Тема 3. Оборудование для удаления взвешенных частиц в

отходящих газах и сточных водах

Усвоив материал по данной теме студент должен знать принципиальные схемы, основных аппаратов разделения гетерогенных систем, область использования того или иного аппарата.

3.1. Пылеосадительные камеры и отстойники.

Предварительную очистку газов от пыли производят под действием сил тяжести в пылеосадительных камерах.

Принципиальная схема данного типа устройства представлена на рисунке 3.1.

рис. 3.1. Принципиальная схема пылеосадительной камеры:

1 – корпус камеры, 2 – полка осаждения пыли, 3 – перегородка,

4 – люк очистки от осажденной пыли.

Запыленный газ поступает в камеру 1, внутри которой установлены горизонтальные перегородки (полки) 2. Частицы пыли диаметром d оседают из газа (воздуха) при его движении между полками. Расстояние между полками обычно составляет 0,05 – 0,4 м. При такой небольшой высоте каналов между полками уменьшается путь (вертикальное направление) осаждающихся частиц пыли. Наличие полок увеличивает также поверхность осаждения частиц. Уменьшение вертикальной составляющей пути частиц и увеличение площади поверхности осаждения частиц способствуют сокращению времени осаждения и, следовательно, повышают степень очистки газа и производительность данной природоохранной системы. Горизонтальная скорость потока газа в камере ограничена тем, что частицы пыли должны успеть осесть до того, как они будут вынесены потоком газа из камеры.

Газовая (воздушная) среда пройдя полки, огибает вертикальную отражательную перегородку 3 (при этом из нее осаждается под действием сил инерции дополнительно некоторое количество пыли) и удаляется из камеры. Отражательная перегородка 3 способствует более равномерному распределению газа между горизонтальными полками камеры, т.к. в этом случае гидравлическое сопротивление каналов между ними одинаково. Пыль, осевшую на полках, периодически удаляют специальными скребками через люки 4 в боковой стенке или смывают водой.

Для непрерывной очистки газа (воздуха) от пыли камеру делят на два самостоятельных отделения или устанавливают две параллельно работающие камеры. В одном отделении (или в одной камере) происходит очистка газа, в это же время другое отделение (камеру) очищают от осевшей пыли.

Под действием силы тяжести ( где – масса твердой частицы, – ускорение свободного падения) удается достаточно полно выделить из газа лишь крупные частицы пыли, поэтому пылеосадительные камеры используют только для предварительной, грубой, очистки газов, содержащих частицы пыли относительно больших размеров (d ~ 100 мкм). Степень очистки газа от пыли в этих системах обычно не превышает 30 40%

( ≤ 30 ÷ 40%).

В ряде случаев пылеосадительные камеры ввиду их больших размеров и невысокой эффективности стремятся заменить другими аппаратами (системами), например, аппаратами водного орошения и др. При этом неизбежно возрастают энергозатраты на проведение процесса. Достоинство пылеосадительных камер – малые энергозатраты при осуществлении процесса.

Отстаивание – один из наиболее дешевых процессов разделения неоднородных систем. Его проводят в аппаратах, называемых отстойниками, или сгустителями. Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия. Непрерывно действующие отстойники подразделяют на одноярусные, двухъярусные, многоярусные.

Периодически действующие отстойники представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. Такой отстойник заполняют суспензией, которая остается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости сливают через патрубок (штуцер) или кольцевой желоб, расположенные выше уровня осевшего осадка (см. рис. ниже). Патрубок – короткая труба отвода пара, газа или жидкости. Штуцер – соединительный патрубок, обеспечивающий присоединение трубопровода к резервуарам, аппаратам, другим трубопроводам и т.п. Осадок обычно представляет собой подвижную текущую густую жидкую массу – шлам, который выгружают через верх аппарата или удаляют через нижний спусковой кран. Размеры и форма аппаратов периодического действия зависят от концентрации взвешенных твердых частиц (например массовой концентрации, x (кг тв. частиц / кг системы), их размеров ( – эквивалентный диаметр твердых частиц, м). Чем крупнее частицы и чем больше их плотность ( , кг/ м³) тем, меньший диаметр

(D, м) может иметь аппарат. Скорость отстаивания существенно зависит от температуры , с изменением которой изменяется вязкость жидкости, характеризуемая - динамическим коэффициентом вязкости жидкости, Па·с. Скорость осаждения обратно пропорциональна , а величина последнего уменьшается с увеличением температура, t.

Для отстаивания небольших количеств жидкости применяют отстойники в виде цилиндрических вертикально установленных резервуаров с коническим днищем, имеющими кран или люк для разгрузки осадка и несколько кранов для слива жидкости, установленных на корпусе на разной высоте.

Для отставания значительных количеств в жидкости, например для очистки сточных вод, используют бетонные бассейны больших размеров или несколько последовательно соединенных резервуаров, работающих полунепрерывным способом: жидкость (вода) поступает и удаляется непрерывно, а осадок (шлам) выгружают из аппарата периодически.

Отстойники непрерывного действия нашли широкое распространение в производственной практике. Наиболее типичны – отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой (рис. 3.2). Они представляют собой невысокие (относительно диаметра, D) цилиндрические резервуары 1 со слегка коническим днищем и внутренним кольцевым желобом 2 (вдоль верхнего края аппарата) для сбора осветленной жидкости.

Рис. 3.2. Отстойник непрерывного действия

с гребковой мешалкой:

1 – цилиндрическая часть корпуса; 2 – кольцевой желоб; 3 – мешалка гребковая; 4 – лопасти мешалки; 5 – штуцер подачи исходной суспензии (входной штуцер); 6 – штуцер вывода осветленной жидкости; 7 – разгрузочное устройство для осадка (шлама); 8 – электродвигатель.

В резервуаре установлена мешалка 3 с наклонными лопастями 4, на которых расположены гребки для непрерывного перемещения осаждаемых частиц к разгрузочному устройству 7. Одновременно гребки слегка взбалтывают осадок, способствуя этим его обезвоживанию. Мешалка вращается медленно (0,015 0,5 оборотов в минуту), и не нарушает процесса осаждения. Исходная жидкая смесь непрерывно поступает через патрубок (штуцер) 5 в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб 2 и удаляется через штуцер 6. Осадок (шлам) – текущая сгущенная суспензия (концентрация твердой фазы обычно не превышает 60%) удаляется из резервуара при помощи диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя 8 через редуктор.

Достоинства отстойника непрерывного действия с гребковой мешалкой: 1) непрерывность функционирования; 2) высокая производительность (до 3000 т/сутки осадка); 3) равномерная плотность осадка; 4) возможность регулирования плотности осадка путем изменения производительности; 5) более эффективное обезвоживание, осадка благодаря наличию гребковой мешалки; 6) работа отстойника может быть полностью автоматизирована. К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость. Гребковые нормализированные отстойники имеют диаметр от 1,8 до 30 м., а при очистке больших объемов воды, отстойники достигают в диаметре 100 м.