взвеси, обусловливающих их способность образовывать флотокомплексы с пузырьками газа, чаще всего воздуха, и гравитационных сил, под действием которых флотокомплексы, имеющие плотность меньше, чем у сточных вод, всплывают к поверхности воды, образуя флотопену.

В соответствии со способами получения в воде пузырьков воздуха (или любого другого газа) различают следующие основные способы флотационной очистки сточных вод от взвесей:

1) флотация пузырьками, образующимися в результате механического диспергирования газа в жидкости;

2) флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов воздуха в воде;

3) электрофлотация, т. е. флотация пузырьками газов, образующимися при электролизе воды.

Основные аппараты, использующие для очистки сточных вод флотацию, – флотоотстойники (флотоловушки) и их специальный тип – седифлоторы (имеют две зоны: верхнюю – флотационную и нижнюю – отстойную). В процессе флотации обычно применяют различные реагенты: клей, канифоль, формалин, ксантогенат.

Особенности процесса ограничивают область использования флотации очисткой сточных вод от таких гидрофобных взвесей, как жиры, масла, нефть и т.д. Для выделения из сточных вод мелкодисперсных частиц с гидрофильной флотацией предполагалось использование гидроциклонов-флотаторов, в основе действия которых помимо флотации лежат также центробежные силы. В гидроциклонах-флотаторах центробежные силы возникают во вращающемся потоке, введенном тангенциально.
Примеры задач по данному разделу

Задача 18. Расчет напорного флотатора.

Исходные данные: диаметр D = 14 м; высота h = 6 м; расход сточной воды G = 6061 м³/ч; время пребывания в отстойной зоне t₀ = 10 ч,

высота отстойной зоны H₀ = 3 м; восходящая скорость движения воды v = 6 мм/с.

Решение.

1. Рабочий объем напорного флотатора



2. Время пребывания сточной воды во флотаторе
за один час проходит Q = 924 / 0,16 = 5775 м³/ч.

Принимаем два флотатора.

3. Диаметр флотатора



4. Диаметр флотационной камеры



5. Количество выпавшего осадка



Время пребывания сточной воды во флотаторе t = 10 мин.
Задача 19. Расчет гидроциклона-флотатора.

Исходные данные: расход сточной воды Q_ст = 3,5 м3/ч, кратность рециркуляции k = 55 % (для заданной эффективности очистки), скорость отбора осветленной воды V = 1200 м³/ч и гидравлическая крупность частиц, отделяемых под действием центробежных сил, 1,2 м/с.

Решение.

Основой для расчета являются следующие зависимости:



где Q_общ и Q_аэр – общий расход и расход аэрированной воды, м³/ч;

d – внутренний диаметр кольцевого желоба, м;

V – скорость отбора осветленной воды, м/ч.



Подставляя формулу (3) в (1), получим



с учетом (4) и (2) получим



1. Внутренний диаметр кольцевого желоба



2. По формуле (СНиП 2.04.03-85) рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку:



3. Определяем площадь зеркала воды:



4. Внешний диаметр



Из стандартного ряда (СНиП 2.04.03-85) выбираем конструктивные размеры: высота цилиндрической части H = 1,55 м, диаметр впускного патрубка d = 120 мм, угол конуса диафрагмы β = 60 °.

2.4 Очистка сточных вод физико-химическими методами (ионный обмен и кристаллизация)
Физико-химические методы очистки сточных вод многообразны.

При их определенном сочетании можно очищать воду любой загрязненности до любой желаемой степени чистоты.

При очистке сточных вод предприятий нашли применение такие физико-химические методы, как нейтрализация, окислительные методы, десорбция, коагулирование и адсорбция, мембранные методы, ионный обмен, кристаллизация и др.

Ионный обмен основан на использовании для очистки сточных вод ионитов, которые представляют собой высокомолекулярные, нерастворимые, но набухающие в воде преимущественно твердые вещества, способные поглощать из растворов электролитов положительные или отрицательные ионы в обмен на эквивалентные количества других ионов, имеющих заряд того же знака.

Продолжительность рабочего цикла ионообменных установок определяется рабочей обменной емкостью ионита. После использования обменной емкости ионита до заданного предела его регенерируют, т. е. обрабатывают соответствующим раствором, в результате чего из ионита удаляются поглощенные ионы, и взамен их вводятся те ионы, которыми ионит был насыщен первоначально.

