Расчёт осветлителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет осветлителя



Осветление воды в слое взвешенного осадка

Осветлители со взвешенным осадком применяют как сооружения для предварительной обработки воды перед ее фильтрованием. Обрабатываемая вода после смешения с химическими реагентами подводится в осветлитель снизу и тем или иным способом равномерно распределяется по его площади. Далее вода движется снизу вверх и проходит через слой взвешенного осадка, т.е. через массу взвешенных в восходящем потоке раннее образовавшихся хлопьев.

Взвешенные в потоке хлопья непрерывно хаотически движутся, но в целом весь слой неподвижен. Он находится в состоянии динамического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока воды и средней скорости осаждения хлопьев.

Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется. Процесс осветления имеет физико-химическую природу - коагуляционный процесс прилипания микроскопических частиц взвеси, поступающих с водой, к сравнительно крупным «макроскопическим» частицам взвешенного осадка. Такой процесс представляет собой род контактной коагуляции.

При работе осветлителя величина хлопьев взвешенного осадка постоянно меняется. Хлопья увеличиваются вследствие слипания взвешенных частиц, извлекаемых из воды, и уменьшаются, разрушаясь под влиянием гидродинамического воздействия потока. Поэтому слой взвешенного осадка представляет собой полидисперсную среду. Но средний размер хлопьев во всей массе взвешенного осадка при неизменных условиях работы осветлителя остается неизменным.

Благодаря непрерывному хаотическому движению и циркуляции хлопья различного размера довольно равномерно распределены по всему объему взвешенного осадка.

Так как при движении воды через осветлитель частицы, извлекаемые из нее, остаются во взвешенном слое, объем слоя должен увеличиваться. С этой целью предусматривается непрерывное удаление избыточного осадка из взвешенного слоя. Осадок поступает в осадкоуплотнитель, где уплотняется и сбрасывается в шламоотстойник. Осветленная вода, прошедшая через взвешенный слой с помощью водосборных желобов или труб собирается и отводится для дальнейшей обработки.

Устойчивая работа осветлителей обеспечивается при постоянстве расхода и температуры осветляемой воды. Резкие колебания расхода вызывают размыв взвешенного слоя и вынос его частиц. Изменение температуры (особенно повышение) воды вызывает возникновение конвективных токов, также приводящих к нарушению взвешенного слоя и замутнению осветленной воды.

При осаждении концентрированной массы частиц имеет место явление стесненного осаждения. Взвешенный в восходящем потоке слой частиц находится в состоянии стесненного осаждения, причем скорость осаждения в точности равна скорости восходящего потока. Поэтому частицы не выносятся с потоком и не осаждаются на дно. Малейшее изменение скорости восходящего потока привело бы к выносу или выпадению частиц. Но благодаря тому, что скорость стесненного осаждения зависит от концентрации, взвешенный слой сохраняется в довольно широком диапазоне изменения скоростей восходящего потока. Каждому значению скорости потока соответствует вполне определенная в данных условиях концентрация частиц. Чем больше скорость, тем меньше концентрация. Когда скорость потока приближается к скорости свободного осаждения частиц, слой расплывается, происходит вынос частиц с потоком. Таким образом, скорость свободного осаждения является верхним пределом существования взвешенного слоя. Нижний предел - это такая минимальная скорость потока, при которой силы гидродинамического воздействия потока на частицы меньше силы тяжести частиц. В этом случае частицы плотной массой откладываются на дне.

Рабочая скорость восходящего потока осветлителя всегда лежит между верхним и нижним пределом скоростей.

Описание процесса и конструкции осветлителя

Аппарат состоит из стальной цилиндрической обечайки с коническим днищем, внутри которой монтируется такая же конструкция меньшего диаметра с подводящим трубопроводом. Внутренняя обечайка является воздухоотделителем - в нее поступает вода и происходит отделение воздуха от воды - она соединена со шламоуплотнителем. Шламоуплотнитель имеет тот же диаметр, что и воздухоотделитель, по окружности к нему приварены осадкоотводящие трубы с осадкоприемными окнами. В шламоуплотнителе идет процесс накопления осадка и его непрерывная продувка через сбросный трубопровод. В нижней части осветлителя находится камера смешения. Сюда поступают реагенты и идет активное перемешивание их с водой. Для отвода осветленной воды в верхней части осветлителя предусмотрен водосборный желоб. Для выравнивания скоростей в осветлителе служат распределительная система подвода воды и дополнительные гидравлические сопротивления в виде горизонтальных решеток в верхней и нижней части аппарата.

