ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 15 Расчет центрифуг

Цель работы: приобрести навыки расчета центрифуг для концентрирования осадков сточных вод.

Методика расчета.

Технологический расчет центрифуг сводится к определению их производ тельности расхода энергии на центрифугирование.

Про звод тельность центрифуг

Теорет ческая производительность центрифуги VT (м3/с) опре-

Вел ч на зав сит от формы барабана центрифуги и может

быть определена по формулам, представленным в таблице 32.

где - рабочий объем барабана, м3; n – частота вращения барабана, об/мин, L – длина барабана, м; R – внутренний радиус барабана, м; r0

– внутренний радиус кольцевого слоя суспензии в барабане, м. Рабочий объем барабана вычисляется по формуле

R2 r02 L.

Фактическая производительность центрифуг меньше теоретической вследствие скольжения жидкости относительно стенок барабана, образования вихревых потоков, затрудняющих оседание мелких частиц, а также вследствиеперемешивающегодействияшнекаидругихфакторов.

44

Фактическая производительность центрифуг определяется по формуле

V a ,

где - показатель эффективности работы центрифуги. Он определя-

= n/30 – угловая скорость.

Для отстойных центрифуг с коротким цилиндрическим барабаном: А = 9; х = 0,1; у = -0,1; z = 2,04. Для отстойных центрифуг со шнековой выгрузкой: А = 9,52; х = 0,16; у = -0,151; z = 0,286.

Полный расход энергии центрифуги периодического действия складывается из следующих затрат мощности:

1. на сообщение кинетической энергии суспензии (при загрузке барабана), N1;

2. на преодоление вредных сопротивлений – на трение в подшипниках N2 и трение барабана о воздух N3;

3. на срез осадка (при выгрузке барабана) N4.

Для автоматических и других периодически действующих центрифуг расход энергии при отдельных операциях различен:

при загрузке барабана: Nзаг= N1 + N2 + N3 ;

где - коэффициент заполнения рабочего объема барабана осадком; ψ= 1- (r0/R)2- отношение рабочего объема к полному объему ба-

рабана;

к= (А – В) ж – коэффициент для фильтрующих центрифуг;

к= (А –В) ж(r0/R)2 – коэффициент для отстойных центрифуг;

45

Ач см - объемная доля жидкой фазы в суспензии;

ч ж

Вч ос - объемная доля жидкой фазы во влажном осадке;

ч ж

использовать центрифугу непрерывного действия типа НОГШ-600 со шнековой выгрузкой. Наибольший диаметр конического барабана центрифуги 600 мм, длина барабана 1000 мм, число оборотов барабана 1400 об/мин. Определить требуемое количество центрифуг типа НОГШ-600 для обеспечения заданной производительности, если разделяемая суспензия имеет плотность жидкой фазы ж кг/м3, плотность твердой фазы тв кг/м3, вязкость жидкой фазы Н с/м2. Ско-

46

рость осаждения суспензии м/ч. Радиус свободной поверхности слоя жидкости в центрифуге 240 мм.

Таблица 33

Исходные данные и варианты

Задача 15.2. Определить мощность, потребляемую центрифугой типа АГ-1800, при разделении суспензии плотностью см. Плотность жидкой фазы суспензии 1000 кг/м3, плотность твердой фазы тв, плотность получаемого осадка ос. Наружный диаметр барабана центрифуги 1848 мм, внутренний диаметр барабана 900 мм, длина барабана 780 мм, масса барабана 320 кг, диаметр цапф вала 160 мм, число оборотов барабана п. Длина режущей кромки ножа для съема осадка

47

Окончание таблицы 34

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 16 Расчет ф льтров для очистки сточных вод

ρф – плотность фильтрата, кг/м3.

Производительность одного фильтра, работающего при посто-

где S – поверхность фильтрования, м2; Rф.п.- гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, м-1; r0 – удельное объемное

48

сопротивление слоя осадка, м-2; х0 – коэффициент пропорциональности, зависящий от концентрации твердой фазы и структуры осадка; - продолжительность фильтрования; р – перепад давления, Па.

Для проведения расчетов по этому уравнению, необходимо экспериментально определить величины r0, Rф.п. и х0, которые называются константами фильтрования.

Исходя из данных эксперимента, вычисляют удельную производительность ф льтра q по формуле

Для определения констант фильтрования проводят эксперимент на модельном фильтре, в процессе которого замеряют во времени объем получаемого фильтрата и о ъем осадка (Vос= х0V).

Общуюпродолжительностьработыфильтраопределяютпоформуле

об в.п. ,

находят, исходя из уравнения фильтрования, если известны константы фильтрования

новки Vуст определяют число циклов фильтрования на одном фильтре а, котороенеобходимодляобеспечениязаданнойпроизводительности.

49

Задача 16.1. Определить производительность фильтра и требуемое число фильтров, необходимое для обеспечения производительности Vуст,м3/ч, если допустимая толщина слоя осадка hос, мм, сопротивление слоя осадка 9,5 1012 м-2, сопротивление фильтровальной пере-

Задача 16.2. Определить фильтрующую поверхность нутчфильтра, если общая продолжительность цикла фильтрования составляет τ, удельная производительность фильтра за один цикл q м3/м2. Количество суспензии G, содержание в ней твердой фазы x. Полученный осадок имеет влажность ω, плотность фильтрата ρф.

