2013-14 Экология Диск Студентам / Отстаивание

ГОСУДАРТСВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯННОЙ ТЕХНЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра охраны труда и окружающей среды

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ к лабораторной работе «Отстаивание»

Уфа 1995

В методических указаниях приведены сведения о вредном воздействии нефтепродуктов и твердых частиц на состояние водоемов.

Изложены научные основы процесса отстаивания.

Дана методика эксперимента, порядок обработки опытных данных, требования к оформлению отсчета.

Составители: Абдрахимов Ю.Р., профессор, д.т.н. Галлямов М.А., доцент, к.т.н.

Рецензент: Галикеев Р.К., доцент, к.т.н.

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1995.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение процесса свободного разделения твердых частиц и глобул

масла в воде.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Краткие сведения о вредном воздействии нефти нефтепродуктов и механических примесей на состояние водоѐмов.

2.Научные основы, механизм процесса свободного осаждения (всплывание)

масел и твердых частиц в воде.

3.Экспериментальное определение скоростей осаждения и всплывания.

4.Определение скоростей осаждения и всплывания расчетным методом,

обработка данных, построение графических зависимостей, выводы по работе.

1.КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ВРЕДНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕФТИ,

НЕФТЕПРОДУКТОВ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ НА СОСТОЯНИЕ ВОДОЁМОВ.

Часто встречающимися в значительных количествах веществами в сточных водах предприятий является нефть, продукты еѐ переработки и механические примеси (взвешенные вещества). Загрязнения этими веществами водоѐмов может происходить на всех этапах – с момента добычи нефти или газа до непосредственного использования продуктов, полученных путем их переработки.

Попадание в поверхностные водоема указанных загрязнителей резко ухудшает санитарно-гигиеническое их состояние, изменяет химический состав воды к физические еѐ свойства. Это, в первую очередь, угнетает, а

чаще всего приводит к гибели многих видов живых организмов - обитателей водоемов.

Одним из наиболее распространенных, простых и достаточно эффективных способов очистки сточных вод от нефти, нефтепродуктов и взведенных веществ является механическая очистка (решетки, отстойники,

фильтры и т.д.).

Основным сооружением механической очистки являются различной

конструкции, типа и геометрических размеров отстойники.

В данной лабораторной работе изучаются основы процесса осаждения и влияние загрязнителей и отстойниках. Знание механизма и научных основ

этих процессов, в сочетании с анализом результатов проведенных

экспериментально-лабораторных исследований, позволит студентом и специалистам овладеть знаниями интенсификации работы этих сооружений и тем самым повысить эффективность очистки сточных вод от нефти,

нефтепродуктов и механических примесей.

1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ. МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ

(всплывание) МАСЕЛ И ТВЕРДО ЧАСТИЦ В ВОДЕ Сточные воды, образующиеся при добыче, транспортировке и

переработке нефти и нефтепродуктов, способны самопроизвольно

разделяться вследствие различия удельных весов веществ-загрязнителей

(нефть, нефтепродукты, механические принеси) и воды.

Рассмотрим процесс разделения на примере одиночной частицы,

находящейся в водной среде.

При движении частицы в жидкости (например, в процессе осаждения) в

начальный момент скорость еѐ возрастает. С ростом скорости будете возрастать и сопротивление среды движению частицы. Начиная с некоторого момента, ускорение движения будет равно нулю (сила тяжести сравняется с силой сопротивления) и частица станет двигаться с постоянной скоростью,

называемой скоростью осаждения. Итак, на отдельную шарообразную

частицу, находящуюся в жидкости, действуют: сила тяжести (равная весу

частицы), выталкивающая архимедова сила (равная весу среды в объеме частицы) и сопротивление окружающей среды.

Сила, движущая частицу в жидкости, выражается разностью между еѐ

весом и выталкивающей архимедовой силой:

где d - диаметр частицы, М ;

g - ускорение силы тяжести (9,81 м/с2);

Ч , С - соответственно плотность частицы и среды, кг/м3.

Сила сопротивления среды, движущейся в ней частице, выражается

уравнением;

Скорость осаждения 0 можно найти из условия равенства силы, движущей частицу, и силы сопротивление, среды, принимая в уравнении (2) равным0 :

Полученная расчетная формула, как и последующие, могут быть использованы и для мелких жидких капель. Если платность капель меньше плотности среды, то в соответствующих выражениях используется Ч С .

Возвращаясь к сопротивлению движения частицы, следует отметить, что величина его зависит главный образом от режима движения и размеров частиц.

При осаждении мелких частиц с небольшими скоростями (ламинарный режим) тало окружено пограничным слоем жидкости и плавно обтекается потоком (рис 1,а).

