- •Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •Часть I
- •Обезвоживание и методы очистки сточных вод
- •Введение
- •Глава 1. Основные законы термодинамики. Понятие энтропии как функции обесценивания энергии и стремления системы к хаосу
- •1.1 Понятие «энтропия». Принцип существования и возрастания энтропии
- •1.2. Энергоэнтропийная концепция аварийности и травматизма
- •1.3. Воздействие промышленного производства на природу. Ресурсосберегающая технология. Материальный баланс производства
- •1.4. Классификация основных процессов
- •1.5. Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- •1.5.1. Материальный баланс
- •1.5.2. Энергетический баланс
- •1.5.3. Интенсивность процессов и аппаратов
- •1.5.4. Определение основных размеров аппаратов
- •1.5.5. Моделирование и оптимизация процессов и аппаратов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Классификация двухфазных систем
- •2.1. Методы обезвоживания
- •2.2. Формы связи воды с твердым телом. Энергия связи различных форм воды с твердым телом
- •2.3. Влагоудерживающая способность твердых тел. Влияние основных факторов на степень обезвоживания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Отделение жидкости под действием механических методов
- •3.1. Обезвоживание кускового материала дренированием
- •3.1.1. Гидродинамика течения жидкости под влиянием собственного веса в порах осадка
- •3.2. Отстаивание под действием силы тяжести
- •3.2.1. Основные понятия. Классификация суспензий
- •3.2.2. Способы выражения и расчета концентрации твердого в пульпе
- •3.2.3. Исследование скорости расслоения суспензий I-го и II-го классов методом длинной трубки
- •3.2.4. Качественное описание процесса расслоения суспензий III и IV классов
- •3.2.5. Расчет удельной поверхности сгущения по методу Коу и Клевенжера
- •3.2.6. Расчет удельной поверхности по методу Кинча
- •3.2.7. Определение высоты сгустителя
- •3.2.8. Пример расчета сгустителя по методу Кинча
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Применение центробежной силы при обезвоживании
- •4.1. Основные понятия
- •4.2. Особенности применения гидроциклонов для обезвоживания
- •Порядок расчета гидроциклона.
- •4.3. Особенности применения центрифуг для сгущения суспензий
- •4.4. Основные закономерности разделения суспензий в осадительных центрифугах. Индекс производительности
- •4.5. Физические основы разделения суспензий в фильтрующих центрифугах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Фильтрование
- •5.1. Основные понятия. Классификация
- •5.2. Физические основы фильтрации с образованием осадка. Гидродинамика течения жидкости через пористые и зернистые слои
- •5.3. Основное уравнение фильтрации
- •5.4. Определение оптимальных условий работы фильтров. Экономически выгодный цикл фильтрации
- •5.5. Применение уравнения фильтрации. Определение удельного сопротивления осадка и его сжимаемости
- •5.6. Фильтровальные перегородки
- •5.7. Конструкции фильтров. Периодически и непрерывно действующие. Классификация. Фильтры, работающие под давлением. Вакуум-фильтры. Способы снятия осадка
- •5.8. Выбор и расчет фильтров
- •5.9. Схемы подсоединения вакуум-фильтров
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Агрегирование
- •6.1. Теория процесса агрегирования. Механизмы встреч частиц друг с другом. Понятие о расклинивающем давлении Теория процесса агрегации
- •Два механизма соударения или встречи частиц
- •6.2. Три слагающие поверхностных сил (расклинивающего давления). Двучленный закон взаимодействия
- •6.3. Силы Ван-дер-Ваальса. Слагающие сил Ван-дер-Ваальса. Ван-дер-ваальсово взаимодействие между молекулами и конденсированными фазами Силы Ван-дер-Ваальса
- •Электромагнитная теория взаимодействия конденсированных фаз
- •6.4. Природа ионно-электростатических сил. Закономерность изменения их вглубь раствора
- •6.5. Гидратационная слагаемая поверхностных сил (расклинивающего давления)
- •6.6. Три механизма агрегирования: коагуляция, флокуляция, мостиковая флокуляция
- •6.7. Основные принципы селективной агрегации частиц
- •6.8. Характеристика применяемых высокомолекулярных синтетических флокулянтов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Абсорбция
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Равновесие при абсорбции
- •7.3. Материальный и тепловой балансы процесса
- •7.4. Скорость процесса
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8. Адсорбция
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Характеристики адсорбентов и их виды
- •8.3. Равновесие при адсорбции
- •8.4. Кинетика адсорбции
- •8.5. Десорбция
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9. Флотация
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Теоретические основы процесса флотации
- •9.3.Флотационные реагенты и их классификация
- •9.4. Механизм действия собирателей
- •9.5. Реагенты-депрессоры
- •9.6.Реагенты-активаторы
- •9.7. Реагенты-регуляторы среды
- •9.8. Реагенты-пенообразователи
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10. Экстракция
- •10.1 Процессы экстракции в системах жидкость-жидкость
- •10.1.1. Общие сведения
- •10.1.2. Равновесие в системах жидкость - жидкость
- •10.1.3. Методы экстракции
- •10.2. Процессы растворения и экстракции в системах твердое тело - жидкость
- •10.2.1. Общие сведения
- •10.2.2. Равновесие и скорость выщелачивания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Сушка
- •11.1. Основные понятия. Параметры, подлежащие расчету
- •11.2. Равновесное содержание влаги при сушке. Кинетика сушки. Понятие о напряжении объема сушилки
- •11.3. Основные параметры влажного воздуха
- •11.5. Изображение процессов изменения состояния воздуха на j - X на диаграмме
- •11.6. Материальный и тепловой балансы сушки
- •11.7. Расчет удельных расходов воздуха и тепла на сушку
- •11.8. Расчет сушилки в случае частичной рециркуляции обработанного воздуха
- •11.9. Сушка топочными газами
- •11.10. Конструкции сушилок
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные законы термодинамики. Понятие энтропии как функции обесценивания энергии и стремления системы к хаосу 6
- •Глава 2. Классификация двухфазных систем 41
- •Глава 3. Отделение жидкости под действием механических методов 50
- •Глава 4. Применение центробежной силы при обезвоживании 75
- •Глава 5. Фильтрование 86
- •Глава 6. Агрегирование 117
- •Глава 7. Абсорбция 144
3.2.8. Пример расчета сгустителя по методу Кинча
Проведем опыт по сгущению в литровом цилиндре с рабочей высотой пульпы 320 мм. Содержание твердого в исходной пульпе - 80 г/л, плотность твердой фазы - 2,3 г/см. Результаты опыта представлены в табл.3.4 и на рис.3.3.
