Общие сведения о реагентном хозяйстве.

Объемы баков реагентного хозяйства зависят от вида (жидкий или твердый) применяемого химиката, режима работы водоочистного цеха.

Растворение реагентов, поставляемых в твердом состоянии в виде порошка, гранул или дробленых кусков, производится в растворных баках, оборудованных системами подачи сжатого воздуха. Количество растворных баков должно быть не менее 3.

Расходные баки в количестве не менее 2 рассчитывают на сменную потребность (8 - 12 ч) в реагенте.

Склады реагентов рассчитываются на 30-суточную потребность в них, но не менее объема разовой поставки. [2]

Раствор коагулянта является агрессивным по отношению к бетону и черным металлам, в связи с чем предусматриваю соответствующую кислотостойкую защиту стен баков и подбираю кислотостойкие насосы, трубопроводы и арматуру. [3]

СХЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ КОАГУЛЯНТА И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ.

Коагулянт Al₂(SO₄)₃. с содержанием активной части в товарном продукте р_к = 50 % поставляется в дробленом виде (зерна 1-3мм) в разовых контейнерах массой 1 т, объем разовой поставки - 50 т. по [2].

Выбираю сухой способ хранения коагулянта. Он состоит в следующем (по [3]).

Коагулянт (сульфат алюминия) из транспортного средства выгружается в бункера (рис. 1), откуда грейфером 2, закрепленным на кран-балке 1, по мере необходимости подается в растворный бак 6 через загрузочную воронку 3. Растворный бак оборудован защитной решеткой 4, задерживающей крупные куски коагулянта и предохраняющей от разрушения дно бака и перфорированные трубы 5, подающие воздух для перемешивания. Концентрированный раствор через перепускной рукав 7 переливается в расходный бак 8, где добавлением воды доводится до необходимой концентрации и подается кислотостойкими насосами 9 на дозирование. Сжатый воздух на перемешивание подается воздуходувками 10.

РАСЧЕТ РАСТВОРНЫХ БАКОВ (по[7]):

Объем растворных баков коагулянта W_pб определяем по формуле:

, где

Т- время, на которое заготавливается раствор, согласно рекомендациям [7], принимаю равным 11 ч;

с_к - концентрация коагулянта в растворных баках - 10 %;

р_к - плотность 10%-го раствора коагулянта -1,06 г/см³;

240000 – переводной коэффициент.

Расчёт веду на подачу максимальной дозы коагулянта, так как при других дозах Al₂(SO₄)₃ объём растворных баков будет удовлетворять требуемым.

Предусматриваю устройство 3 растворных баков емкостью 1,4 м³ каждый. (рис.1). Количество коагулянта, загружаемое в один бак при приготовлении раствора:

n - количество растворных баков (n = 3);

10 – переводной коэффициент.

Принимаю размеры бака (В х L х Н) 1,0 х 1,0 х 1,9 м (строительную высоту бака увеличиваю на 0,5 м во избежание выплескивания раствора коагулянта при затворении, т.е. Н = 1,4 + 0,5 = 1,9 м).

Для растворения и перемешивания коагулянта предусматриваем подачу сжатого воздуха с интенсивностью q_e = 10 л/(с*м²). (может быть в пределах 8-10 л/(м²*с) по [3])

Найду расход воздуха V_t для одного растворного бака:

V_в = q_e BL = 10 х 1 х 1 = 10 л/с = 0,01м³/с. = 0,6 м³/мин

Для интенсификации процесса растворения коагулянта и разбавления его концентрированных растворов перемешивание в баках производится, как правило, с помощью сжатого воздуха. Для распределения сжатого воздуха применяю дырчатые трубы из полиэтилена.

Расстояние между трубами, b_тр, прокладываемыми по днищу бака, принимаю равным 0,25 м. Количество распределительных труб в баке t, определяю исходя из его ширины В и b_тр

t=В/ b_тр = 1/0,25=4,

Диаметр распределительных труб при скорости движения воздуха в трубах υ_та = 10 м/с составит:

d_pm = (4V_в./π υ_та п) ^0,5 = [4 х 0,01 / (10 х 4 х 3,14)] ^0,5 = 0,018 м = 18 мм.

