книги из ГПНТБ / Левин, А. М. Очистка сточных вод огнеупорных заводов

С увеличением содержания взвеси в питании возраста­ ет нагрузка на песковую насадку и содержание взвеси в шламе и в сливе.

Несмотря на рост фактора разделения, с увеличением напора уменьшается время пребывания воды в гидродик­ лоне, увеличиваются радиальные скорости, препятствую­ щие продвижению взвешенных частиц к стенкам гидро­ циклона; незначительно возрастает диаметр воздушного столба и уменьшается живое сечение песковой насадки. Поэтому снижается расход шлама и повышается его кон­ центрация.

Концентрация взвеси в сливе при очистке сточной во­ ды, загрязненной глиной, несколько выше, чем загряз­ ненной шамотом, а в шламе несколько ниже. При очист­ ке сточной воды с исходной концентрацией взвеси 50 или 300 г/л в гидроциклоне диаметром 25 мм может быть по­ лучена концентрация взвеси в шламе более 700 и 1100 г/л и в сливе 13 и 250 г/л и меньше соответственно

Исследования на опытно-промышленных установках показали сравнительно высокий эффект работы напор­ ных гидроциклонов. Некоторые данные экспериментов приведены в табл. 16.

Как видно из табл. 16, для получения большего эф­ фекта очистки сточной воды необходимо применять гид­ роциклоны меньшего диаметра с большим диаметром пе­ сковой насадки и для получения более концентрирован­ ного шлама принимать меньший диаметр песковой насадки [47].

Увеличение диаметра гидроциклона ведет к увеличе­ нию его производительности и уменьшению эффекта очистки сточной воды. Эффективность работы гидроцик­ лона зависит от его диаметра, так как величина центро­ бежной силы обратно пропорциональна радиусу враще­ ния. В гидроциклоне меньшего диаметра развивается большая центробежная сила и достигается больший эф­ фект очистки сточной воды. Увеличение эффекта очистки сточной воды сопровождается увеличением расхода шла­ ма, при этом растут потери воды. Зависимость количест­ ва воды, сбрасываемой со шламом, и концентрации шла­ ма от диаметра песковой насадки гидроциклона показа­ на на рис. 30.

Как видно из рис. 30, с увеличением диаметра песко­ вой насадки возрастает объем сброса воды со шламом и уменьшается концентрация шлама и, наоборот, с умень-

91

40 80

а

I

з

•ё

Диаметр песковой насадки, мм

Рис. 30. Кривые зависимости сброса воды со шламом (/) и концентрации шлама (//) от диаметра dn и площади песко,-

вой насадки гидроциклона диаметром 37 мм (а) и 25 мм (б); цифры на кривых — количество взвеси в исходной сточной воде

92

Т а б л и ц а 16

Результаты осветления гидроциклоном сточной воды, загрязненной шамотом

93

шением диаметра песковой насадки уменьшается объ­ ем сброса воды и увеличивается концентрация шлама. Поэтому при осветлении сточной воды необходимо при­ нимать больший диаметр песковой насадки, а при сгу­ щении шлама — меньший. Величина диаметра гидроцик­ лона связана с другими его геометрическими размерами. Размеры входного (питающего) отверстия оказывают

Рис. 31. Кривые зависимости эффекта осветления Э и производи­ тельности Q от диаметра сливного патрубка гидроциклона (d — диа­ метр шламового отверстия)

влияние на производительность гидроциклона и на гид­ родинамический режим.

Для создания в гидроциклоне необходимого винтово­ го потока и поддержания стабильного вихря необходимы безударный вход сточной воды и подвод требуемой энергии. Потенциальная и кинетическая энергии сточной воды перераспределяются во вращающемся винтовом потоке в гидроциклоне. Тангенциальная линейная ско­ рость в цилиндрической части и у вершины конуса в ме­ сте изменения направления потока находится в равнове­ сии. Равенство входной и окружной скоростей в цилин­ дрической части, обеспечивающее безударный вход сточной воды в гидроциклон, достигается определенным соотношением размеров питающего и сливного отвер­ стий.

Увеличение диаметра сливного патрубка приводит к ухудшению осветления сточной воды, так как умень­ шается время пребывания сточной воды в гидроциклоне (рис. 31). Зависимость производительности гидроцикло­ на от диаметра сливного патрубка, построенная для гид­ роциклона диаметром 25 мм с углом конусности а= 10° и напором на входе в гидроциклон 20 м вод. ст., показана также на рис. 31.

94

Производительность гидроциклона снижается при уменьшении диаметра сливного патрубка вследствие по­ вышения сопротивления потоку входящей сточной воды. С уменьшением сливного патрубка увеличивается расход через песковую насадку. Уменьшение угла конусности ведет к. увеличению емкости гидроциклона. При этом

Рис. 32. Кривые зависимости производительности гидроциклона Q и эффекта очистки Э сточных вод, загрязненных шамотом, от угла конусности кони­ ческой части

время пребывания сточной воды в гидроциклоне увели­ чивается, что приводит к улучшению очистки.

Нами проведены опыты со сточной водой, загрязнен­ ной шамотом, на гидроциклоне диаметром 25 мм с угла­

клона приведена на рис. 33.

