Конструктивный расчёт песколовки

 

Произведём расчёт песколовки. Исходные данные: расход смеси 480 м³/ч; количество отделений 2; высота проточной части 0,7 м; диаметр частиц 0,29 мм; скорость осаждения 24, 5 мм/с; скорость потока принимаем 0,2 м/с [4].

Площадь сечения определим по формуле 47:

 

(47)

где  – количество отделений.

 

 м/с

 

Коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов определяем по формуле 48:

 

(48)

где u₀ – скорость осаждения, м/с.

 

 = 1,0954

 

Длину песколовки определяют по формуле 49:

 

(49)

где - высота проточной части, м.

 

 = 6,259 м

Ширину песколовки определяют по формуле 50:

 

(50)

 

 = 0,476 м

 

Высоту песколовки определяют по формуле 51:

 

H=h1+h2+h3+h4

(51)

где h₂ – высота слоя песка, м;

h₃ – высота надводной части, м;

h₄ – высота желоба, м.

 

При расчёте принимаем, что высоты желоба и проточной части равны, высоты слоя песка и надводной части равны между собой и равны половине высоты проточной части. С учётом этого преобразуем формулу 51 и получим формулу 52:

 

H=3 h1

(52)

 

H=3 0,7=2,1 м

 

Результаты расчётов сведём в таблицу 9.

 

Таблица 9 – Конструктивные параметры песколовки

 

Наименование	Обозначение	Значение
Длина, м		6,5
Ширина, м		0,5
Высота общая, м	H	2,1

 

 

Аппараты физико-химической очистки сточных вод

 

Принцип работы флотатора

 

При изучении процесса флотации необходимо подробнее рассмотреть одно из поверхностных явлений – адгезию.

Адгезия – явление самопроизвольного притяжения между конденсированными (твёрдыми или жидкими) телами. Частные случаи адгезии – аутогезия и когезия. Аутогезия – адгезия между однородными телами. Когезия – адгезия внутри конденсированного тела.

Согласно второму началу термодинамики любая система стремится к состоянию с наименьшей энергией. Поверхностные явления обусловлены стремлением системы снизить поверхностную энергию, что осуществляется за счёт уменьшения поверхности раздела фаз в системе либо изменения характера поверхности.

При нанесении капли жидкости на твёрдое тело в воздушной среде образуется три границы раздела фаз: твердое – жидкость, жидкость – газ и твёрдое – газ. Во всех случаях действуют силы поверхностного натяжения, что в итоге приводит к установлению равновесия, уникального для каждого конкретного случая.

Исходя из условия равновесия, запишем формулу 53:

 

(53)

где -поверхностное натяжение на соответствующей границе, Н/м;

 – краевой угол смачивания, градус.

 

Краевой угол смачивания всегда откладывается в сторону жидкости и заключён между поверхностями раздела твёрдое – жидкое и жидкое – газ. В зависимости от краевого угла смачивания поверхности подразделяют (в случае если жидкость – вода) на гидрофобные, для которых краевой угол смачивания более 90 градусов, и гидрофильные, для которых краевой угол смачивания менее 90 градусов.

При нанесении капли между жидкостью и твёрдым телом образуется новая поверхность раздела, и в случае, если это происходит самопроизвольно, то процесс сопровождается снижением энергии и совершением системой работы – работы адгезии.

Работа в данном случае совершается за счёт убыли энергии, основная энергетическая характеристика поверхности – поверхностное натяжение, запишем формулу 54:

 

(54)

где  – работа адгезии, Дж.

 

Перенесем поверхностное натяжение на границе жидкое – газ в левую часть равенства и получим формулу 55:

 

(55)

 

Наблюдаем, что правая часть формулы 55 и левая часть формулы 53 равны, значит, мы можем приравнять левую часть формулы 55 и правую – формулы 53, выразив из полученного равенства работу адгезии получим формулу 56:

 

(56)

 

Таким образом, у смачиваемых (гидрофильных), обладающих краевым углом смачивания менее 90 градусов, работа адгезии велика, и тем больше, чем выше поверхностное натяжение на границе газ – жидкость, то есть образуется прочная сплошная поверхность раздела.

В процессе флотации мы пропускаем газ через суспензию, и нашей целью является налипания пузырьков воздуха на частицы фазы, их всплывание и удаление. Таким образом, в процессе флотации будут с большей эффективностью отделены такие частицы, для которых краевой угол смачивания велик, поверхностное натяжение на границе жидкое – газ мало. Эти факторы способствуют тому, чтобы на границе твердое – жидкое образовался избыток поверхностной энергии, и прилипание пузырьков вело бы к существенному снижению энергии. Для этих целей зачастую применяют поверхностно – активные вещества, которые увеличивают гидрофобность поверхности частиц и устойчивость образующейся на поверхности пены [1,2,10].

В таблице 10 приведём схемы основных типов аппаратов, их описание будет приведено в дальнейшем в подразделе 4.2 и таблице 11.

 

Таблица 10 – Схемы основных типов флотаторов

 

Тип флотатора	Схема
Флотаторы с выделением воздуха из раствора
Импеллерные флотаторы с механическим диспергированием
Пневматические флотаторы

 

Достоинства и недостатки

 

На данный момент существует несколько разновидностей флотаторов, их конструктивные особенности, достоинства и недостатки рассмотрим в таблице 11 [4,12].

 

Таблица 11 – Сравнительный анализ флотаторов разных конструкций

 

Тип	Конструктивные особенности	Достоинства	Недостатки
Флотаторы с выделением воздуха из раствора	Конструктивно представляет собой радиальный отстойник, снабжённый флотационной камерой с водораспределителем, откуда осуществляется подача пересыщенной воздухом воды. Помимо этого аппарат оборудован скребком для удаления пены в шламонакопитель	Относительная простота конструкции, удаление высокодисперсных частиц	Необходимость оборудования дополнительного узла – сатуратора для пересыщения подводимой во флотационную камеру воды воздух, а соответственно увеличиваются расходы на привод компрессоров
Импеллерные флотаторы с механическим диспергированием	Представляет собой аппарат, снабжённый флотационной камерой, где за счёт вращающегося импеллера с воздушной трубкой происходит диспергирование воздуха в растворе. Пена удаляется пеноснимателем	Эффективная очистка сточных вод с высокой концентрацией нерастворённых примесей, жиров и нефтепродуктов	Повышение расходов на привод вала импеллера и компрессоров для подачи, ограниченная производительность

 

 

Продолжение таблицы 11

 

Тип	Конструктивные особенности	Достоинства	Недостатки
Пневматические флотаторы	Представляет собой горизонтальный аппарат, в нижней части которого расположена газораспределительная камера, куда подаётся воздух. Диспергирование воздуха осуществляется через фильтроносные пластины газораспределительной камеры. Флотационная камера располагается непосредственно над газораспределительной, пена удаляется скребком	Простота конструкции и малые энергозатраты	Высота жидкости над фильтроносными пластинами не должна превышать 2 метров, что ведёт к ограниченной производительности аппарата. Образование осадка на фильтроносных пластинах увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата и расход энергии на привод компрессора