Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Процессы и аппараты очистки воды в металлургии. Учебное пособие
.pdf
притока обрабатываемой воды. Продолжительность перемешивания t
в смесителях с лопастными мешалками обычно 3–5 мин, с пропеллерными – 1–2 мин.
Число оборотов лопастной мешалки n = 20–30 об/мин; число оборотов пропеллера зависит от расчетного числа оборотов массы воды
вокруг смесительного кожуха z, которое принимается 5–10 об/мин
Количество воды, вращающейся вокруг кожуха, Q
, м3/с, определяет-
1
ся по формуле
Q
= z W / 60, (1.7)
1
где W – объем смесителя, зависящий от времени смешения t и обще-
го расхода сточных вод Q, рассчитывается по формуле (1.4) .
Площадь, перекрываемая вращающимся пропеллером, F, м
F = Q
где v
– скорость движения воды через зону пропеллера, обыч-
0
/ v0, (1.8)
1
2
:
но 1,5…2 м/с.
Диаметр пропеллера D, м:
D . (1.9)
4F
94,0
Число его оборотов:
227
v
n , (1.10)
0
2
cos
tgD
где φ – угол развертки лопастей пропеллера, обычно φ = 22.
Развиваемый пропеллером напор Н, м:
2
1
v
0
hH
(
г
)
, (1.11)
g
2
где η
– гидравлический КПД (0,8–0,9);
г
h – потери напора на местные сопротивления, приблизительно
равные 0,2 м.
Необходимая мощность на валу N
N
где η
– КПД, равный 0,75.
0
= 1000 Q1 H/102 η0, (1.12)
0
, кВт:
0
11
Мощность двигателя N1, кВт, определяется с учетом КПД (ηn) для
отдельных элементов передач (редуктора), значение которого составляет: для червячных передач – до 0,6; для ременных или цепных – 0,95; для зубчатых конических – 0,8.
N
= N0/ ηп. (1.13)
1
Примеры расчета смесителей
Пример 1.
Рассчитать ершовые смесители с перегородками, рас-
положенными под углом α к оси потока: 1) α = 45; 2) α = 90;
3) α = 135;
удельный расход сточных вод q = 0,1 м
3
/с, необходимая
скорость движения воды в щелях v = 1 м/с. (Задаемся скоростью воды в лотке за смесителем v
= 0,5 м/с, шириной лотка В = 0,8 м; коли-
1
чество перегородок принимаем равным 5.)
1. Определяем потери напора в последней щели смесителя:
а) при движении воды вдоль ершей (α = 45) по формуле (1.1):
h = ξ · v
2
/ 2g = 2,5 (1/2 9,81) = 2,5 0,051 = 0,128 (м);
б) при движении против ершей (α = 135): h = 3,5 0,051 = 0,178 (м);
в) при движении перпендикулярно ершам (α = 90): h = 3 0,051 =
= 0,153 (м).
2. Определяем глубину потока в лотке по формуле (1.2):
Н = q/(В · v
) = 0,1/ (0,80,5) = 0,25 (м).
1
3. Определяем глубину потока (напор) в щелях:
а) при α = 45:
h
h
h
h
= H + h = 0,25 + 0,128 = 0,378 (м);
1
= H + 2h = 0,25 + 2 0,128 = 0,506 (м);
2
= H + 3h = 0,634 (м);
3
= H + 4h = 0,762 (м);
4
б) при α = 90:
h
h
h
h
= H + h = 0,25 + 0,153 = 0,403 (м);
1
= H + 2h = 0,556 (м);
2
= H + 3h = 0,709 (м);
3
= H + 4h = 0,862 (м);
4
в) при α = 135:
h
h
h
h
12
= H + h = 0,429 (м);
1
= H + 2h = 0,608 (м);
2
= H + 3h = 0,787 (м);
3
= H + 4h = 0,966 (м).
4
4. Определяем ширину щелей по формулам (1.3):
а) при α = 45:
b
b
b
= q / v (H + h) = q / v h1 = 0,1/ 1(0,25 + 0,128) = 0,265 (м);
1
= q / 1 h2 = 0,197 (м); b3 = q / 1 h3= 0,158 (м);
2
= q / 1 h4 = 0,131 (м);
4
б) при α = 90:
b
b
= q / v (H + h) = 0,1/ 1 0,403 = 0,284 (м);
1
= 0,18 м; b3 = 0,141 м; b4 = 0,116 м;
2
в) при α = 135:
b
b
Ширину смесителя принимаем равной ширине лотка В = 0,8 м.
