Выбор и расчёт смесителей и распределителей реагентов

Цель работы: в зависимости от производительности и водимых реагентов подобрать конструкции смесителя и распределителя реагентов, используя справочную литературу [1], выполнить расчёт.

В результате выполнения работы студенты должны ׃

знать ׃

¾ назначение смесителей в системе очистки природной воды;

¾ основные виды смесителей;

¾ основные параметры смесителя;

уметь ׃

¾ определять остаток воды в баке водонапорной башни;

¾ определять основные параметры смесителей.

Общие сведения

Расчёт смесителей

Смесители предназначены для быстрого и равномерного распределения реагентов в объёме обрабатываемой воды, что способствует более благоприятному протеканию последующих реакций. Для эффективного смешения реагентов с обрабатываемой водой необходимо обеспечить турбулентное движение её потока.

Смесительные устройства по принципу их действия могут быть разделены на два основных типа:

-гидравлические, в которых турбулентный поток создаётся сужениями или дырчатыми перегородками;

-механические, в которых турбулизация потока достигается вращением лопастей или пропеллеров электродвигателем.

К рекомендованным для проектирования открытым гидравлическим смесителям относятся дырчатые, перегородчатые, коридорные, вихревые.

Выбор типа смесителя должен обосновываться конструктивными соображениями и компоновкой технологических сооружений станции с учётом её производительности и метода обработки воды.

 

Порядок выполнения работы:

1. подобрать справочную литературу для расчёта смесителя;

2. в зависимости от производительности и водимых реагентов подобрать конструкции смесителя и распределителя реагентов;

3. определить основные параметры смесителя.

 

Оборудование: макет водоочистной станции.

 

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение смесителя.

2. Охарактеризуйте понятие турбулентности.

3. Перечислите основные виды смесителей.

 

Литература:

1. Сомов М. А. Водоснабжение.-М.:АСВ. 2004 (п. 5.4 «Смешение реагентов с обрабатываемой водой»)

2. Николадзе Г.И. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1989 г. (п. 12.6 «Смешение реагентов с водой»)

 

Практическая работа №12

Расчёт камер хлопьеобразования

Цель работы: определить размеры основных элементов гидравлической камеры хлопьеобразования.

 

В результате выполнения работы студенты должны ׃

знать ׃

¾ назначение камеры хлопьеобразования в системе очистки воды;

¾ основные виды камер хлопьеобразования;

¾ основные параметры камеры хлопьеобразования;

уметь ׃

¾ подбирать конструкцию камеры хлопьеобразования;

¾ определять основные параметры камеры.

 

Общие сведения

Расчет камер хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования предназначены для протекания физико-химических процессов, обуславливающих образование крупных, прочных, быстрооседающих хлопьев гидроксида алюминия или железа с извлекаемыми из воды примесями.

Установка камер хлопьеобразования необходима перед отстойниками различных конструкций. В современной практике водоподготовки применяется несколько типов камер хлопьеобразования: перегородчатые, водоворотные, вихревые, со слоем вешанного осадка, отличающихся способом перемешивания воды, режимом формирования хлопьев и предназначенных для различных типов отстойников. При осветлении воды в вертикальных отстойниках применяются камеры водоворотного типа, которые располагают в центральной части отстойника. В случае использования горизонтальных отстойниках применяются перегородчатые камеры хлопьеобразования с горизонтальным или вертикальным движением воды, вихревые камеры хлопьеобразования и встроенные камеры хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка.

 

Расчет перегородчатых камер хлопьеобразования с вертикальной циркуляцией воды

В перегородчатых камерах хлопьеобразования устраивают ряд перегородок, заставляющих воду изменять направление своего движения либо вертикальной, либо в горизонтальной плоскости, что обеспечивает необходимое перемешивание воды. Применение перегородчатых камер хлопьеобразования с вертикальной циркуляцией воды целесообразно при производительности очистных сооружений не менее 6 тыс. м³/сут.

Объем камеры хлопьеобразования по формуле

 

где t – время пребывания воды в камере (для цветных вод – 20 мин, для мутных вод – 30 мин).

Высота камеры хлопьеобразования Н принимается в соответствии с высотной в соответствии с высотной схемой очистной станцией, (рекомендуется принимать высоту камеры примерно равной высоте отстойника, т.е. 2 … 3 м).

