7. Смесительные устройства

Смесительные устройства проектируются с учётом указаний, приведенных в СНиП [ 1, п.п.6.40-6.49].

Смесительные устройства по принципу их действия разделяют на две основные группы:

1.Устроиства, в которых смешение воды с реагентом осуществляется за счет эне­ргии турбулентного потока.

2. Устройства, в которых ..смешение воды с реагентом достигается за счет движущихся механизмов.

К первой группе можно отнести трубопроводы необходимой длины, смесительную диафрагму, ершовый, перегородчатый, дырчатый и вертикальный смесители. Ко второй группе - центробежный насос и смеситель с лопастной мешалкой.

В качестве простейшего смесителя может быть использован напорный трубопровод, подающий воду от насосной станции первого подъема на станцию водоподготовки. Скорость воды в трубопроводе должна быть 1.0-1,5 м/с для создания необходимое турбу­лентности потока. Длина участка трубы, используемой для смешения, должка быть не менее 50 ее диаметров.

Для уменьшения длины участка смешения возможна установка смесительной диаграммы, так называемого шайбового смесителя. Для обеспечения достаточно надежного смешения воды с реагентом соотношение диаметров проходного отверстия диафрагмы и трубопровода должно приниматься таким образом, чтобы потеря напора в диафрагме была в пределах 0,3 - 0,4 м. От дозированный раствор реагента вводится в трубопровод пере диафрагмой. Если, давление воды в трубопроводе больше высоты расположения дозатора (над трубопроводом), то для ввода реагента можно использовать сопла, вставку Вентури - для снижения давления до требуемых пределов или применять насосы - дозаторы.

Ершовый смеситель применяется на станциях производительностью 500-600 м³/ч. Реагенты вводят в воду перед перегородками. Количество смесителей (секций) должно быть не менее двух. Резервные смесители, (секции) применять не следует, но необходимо предусмотреть обводной трубопровод в обход смесителей с размещением в нем: нервных устройств ввода реагентов.

Расчет смесителя ершового типа сводится к определению ширины сужений между перегородками и высоту уровня воды между ними.

Потери напора в сужениях (м) определяют по формуле:

(3)

где v - скорость движения воды в сужениях, принимается 0,8-1,0 м/с;

а - эмпирический коэффициент, принимаемый при расположении перегородок под углом 45° к оси жёлоба равным 2,5 , а при расположении их перпен­дикулярно к направлению потока - 3,0

Глубину потока Н в отводящем лотке за смесителем принимают обычно 0,4 - 0,5 м. По заданной величине Н определяют глубины жидкости: за первым от конца сужением h₁= Н + h_b за вторым сужением h₂= Н + 2h, за третьим h₃=H+ 3h и т.д.

Поскольку скорость движения воды во всех сужениях принимается одинаковой, то ширина первого (с конца) сужения (м):

, ширина второго и т.д.

В этих формулах q - расход воды, поступающей на смеситель в м³/с.

Перегородчатый смеситель применяется на станциях водоподготовки производительностью 500-600 м³/сут.

Скорость движения воды в лотке принимается не менее 0,6 м/с, а в проходах I м/с. При таких условиях потери напора в проходах каждой перегородки составят 0,13-0,15 м. Для предотвращения засасывания воздуха в воду верхние кромки проходов должны 6ыть затоплены на 0,1-0,15 м.

Дырчатый смеситель применяется на станциях производительностью до 1000 м3/ ч.

Скорость в лотке смесителя принимается не менее 0,6 м/с, а в отверстиях - 1 м/с. Расстояние между перегородками принимают примерно равным ширине лотка. Диаметр отверстий в перегородках задаются в пределах от 20 мм до 100 мм в зависимости от производительности станции. Для предотвращения насыщения воды воздухом верхний ряд отверстий располагают на 100-150 мм ниже уровня воды. Слой воды за последней перегородкой Н принимают не менее 0,4 -0,5 м.

По заданным диаметрам отверстий определяет их количество в каждой перегородке:

(4)

где n - число отверстий в перегородке;

q - расход воды, поступающий в смеситель в м³/с;

v - скорость движения воды в отверстиях перегородок, которую принимают равной 1 м/с;

d - диаметр отверстий, м.

