Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Процессы и аппараты очистки воды в металлургии. Учебное пособие
.pdf
Рис. 2.10. Схемы открытых гидроциклонов:
а – без внутренних вставок; б – с конической диафрагмой;
в – с конической диафрагмой и внутренним цилиндром;
1 – подводящий трубопровод; 2 – отвод шлама; 3 – отвод очищенной
воды; 4 – коническая диафрагма; 5 – внутренний цилиндр
Основной расчетной величиной для расчета открытых гидроци-
клонов (см. рис. 2.10) является нагрузка q
, м3/(м2 · ч), которая опре-
hc
деляется по формуле
где К
– коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гид-
hc
роциклона: а) без внутренних устройств – К
ской диафрагмой и внутренним цилиндром – К
6,3 UKq
, (2.21)
0
hchc
= 0,61; б) с кониче-
hc
= 1,91…1,96;
hc
в) для многоярусных гидроциклонов с центральными выпусками
К
здесь n
– число ярусов;
ti
D
– диаметр гидроциклона, м;
hc
– диаметр окружности, на которой располагаются раструбы
d
en
= 0,75 · nti (D
hc
2
– d
hc
en
) / D
2
,
hc
2
выпусков;
51
г) для многоярусных гидроциклонов с периферийным отбором
осветленной воды
2
К
= 1,5 · nti (D
hc
2
– d
hc
g
) / D
2
,
hc
здесь d
– диаметр отверстия диафрагмы средней пары ярусов, м.
g
Величину конструктивных параметров (D
, den и т. д.), входящих
hc
в расчетные зависимости, назначают по приложению.
Производительность одного аппарата рассчитывается по формуле
785,0
2
DqQ .
hchchc
Исходя из общего расхода сточных вод Q определяется количест-
во рабочих гидроциклонов:
QQN
.
hc
Угол наклона конических диафрагм в открытых гидроциклонах за-
дается в зависимости от свойств выделяемых частиц, но не менее 45.
Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут изготавливаться из
листовой стали или неметаллических материалов: синтетические полимеры, пластмассы, ткани на каркасе и т.д.
Удаление выделенного осадка из открытых гидроциклонов предусматривается непрерывно,
под гидростатическим давлением или механизированными средствами. Всплывающие примеси задерживаются полупогружными кольцевыми перегородками и удаляются специальными устройствами.
Наиболее широкое распространение в практике очистки сточных
вод в металлургии получили открытые гидроциклоны диаметром
3
2,5 – 6 м, работающие при гидравлических нагрузках 4…6 м
/(м2ч).
Недостаток открытых гидроциклонов в том, что эффективно используемый их объем не превышает 5 % их строительного объема.
Этот недостаток устраняется в многоярусных гидроциклонах, в которых объем цилиндрической части разделен коническим диафрагмами. Производительность таких аппаратов пропорциональна числу
ярусов.
Напорные гидроциклоны. С помощью напорных гидроцикло-
нов, схемы которых приведены на рис. 2.11, успешно решаются многие технологические задачи осветления сточных вод, например, стекольных заводов, автохозяйств, литейных и металлургических производств, нефтепромыслов; отмывки песка, извлекаемого в песколовках, и т. д.
52
Рис. 2.11. Схемы двухпродуктового (а) и трехпродуктового (б)
напорных гидроциклонов: 1 – корпус; 2 – конус; 3 – отвод очищенной
воды; 4 – подводящий трубопровод; 5 – отвод шлама
Выделение частиц взвеси в напорных гидроциклонах происходит
во многом под действием центробежных сил, которые возникают
потому, что очищаемая вода с большой скоростью, под напором вводится в гидроциклон по касательной и находится во вращательном
движении. При этом взвешенные частицы перемещаются в коническую часть, где основной поток воды поворачивает к центральной
оси. Вертикальная скорость у места поворота близка к нулю. Здесь и
задерживаются взвешенные частицы, которые затем выпадают в конусную часть гидроциклона.
Эффективность работы напорных гидроциклонов характеризуется
фактором разделения фаз (К
), который показывает, во сколько раз
р
скорость выпадения частиц под действием центробежных сил превосходит скорость их оседания под действием сил тяжести.
