Расчет цилиндрического гидроциклона в условиях работы ООО "Водоканалстройсервис" города Бирска

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «БФ БашГУ», г.Бирск

РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ГИДРОЦИКЛОНА В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ ООО «ВОДОКАНАЛСТРОЙСЕРВИС» ГОРОДА БИРСКА

Гилязетдинов Р.Р., Чиглинцев И.А.

В данной работе рассмотрена очистка сточной воды от крупных включений при помощи цилиндрического гидроциклона.

Приведены основные методы очистки жидкости от дисперсной фазы и классификация гидроциклонов, а также выполнен расчет технических характеристик и параметров цилиндрического гидроциклона в условиях работы ООО «Водоканалстройсервис» г.Бирска.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: сточная вода, методы очистки сточных вод, классификация гидроциклонов, цилиндрический гидроциклон.

In this work the purification of waste water from large inclusions using a cylindrical hydro cyclone. цилиндрический гидроциклон сточный очистка

The main methods of cleaning fluid from the dispersed phase and classification hydro cyclones, and calculated the technical characteristics and parameters of cylindrical hydro cyclone in the operating conditions of «Vodokanalstroyservis» Birsk City.

KEYWORDS: wastewater, sewage treatment methods, classification hydro cyclones, hydro cyclone cylindrical.

Разделение неоднородных систем выполняется из-за действия различных сил. Действующая сила предопределяет конструкцию аппарата и область его применения. Вода и твердые частицы в гидроциклоне разделяются под действием центробежных сил.

Гидроциклоны часто используются во многих промышленных предприятиях и дают неплохие результаты. Они имеют ряд преимуществ: малые размеры, эффективность очистки воды от твердых включений, простая конструкция, низкая стоимость, долговечность, отсутствие вращающихся механизмов и возможность объединения аппаратов в один большой мультигидроциклон.

Дисперсная система - это система, которая образовывается из двух или более числа фаз и химически не реагируют между собой. Если фаз несколько, то их можно разделить механическим путем [2].

Фильтрование - это процесс разделения разнородных систем в искусственно созданных условиях с помощью пористых перегородок, которые пропускают дисперсную среду, а дисперсную твердую фазу задерживают.

Отстаивание - это разделение разнородных систем, при котором взвешенные частицы осаждаются в поле силы тяжести.

Центрифугирование - это процесс разделения разнородных систем при помощи центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых перегородок.

Флотация - процесс, при котором в жидкой среде дисперсные частицы всплывают с налипшими к ним пузырькам газа [1].

Принцип работы гидроциклонов

В гидроциклон исходная смесь жидкости и твердых частиц поступает через входной патрубок, тангенциально ускоряясь. Далее она совершает круговое движение, после чего появляются существенные центробежные силы. Под действием этих сил, которые во много раз превышают силу тяжести, более тяжелая фаза движется от оси гидроциклона в направлении его стенок. По спиральной траектории движется вниз и через нижнюю насадку выбрасывается из гидроциклона. Более легкая фаза движется во внутреннем спиральном потоке, который направлен вверх, и выбрасывается из гидроциклона через патрубок, предназначенный для отвода верхнего продукта [3]. Близко к оси гидроциклона центробежная сила сильно повышается и вследствие того появляется воздушный столб.

Твердая частица поступает в гидроциклон, вместе с потоком смеси твердых частиц и жидкой среды приводится во вращательное движение вокруг оси гидроциклона. Одновременно с этим частица двигается в осевом и радиальном направлениях с определенной скоростью, которая зависит от действующих на нее сила. На совпадение траекторий движения твердых частиц с линиями потока жидкости влияют тонкость частиц и маленькая разница их плотности с плотностью жидкой фазы. Самые тонкие частицы движутся в гидроциклоне почти таким же образом, как и частицы жидкости. Они распределяются между сливом и песками в таком же соотношении, в каком и жидкость.

На частицы в гидроциклоне действуют следующие силы:

- сила Архимеда, которая зависит от плотности суспензии;

- подъемная сила, которая возникает в турбулентном потоке;

- силы, которые связаны с турбулентной вязкостью;

- центробежная сила;

- сила тяжести;

- силы динамического давления жидкости и трения на поверхности раздела частица-жидкость, которые зависят от кинематической и турбулентной вязкости;

- силы сопротивления, которые возникают при ударе о другие частицы и о стенки гидроциклона.

Конструкции гидроциклонов

Конструкция гидроциклонов очень простая в отличие от конструкции других аппаратов очистки. Рабочие характеристики гидроциклонов, их конструктивные размеры и режимы работы зависят от некоторых различий между ними.