Отверстия располагают в той части каждой перегородки, которая находится под водой. Потерю напора в отверстиях перегородок определяют по формуле:

(5)

где - коэффициент расхода, принимаемый в зависимости от отношения диаметра отверстия d к толщине стенки : при d/ = 1 =0,75 , при d/ = 2 =0,65.

Смеситель, устроенный по принципу гидравлического прыжка, ( рис. 19), представляет собой лоток, имеющий горизонтальное дно, щит и водослив. Применяется на станциях производительностью до 1000 м³/ч. Для регулирования работы смесителя щит устраивается подъёмным, а высота водослива может изменяться. Такая установка работает при переменном расходе обрабатываемой воды.

Глубину (м) в сжатом сечении перед гидравлическим прыжком определяют по формуле:

(6)

Принимают следующие расчётные величины: поднятие щита h_ш = 1,5 h₁; необходимый напор перед щитом H₀=6h₁; глубина воды в лотке за прыжком h2= 4 h₁; .высота порога водослива h_в= 0,253* , расстояние от щита до водослива l= 25 h₁.

Вихревой смеситель представляет собой круглый или квадратный (в плане) резервуар с конической или пирамидальной нижней частью. Применяется при поступлении на воды с крупнодисперсными взвешенными веществами и при использовании реагентов виде суспензий или частично осветленных растворов.

Вихревые смесители применяются на станциях большой и средней производительности при условии, что расход воды на один смеситель не должен превышать 1200-1500 м3/час.

При расчете смесителя принимают следующие данные: угол между наклонными стенками принимают 30-45°; высота верхнем части с вертикальными стенками Н_ц=1-1,5 м, скорость входа воды в смеситель V_вс=1,2-1,5м/с: скорость восходящего движения воды под водосборными устройствами V_ц= 30-40 мм/с, скорость движения воды в конце водосборного лотка или в отводящем трубопроводе V_л=0,6 м/с, должительность пребывания воды в смесителе t= 1,5-2 мин, а при реагентом умягчении ВОДЫ ДО 3 МИН.

По расчетному расходу q на один смеситель определяют площадь цилиндрической чясти (м²):

(7)

где v_ч - скорость движения воды в цилиндрической части, м/с.

По площади смесителя определяют диаметр цилиндрической части Д_ц. Диаметр подводящего коллектора d_вх определяется по расходу и скорости входа воды в смеситель с учетом таблиц /2/.

Высота конусной части смесителя (м) при принятом угле конусности определяется по формуле:

(8)

где Д_ц - диаметр цилиндрической части, м;

d_ВХ - диаметр подводящего трубопровода, м.

Объём конусной части смесителя

(9)

По времени пребывания воды в смесителе находим необходимый объем смесителя (м³):

, где q – в м³/с, t – в с. (10)

Объем цилиндрической части (м³):

W_ц=W_c-W_к (11)

Высота цилиндрической части (м) от конусной части до уровня воды в смесителе:

(12)

Сбор воды в смесителе можно осуществлять с помощью дырчатых труб (рис.20) или лотка с затопленными отверстиями (рис.20, б) с учетом скорости отвода воды 0,6 м/с.

Перегородчатые смесители следует принимать в виде каналов с перегородками, обеспечивающими горизонтальное или вертикальное движение воды с поворотами на 180° (число поворотов 9-10).

Потеря напора на одном повороте перегородчатого смесителя определяется по формуле (8) СНиП [1].

Дозирование реагента во всасывающую трубу насоса можно осуществлять по схеме, приведенной в прилохении.

Труба от воронки до всасывающей линии соединена с бачком 3, в котором поддерживается постоянный уровень при помощи поплавкового клапана, вследствие этого в воронке также всегда поддерживается определенный уровень воды и засасывания воздуха в насос не происходит.

Смеситель с лопастными мешалками .

Электродвигатель вращает лопастной винт, в результате чего вода интенсивно циркулирует вдоль цилиндрической перегородки, что создает условия для быстрого смешения с введенным в смеситель реагентом.