Файл: Методическое пособие По рабочей профессии Аппаратчик химводоочистки.docx

Когда взвесь монодисперсна, т. е. состоит из частиц примерно одинаковой гидравлической крупности и, количество осадка, выпавшего за время Т, составит

т=СиАТ,(8.14)

где С — концентрация взвеси в исследуемой воде; А - площадь цилиндра.

осаждение взвесь вода седиментация


Рис.17. Графики Re=f(Ka) и ψ3=ф(Кз) для песка, гравия (1) и шаров (2)

 

Массовое содержание взвеси в исследуемой воде до начала осаждения

m0=CAh.

Относительное количество выпавшей взвеси или эффект осаждения найдем из выражения



откуда гидравлическая крупность будет



Из формулы видно, что относительное количество выпавшей взвеси р возрастает прямо пропорционально- продолжительности осаждения. Тангенс угла наклона прямой характеризует скорость осаждения; чем круче идет прямая, тем больше гидравлическая крупность частиц взвеси и скорость осаждения. График зависимости p = i(T) называется кривой выпадения взвеси. В частном случае осаждения монодисперсной взвеси, который рассмотрен на рис. а эта кривая обращается в прямую линию. Природная взвесь водоемов, так же как и скоагулированная взвесь, состоит из частиц различного размера. Их гидравлическая крупность изменяется в широких пределах. Такая взвесь называется полидисперсной. Представление об осаждении полидисперсной взвеси дают кривые выпадения взвеси приведенные на рис. б полученные опытным путем.


Рис.18 График выпадения моно- (а) и полидисперсной (б) взвеси.

Экспериментальная кривая выпадения взвеси позволяет найти процентное содержание различных ее фракций, т. е. фракций с различной гидравлической крупностью.

 



Рис. 19. Графики седиментации зернистой полидисперсной взвеси при различной высоте осаждения (а) и совмещенная кривая осаждения (б)

Относительное содержание взвеси с частицами крупностью u>h/T равно отрезку, отсекаемому на оси ординат касательной, проведенной в точке А с абсциссой Т. Проводя касательные в различных точках кривой выпадения взвеси, можно определить фракционный состав взвеси по интервалам гидравлической крупности частиц. Пользуясь кривой выпадения, можно определить также среднюю гидравлическую крупность полидисперсной взвеси или среднюю скорость ее осаждения uср по формуле, т. е. ucр=ph/T. Величина uср может рассматриваться как гидравлическая крупность такой монодисперсной взвеси, для которой при той же высоте столба воды и равной продолжительности отстаивания получены одинаковые значения величины р. Величина иср. связана с величиной р и поэтому о ней можно говорить как о скорости осаждения соответствующей определенному относительному количеству выпавшего осадка. Поэтому на практике определяют не среднюю скорость осаждения полидисперсной взвеси, а некоторую фиктивную скорость

---

H=ucp/p = h/T, обычно называемую процентной скоростью осаждения. Величина и хотя и имеет размерность скорости, но не является физической скоростью осаждения частиц взвеси. Из изложенного видно, что указанный метод определения гидравлической крупности фракций взвеси и ее средней скорости осаждения можно использовать только для устойчивой зернистой взвеси я нельзя для коагулированной, неустойчивой взвеси, поскольку вследствие коагуляции частиц фракционный состав последней изменяется в процессе седиментации. Тем не менее, кривые выпадения взвеси используют для расчета отстойников, так как они позволяют определить необходимую продолжительность пребывания воды в них по заданному эффекту осаждения или эффекту осветления воды. Это применимо как к осаждению устойчивой взвеси, так и не устойчивой, коагулированной взвеси.

Технологическое моделирование процесса осаждения.

Технологическое моделирование процесса осаждения заключается в определении в лабораторных условиях расчетных параметров отстойников: скорости осаждения взвеси и продолжительности пребывания воды в отстойнике, обеспечивающей заданный эффект ее осветления. Методика моделирования основана на подобии кривых выпадения взвеси, получаемых при различных высотах столба исследуемой воды. Это подобие является точным при осаждении неустойчивой, коагулированной взвеси. Благодаря подобию кривых выпадения взвеси оказывается возможным моделировать этот процесс в цилиндрах с небольшой высотой столба воды. При этом время, в течение которого достигается определенный эффект осаждения, значительно уменьшается по сравнению с временем осаждения в отстойниках. Это позволяет сократить время экспериментальных исследований и сравнительно быстро определить необходимые параметры для расчета отстойников.

О подобии кривых выпадения устойчивой зернистой взвеси свидетельствует формула, из которой следует, что одинаковый эффект осаждения монодисперсной взвеси с определенной гидравлической крупностью частиц достигается при равных отношениях T/h. Это справедливо и для полидисперсной зернистой взвеси, что следует из формулы.



