16

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ

ПОЛИТИКИ РФ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Лабораторная работа №3

по курсу "Промышленная экология и технология основных производств"

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ГИДРОЦИКЛОНЕ

Методические указания

Волгоград 1994

УДК 676.08

Составитель: к. т. н., доцент ВолгГТУ Ильин А.В.,

д.т.н. профессор ВолгГТУ Голованчиков А.Б.

Методические указания к лабораторной работе "Очистка про­мышленных сточных вод в гидроциклоне" по курсу "Промышленная экология и технология основных производств"./Сост. А.В. Ильин, А.Б. Голованчиков. -Волгоград: ВолгГТУ,1994, 16с.

Методические указания содержат описание устройства в работе низконапорных и напорных гидроциклонов и возможностей их применения для очистки промышленных сточных вод. Приведена методика определения технологических параметров эффективности очистки напорного гидроциклона.

Методические указания полезны при изучении студентами курса "Промышленная экология и технология основных производств".

Печатается по решению редакционно- издательского совета Волгоградского Государственного Технического университета.

Рецензент .

к.т.н. доцент Дахина Г.Л.

© Волгоградский

государственная

технический

университет,1994 I

1.Цель работы

1) Изучение устройства и работы гидроциклонов и возможностей их применения для очистки промышленных сточных вод.

2) 0пределение технологических параметров и эффективности очистки лабораторного напорного гидроциклона.

2.Теоритическая часть

Гидроциклоны широко применяются для осветления или обогаще­ния суспензий (сгущения шламов), для удаления всплывающих примесей, а также для классификации (разделение материалов на фракции по размерам зерен) твердых частиц диаметром от 5 до 150 мкм.

Интенсификацию процесса осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных сил в низконапорных (открытых) и напорных гидроциклонах. Вращательное движение жидкости в гидроциклоне, приводящее к сепарации частиц, обес­печивается тангенциальным подводом воды к цилиндрическому корпу­су .Вращение потока способствует агломерации частиц и увеличение их гидравлической крупности (скорости осаждения).

Эффективность очистки сточных вод в гидроциклонах зависит от характеристик примесей (вида материала, размеров и формы частиц и др.), а также от конструктивных и геометрических характеристик самого гидроциклона.)

Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод тяжелых примесей со скоростью осаждения 20 мм/с и более. Часто ах использует в качестве первой ступени в комплекса о другими аппаратами для механической очистка сточных вод. Преимущест­вом открытых гидроциклонов является большая производительность и небольшое гидравлическое сопротивление.

На рио.2.1 представлена схема открытого гидроциклона без внутренних устройств. Кроме указанной схемы известны открытые гидроциклоны с конической диафрагмой, конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой и многоярусные.

Осадок из гидроциклонов всех типов удаляют через коническую часть, используя для этого насосы, гидроэлеваторы или гидростати­ческое давление.

В многоярусных гидроциклонах рабочий объем разделен коничес­кими диафрагмами на несколько ярусов, каждый из которых работает

самостоятельно. В этой конструкции использован принцип тонкос-

Схема открытого гидроциклона без внутренних устройств

1 - корпус; 2 - кольцевой лоток; 3 - входной патрубок;

4 - труба для отвода очищенной воды; 5 - шламоотводящая труба.

Рис.2.1

Схема многоярусного гидроциклона

1 конические диафрагмы; 2 - лоток; 3 - водослив; 4 - маслосборная воронка; 5 - распределительное лотки; 6 - шламоотводящая щель.

Рис.2.2

лойного отстаивания (более полное использование объема аппарата, уменьшение времени пребывания при одинаковой степени очист­ки). Схема многоярусного гидроциклона показала на рис. 2.2.

Сточная вода через щели поступает в пространство между ярусами, где движется по спирали к центру. При этом происходит осаждение из нее твердых частиц на нижние диафрагмы ярусов. Осадок сползает и через шламовыводящую щель попадает в коническую часть аппарата , откуда удаляется под действием гидростатичес­кого напора. Осветленная вода попадает в кольцевой поток. Части­цы масел и нефти через зазор между диафрагмами и стенкой корпуса всплывают под верхнюю диафрагму и по маслоотводящим трубам выходят на поверхность, откуда через воронку их удаляют из гидроциклона.

При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие значения геометрических характеристик (рис. 2.1): D = 2...10 м; высота цилиндрической части Н=D ; диаметр входного отверстия d=0,1D ; угол конической части α=60° /3/.

Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей с гидравлической крупностью 0,1-0,5 мм/с и более, они представляют собой аппараты, состоящие из цилиндрической и конической частей (рис. 2.3).