Рис. 1

Затраты энергии в таких условиях связаны лишь с преодолением сопротивления трения. Движение крупных частиц происходит с большой скоростью, когда все большую роль начинают играть силы инерции. Под действием этих сил пограничный свой отрывается от поверхности тела, что приводит к понижению давления за движущимися талом в непосредственной близости от него и к образовании завихрений и данном пространстве

(турбулентный режим, ,рис 1).

Начиная с некоторых значений скоростей, затратами энергии на преодоление трения можно пренебречь, в роль лобового сопротивления становится преобладающей. В этом, случав, как и при движении жидкостей по трубам, наступает автомодельный (по отношении к критерию Рейнольдса)

режим. Когда затраты энергии на лобовое сопротивление и на трение сопоставимы по величине, такой режим называют переходным.

В гидравлике каждому режиму соответствует определенный характер зависимости коэффициента сопротивления от критерия Рейнольдса (

Re d ):

ламинарный режим при Re 2

автомодельный режим при 2 105 ; Re>~ 500

(6)

Для определения скорости осаждения в формулу (3) подставляют значения коэффициента сопротивления (4), (5) или (6), соответствующие режиму движения. Для определения режима движения (критерия Re)

необходимо знать скорость движения, т.е. искомую скорость осаждения.

Поэтому расчет скорости осаждения по данной методике возможен методом последовательных приближений. Допуская, что осаждение происходит в определенной области например, ламинарной формулу (3) подставляют значение коэффициента по (4) и рассчитывают скорость осаждения и по этой величине вычисляют Rе . Затем проверяют, лежит ли найденное значение Re в пределах, отвечающих принятой области. В случае несовпадения повторяют до получения сходных результатов.

Вследствие трудоемкости метода последовательных приближений для определения скорости осаждения удобно пользоваться методом,

предложенным П.В.Лященко.

Известно, что другим критерием подобия, определяющим режим движения, является критерий Архимеда;

где - кинематический коэффициент вязкости, м2 с .

Путѐм преобразований уравнения (3) Лященко П.В. показал, что критерий Ar , состоящий из величин, которые либо заданы, либо могут быть заранее определены, связан с критерием Re соотношением:

значения критерия Re , отвечающего переходу одной области осаждения в

Скорость осаждения определяется через критерий Re :

2. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ОСАЖДЕНИЯ И ВСПЛЫВАНИЯ

Эти скорости определяются в цилиндрической стеклянной колонке диаметром 32 мм по времени прохождения частицей участка высотой 1 м (см. рис.2). Участок в 1 м, на котором экспериментально определяется скорость осаждения, (всплытия), располагается ниже свободной поверхности воды и выше штуцера А.Подобное расположение замерного участка необходимо для стабилизации скорости движения частицы (для гашения силового воздействия экспериментатора при опускании частицы или выдавливания глобулы из шприца).

Рис.2

Выбирается 4-5 частиц сферической формы из выданных преподавателем образце . Шарики твердого материала должны иметь близкие диаметры (

лучше всего, чтобы они совпадали).Для измерения шариков применяется штангенциркуль.

Опускаем в колонку по одному шарику, определенное количество секундомером время их движения между отрезками а, б. Для приобретения навыков работы предварительно необходимо 1-2 шарика использовать для пробных опытов, не принимая во внимании эти результаты в расчетах.

Полученные данные сводим в таблицу.

Вторую серив опытов (определение скорости всплывания) проводим с использованием нефтепродуктов ( масел различных марок) с известной плотностью.

В медицинский шприц набирается определенное количество масла (0,5;

1,0; 1,5 или 2,0 мл). Масло набирается без иглы, далее вставляется игла,

выпускается воздух из последней, поддерживая систему в вертикальном положении (игла сверху).Когда через кончик иглы будет выдавливаться сплошной поток масла, точно зафиксируем объем оставшегося масла в шприце, затем вставляем иглу в штуцер А колонки и начинаем опыты.

Равномерно и медленно надавливая на поршень шприца, наблюдаем за ростом диаметра глобулы масла в конце иглы. В какой-то момент глобула оторвется от иглы и при еѐ достижении метки, а включаем секундомер.

Пока первая глобула не достигнет метки б, вторую не образовываем. После отрыва глобулы кончика иглы поршень шприца необходимо поддерживать нажатием пальца в фиксированном положении. Иначе за счет давления столба жидкости колонки в иглу попадет вода, затем в виде водонефтяной эмульсии будет выдавливаться, опыт будет испорчен. После измерения времени всплывания 5-6 глобул опыт завершаем, точно зафиксировав (это очень важно), объединяем пропущенного масла, выдавленного из шприца.

V VН VК

где V - объем пропущенного масла, мл;

VН ,VК - соответственно, начальный и конечный объем масла в шприца,

мл.