Пример 2. Расход сточных вод Q = 360 м
= 0,1/ 1 0,429 = 0,234 (м);
1
= 0,165 м; b3 = 0,127 м; b4 = 0,104 м.
2
3
/ч, реагент – известь,
содержащая 50 % CaO, время перемешивания для нейтрализации
t = 1,5 мин.
Определить размеры вихревого вертикального смесителя при ско-
рости движения сточной жидкости во входном отверстии v
= 1 м/с;
1
скорость движения сточной жидкости в цилиндрической части смесителя v
= 0,03 м/с.
2
1. Определяем объем смесителя по формуле (1.4):
W = Q · t/ 60 = 360 1,5/ 60 = 9 (м
3
).
2. Определяем площадь сечения входного отверстия по формуле (1.5):
f
= q / v1 = Q / 3600 v1 = 0,1 (м2), соответственно диаметр входно-
1
го отверстия составит d
= 0,36 м.
1
3. Площадь сечения цилиндрической части вычисляется по фор-
муле (1.6):
f
= q / v2 = 0,1 /0,03 = 3,34 (м2), соответственно ее диаметр D = 2,1 м.
2
4. Высота усеченного конуса (конусной части смесителя):
H
ее объем:
= (R – r) /( tg α /2) = (1,05 – 0,18)/ 0,415 = 2,1 (м),
к
Hf f ff
W
к 12 12
(м3).
к
3
2,81
5. Высота цилиндрической части смесителя:
H
= (W – Wк) / f2 = (9 – 2,81)/3,34 = 1,85 (м).
ц
6. Рабочая высота смесителя:
H
= Hц + Hк = 1,85 + 2,1 = 3,95 (м).
р
13
7. Конструктивная высота смесителя с учетом возвышения бортов
над водой 0,15 м составит: 3,95 + 0,15 = 4,1 (м).
Пример 3. Рассчитать пропеллерный смеситель с конической
зубчатой передачей (
при их расходе Q = 360 м
= 0,8) для смешения сточных вод с известью
п
3
/ч (0,1 м3/с), числе оборотов воды вокруг
смесительного кожуха z = 5 в минуту и скорости потока воды через
зону пропеллера v
= 2 м/с.
0
1. Определяем объем смесителя по формуле (1.4):
W = 360 1,5/ 60 = 9 (м
3
).
2. Количество воды, вращающейся вокруг смесительного кожуха,
по выражению (1.7) составит:
Q
= (z W) / 60 = 5 9 / 60 = 0,75 (м3/с).
1
3. Площадь, перекрываемая вращающимся пропеллером, согласно
уравнению (1.8):
F = Q
/ v0 = 0,75/2 = 0,375 (м2).
1
4. Диаметр пропеллера рассчитывается по формуле (1.9):
D =
0,94 / 4F = 3,14,375/0,94 4 0 = 0,72 (м).
5. Число оборотов пропеллера при угле φ = 22 по уравнению
(1.10):
n = (27 2 v
) / (D tg φ cos 2φ ) = 27 2 2/0,72 0,404 0,859 = 432 (об/мин).
0
6. Напор, развиваемый пропеллером, при гидравлическом КПД
η
= 0,8 и потерях напора на местные сопротивления h = 0,2 согласно
г
формуле (1.11) составит:
112
Hh
г
2
v
0
2 0,8 2 9,81
g
0, 2 0,5
(м).
7. Необходимая мощность на валу пропеллера определяется по
уравнению (1.12):
N
= (1000 Q1 H)/(102 η0) = (1000 0,75 0,5)/ (102 0,75) = 4,9 (кВт).
0
8. Необходимая мощность двигателя при конусной зубчатой пере-
даче (редукторе) с КПД η
N
14
= N0/ ηп = 4,9/0,8 = 6,12 (кВт).
1
+ 0,8 вычисляется по формуле (1.13):
п
1.2. Процессы и аппараты для усреднения
сточных вод (усреднители)
Усреднители предназначены для регулирования (выравнивания)
количества сточных вод, поступающих на сооружения их очистки, и
концентраций содержащихся в них загрязняющих примесей.