Площадь камеры хлопьеобразования в плане определяются по формуле

 

Скорость движения воды в камере V принимается согласно [1, п. 6.54] и равна 0,2 … 0,3 м/с – в начале камеры и 0,05.. 0,1 м/с – в конце камеры хлопьеобразования определяется по формуле

 

 

Число ячеек в камере

 

В каждом ряду по ширине камеры размещаем, например, по 6 ячеек, а по длине камеры – по n/6 ячеек в каждом ряду. Тогда общее число поворотов потока в камере

 

Размеры каждой ячейки в плане должны быть не менее 0,7 x0,7 м.

Полная ширина В и длина L камеры хлопьеобразования определяется в зависимости от принятых размеров ячеек и их количества.

Действительная скорость движения воды в камере при фактической площади ячейки f₁

 

Потери напора в такой камере определяются по формуле

где V₁ – фактическая скорость движения воды в камере, m – общее число поворотов потока.

 

Расчет перегородчатой камеры хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией воды

Перегородчатые камеры хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией воды применяются при производительности очистных сооружений не менее 40 …. 45 тыс. м³/сут.

Объемы камеры хлопьеобразования определяются по формуле (3.6.1).

Высоту камеры Н, принимают в пределах 2 … 3 м.

Площадь камеры определяется по формуле (3.6.1).

Ширина первого коридора камеры (рис. 4) при V₁= 0,2 … 0,3 м/с в начале камеры определяется по формуле

 

B₁= .

 

По [1, п. 6. 54] скорость движения воды V в коридорах должна уменьшаться за счет увеличения ширины коридоров.

Число поворотов потока согласно [1] должно быть равным 8 … 10, тогда ширина последующих коридоров составит

 

B_2,3…= ,

 

где V_2, V₃= скорость движения воды во втором, третьем и т.д. коридоре.

Общая длина камеры при толщине перегородок σ=0,15 … 0,18 м определяется по формуле

 

L=B₁+B₂+…+B₉+nσ,

 

где n- количество перегородок.

 

Ширина камеры хлопьеобразования в плане определяется по формуле

 

B=F/L

 

Потери напора в камере определяются как сумма потерь напора на поворотах:

 

h_k =h₁+h₂+h₃+…,

 

где h₁,₂- потери напора на повороте, определяются по формуле:

 

h₁=V²/2q

 

При числе повторов n количество коридоров m=n+1 количество перегородок:

n=m+1

 

Рис. 2 Схема перегородчатой камеры хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией воды:

1 – трубопровод подачи исходной воды; 2 – отводящий трубопровод; 3 – шибер.

 

Расчет камеры хлопьеобразования вихревого типа

 

Вихревая камера хлопьеобразования выполняется в форме усеченного пирамидального или конусообразного резервуара (рис.5) с углом между его стенками 50 … 70⁰. Процесс хлопьеобразования в вихревой камере заканчивается значительно быстрее, чем в камерах других типов.

Объем камеры хлопьеобразования определяются по формуле (3.6.1), в которой время пребывания воды принимается согласно [1, п. 6.55] равным 6 … 12 мин.

Скорость восходящего потока V_в на выходе из камеры принимается равной 4 … 5 мм/с, на входе воды в камеру V_вх=0,7 …1,2 м/с. Скорость движения воды в трубопроводе от смесителя к камере принимается равной 0,8 … 1 м/с.

Площадь поперечного сечения верхней части камеры

 

f_k=q_ч/V_в,

 

а диаметр ее:

 

D_в= .

 

Диаметр нижней части камеры и ее площади определяются соответственно по формулам:

 

d_н= ,

 

f_н=πd_н²/4

 

Диаметр нижней части камеры принимается равным диаметру трубопровода, подающего воду от смесителя в камеру.

Высота конической части камеры хлопьеобразования при принятом угле конусности:

 

h_кон=0,5 (D_в-d_н)сtgß/2

 

Потери напора в вихревой камере хлопьеобразования составляют 0,2 … 0,2 м на 1 м высоты конуса.

Объем конической части камеры определяются по формуле

 

W_кон= h_кон(f_в+f_н+ )

 

Объем цилиндрической надставки над конусом определяется по формуле

 

W_цил=W_кх-W_кон

 

Высота цилиндрической части камеры определяется по формуле

 

h_ц=W_цил/f_в

 

Вода, прошедшая камеру хлопьеобразования, собирается верхним кольцевым желобом через затопленные отверстия, размещенные по периметру его внутренней стенки

Площадь поперечного сечения желоба при двухпоточном направлении к отводящему трубопроводу составляет

 

f_ж=

где V_ж - скорость движения воды в желобе, равная 0,1 м/с для мутных вод и 0,05 м/с для цветных вод.