Поскольку основное количество сточной воды выходит из гидроциклона через сливной патрубок, изменение диа­ метра песковой насадки в оптимальных пределах оказы­ вает незначительное влияние на производительность гид­ роциклона (рис. 33).

При диаметре песковой насадки, близком к диаметру сливного патрубка (и большем), нарушается процесс

95

очистки Сточной воды в гидроциклоне, так как большая часть ее отводится через песковую насадку. Так как пес­ ковую насадку можно легко и быстро заменить при рабо­ те гидроциклона, размер пескового отверстия является основным параметром, изменяя который можно регули­ ровать работу гидроциклона. Во избежание опасности засорения Р. Н. Шестов [24] рекомендует отверстие пес-

Рис. 34. Кривые зависимости эффекта Э очистки сточных вод и производительности гидроциклона Q от отношения диаметров

новой насадки принимать не меньше трехкратного размера наибольшей взвешенной частицы. Оптимальные размеры отверстий патрубков гидроциклона взаимосвя­ заны.

Кривые, приведенные на рис. 34, получены на гидро­ циклоне диаметром 25 мм с углом конуса 10° и диамет­ ром питающего отверстия 6 мм. Увеличение соотношения диаметров сливного патрубка и шламового отверстия приводит к уменьшению эффекта осветления сточной во­ ды. Производительность гидроциклона также зависит от относительных размеров диаметра сливного патрубка и диаметра питающего отверстия и возрастает с увеличе­ нием их соотношения.

Технологический расчет напорных гидроциклонов

Технологический расчет гидроциклонов для очистки сточных вод сводится к определению производительности и эффекта очистки сточ­ ной воды при оптимальном напоре на входе и геометрических пара­ метрах. При расчете диаметр гидроциклона определяется не только производительностью, но и требуемым эффектом очистки сточных вод. Для достижения большего эффекта очистки сточных вод принимают гидроциклоны малых диаметров. Число гидроциклонов, требуемых для заданной производительности, диаметр гидроциклона и размеры питающего патрубка находят по формуле (46).

При принятом напоре на входе и заданной производительности Q (если предусматривается параллельная работа нескольких п гидро-

96

циклонов, to в расчетную формулу следует подставлять производи­ тельность Q/n) определяют площадь входного отверстия:

Q

F =

5.3Ка У И

По полученной площади находят эквивалентный диаметр пита­ ющего патрубка или размеры его сторон:

Рис. 35. Номограмма для определения производительности гидроциклона

= (0,2-~0,7)dcn определяют размеры сливного и шламового патруб­ ка, а также диаметр гидроциклона.

Расчет гидроциклона можно выполнить графически. На номо­ грамме (рис. 35) штриховой линией показан пример определения про­ изводительности гидроциклона диаметром 25 мм с углом конусности 10° при напоре на входе 20 м вод. ст., а также определения размеров сливного и питающего патрубков. В соответствии с принятым напо­ ром на входе и заданным эффектом очистки сточных вод по графикам, изображенным на рис. 27, 28, уточняют диаметр гидроциклона и его

Производительность. По формулам соотношений размеров патрубков гидроциклона уточняют диаметры патрубков. Из графиков рис. 30 для выбранного гидроциклона находят концентрацию шлама, а так­ же количество воды, отводимой со шламом. Зная исходную концент­ рацию взвешенных веществ в сточной воде и эффект ее очистки по рис. 26, ориентировочно определяют гидравлическую крупность улов­ ленных взвешенных веществ (шамота).

Граничную крупность частиц при очистке сточной воды в на­ порных гидроциклонах предлагается определять графическим спосо­ бом. Для частицы при каком-либо постоянном радиусе мгновенная скорость ее движения в жидкости определится из равенства центро­ бежной силы частицы, и силы сопротивления жидкости. Принимая сопротивление жидкости по уравнению

где т — т0— масса частицы и масса жидкости в объеме частицы;

г— радиус вращения частицы;

и— окружная скорость вращения жидкости на радиусе г (предполагается, что частица имеет ту же окружную

Для равновесных частиц скорость их движения в жидкости под действием центробежной силы по абсолютной величине должна рав­ няться радиальной скорости движения жидкости.

Радиальную скорости v определяем из уравнения

Го—П — разность величины радиуса цилиндрической части гидро­ циклона и радиуса питающего отверстия;

а — угол конусности гидроциклона; dn—диаметр питающего отверстия.

98

Подставив значение о в правую часть равенства (49), получим

Определим окружную скорость жидкости в выбранном коакси­ альном сечении:

КF

F a °-3

Определение числа Рейнольдса по уравнению (58) решается гра­ фически. График левой части уравнения — экспериментальный график зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса пред­ ставлен на рис, 36 [52]. График правой части представляет собой

прямую линию. Для решения задачи определения размера равно­ весных частиц наносим ряд прямых, соответствующих различным гид­ роциклонам, суспензиям и расстояниям г, на экспериментальный

Крупность граничных частиц при очистке сточных вод огне­ упорных заводов в напорных гидроциклонах при малых числах Рей­ нольдса (Ле<С 1) следует определять по формуле (64).

100