Таблица 3.4
Результаты опыта по сгущению пульпы
(С0 = 80 г/л = 80 г/1000 см3 - 0,08 г/см3;
h0 = 320 мм, поэтому R0 == ρЖ /C = 1/0,08 = 12,5)
Продолжительность осаждения, мин |
Высота осветленного слоя h, мм |
h0 = 320 - h |
Разжижение, м3/т |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
80 |
- |
12,5 |
10 |
135 |
- |
- |
20 |
180 |
- |
- |
30 |
209 |
- |
4,33 |
40 |
228 |
- |
- |
60 |
239 |
81 |
3,15 |
90 |
248 |
- |
- |
120 |
256 |
64 |
2,50 |
180 |
266 |
54 |
2,11 |
240 |
272,5 |
47,5 |
1,85 |
300 |
278 |
42 |
1,63 |
1 |
2 |
3 |
4 |
360 |
281 |
39 |
1,51 |
420 |
283 |
37 |
1,44 |
1440 |
287 |
33 |
1,28 |
Установлено, что после отстаивания пульпы в течение суток разжижение сгущенного продукта составляет 44 % твердого.
Принято, что сгущенный продукт будет разгружаться с разжижением 1,5 (40% твердого), что соответствует 6 ч отстаивания. Для этого значения разжижения на графике (рис.3.3) проведена «линия песков». Строят ее следующим образом. По результатам табличных данных строим график зависимости h от t. Из точки, соответствующей 6 ч, восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой осаждения в точке С. Через точку С проводится линия песков, параллельную оси времени. На пересечении биссектрисы АВ с кривой осаждения находится расчетное время tP = 66 мин (см. рис.3.3).
Удельная площадь сгущения составит:
м2·сутки/т.
Из рис.3.3 видно, что после 0,5 ч отстаивания твердое находится в зоне уплотнения. Поэтому среднее разжижение подсчитывается для времени от 0,5 до 6 ч [м3/т]:
Высота зоны уплотнения:
м.
Если расчет вести для Rc = 1,28 м3/т, то Rcp = 1,54 м3/т, а h3 = 1,05 м, т.е. высота зоны уплотнения возрастает в 3 раза.
Высота зоны выгрузки осадка h4, равная высоте конической части сгустителя, в которой движется крестовина с гребками, зависит от диаметра сгустителя:
или м.
Общая высота составляет:
H = H1 + H2 + H3 + H4 = 0,5 м + 0,3 м + 0,4 м + 0,4 м = 1,6 м.
Нраб = КНрасчет,
где К - коэффициент запаса, учитывающий неравномерность поступления пульпы в сгуститель и равный 1,2 ÷ 1,3.
При сгущении редко получают чистый слив. Обычно в сливе содержится 0,5 ÷ 0,3 г/л твердого. Для получения более чистого слива применяют флокулянты или другие реагенты, которые агрегируют суспензии.
Контрольные вопросы
Какой процесс, наблюдающийся при обезвоживании, называют дренированием?
Чему равен эффективный радиус межзерновых каналов при плотной упаковке шарообразных частиц?
Какой режим течения жидкости наблюдается при дренировании чаще всего?
Зависит ли скорость течения жидкости при дренировании от формы частиц и природы материала?
Что такое процесс отстаивания с физической точки зрения?
Что такое процесс сгущения с физической точки зрения?
Что такое процесс осветления жидкости с физической точки зрения?
Что общего и в чем различие между процессами отстаивания, осветления и сгущения?
В каком случае процесс отстаивания описывается законом Стокса?
Как изменяется вязкость суспензии при отстаивании?
Что такое массовое или стесненное осаждение частиц?
От каких параметров зависит массовое или стесненное осаждение и можно ли, по-вашему, этот процесс описать единой эмпирической формулой?
На какие зоны можно условно разделить процесс сгущения?
Какие эксперименты обычно выполняют для определения скорости сгущения?
Какие параметры можно определить по зависимости H = f(t)?
Как можно имея данные предыдущего вопроса рассчитать высоту сгустителя?