По каталогу выбираю трубы ПНД D = 20 мм.

Принимаем диаметр отверстий в трубах d_o = 4 мм = 0,004 м, скорость выхода воздуха из отверстий υ_о = 20 м/с. Количество отверстий в трубах:

шт

Длина распределительных труб в баке, на которой расположены отверстия, составляет 4 м, расстояние между ними l_o составит:

l_o = /п_o =4 / 40 = 0,1 м или 100 мм. Отверстия размещены снизу трубопровода.

В баке на расстоянии 200 мм от дна предусматриваю колосниковую решетку с прозорами 10 мм. Дно бака проектирую пирамидальным с наклоном 15 град к выпуску диаметром 100 мм.

РАСЧЕТ РАСХОДНЫХ БАКОВ (по[2]):

Как было сказано выше, число расходных баков принимаю равным 2. Объем каждого из них рассчитываю на потребность в коагулянте в течение 11 ч. При концентрации коагулянта в расходном баке 10% общий объем составит 4,2 м³ (см. выше). Объём одного растворного бака составит 4,2 / 2 = 2,1 м³

Принимаю размеры баков (B x L x H) 1,0 х 1,5 х 1,5 м.

Для перемешивания раствора коагулянта в расходных баках проектирую трубчатую воздухораспределительную систему.

При интенсивности подачи сжатого воздуха q_e = 4 л/(с*м²) расход воздуха, подаваемый в бак составит:

V_рб= q_вBL = 4 * 1,0 * 1,5 = 11,4 л/с*м² или0,69 м³/мин.

Принимаю скорость движения воздуха в трубах v_ma = 10 м/с, расстояние между трубами по дну бака b_р = 400 мм. Диаметр распределительных трубопроводов определяю по выражению:

d = (4V_рб b_р /π υ_та В) ^0,5 = [4 * 0,0114 *0,4 / (3,14 * 10 * 1,0)] ^0,5 = 0,018 м = 18 мм.

По каталогу выбираю трубы ПНД D = 20 мм.

При диаметре отверстий для распределения воздуха из трубопроводов d_o = 4 мм и скорости выхода v_о = 20 м/с общее число их п_o будет равным:

шт

При общей длине перфорированного участка трубопровода BL/b_p = 1,0 * 1,5 / 0,4 = 7,125 м расстояние между отверстиями в трубах составит:

7,125 / 46 = = 0,16 м или 160 мм.

Днища расходных баков проектирую с уклоном 0,01 к приямку, из которого устраиваю выпуск, диаметром 100 мм.

Для перекачивания раствора коагулянта из растворных баков в расходные предусматриваю в техническом коридоре насосы X 32-50-125 (один рабочий и один резервный).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ СКЛАДА, ДЛЯ ХРАНЕНИЯ КОАГУЛЯНТА:

Определяю месячную потребность станции в коагулянте G_K (по поставляемому продукту)

G_K = 30 Q D_к (100 / p_к) / 1000 , где

р_к - содержание активной части в товарном продукте

В период наибольшей цветности:

G_K = 30 Q D_к (100 / p_к) / 1000 = 30 * 17304 * 50,6 * 100 / 50 / 1000 = 52535 кг.

В период наименьшей цветности:

G_K = 30 Q D_к (100 / p_к) / 1000 = 30 * 17304 * 35,78 * 100 / 50 / 1000 = 37148 кг.

Объем разовой поставки (50 т) меньше месячной потребности в коагулянте, равной 52535 кг (52,535 т), поэтому площадь склада рассчитываю на хранение 53 т. Коагулянт размещаю слоем большей высоты (допустимо до 3,5 м – см. ниже, а склад считаю на высоту, равную 2 м). Вычисления веду по формуле:

F_к = G_K/H ρ_ск + f_доп, где

Н - высота слоя коагулянта в складе при хранении, принимаю 2,0 м (возможно до 3,5м по[2] );

ρ_ск - объемная масса дробленого коагулянта в сухом виде - 1100 кг/м³;

f_доп - дополнительное пространство в складе, требуемое для размещения машины с реагентом при разгрузке и проходов вокруг нее, равное 16 м²;

F_K = 53000 / (2 * 1100) + 16 = 40,09 м².

СХЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИАКРИЛАМИТА (ПАА)

ПАА по ТУ 6-01-1049-76 с содержанием ПАА = 100 % (p_ПАА) доставляется в мешках массой 20 кг.

Определяю суточный расход флокулянта G_ПАА:

G_ПАА = Q Д_ПАА / 1000 = 17304 * 0,08 / 1000 = 1,38 кг.

Предусматриваю установку для растворения полиакриламида УРП-2М. Установка УРП-2М (рис. 2) предназначена для приготовления 0,5—1%-ного раствора полиакриламида. В состав установки входят бак 2, крыльчатка с электроприводом 3 и центробежный насос 4. Установка смонтирована на сварной раме, крепящейся анкерными болтами на фундаменте. В трубопроводной обвязке в качестве арматуры применяются пробковые краны. Предусмотрен кран для отбора проб. Для обслуживания установки имеется площадка 1.

Техническая характеристика установки УРП-2М (ПКБ АКХ имени К. Д. Памфилова)

Производительность, м³/сут . 14

Вместимость бака, м³ 2.

Количество раствора в баке, м³ 1,2

Концентрация раствора, %.. не более 1

Оптимальная температура растворения, ⁰С не более 40

Время перемешивания, мин 25—40

Частота вращения крыльчатки, об/мин 960

Марка насоса 2К-20/30

Установленная мощность, кВт ....... 7

Масса, кг 730

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ СКЛАДА, ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПОЛИАКРИЛАМИДА:

Площадь склада для хранения ПАА в соответствии с требованиями [1] рассчитываю на 30-и суточную потребность в ней G_{ПАА 30} сравнивая с объемом разовой поставки.

G_{ПАА 30} = 30 Q Д_ПАА / 10 p_ПАА = 30*17304*0,08 / 10 / 100 = 41,53 кг.

Вследствие того, что 30-и суточную потребность и ПАА способен удовлетворить завоз 2 мешков, отдельного складского помещения не предусматриваю. Два мешка ПАА размещаю в помещении с установкой УРП-2М, предусмотрев для этих целей площадь, равную 2 м².

СХЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ.

Известь гашеная по ГОСТ 91. 79 с содержанием СаО = 67 % (p_u) доставляется в мешках массой 25 кг, объем разовой поставки - 10 т по [2]..

Определяю суточный расход извести G_uc (по СаО):

G_uc = Q Д_щ / 1000 = 17304 * 24,86 / 1000 = 430,2 кг.

Для такого расхода и в соответствии с качеством поставляемого реагента целесообразно применить схему приготовления извести с растворными баками и гидромешалками.

РАСЧЕТ РАСТВОРНЫХ БАКОВ (по[2]):

По п. 6.35 [1] количество баков для известкового молока надлежит предусматривать не менее 2. Концентрацию известкового молока в расходных баках слеует принимать не более 5% по СаО.

Объем растворных баков при концентрации суспензии (по СаО) с_и = 4 %, плотности р_к =1,0 г/см³ W_и определяю по формуле:

Принимаю 2 растворных бака объемом 5,5 м³ каждый, размеры которых:

(В x L x Н) 2,0 x 2,0 x 1,4 м.

По п. 6.37 [1] для перемешивания известкового молока допускается применять сжатый воздух, при интенсивности подачи q_e = 10 л/(с*м²).

Рассчитываю расход воздуха V_e, подаваемого в бак, при расстоянии между распределительными трубами b_тр = 250 мм:

V_e = q_e B L / 1000 =10*2*2 / 1000 = 0,04 м³/с или 2,4 м³/мин.

Диаметр распределительных труб d, укладываемых по дну бака, при скорости воздуха в них v_e = 10 м/с составит:

d = (4 V_e b_тр / π В v_e)⁰⁵ = [4 * 0,04 * 0,25 / (2 * 10 * 3,14)]^0.5 = 0,025 м.

Проектирую распределительную систему из стальных труб D_y = 25 мм с отверстиями диаметром d₀ = 4 мм, просверленных по нижней образующей трубы. Количество отверстий в трубах п_о в одном баке при скорости выхода воздуха из них v_ом = 30 м/с составит:

п_о = 4 V_в / π v_oт = 4 * 0,04 / (3,14 * 30 * 0,004²) = 106.