Принимаем ширину желоба В_ж=0,4, м, тогда высота желоба

 

h_ж=f_ж/В_ж

 

Необходимое количество затопленных отверстий диаметром, равным 50 мм, определяется по формуле

 

n₀=q_c/V_жf_0,

 

где f₀- площадь одного отверстия.

Периметр кольцевого желоба по внутренней стенке

 

Р=πD_в.

 

Шаг оси затопленных отверстий определяется по формуле

 

L₀=P/n_0.

 

Рис. 3 Схема вихревой камеры хлопьеобразования:

1 – трубопровод подачи исходной воды; 2 – отводящий трубопровод

Расчет встроенной камеры хлопьеобразования со взвешенным слоем осадка

Такие камеры устраивают непосредственно встроенными в горизонтальные отстойники в их передней части.

Площадь всех камер определяется по формуле

 

ΣF_k= ,

 

где V – скорость восходящего потока воды сечения встроенной камеры хлопьеобразования, равная 0,65.. 1,3 мм/с – для вод средней мутности; 0,8 … 2,2 мм/с – для вод высокой мутности

Число камер n принимается по числу горизонтальных отстойников.

Площадь одной камеры определяется по формуле

 

f_k= .

 

Ширина камеры В_к принимается равной ширине отстойника.

Длина камеры определяется по формуле

 

L_k= .

 

Высоту камеры h_к принимаем равной высоте отстойника h_отс с учетом потерь напора в камере ∆h_к:

 

h_k=h_omc+∆h_k..

 

Время пребывания воды в камере согласно [1] должно быть в пределах 20 … 30 мин и определяется по формуле

t= .

 

Расход воды, приходящийся на каждую камеру, составляет

 

q_k= .

 

Распределение воды по площади камеры предусматривается при помощи перфорированных труб с отверстиями, направленными вниз под углом 45⁰.

В каждой камере размещают две- четыре перфорированные трубы на расстоянии 2 м друг от друга и 1 м – от стенки камеры.

Расход воды по каждой трубе составляет

 

q_mp=q_k/n_mp,

 

где n_mp – число труб.

Диаметр трубы D принимается по [2] при скорости движения воды в ней, равной 0,5 … 0,6 м/с.

Суммарная площадь отверстий равна 30 … 40 % площади сечения распределительной трубы:

 

Σf_omв=0,3 … 0,4 .

 

Число отверстий

 

n₀=Σf_omв/f_o,

 

где f₀- площадь одного отверстия при диаметре его не менее 25 мм [1].

Расстояние между отверстиями определяются по формуле:

 

l₀=2l_mp/n₀.

 

Из камеры в горизонтальный отстойник воду отводят через затопленный водослив. Верх стенки водослива располагают ниже уровня воды в отстойнике на величину:

 

h_в= ,

 

где q_к- расход воды, проходящий на каждую камеру, м³/с; V_в – скорость движения воды через водослив, равная 0,05 м/с для цветных вод и 0,1 м/с для мутных вод; В_к – ширина камеры.

За стенкой устанавливается подвесная перегородка, погруженная на высоты отстойника.

Скорость движения воды между стенкой и перегородкой следует принимать не более 0,03 м/с. Потери напора в дырчатых распределительных трубах определяют по формуле:

 

h=ξV²/2g,

 

где ξ- коэффициент сопротивления, определяемый по формуле:

 

ξ= +1;

 

V - скорость движения воды в начале дырчатого участка распределительной трубы, м/с; К_n-отношение суммы площадей всех отверстий в трубе к площади поперечного сечения трубы.

При применении встроенных камер хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка расчетную скорость осаждения взвеси в отстойнике необходимо принимать на 15 … 20 % более, чем указано в [1, табл.18].

 

Порядок выполнения работы:

1. в зависимости от производительности очистной станции подобрать конструкцию камеры хлопьеобразования;

2. определить основные параметры камеры хлопьеобразования.

 

Оборудование: макет водоочистной станции.

 

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение камеры хлопьеобразования.

2. Перечислите виды камер хлопьеобразования и условия их применения.

Литература:

1. Сомов М. А. Водоснабжение.-М.:АСВ. 2004 (п. 5.5 «Камеры хлопьеобразования»)

2. Николадзе Г.И. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1989 г. (п. 12.7 «Камеры хлопьеобразования»)

Практическая работа №13