Таблица 36

Исходные данные и варианты

50

Задача 16.3. Определить удельное сопротивление осадка и фильтровальной перегородки на основе следующих опытных данных:

Цель бАработы: приобрести навыки расчета флотационных установок, процесса адсорбционной очистки и ионного обмена для очистки сточных вод.

где Q – расход сточных вод, м3/ч; t – время, ч.И Пропускная способность флотатора Qф, м3/ч

Методикарасчета Расчетимпеллернойустановкипроводятпоследующимформулам.

Объем флотационной камеры V, м3

Qф 36dи2H /0,025t ,

где dн – диаметр импеллера, м; Н - высота флотационной камеры, м. Количество, подаваемого импеллером воздуха Qв, м3/с

Qв 2,78 10 4 Вуд f ,

51

где Вуд – удельный расход воздуха, м3/(м2 ч); f – площадь водного зеркала флотационной камеры, м2.

При расчете электрофлотатора объем флотационной камеры рассчитывают по формуле (1). Если электрофлотационный аппарат работает по схеме «электрокоагуляция – электрофлотация», то объемы камер для коагуляции Vк и для флотации Vф выбирают равными, то есть Vк = Vф = V/2.

Глуб ну камер электрокоагуляции и электрофлотации выбирают

(при Q 90 м3/ч, В = 2 м, при Q 90 м3/ч , В = 2,5…3 м).

Продолжительность ра оты анодных пластин (сут.) можно определить по формуле

гдеF=96500Кл–числоФарадея; п –валентностьметалла; -выходпотоку ( =120);Ar–атомнаямассаметалла; э –времяэлектрообработки( э =24ч).

52

Задача 17.1. Рассчитать флотационную импеллерную установку (объем флотационной камеры, пропускную способность флотатора, количество подаваемого воздуха), исходя из следующих данных: Q –

Задача 17.2. Рассч тать электрофлотационный аппарат, работающий по схеме «электрокоагуляция – электрофлотация» для очистки нефтесодержащих сточных вод, расход которых составляет Q. Время флотации t.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 18 Расчет сорбционных фильтров Определение степени очистки

сточных вод методом адсорбции. Расчет расхода сорбента.

Цель работы: применение приобретенных знаний при расчете процессов адсорбции и ионного обмена при очистке сточных вод.

Методикарасчета Степень очистки сточных вод определяется по формуле

53

Сн Ск 100% ,

Сн

где - степень очистки сточных вод, %; Сн и Ск – начальная и конечная концентрации примесей в сточной воде.

где Qф – расход сточных вод с учетом потерь, м3/ч; - линейная скорость яводывф льтре,котораянедолжнапревышать12м/ч.

Теорет ческ й ресурс ра оты фильтра Т вычисляют по формуле

Т N tсут ,

где N – число циклов очистки; tсут – время одного цикла очистки, ч. Число циклов очистки вычисляется по формуле

N Moil ,

moil

где V – объем загрузки фильтра,Дм3; н – насыпная плотность сорбента, кг/м3; Са – относительная сорбционная емкость, г/кг.

где Moil – полная сорбционная ёмкость сорбента, г; тoil – масса нефтепродуктов, удаляемых из воды за один цикл очистки, г.

Полная сорбционная емкость сорбента равна

Массу нефтепродуктов, удаляемых за один цикл очистки вычисляют по формуле

moil Qф tсут Сн Ск ,

где Сн и Ск – начальная и конечная концентрации примесей в сточной воде, г/м3.

Задача 18.1. Определить степень очистки сточной воды на активированном угле от фенола, если его содержание в очищаемой воде составляло Сн мг/л, а в очищенной Ск мг/л.

54

Определение обменной емкости катионита

где q – среднечасовой расход сточных вод, м3/ч; ν – скорость движения потока, не более 12 м/ч.

При выключении одного адсорбера на регенерацию скорость не должна увеличиваться более чем на 10 %.

56

Определяется число последовательноработающих адсорберов N

где Н1 – высота сорбц онного слоя , в котором за время τ адсорбционная емкость счерпывается до степени k1, м; Н2 – высота загрузки сорбц онного слоя, обеспечивающего работу установки до концен- к в течен времени адсорбции, м; Н3 – резервный слой сор-

бента, рассч танный на время регенерации слоя, м.

где Сн иСк –начальнаяАи конечная концентрации примесей в сточной воде, мг/л; amin – минимальная сорбционная ёмкость сорбента, мг/г; ks – коэффициент исчерпания ёмкости, принимается равным0,6…0,8.

Высота загрузки сорбционного слоя, обеспечивающего работу установки до концентрации Ск, рассчитывается по формуле

Dmax Cн Ск ,

amax

где amах – максимальная сорбционная ёмкость сорбента, мг/г.

Резервный слой сорбента, рассчитанный на время регенерации слоя Н3 принимается равным Н1.

57

2. Определение эффективности адсорбционной очистки

Определяют расход сорбента для очистки при одноступенчатой работе установки m1 (кг/ч)

m1 Dmin q.

Определяют концентрацию сорбата в сточной воде при одноступенчатой очистке Ск1 (г/л)

Выч сляют расход сорбента на каждой ступени (т2 и т4) при