Помимо синтетических ионитов правильной сферической формы применяют также природные иониты, такие как: глауконитовый песок, различные глины и др. Особое положение занимают электро-ноионообменники редокс-иониты – полимеры, пригодные для осуществления не только ионообменных, но и окислительно-восстановительных процессов.

Важнейшими характеристиками ионитов для практического использования являются: насыпная масса, размер и форма гранул, набухаемость, механическая прочность, скорость процессов ионообменной сорбции и т. д.

Основными аппаратами для работы с ионитами являются напорные и безнапорные катионитовые и ионитовые фильтры. Они используются в водоподготовке для умягчения и обессоливания воды.

Кристаллизация применяется при большом загрязнении сточных вод веществами, способными образовывать кристаллы. Этот способ связан с выпариванием для создания большей концентрации, перемешиванием и охлаждением для образования кристаллов. Основным типом аппаратов, действие которых основано на этом методе, являются кристаллизаторы различных типов.
Примеры задач по данному разделу

Задача 20. Расчет кристаллизаторов органических веществ.

Рассчитать кристаллизатор I ступени нафталиновой фракции по следующим данным: размер секции шнекового кристаллизатора – ширина 600 мм, глубина 675 мм, длина 3 м. Эффективная поверхность охлаждения 3,25 м². Кристаллизуется 60 % 2-метилнафталина, поступающего с температурой 60 °С и охлаждающегося до 0 °С; а₁ = 0,8, а₂ = 0,6.

Решение.

1. Количество кристаллизующегося раствора:



Известно, что на данной стадии вырабатывается 79 т/год обогащенного продукта. По условию кристаллизатор работает непрерывно 4 месяца в год, значит



2. Количество отводимого тепла:



3. Определение Δt:



4. Поверхность теплопередачи



5. Требуемая длина кристаллизатора



Теплоемкость охладителя (15 %-раствора NaCl):

С = 3,553 кДж/(кг · К).

6. Необходимое количество охладителя


Задача 21. Расчет необходимого числа катионитовых фильтров.

Требуется определить необходимое число типовых катионитовых фильтров в установке для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов при следующих исходных данных: рабочая обменная емкость данного ионита POE = 360 г·экв/м³; расход воды, подлежащей очистке, q = 120 м3/ч; содержание ионов в подлежащей очистке воде

C₀ = 6 г·экв/м³; допустимое остаточное содержание ионов в фильтрате

C_ф = 0.

Решение.

1. Скорость фильтрации при эксплуатации ионитовых фильтров первой ступени следует выбрать в пределах от 5 до 25 м/ч. Принимаем v = 20 м/ч.

2. Необходимая суммарная площадь поперечного сечения катионитовых фильтров



3. По каталогам ионитовых фильтров или справочникам выбираем высоту фильтрующего слоя h = 2,5 м и диаметр фильтра d = 2 м.

4. Для одного фильтра площадь поперечного сечения



5. Объем загрузки одного фильтра



6. Необходимое число таких фильтров (с округлением)



7. Суммарный объем загрузки (катионита)



8. Фактическая суммарная площадь поперечного сечения фильтров



9. Фактическая скорость фильтрации



10. Продолжительность рабочего периода фильтроцикла



11. Число дополнительных фильтров, необходимых для обеспечения непрерывной работы установки, можно рассчитать из соотношения



где τ – суммарная продолжительность регенерации и отмывки.

Принимая τ = 4 ч, получим



Таким образом, общее число ионитовых фильтров в установке равно 3.
Задача 22. Расчет катионитового фильтра.

Исходные данные: расход обрабатываемой воды q_w = 100 м³/ч, число регенераций фильтра n – 1 раз в 10 дней, допустимая суммарная концентрация катионов в очищенной воде ∑C = 0,34 г · экв / м³, суммарная концентрация катионов в обрабатываемой воде 0,034 г · экв / м³.

Решение.

1. Рабочая обменная емкость катионита по наименее сорбируемому катиону



где α = 0,8;

E_gen = 800 г · экв / м³;

q = 3;

K_ion = 0,5;

Σ C_w = 0,1 г · экв / м³.

2. Объем катионита в водород-катионитовых фильтрах



3. Площадь катионитовых фильтров



Площадь катионитовых фильтров определяется также по формуле:



где v_f – скорость фильтрования, м/ч.

Принимается F = 5 м².