53
2
v
K
р
,
rg
где v – окружная скорость вращения частиц (потока), м/с;
g – ускорение силы тяжести, м/с
2
;
r – радиус вращения частиц (внутренний радиус гидроциклона), м.
Сепарирующая способность напорных гидроциклонов возрастает
с уменьшением их диаметра. Она зависит также от высоты цилиндрической части циклона, угла конуса, диаметров входного и сливного патрубков и других факторов.
С повышением концентрации взвеси в исходной воде замедляется
процесс седиментации и сепарирующая способность
гидроциклонов
снижается. Влияние начальной концентрации взвеси особенно велико
при обработке сточных вод, содержащих легкие и мелкие частицы.
Расчет напорных гидроциклонов производится исходя из крупно-
сти задерживаемых частиц σ и их плотности.
Диаметр напорных гидроциклонов D
выбирается в зависимости
hc
от размера частиц по табл. 2.4.
Таблица 2.4
Зависимость диаметра гидроциклонов от размера задерживаемых частиц
σ, мкм 8…25 10…30 15…35 18…40 20…50 25…60
Dhc, мм 25 40 60 80 100 125
30…70 35…80 40…110 45…150 50…170 55…200
160 200 250 320 400 500
Основные размеры напорных гидроциклонов подбираются по
данным заводов-изготовителей. При этом диаметры питающего (d
и сливного (d
) патрубков должны отвечать следующим соотноше-
ex
ниям:
d
d
d
/ dex = 0,5 – 1;
en
/ Dhc = 0,12 – 0,14;
en
< [(Dhc – dex) / 2 ] – Δ,
en
где Δ – толщина стенки сливного патрубка.
Диаметр шламового патрубка d
d
54
/ dex = 0,2 – 1.
шл
назначается из соотношения
шл
)
en
Высота цилиндрической части – Нц должна приниматься:
– для гидроциклонов-осветлителей (2…4) D
– для сгустителей: (1…2) D
.
hc
;
hc
Угол конусности α следует принимать:
– для осветлителей 5…15;
– для сгустителей 20…45.
Давление на входе в напорный гидроциклон принимается
0,15…0,4 МПа (1,5…4 кгс/см
2
) при одноступенчатых схемах освет-
ления воды и сгущения осадков, а также в многоступенчатых установках, работающих с разрывом струи, и 0,35…0,6 МПа
(3,5…6 кгс/см
2
) – при многоступенчатых схемах, работающих без
разрыва струи.
Производительность напорного гидроциклона Q
рассчитывается
hc
по формуле
3
1058,9 , (2.22)
где g – ускорение силы тяжести, м/с
exenhc
2
;
PgddQ
ΔР – потери напора в гидроциклоне, МПа;
d
и dex – диаметры питающего и сливного патрубков, мм.
en
В зависимости от требуемой эффективности очистки сточных вод
и степени сгущения осадка обработка воды в напорных гидроциклонах может осуществляться в одну, две или три ступени путем последовательного соединения аппаратов с разрывом или без разрыва
струи. На первой ступени используются гидроциклоны больших
размеров
для задерживания основной массы взвешенных веществ и
крупных частиц, которые могут засорять гидроциклоны малых размеров, используемые на последующих ступенях установки.
Для выделения из сточных вод частиц механических загрязнений
крупностью δ = 50…100 мкм рекомендуется применение напорных
гидроциклонов малых диаметров (D
= 20…150 мм), которые объе-
hc
диняются в батареи и блоки по 10–50 штук (мультициклоны), что
позволяет при обеспечении требуемого эффекта очистки и производительности добиваться максимальной компактности установки.
Батарейные гидроциклоны имеют единую систему питания, а также единые системы сбора верхнего и нижнего продуктов разделения.
Для проектирования гидроциклонных установок должны быть
заданы те
же характеристики сточных вод и механических загрязнений, что и при проектировании других аппаратов механической
очистки.
55
По кривым кинетики отстаивания (рис. 2.12) и по заданному эффекту очистки определяется охватывающая гидравлическая крупность частиц: U
= h/t. Затем из точки на оси ординат, соответст-
0
вующей заданному эффекту осветления, проводится касательная к
кривой = f (t). Из точки касания опускается перпендикуляр на ось
абсцисс и по найденному времени t
равлическая крупность U
задерживаемых частиц, мм/с:
гр
определяется граничная гид-
гр
U
= h/tгр,
гр
по которой в соответствии с формулой Стокса (1.7) или формулой (2.1) рассчитывается граничный диаметр задерживаемых частиц:
18 100Ug , (2.23)
гр гр т ж
где – вязкость жидкости;
– гидравлическая крупность или граничная скорость осаждения;
U
гр
,
– плотность твердых частиц и жидкости соответственно.
