2. Расчет теплового баланса

Модель тепловых потоков представлена на рисунке 3.2.

Q₁

Q₃

Q₂

Q₄

Рисунок 3.2 – Модель тепловых потоков осветлителя

Уравнение, выражающее тепловой баланс процесса, представлено в следующей форме:

где Q₁ – теплота, вносимая в аппарат материальными потоками, кДж/ч;

Q₂ – тепловой эффект химического процесса, кДж/ч;

Q₃ – теплота, уносимая из аппарата с продуктами реакции, кДж/ч;

Q₄ – тепловые потери в окружающую среду, кДж/ч.

Исходные данные:

В расчете теплового баланса используются расчетные величины, имеющие место в сводной таблице 3.1 материального баланса.

Необходимые для расчетов дополнительные значения представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Значения необходимых параметров

Наименование показателя	Значение
1	2
Температура сточной воды на входе в реактор	318 К
Тепловой эффект реакции	73,5 кДж/кг
Температура продуктов на выходе из реактора	313 К

Тепловые свойства основных веществ, вносимых в аппарат материальными потоками, приведены в таблице 3.4 [20].

Таблица 3.4 – Тепловые свойства компонентов сточной воды

Вещество	Массовая теплоемкость при постоянном давлении при температуре 20 оС Ср, кДж/(кг.К)	Массовая теплоемкость при постоянном давлении при температуре 45 оС Ср, кДж/(кг.К)
Вода	4,19	4,18
Поливинилхлорид	1,255	1,255

Остальные компоненты вносят незначительный вклад в тепловой баланс, т.к. их относительное содержание невелико.

Определяем теплоту, вносимую в аппарат с перерабатываемыми веществами, по формуле:

где G_общ – массовый расход сточной воды, кг/ч;

С_см – средняя массовая теплоемкость исходной смеси компонентов, кДж/(кг∙К);

Т - температура сточной воды на входе в аппарат, К.

Теплоемкость смеси компонентов С_см, кДж/(кг∙К), находим по формуле:

где С_i – массовая теплоемкость i-гокомпонента, кДж/(кг∙К);

X_i – массовая доля i-гокомпонента.

Массовую теплоемкость берем из таблицы 3.4 при температуре 45 ^оС. Затем определяем теплоемкость смеси компонентов:

Теплота, вносимая в аппарат материальными потоками:

Определяем теплоту, образовавшую в ходе реакции, по формуле:

где q – тепловой эффект реакции, кДж/кг.

Определяем теплоту, отводимую из аппарата, по формуле:

где Т₃ – температура на выходе осветлителя, К.

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле:

Все рассчитанные данные по тепловому балансу оформляем в виде таблицы 3.5.

Таблица 3.5 – Тепловой баланс

Приход			Расход
Тепло	кВт	Тепло		кВт
Q1	22845,2	Q3		21800,5
Q2	1225	Q4		2269,7
Итого	24070,2	Итого		24070,2

3. Технологический расчет основного аппарата

Задачей технологического расчета является определение размеров основного технологического оборудования – осветлителя. Осветлитель представляет собой некий реактор, сконструированный для эффективной очистки различных вод, а акже для других целей. Принцип его работы основан на процессе фильтрации. Через образующийся слой хлопьев (осадка) подается жидкая среда. Формирование хлопьев обусловлено применением различных коагулянтов, в нашем случае флокулянтов.

Осветлитель представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат с эллиптическими крышками, оснащен тонкослойными модульными блоками, встроенным фильтром и подвижной полимерной загрузкой.

3.3.1 Определение гидравлической крупности разделения.

Крупность разделения, w, м/с, определим по формуле [1]:

где Н – глубина проточной части отстойника, Н=0,8-1,2м;

t – время отстаивания в лабораторном цилиндре при высоте слоя h, в течении которого достигается заданная степень очистки;

n – коэффициент, зависящий от свойств взвешенных веществ, для коагулированных веществ 0,25;

к – коэффициент использования объема, равен 0,8.

3.3.2 Определение площади осветления.

Расчет площади осветления, F_осв, м², производим по формуле:

где F_зо – площадь зоны осветления, м²;

F_зот – площадь отделения осадка, м²;

Q_рас – расчетный расход воды;

Vз.о. – скорость восходящего потока воды в зоне осветления, принимается в зависимости от содержания взвешенных веществ в воде (C), поступающей в осветлитель, Vз.о. =1,2 мм/с [21];

K – коэффициент распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем, [21], K = 0,6.

3.3.3 Определение основных размеров осветлителя.

Рассчитаем строительные размеры – ширину, высоту и длину осветлителя [22], показаны на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема осветлителя

Строительная ширина В_стр, м, отстойника будем находиться по формуле:

где B_l – ширина тонкослойного блока, назначается из допустимого прогиба листа,

выбранного для тонкослойного блока (Δ = -5мм) при наклоне под углом сползания осадка, B_l = 0,9м;

– принимается равным 0,25м, по СНиП 2.04.02-85;

– принимается равным 0,05-0,1 м, по СНиП 2.04.02-85.

м.

Строительная высота отстойника Н_стр, м, определяется по формуле:

где h₃ – высота, необходимая для расположения рамы, на которой устанавливаются блоки (h₃ = 0,2-0,3 м; h_м = 0,l м);

Н_b – высота блока с параллельными пластинами, определяем по формуле 3.13.

где π_i – количество ярусов в блоке, которое назначается из конструктивных соображений;

h_i – высота яруса, м;

α – угол наклона пластин, принимаем равным 30^о.

Определим длину яруса, L_b, м, по формуле:

где u_w – скорость потока воды в ярусе отстойника, мм/с, применяемая по табл. 31 СНиП 2.04.03-85;

h_li – высота яруса, м, по табл. 31 СНиП 2.04.03-85;

К_dIs – коэффициент сноса выделенных частиц (при рифленых пластинах К_dIs = 1);

U_о - гидравлическая крупность, задерживаемых частиц, определили в пункте 4.3.1.

Строительная длина тонкослойного отстойника L_cтp, м, определим по формуле:

где l₁ – длина зоны грубой очистки, служит для выделения крупных примесей, при применении пропорционального устройства

l₂ = 0,2 м, если распределение осуществляется дырчатой перегородкой l₂ = 0;

l₃ = 0,2-0,25 м;

l₄ = 0,15-0,2 м.

Длина зоны грубой очистки служит для выделения крупных примесей.

Объем зоны рассчитывается на 2-3-минутное пребывание потока.

Определим по формуле:

где K_set - коэффициент использования зоны, принимаем равным 0,3.

Таким образом, определили габаритные размеры осветлителя: 7500×2150×2950 мм. При этом площадь зоны осветления составила 13,89 м².