Расстояние между отверстиями l_o в трубах:

l_o = В L / b_mp n_o = 2 * 2 / (0,25 * 106) = 0,151 м.

Для перекачивания реагента из растворных баков в гидромешалки предусматриваю установку двух насосов СМ 100 - 65 - 200 / 4.

РАСЧЕТ БАКОВ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУСПЕНЗИИ И ГИДРОМЕШАЛОК (по[2]):

Объем бака для гидравлического перемешивания суспензии извести предусматриваю равным растворному – 5,5 м³, их количество - 2.

Принимаю диаметр бака D = 2,0 м, тогда его полная высота Н будет равна сумме высот цилиндрической и конической частей мешалки - при угле наклона стен днища 45 град высота конической части 0,5 D , или 1,0 м. Высоту цилиндрической части определяю по выражению:

Полная высота бака Н составит 1 + 1,42 = 2,42 м.

Конструкция гидромешалки по [4] приведена на рисунке ниже.

1 - сетчатая корзина. Корпус мешалки 2 устанавливается на трех опорах 4. Патрубок 3 присоединяется к всасывающей линии насоса, патрубок 5 - к напорной. По окончании перемешивания раствор переключением арматуры на напорной линии перекачивается на дозирование.

Характеристики гидромешалки приведены в таблице ниже:

Рабочий объём	D	D1	H	H1	L	A	B	d1	Масса
8	2000	2100	3800	1970	1640	1130	1180	100	1415

ПОДБОР НАСОСОВ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУСПЕНЗИИ И ПОДАЧИ ЕЁ В ОБРАБАИЫВАЕМУЮ ВОДУ:

Для перемешивания суспензии и подачи ее в обрабатываемую воду предусматриваем установку насосов типа СМ, производительность насоса должна обеспечивать скорость восходящего потока суспензии извести в гидромешалке v_u не менее 5 мм/с и расчетный расход q_щ для подщелачивания воды равный:

q_щ = Q Д_щ / 240000 с_u = 17304 * 24,86 / 240000 / 4 = 0,45 м³ /ч.

Производительность насоса для перемешивания вычисляю по формуле:

q_ц= π D² v_u / 4 = 3,14 * 2² * 5 * 3,6 / 4 = 56,52 м³/ч.

Полная производительность насоса составит:

- 0,45 + 56,52 = 56,07 м³ /ч.

По [2] напор насоса можно приближенно вычислить по разности отметок пола цеха извести и воды в смесителе, прибавив к ней 2 м потерь в коммуникациях и 2 м в трубопроводах от цеха извести до точки ввода реагента. Ориентировочно эта величина составляет 10 - 12 м. Приму среднюю величину, равную 11 м. По производительности насоса 56,07 м³/ч и напору 11 м подбираем по каталогу к установке насос СМ 100 - 65 - 200/ 4, мощность двигателя к нему 5,5 кВт. Этот насос обвязываю вместе с аналогичными насосами для перекачки реагента из растворных баков с возможностью работы с гидромешалками.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ СКЛАДА, ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ИЗВЕСТИ:

Площадь склада для хранения извести в соответствии с требованиями [1] рассчитываю на 30-и суточную потребность в ней G_щ сравнивая с объемом разовой поставки (по [2]):

G_щ = 30 Q Д_щ / 10 p_и = 30*17304*24,86 / 10 / 67 = 19261,68 кг = 19,26 т.

Объем разовой поставки менее месячной потребности, поэтому площадь склада извести F_u рассчитываю на хранение 20 т реагента.

F_u = G_щ / H p_u + f_don= 20000 / (2 * 1100) + 16 = 25,09 м.

Для подачи воздуха в растворные и расходные баки при растворении реагентов предусматриваю установку водокольцевых компрессоров. При одновременной работе трех растворных баков и одного расходного для коагулянта и одного растворного для извести суммарная потребность в воздухе составит:

3 * 0,6 + 0,69 + 2,4 = 4,89 м³ /мин. Принимаю к установке 2 компрессора, обеспечивающих требуемую подачу воздуха - ВК-6 (1 рабочий и 1 резервный).