тж
Рис. 2.12. Кинетика отстаивания сточных вод (С0 = 300 мг/л; h = 200 мм):
1 – кривая = f(t); 2 – реальная кривая
В гидроциклонах обеспечивается отделение песка и минеральных
частиц диаметром более 0,1…0,15 мм и плотностью 1,2 г/см
56
3
и более,
которые отводятся через патрубок сгущенного продукта. Воды, содержащие частицы диаметром менее 0,1 мм, подаются обычно на
рециркуляцию в технологические процессы.
В табл. 2.5 и 2.6 приведены основные конструктивные параметры гид-
роциклонов и фракционный состав задерживаемых твердых примесей.
После определения граничной крупности частиц, которые требуется выделить, по табл. 2.4 и другим справочным материалам подби
раются тип, диаметр и другие размеры гидроциклона (d
, ) и назначается давление Рen, под которым исходная вода долж-
H
к
, dex, dшл, Hц,
en
на подаваться на гидроциклоны.
Затем исходя из заданных размеров рассчитывается (проверяется)
граничная крупность разделения , мкм:
агрегаты – источники
Мартеновские печи и
конвертеры
Электросталеплавильные
печи
Пропускная
способность,
л/мин, при давлении на входе
0,035 МПа
Диаметр
подающего
патрубка, мм
гр
Гидравлическая крупность и удельная гидравлическая нагрузка
Производства,
сточных вод
Показатель
107,2
. (2.24)
Конструктивные параметры гидроциклонов
15; 19
100
3
для различных сточных вод
Гидравлическая крупность
коагуляции
0,1…0,3
0,03…0,06 0,15…0,3
Диаметр
гидроциклонов, мм
300 600
543,0
частиц, мм/с
Без
15; 19; 23; 30; 38
250
ddD
714,0507,0572,0
С
коагуляцией
0,6
Фракционный
состав задерживаемой
твердой фазы,
мкм
Диаметр
шламового
отверстия, мм
exenhc
Показатель
5,0014,0643,1
5,0
222,0
РННd
en
жткцшл
Таблица 2.5
Удельная гидравлическая
нагрузка, м3/(м2 ч)
Без
коагуляции
6…7
2
гидроциклонов,
100
65
С
коагуляцией
14
6…7
Таблица 2.6
Диаметр
мм
300 600
100
100
-
57
После уточнения всех геометрических размеров по формуле (2.22)
вычисляется производительность гидроциклона.
Для более точных расчетов производительности гидроциклона
(л/с) рекомендуется следующая эмпирическая формула:
443,0025,0015,0143,0405,023,1053,0
03,1
цшл
РНdddDQ
enexenhcen
. (2.25)
Определив производительность одного аппарата, по общему количеству сточных вод, подвергаемых обработке, находят число рабочих гидроциклонов и назначают общее количество установок.
Потери воды с выделяемым осадком для примерного расчета принимаются:
– для гидроциклонов диаметром менее 100 мм – (0,07…0,08) Q
– для гидроциклонов диаметром более 100 мм – (0,04…0,05) Q
;
en
.
en
Примеры расчета гидроциклонов
Пример 1.
очистки сточных вод (расход Q = 50 м
Требуется рассчитать открытые гидроциклоны для
3
/ч) при обеспечении задержа-
ния частиц гидравлической крупностью 0,3 мм/с.
Принимаем конструкцию гидроциклона с конической диафрагмой
и внутренним цилиндром (см. рис. 2.10,в).
По формуле (2.21) определяем удельную нагрузку на гидроциклон:
14,23,098,16,36,3
UKq
0
hchc
[м3/(м2·ч)].
Затем вычисляем общую площадь зеркала воды в гидроциклоне:
qQF (м
hchc
Задавшись диаметром одного гидроциклона D
3
4,2314,250
).