Поступление на очистные сооружения производственных сточных
вод с постоянным расходом и усредненной концентрацией загрязнений повышает эффективность как механической их очистки, так и
последующих химической и биологической, повышает надежность
работы сооружений
, обеспечивает экономию энергии и реагентов за
счет ликвидации пиковых расходов или пиковых концентраций загрязняющих компонентов.
Регулирование расхода и концентраций загрязнений сточных вод
может обеспечиваться несколькими путями. По одному из вариантов
резервуары-усреднители располагаются в составе комплекса очистных сооружений на основном канале (трубопроводе) перед отстойниками и все сточные
воды проходят через усреднитель. По другому
варианту усреднители устанавливаются на боковых линиях параллельно основному технологическому каналу, и в них отводят лишь
избыточный (сверхрасчетный) расход сточных вод, или расход сточных вод с высокой (сверхрасчетной) концентрацией загрязнений. Как
в том, так и в другом случае достигается снижение расчетных расходов сточных
вод и концентраций загрязнений в них до среднесуточ-
ного уровня.
Применение усреднителей, выравнивающих пиковые расходы и
концентрации загрязненных сточных вод, позволяет разрабатывать
более экономичные проекты очистных сооружений, принимая для
расчета усредненные данные.
Для усреднения концентрации загрязнений сточных вод применяются пруды и различные резервуары-усреднители.
Пруды-усреднители имеют относительно большие
объемы, однако достигаемый в них эффект невысок и зависит от струйности потоков, ветровых течений, колебаний температуры и т. д.
Резервуары-усреднители имеют сравнительно небольшую емкость.
Усреднение в них достигается за счет принудительного перемешивания вновь поступающих порций сточной жидкости с содержимым резервуара. При этом применяют механические мешалки (аналогично
механическим смесителям), барботирование (перемешивание воздухом) или систему перегородок, разбивающих поток на струи.
Наиболее полное перемешивание достигается в усреднителях с
мешалками или барботированием. Однако их работа связана с ис-
15
пользованием механизмов и затратами электроэнергии, что является
существенным недостатком этих конструкций.
Из большого числа перегородочных усреднителей наиболее эффективны конструкции Д.М. Ванякина, схемы которых приведены на
рис. 1.4 и 1.5.
В прямоугольном усреднителе конструкции Д.М. Ванякина диагональная перегородка делит его на две части, работающие параллельно. Параллельно длинной стороне установлены
продольные перегородки, разбивающие резервуар на ряд коридоров. Распределительные желоба расположены на торцевых сторонах, а сборные – по
обеим сторонам диагональной перегородки.
Каждая вновь поступающая порция воды разделяется на ряд потоков, движущихся с одинаковой скоростью по коридорам разной
длины, вследствие чего они (потоки) подходят к сборным желобам
через различные
промежутки времени, обратно пропорциональные
длинам коридоров. Таким образом, в каждый момент времени в
сборные желоба поступают порции сточной жидкости, подошедшие
к усреднителю в различное время и имеющие различные концентрации загрязняющих примесей. Смешиваясь в сборных желобах с различными концентрациями примесей, сточные воды усредняются.
Рис. 1.4. Усреднитель концентрации загрязнений сточных вод (прямоугольный):
1 – водоподводящий канал; 2 – распределительный желоб; 3 – глухая
диагональная перегородка; 4 – продольные перегородки; 5 – сборные желоба
16
Аналогично работает усреднитель круглой (в плане) формы с глу-
хой радиальной перегородкой, схема которого приведена на рис. 1.5.
Объем и размеры усреднителей определяют на основании данных
о колебании концентраций загрязняющих примесей усредняемого
потока во времени, выражаемых графически аналогично приведенным на рис. 1.6 и 1.7, и требуемой степени усреднения.
Рис. 1.5. Усреднитель концентрации загрязнений сточных вод (круглый):
1 – водоподводящий канал; 2 – распределительный желоб; 3 – радиальная
глухая перегородка; 4 – сборный желоб; 5 – направление движения воды
При достаточно выраженной цикличности изменения состава
сточных вод (см. рис. 1.6) все расчеты значительно упрощаются, так
как средняя концентрация стока за один цикл соответствует средней
концентрации его за сутки.
Необходимая расчетная продолжительность усреднения в этом
случае равна продолжительности одного цикла.