Сточная вода под давленном поступает по тангенциально расположенному вводу в верхнюю часть цилиндра и приобретает вращательное движение. Возникающие центробежные силы перемещают час­тицы примесей к стенкам аппарата по спиральной траектории вниз к выходному патрубку. Очищенная вода удаляется через верхний патрубок.

В действительности картина движения потоков в гидроциклоне сложнее описанной, так как в аппарате возникают также радиальные и замкнутые циркуляционные токи. Вследствие значительных окружных скоростей потока вдоль оси гидроциклона образуется воздушный столб, давление в котором ниже атмосферного. Воздуш­ное ядро ограничивает с внутренней стороны поток восходящих мелких частиц и оказывает значительное влияние на разделяющие действие гидроциклонов.

Конструктивные размеры напорных гидроциклонов подбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации и свойств примесей.

Напорные гидроциклоны могут иметь диаметры от 10 до

1000 мм.

Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше развиваемые в нем центробежные силы, и, следовательно, тем меньше размер отделяемых частиц.

Применяемые в качестве классификаторов гидроциклоны имеют диаметр З0О-350 мм и высоту 1-1.2м. Для сгущения суспензии успеш­но используются гидроциклоны диаметром 100 мм и менее. Для сгущения и осветления тонких суспензий применяют гидроциклоны диаметром 10-15 мм. Обычно гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они работают параллельно - мультигидроциклон (рис.2.4).

Хорошее разделение суспензий, особенно в процессе сгущения и осветления, достигается в случае, когда гидроциклоны имеют удлиненную форму с углом конусности 15° даже 10°. При такой форме корпуса удлиняется путь твердых частиц, увеличивается время пребывания их в аппарате и, таким образом, повышается эффективность разделения. Для глубокой очистки последовательно устанавливают гидроциклоны разных типоразмеров.

Ввиду того, что в гидроциклонах происходит сравнительно быстрый износ отдельных частей, особенно корпуса, для уменьшения износа гидроциклоны часто изготавливают со сменной футеровкой из износостойких материалов (резиной, специальной керамики, пластмасс, ме­таллических сплавов и др.).

3аданный эффект очистки обеспечивается достаточными величинами гидравлической крупности частиц ( скорости осаждения) и граничной крупности разделения, под которой понимают максимальный размер частиц, попадающих в слив гидроциклона.

Скорость осаждения пропорциональна квадрату скорости вращения частиц. Эту величину в первом приближении можно считать равной скорости воды на входе в аппарат. Скорость воды на входе можно увеличить уменьшением площади сеченая входного патрубка или увеличением расхода жидкости. Однако это можно делать до определенно­го предела, так как при увеличении расхода воды снижается время пребывания ее в гидроциклоне, а при уменьшении сечения патрубка возрастает турбулентное перемешивание, которое отрицательно сказывается на скорости осаждения частиц. Турбулентное перемешивание снижают изменением конструкции гидроциклона. Для этой цели уменьшают сечение рабочей струи, уменьшив диаметр входного патрубка, а для сохранения производительности и скорости жидкости на входе в гидроциклон увеличивают число патрубков. Форма патрубка должна иметь плавное сужение.

При уменьшении вязкости сточной воды скорость осаждения час-

Схема напорного гидроциклона

Рис.2.3

Схема мультигидроциклона

Рис.2.4

тиц в поле центробежных сил увеличивается.

Скорость осаждения (гидравлическую крупность) частиц ω₀ (м/с) находят по упрощенной формуле /1/:

где D -диаметр цилиндрической части, м; Q_пит –производительность гидроциклона, м³/с; k_т- коэффициент, учитывающий влияние концентрации примесей и турбулентность потока; для агрегативно-устойчивых суспензий с небольшой концентрацией k_т=0,04;

a- коэффициент, учитывающий затухание тангенциальной скорости а = 0,45.

Максимальный размер частиц, попадающих в слив гидроциклона, δ (мкм) определяют по формуле /1/:

где d_пит, d_сл, d_шл - диаметры патрубков для подачи вода, слива очищенной води и удаления шлама, м; μ - коэффициент динамической вязкости вода, Па*с; Н_ц , Н_к -высота цилиндрической в конической частей гидроциклона, м; ρ_т , ρ_ж - плотность твердой и жидкой фаз, кг/м³.

Производительность гидроциклона Q (м³/ч) приближенно может быть рассчитана до формула /1/:

Где k – коэффициент, k=5; g – ускорение свободного падения, м/с² ; ∆Р - перепад давлений в гидроциклоне, Па.