Основная часть гидроциклона - это неподвижный корпус, который в свою очередь состоит из цилиндрической и конической части (рисунок 1). Цилиндрическая часть является верхней, а коническая - нижней. Суспензия накачивается насосом под избыточным давлением (0,3-2 атмосферы) в цилиндрическую часть корпуса через нижний боковой патрубок. Суспензия по касательной поступает в корпус циклона и поэтому начинает в нем вращаться. Поток вращается с определенной угловой скоростью. Поэтому твердые частицы отбрасываются к стенке гидроциклона и прилипают к ней. По нижней конусной части они движутся вниз по траектории в виде спирали и в виде сгущенной суспензии попадают через песковую насадку 4 в грязесборник. Более мелкие частицы и основная часть жидкости движутся внутри также в спиральном потоке вокруг центрального патрубка 2. После этого в виде тонкой взвеси поднимаются по этому патрубку в камеру 3, откуда удаляются через верхний боковой патрубок. При высокий скорости вращения потока вдоль оси гидроциклона образуется воздушный столб, в котором давление ниже чем атмосферное давление.

Рис. 1 Гидроциклон 1 - корпус; 2 - центральный (шламовый) патрубок; 3 - камера для слива; 4 - песковая насадка; 5 - резиновый вкладыш; 6 - резиновый манжет

Разделяющее действие гидроциклона регулируется. Это можно совершить изменяя глубину погружения шламового патрубка 2 и сечения песковой насадки 4. Насадки чаще всего являются сменными деталями с различным сечением либо предусматривается возможность регулирования сечения насадок. При нагнетании воздуха или масла в кольцевую полость резинового манжета 6 сечение насадки для прохода песков уменьшается. Следовательно, возможно автоматическое регулирование работы гидроциклона [3].

Классификация гидроциклонов по конструктивным особенностям

По конструктивным особенностям гидроциклоны разделяются на 6 видов:

1. Конические гидроциклоны. Такие циклоны наиболее распространены в промышленности и отличаются:

-числом выдаваемых продуктов;

-способом установки (вертикальные, горизонтальные и наклонные);

-конструкцией верхней разгрузочной части;

-способом установки;

-конструкцией питающего патрубка;

-конусностью ; относительной высотой цилиндрической части ( диаметра гидроциклона);

-конструкцией нижних насадок;

-материалами, из которых изготавливается гидроциклон;

-способом регулировки работы гидроциклона (ручной или автоматический);

-способом отвода верхнего и нижнего продуктов (под уровень отводимых продуктов или свободный).

2. Батарейные гидроциклоны и мультигидроциклоны. Отличаются количеством простых циклонов в батарее, размером, конструкцией и компоновкой, а также способами питания и отвода продуктов.

3. Трехпродуктовые гидроциклоны. Отличаются от конических тем, что они имеют две промежуточные камеры и два отводных патрубка, которые предназначены для отвода верхнего продукта.

4. Цилиндрические гидроциклоны. Состоят из двух гидроциклонов: основного - цилиндрического и конического.

5. Винтовые гидроциклоны. Отличаются конструкцией направляющего устройства.

6. Турбогидроциклоны. Отличаются от обыкновенных гидроциклонов тем, что имеют турбинки, которые установлены внутри аппарата, а так же конструкцией турбинки и способом отвода продуктов [4].

Расчет гидроциклона

В гидроциклоне, который имеет оптимальную конструкцию и диаметр 76 мм, очищается бумажная масса. Она имеет плотность 1000 , вязкость - 1,5 спуаз, плотность частиц - 2800 . Производительность гидроциклона составляет 80 л/мин.

Рис. 2 График зависимости A=f()

Рабочая длина гидроциклона мм. Диаметр входного патрубка мм. Находится скорость во входном патрубке, м/с:

Число Рейнольдса во входном патрубке:

По рисунку 2 находится A=1,5. При критерий Эйлера равен:

Сопротивление гидроциклона без воздушного столба, :

Минимальный диаметр улавливаемых частиц, м:

Литература

1. Воронов Ю.В., Алексеев Е.В., Саломеев В.П., Пугачев Е.А. Водоотведение: Учебник. М.: ИНФРА-М, 2007. 415 с.

2. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. с.: ил., библиогр.

3. Башаров М.М., Сергеева О.А. Устройство и расчет гидроциклонов. Учебное пособие. Под ред. А.Г. Лаптева. Казань: Вестфалика, 2012. 92 с.

4. А.Г. Лаптев, Н.А. Николаев, М.М. Башаров. Методы интенсификации и моделирования тепломассообменных процессов. Учебно-справочное пособие. М.: «Теплотехник», 2011. 288 с.

Размещено на Allbest.ru