2.3 Смесители

Для равномерного смешивания реагентов в массе обрабатываемой воды и обеспечения протекания реакции во всём её объеме необходимо полное и быстрое перемешивание.

Смешение реагентов с водою осуществляется в смесителях гидравлического и механического типа. Число смесителей не менее двух. В обход смесителей предусматривается обводной трубопровод, в нем устройство ввода реагентов. Время смешения 1 – 2 минуты при мокром дозировании и 3 минуты при сухом дозировании реагентов.

Гидравлические смесители: вертикальный (вихревой), дырчатый, перегородчатый, коридорный, диафрагмовый.

При большой производительности на очистных станциях применяют перегородчатые смесители, т.е. при Q = 15 тыс. м³/сутки и более, в остальных случаях – вертикальные.

К механическим смесителям относятся устройства, в которых турбулентность потока достигается вращением лопастей или пропеллеров мешалок электродвигателем. Выбирается тип смесителя, описывается его устройство, работа и производится расчёт.

Рисунок 2.3 – Вертикальный смеситель: 1 – корпус; 2 – сброс осадка; 3 – подача воды; 4 – подача реагента; 5 – желоб с отверстиями; 6 – отвод воды; 7 – перелив.

Расчёт вертикального (вихревого) смесителя.

Перемешивание воды в смесители происходит за счёт изменения скорости восходящего потока воды при переходе из узкой (нижней) к широкой (верхней) части смесителя (рисунок 2.3).

Расчёт сводится к определению геометрических размеров устройства, а а так же диаметров подводящего и отводного трубопроводов. Если форма коническая, то угол наклона 30 - 45° между наклонными стенками, а скорость входная V_K = 1,2…1,5 м/с.

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя определяется по формуле:

= Q_ч/V_B, м² (2.12)

где Q_час – часовой расход водоочистной станции, м³/ч;

V_B – скорость восходящего потока воды в цилиндрической части смесителя; в зависимости от гидравлической крупности частиц принимаем V_B = 90-100 м/ч.

Определяем диаметр цилиндрической части смесителя:

, м (2.13)

Диаметр конической части смесителя:

, м (2.14)

где ω – площадь сечения нижней части смесителя, определяется по формуле:

, м² (2.15)

где V₂ – скорость восходящего движения воды в конической части смесителя, принимаем V₂ = 1,1 м/с.

Высота конической части для усеченного конуса определяется по формуле:

(2.16)

где D и d – диаметры верхней и нижней частей усеченного конуса, м;

α – центральный угол между наклонными стенками равен 30…40°.

Полный объём смесителя при t = 1,5 – 2 мин

W = Q_час t / 60, м³ (2.17)

где t – продолжительность смешения реагентов в массе воды (в минутах)

Объём конической части смесителя

W_к = 1/3𝜋h₁[ (D/2)²+(d/2)²+(D/2) (d/2)], м³ (2.18)

Объем цилиндрической части

W_ц = W – W_к, м³ (2.19)

Высота цилиндрической части

h_ц = Wц/ V_B, м (2.20)

Общая высота вихревого смесителя

H = h₁ +h_ц+h_стр., м (2.21)

где h_стр – высота строительного борта, принимается 0,3 – 0,5м.

Площадь поперечного сечения лотка

f_л = (Q/2)/V_л , м² (2.22)

где V_л – скорость движения воды в кольцевом периферийном лотке, собирающем воду в верхней части смесителя через затопленные отверстия, принимается V_л=0,4…0,6 м/с;

Q/2 – расход воды м³/ч, протекающий по лоткам (условно делится на два параллельных лотка ).

Дно лотка выполняется с уклоном I = 0,02 в сторону сбросного канала.

Для определения глубины потока воды h_л в лотке задаёмся шириной b_л. Ширина лотка принимается конструктивно b_л min = 300 мм, b_л max = 800 мм

Расчётная высота слоя воды в лотке

h_л= f_л/ b_л, м (2.23)

Площадь всех затопленных отверстий в стенке лотка

F₀ = Q_r / V_{0 3600, м}² _(2.24)

где V_{0 ­}– скорость движения воды через отверстия лотка, принимается V₀=1 м/с.

Общее число отверстий:

n₀ = F₀/f₀, шт. (2.25)

где f₀ – площадь одного отверстия, принимаются отверстия d₀ = 80 мм площадью f₀ = 0,00503 м².

_{Расчёт смесителя перегородчатого типа.}

_{Перегородчатый смеситель представляет железобетонный лоток с тремя перегородками, имеющий отверстия для прохода воды. В первой и третьей перегородках проходы расположены в центре, а в средней – два боковых прохода у стенок лотка (рисунок 2.4). При прохождении потока воды через проходы изменяется направление, повышается скорость, создаются завихрения, способствующие полному смешиванию воды с реагентом.}

Расчёт сводится к определению размеров лотка и уровней слоя воды перед каждой перегородкой.

Расход воды на один смеситель Q_с определяется по формуле:

, м³/час (2.26)

где Q – полный расход воды на станции с учетом собственных нужд станции, м³/час,

n – число смесителей;

Задаёмся глубиной потока воды в конце смесителя (обычно Н=0,4 -0,6м) Тогда ширина лотка В определяется при скорости движения воды V_л 0,6 м/с из площади сечения смесителя F_см .

В = , м (2.27)

где (2.28)

Расстояние между перегородками принимаются равными двойной ширине лотка L = 2B, м.

Потеря напора в каждом сужении прохода h_c при скорости движения воды в проёмах V_п = 1 м/с принимается равной 0,13 – 0,15 м.

Рисунок 2.4 – Перегородчатый смеситель: 1 – трубопровод подачи воды на смеситель; 2 – переливная камера; 3 – переливной трубопровод; 4 – перегородки; 5 – проходы для воды в перегородках; 6 – трубопровод ввода реагента.

Уровень воды в каждом последующем проёме из-за потерь напора уменьшается.

Высота слоя воды перед каждой перегородкой определяется из выражений:

- перед первой перегородкой (в конце смесителя)

H = 0,4 – 0,6 , м (2.29)

- перед второй перегородкой

H₁ = H + h_c , м (2.30)

- перед третьей перегородкой

H₂ = H + 2h_c , м (2.31)

- перед передней стенкой смесителя

H₃ = H + 3h_c , м (2.32)

Высота передней (переливной) стенки смесителя

H_c = H₃ + h_n , м (2.33)

где h_n – превышение водослива над расчётным уровнем воды (0,1 – 0,2 м).

Общая высота смесителя

H_cм = H_c + h_стр , м (2.34)

где h_стр – высота строительного борта (0,3 – 0,5 м)

Размеры суженых проходов для центральной перегородки, где имеются два боковых сужения:

Ширина прохода вп. = , м (2.35)

где n – количество проходов в перегородке, шт.

h_n – высота прохода, h_n = H – h₃, м.

Глубина заполнения h_{3 ­}проходов от уровня воды до их верха должна быть 0,1 – 0,15 м.