17
р
ч
140
120
3
100
80
60
40
20
Концентрация, г/м
0
1
t1 t2
2
t3
5
4
3
78 9
6
12 13
14
В
10 11
б
15
16 17
Рис. 1.6. График колебания концентраций загрязнений сточных вод:
а – при выраженной цикличности изменения их состава;
- - - – средняя концентрация загрязнений;
б – при отсутствии выраженной закономерности изменения их состава;
- - - – концентрации загрязнений после усреднения
Объем усреднителя при этом рассчитывается по формуле
18
емя,
W = ∑ q
– часовые расходы сточных вод в пределах одного цикла, м3;
где q
i
/ 2η = Q / 2η, (1.14)
i
η – постоянный коэффициент, равный 0,7.
Средняя концентрация веществ в усредненном потоке сточных
вод С
С
18
, мг/л, определяется по формуле
ср
= (q1 C1 + q2 C2 + … + qn Cn) / Q, (1.15)
ср
где С1, С2, …, Сn – концентрации загрязняющих веществ в часовых
расходах сточных вод, мг/л.
При отсутствии выраженной закономерности изменения состава
сточных вод (см. рис. 1.6,б) расчет ведется по наиболее неблагоприятному периоду; продолжительность этого периода в пределе цикла
равна количеству часов работы в сутки. При большом расходе сточных вод устройство усреднителей такой емкости (
W = Q
) требует
сут
больших производственных площадей и капитальных затрат. Поэтому в таких случаях приходится исходить не из необходимости обеспечить среднюю концентрацию загрязняющих веществ, а из максимально допустимой ее величины, обусловленной теми или иными
требованиями. Роль усреднителя при этом сводится к сглаживанию
«пиков» концентраций, вследствие чего объем его будет значительно
меньше.
Для определения объема такого усреднителя необходимо установить расчетную продолжительность усреднения Т, при котором достигается максимально допустимая концентрация загрязнений – С
м.д
Для этого по графику колебаний концентраций (см. рис. 1.6) выбирают наиболее неблагоприятный участок и для него устанавливают
наименьший период Т, в течение которого средняя концентрация не
будет превышать максимально допустимую – С
...
CCCС
21
...
21
kiiii
C
tttt
kiiii
т. е.:
м.д,
; (1.16)
дм.
.
t
, С
где С
, Сi
i
i + 1
, …, С
+ 2
+ t
+ t
i
i + 1
i + k
+ … + t
i + 2
– концентрации загрязнений в часовых
= Т,
i + k
пробах на неблагоприятном участке графика, мг/л;
, t
, t
t
i
i + 1
i + 2,
…, t
– часы, в течение которых имеют место ука-
i + k
занные концентрации.
3
Необходимая емкость усреднителя W, м
, определяется по урав-
нению
W = Q / 2η = q Т / 2η,
3
где q – приток сточных вод, м
Q – приток сточных вод за период Т, м
/ч;
3
/ч;
η – постоянный коэффициент, равный 0,7.
19
Выражение (1.16) справедливо только при постоянном притоке
сточных вод, т. е. при q = const. При переменных значениях q период
усреднения может быть определен на основании зависимостей
(q
где q
, q
i
Q = q
Приведенными уравнениями для С
i + 1
Сi + q
i
, ..., q
C
i + 1
– часовые расходы сточных вод,
i + k
+ … + q
i + 1
+ q
i
i + 1
C
i + k
+ … + q
м.д
i + k
i + k
, Q и Т можно пользоваться
) / Q ≤ С
, (1.17)
м.д
.
также при определении объемов усреднителей других конструкций
(коридорных, с перпендикулярными перегородками и т. д. (рис. 1.7),
но в этих случаях W = Q).
Рис. 1.7. Смесители – усреднители сточных вод:
а – с параллельными перегородками;
б – с перпендикулярными перегородками
Из уравнения (1.17) следует, что чем больше допустимая величина С
, тем меньший объем может иметь усреднитель.
м.д
Конструкцию и линейные размеры усреднителей (глубину, ширину коридоров и др.) определяют с учетом особенностей усредняемых
сточных вод, в частности концентрации в них взвешенных веществ,
способности их к осаждению, допустимости выпадения осадка в усреднителе, обеспечения удаления выпавшего осадка и т. п.
В случаях
усреднения сточных вод, содержащих большое количество взвешенных веществ, и недопустимости выпадения их в усреднителе расчетная скорость движения воды в нем должна быть не
меньше скорости в подводящем канале. Если такие скорости обеспечить невозможно, то необходимо принять меры по взмучиванию
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]