При поступлении в осветлитель исходная вода проходит через воздухоотделитель, где освобождается от пузырьков воздуха, затем по опускной трубе, соединенной с патрубком ввода, попадает в нижнюю коническую часть. Здесь, благодаря тому, что патрубок ввода расположен тангенциально, создается вращательное движение воды. Такое движение потока способствует быстрому перемешиванию воды с реагентами, поступающими по радиально присоединенным трубам. Имеющееся в патрубке подвода воды устройство для изменения площади его выходного сечения позволяет регулировать скорость ввода при переменной нагрузке. Поток воды с реагентами перемещается в нижней конусной части осветлителя по спирали. Меньшие сечения в нижней части осветлителя служат для создания повышенных скоростей восходящего движения воды, с тем чтобы в этой части осветлителя не происходило накапливания осадка. Грубодисперсные частицы с большой плотностью, поступающие с исходной водой (песок и др.)., могут осаждаться в зоне, находящейся ниже патрубка ввода воды. Эта часть осветлителя называется грязевиком. Отсюда тяжелый шлам удаляется при периодической продувке. Выполнять эту операцию рекомендуется с минимальным расходом воды и как можно реже.

При движении воды через горизонтальные решетки вращательное движение затухает, а скорость потока уменьшается. Вследствие возрастания поперечного сечения аппарата, скорость постепенно снижается; она минимальна в выходной зоне, через которую проходит большая часть поступившей в осветлитель воды. В самой верхней части осветлителя над горизонтальным дырчатым листом, перекрывающим все сечение, расположен кольцевой желоб. Он служит для сбора и отвода воды из осветлителя. Из сборного желоба вода попадает в распределительное устройство и подается в промежуточный бак. Содержание взвеси на выходе не превышает 10 мг/л.

Исходные данные

Расход сточной воды: Q=80000 м³/сут (330,00 м³/ч)

Коагулянт Al₂(SO₄)₃. Молярная масса 341,96 г/моль (57 мг-экв/л)

Мутность воды М_макс=800 мг/л; М_min=500 мг/л

Вода речная:

Щелочность Щ=1,7 мг-экв/л, цветность воды (табл) Ц_н=50⁰

(после очистки щелочность должна быть Ц_к=20⁰)

Расход воды на 1 осветлитель 50 м³/ч=13,9 л/с=0,0139 м³/с

Скорость движения воды в воздухоотделителе при нисходящем потоке воды не более 0,08 м/с. Принимаем =0,02 м/с

Продолжительность пребывания воды в воздухоотделители =60 с

Скорость воды в спускной трубе воздухоотделителя =0,7 м/с

Скорость движения осадка в осадкоотводящих трубах =144-196 м/ч

Принимаем =144 м/ч=0,04 м/с=40 мм/с

Скорость движения воды в проточной трубе не более 0,5 м/с

Принимаем =0,4 м/с

Время уплотнения осадка Т=3-12 часов

Скорость восходящего потока в зоне осветления =(0,5-1,2) мм/с

При подаче коагулянта учитывают щелочность воды.

При повышении pH задерживается переход

.

При недостаточном pH реакция образования не идет, поэтому воду искусственно подщелачивают .

Проверяется достаточна ли доза коагулянта для обесцвечивания воды.

Расход осадка поступает в трубы

, м³/с

К=0,6-0,8 - коэффициент распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем.

Расчёт

1. Определяем количество щелочи для подщелачивания воды в осветлителе:



е=57 мг-экв/л - эквивалентная масса

- доза

Мутность

К=28 мг/л - количество щелочи, необходимое для подщелачивания на

1 мг-экв/л (для извести)

2. Для вод с высокой цветностью проверяем достаточность дозы коагулянта для обесцвечивания воды с до :

3. Концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в осветлитель:

- переводной коэффициент. Для вод, очищаемым

К*=0,55

Н- количество нерастворимых веществ, вводимых с известью.

0,4 - содержание CaO в извести (массовая доля)

4. Удельное количество воды, теряемое при продувке осветлителя:

К_р- коэффициент разбавления осадка

m=8-12 мг/л - количество взвеси на выходе из осветлителя (m_ср=10 мг/л)

- средняя концентрация осадка = 25000 мг/л при продолжительности уплотнения Т = 4 часа

Потери воды при продувке:

Принимаем количество осветлителей: штук

5. Диаметр подводящего трубопровода исходной воды :

50 м³/ч = 13,9 л/с = 0,0139 м³/с - расход воды на 1 осветлитель

6. Диаметр воздухоотделителя:

7. min объем цилиндрической части воздухоотделителя

Высота воздухоотделителя

8. Диаметр спускной трубы воздухоотделителя

9. Высота конической части воздухоотделителя

10. Избыток осадка поступающего в осадкоуплотнитель по вертикальным трубам.