Рис.20. Графики сидиментации полидисперсной взвеси при различной высоте осаждения (а) и совмещённая кривая осаждения (б)

---

Каждая кривая получена при различных значениях высоты столба воды: кривые отличаются друг от друга только формой. Одинаковый эффект осаждения достигается при различной продолжительности отстаивания, но все кривые подобны между собой. Если изменить масштаб оси абсцисс (масштаб времени) и отложить по этой оси вместо значений времени значения T/h, то все кривые совместятся в одну (рис.б). Это обстоятельство дает весьма простое правило пересчета времени, необходимого для получения заданного эффекта осаждения по результатам технологического моделирования.

Получив в лаборатории кривую выпадения взвеси в процессе исследования исходной воды при высоте столба воды h, определяем требуемый эффект осаждения р. Он может быть рассчитан по концентрации взвеси в исходной воде С0 и концентрации взвеси в осветленной воде С, регламентируемой СНиПом и принимаемой равной 8 ... 15 мг/л:

р=(С0-С)/С0.

По величине р с помощью кривой выпадения взвеси определяема продолжительность осаждения Т, а затем расчетную продолжительность пребывания воды в отстойнике Тр из соотношения



Так как из условия подобия Tp/hp = T1/h1=const при р = const здесь hp и Тр — соответственно расчетная высота зоны осаждения и продолжительность пребывания воды в проектируемом отстойнике. Формула показывает, что при осаждении устойчивой взвеси продолжительность пребывания воды в отстойнике во столько раз больше продолжительности осаждения в цилиндре, во сколько высота зоны осаждения больше высоты слоя воды в цилиндре.

А.А. Кастальский, анализируя кривые выпадения взвеси, полученные для разных вод при коагулировании и без него, нашел, что, если по оси абсцисс вместо времени Т откладывать значения фиктивной «процентной» скорости uф=Н/Т, то кривые в диапазоне значений от 0,2 до 1,2 мм/с могут быть без существенной погрешности спрямлены. Такое спрямление упрощает методику технологического моделирования. Вместо построения полной кривой выпадения взвеси по 6 ... 8 опытным точкам для построения прямой достаточно только двух точек, а, именно: точки А — рл при значении Ыл = 1,2мм/с и точки В = рв при значении «в = 0,2 мм/с. Составив уравнение прямой по двум точкам А и В, легко найти расчетное значение ир, отвечающее заданному эффекту осаждения:

---

Найденное значение ир может быть использовано для расчета отстойников с горизонтальным движением воды, если соблюдается основное условие подобия: up=hi/T1=hp/Tp, где как и прежде индекс р относится к рассчитываемому отстойнику, а индекс «I» — к лабораторному опыту. При осаждении неустойчивой коагулирующей взвеси для расчета отстойников следует пользоваться выражением



где n=0,2 ... 0,5 — эмпирическая величина.

---

Осветление воды в гидроциклонах.

Одним из эффективных аппаратов предварительной обработки природных вод является гидроциклон. Вращательное движение суспензии и перемещение ее от периферии к центру в гидроциклоне, а также в направлении вдоль его оси возникает благодаря тому, что она подается по касательной к его наружному корпусу, разгрузка происходит через отверстия, расположенные в центре по оси аппарата. Центробежная сила, возникающая во вращающейся суспензии в гидроциклоне, при нормальных условиях работы намного превышает силу тяжести. При значительной скорости потока вдоль оси гидроциклона образуется воздушный столб. В гидроциклоне образуются два вращающихся потока: внешний, направленный к вершине конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. При вращении потока часть жидкости удаляется через нижнее отводное отверстие, а часть отделяется и, двигаясь в радиальном направлении, вливается во внутренний поток; к нему прибавляется основное количество жидкости у вершины конуса.

Существует много методов определения и расчета тангенциальной и вертикальной скоростей, а также расчета гидравлических, конструктивных и технологических параметров гидроциклона. Отметим основные факторы, характеризующие производительность гидроциклонов. К, ним относятся: перепад давлений на входе в гидроциклон и на сливном патрубке; диаметр гидроциклона; диаметр питающего отверстия (в том случае, когда это отверстие имеет прямоугольное сечение, берется его приведенный диаметр); размеры сливного и разгрузочного отверстий; угол наклона образующей конической части гидроциклона (угол конусности); плотность исходного продукта. Размеры и конструктивные особенности гидроциклона должны соответствовать его назначению. Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше развивающиеся в нем центробежные силы и тем меньше размер отделяемых в гидроциклоне частиц. Большая эффективность разделения достигается в гидроциклоне вытянутой формы с возможно малым углом конусности.

По конструктивным особенностям все гидроциклоны можно разделить на следующие группы: конические, получившие наибольшее распространение в промышленности и отличающиеся: числом выдаваемых продуктов; способом установки; конструкцией верхней разгрузочной части; способом установки и конструкцией питающего патрубка; конусностью; относительной высотой цилиндрической части (от 0,2 до 0,4 диаметров гидроциклона); конструкцией нижних насадок; материалом, из которого изготовлен гидроциклон, или футеровкой внутренней поверхности; способом регулировки работы гидроциклона (ручной или автоматический); способом отвода верхнего и нижнего продуктов (под уровень отводимых продуктов или свободный); батарейные, отличающиеся числом элементарных циклонов в батарее, конструкцией, размером и компоновкой,

---