= 3 м, рассчиты-
hc
ваем общее их количество:
qfQ
hchc
fFN
;
Df ;
DqQ ;
hchchc
;
Dqqf ;
2
hc
2
2
hchchc
22
3,3)3785,0(4,23)785,0(4,23
785,0
785,0
785,0
DN .
hc
58
Приняв количество гидроциклонов равным 3 (при диаметре каж-
дого 3 м), с помощью приложения определяем их конструктивные
размеры:
высоту 5,35,0
–
–
диаметр впускного патрубка 15005,0305,0
количество патрубков – 2;
–
угол конической части α = 60;
–
–
угол конуса диафрагмы β = 90;
–
диаметр центрального отверстия 5,15,0
диаметр внутреннего цилиндра 64,288,0
–
высоту внутреннего цилиндра 3
–
–
высоту водосливной стенки 5,0
диаметр водосливной стенки 2,32,0
–
DН
hc
ц
(м);
1
1
H м;
2
2
Dd (мм);
hcen
Dd (м);
hc
DD (м);
hc
hcDH м;
DD (м).
hc
Пример 2. Требуется спроектировать установку с многоярусными
гидроциклонами для очистки сточных вод (расход Q
имеющих температуру Т
желых примесей С
содержание С
тяж
= 60 мг/л, С
тяж
= 15…30 С; исходную концентрацию тя-
W
= 250 мг/л, масел – С
= 25 мг/л.
мас
= 60 мг/л; остаточное
мас
= 1200 м3/ч),
W
По данным кинетики отстаивания при t = 20 С в слое h = 200 мм
требуемая степень очистки обеспечивается при задержании тяжелых
частиц гидравлической крупностью 0,3 мм/с и частиц масел крупностью 0,5 мм/с. За исходную принимаем гидравлическую крупность
частиц U
= 0,3 мм/с.
0
Принимается многоярусная конструкция гидроциклона с цен-
тральными впусками.
Расчет
1. Задаемся диаметром гидроциклона D
= 5 м, при этом диаметр
hc
отверстий в конических диафрагмах d = 1,7 м.
2. Рассчитываем гидравлическую нагрузку q
:
hc
;6,3
UKq
0
hchc
222
;)(75,0
nDdDnK
tihcenhctihc
222
nnq [м3/(м2·ч)].
7,0)5/()7,15(75,03,06,3
titihc
3. Определяем производительность одного аппарата (яруса):
2
73,13785,0
DqQ (м3/ч).
hchchc
59
4. Определяем количество ярусов: 8773,131200
tin .
5. Задавшись (по табл. 4 справочного пособия к СНиП 2.04.03–85)
числом ярусов в гидроциклоне n = 15, определяем количество рабочих аппаратов:
N
ем основные размеры аппаратов.
Пример 3. Спроектировать установку для предочистки 120 м
. Затем по той же таблице назнача-
68,51587
3
/ч
сточных вод от взвешенных веществ при их исходной концентрации
= 1 500…3 000 мг/л. Заданный эффект очистки 80 % (остаточная
С
0
концентрация С
ских примесей ρ = 2,6 г/см
= 300…600 мг/л). Плотность выделяемых механиче-
t
3
.
Для предочистки рекомендована установка напорных гидроци-
клонов.
По кинетике отстаивания (см. рис. 2.12) заданный эффект в слое
h = 200 мм достигается при времени отстаивания t = 10 мин (600 с).
Расчет
1. Определяем охватывающую гидравлическую скорость осаждения частиц:
thU (мм/с).
0
33,06010200
2. По касательной к кривой кинетики отстаивания из точки
= 80 % находим граничное время отстаивания t
= 16,5 мин и гра-
гр
ничную гидравлическую крупность оседающих частиц:
thU
гр
2,0605,16200
(мм/с).
3. По формуле (2.23) рассчитываем граничную крупность частиц:
гр
-4
1075,498116,210002,01,018
(см) = 47,5 мкм.
4. По справочным таблицам подбираем гидроциклон, который
D
может выделить частицы этой крупности с диаметром
= 80 мм и
hc
в соответствии со СНиП 2.04.03–85 подбираем размеры основных
узлов:
3208044
ц
Dd
d (мм);
ex
DН
hc
DН мм.
к hc
Давление питания принимаем Р
60
hcen
tg
en
2025,08025,0
(мм);
326,020
(мм); = 10;
457)22(
= 0,3 МПа.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]