Скорость движения должна быть V_ос= 40 - 60 мм/с (144 - 196 мм/ч).

Расход осадка



K' - коэффициент распределения воды межу зоной осветления и осадкоуплотнения (табл.)

Площадь поперечного сечения труб для удаления осадка

Принимаем 4 трубы

11. Определим диаметр осветлителя, площадь которого равна сумме площади восходящего потока воды + площадь трубы осветлителя + площадь центральной трубы

K - коэффициент распределения воды при C_max

Диаметр осветлителя

12. Определить высоту осветлителя.

Высота конической части при угле наклона к горизонту 55°

Высота осветленной воды над осадком принимаем h_в=1,5 м. Высота слоя осадка над верхней кромкой отводящих труб рекомендуется принимать 0,2 м. Высота осадка в цилиндрической части рекомендуется 1,8 - 2 м. Принимаем 1,9м.

Высота осветлителя (внутренний конус)



Внутренний конус входит в наружный на глубину 80 - 100 см = h'

Общая высота аппарата

13. Количество осадка, поступающего в осадкоуплотнитель

14. Объем конической части осадкоуплотнителя за вычетом опущенной в нее рабочей части осветлителя

Минимальный объем осадкоуплотнителя при продолжительности уплотнения 4 часа и средней концентрации осадка д_ср = 25 кг/м³

Это меньше фактически принятого объема конической части осадкоуплотнителя.

Фактический объем в 1,6 раз больше, чем минимальный (рекомендуется в 1,5 раза)

15. Расход осветленной воды из осадкоуплотнителя

Скорость движения воды в трубе из осадкоуплотнителя .

Принимаем

W=0,4 м/с

16. Расчёт на прочность цилиндрической обечайки, нагруженной избыточным давлением.

Толщина стенки цилиндрической обечайки.

L=8,22 м=8200 мм

D=4000 мм

Р=0,8 Атм = 0,08 МПа

t= C

В качестве материала для изготовления аппарата применяем листовой прокат из стали Ст 3ПС (ГОСТ 380-94).

Скорость коррозии П=0,1 мм/год

Массу воды в аппарате при гидравлическом испытании условно не учитывать

Решение:

{у} = зxу*=(1x140) МПа = 0,08 МПа

ц=1

Прибавку на коррозию металла:

С_К=1 мм

=0,1х15=1,5 мм

Прибавку на эрозию

С_Э=0 мм

Принимаем =0 и =0, получим: С===1,5 мм

мм

s=+C+=1,43+1,5+1=3,93 мм

(s-c)/D = (3,93 - 1,5) x /4 = 0,0061 <1 - условие применяемости формулы выполняется.

17. Толщина стенки конического днища воздухоотделителя.

D=4000 мм =0,08 МПа

t= C

Для конических элементов корпуса, работающих под внутренним давлением, в случаях, когда угол при вершине конического днища (в рассматриваемом случае ), толщину утолщенной части для конического элемента и для цилиндрической отбортовки принимают большей из значений (без учета прибавок):

мм

и

мм

cos 55 = 0,5736

таким образом, наибольшее значение 2,19 мм,

, где y - коэффициент формы днища, принимаемый в зависимости от угла раскрытия и равный в нашем случае y=4,1.

В качестве материала для изготовления аппарата применяем листовой прокат из стали Ст 3ПС (ГОСТ 380-94).

Минимальная рекомендуемая толщина листовой стали для обечаек аппаратов такого диаметра принимается равной 5 мм, поэтому округляем толщину обечайки до s=5мм. При этом всегда принимают s₁>s. Округляем s₁=6 мм.

Длины элементов сопряжения принимают

мм

мм

Толщина нижней части днища за пределами переходного элемента l_K без учета прибавок:



мм

, где расчетный диаметр:

мм

Sin 55=0,8192

С учетом прибавок и округления s_K=4 мм.

18. Толщина стенки конического днища (наружной части аппарата для конусоидальной части большего диаметра).

Для конических элементов корпуса, работающих под внутренним давлением, в случаях, когда угол при вершине конического днища (в рассматриваемом случае ), толщину утолщенной части для конического элемента и для цилиндрической отбортовки принимают (без учета прибавок):

щелочь воздухоотделитель обечайка осветлитель

s ?

D=4000 мм =0,08 МПа

t= C ц=1

В качестве материала для изготовления аппарата применяем листовой прокат из стали Ст 3ПС (ГОСТ 380-94). Минимальная рекомендуемая толщина листовой стали для обечаек аппаратов такого диаметра принимается равной 5 мм, поэтому округляем толщину обечайки до s=5мм. При этом всегда принимают s₁>s. Округляем s₁=6 мм.

Размещено на Allbest.ru