Сделай Сам Свою Работу на 5

Расчет барабанных вакуум-фильтров

Для расчета задаются часовой производительностью фильтра по водной суспензии (vсусп) исходной концентрацией в ней дисперсной фазы (СН), конечной влажностью осадка (Нос), уровнем вакуума DР. Причем при DР, равном А, необходимая влажность осадка достигается за время фильтрования t, с работы зоны фильтрации. Задаются плотность суспензии rсусп, константы фильтрования К и С.

Отметим, что С – константа, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрования, К – константа фильтрования, учитывающая режим процесса и физико-химические свойства осадка и жидкости, м32. Она определяется из уравнения:

К = ,

где h - динамическая вязкость СВ, Па×с, rос – удельное сопротивление осадка в расчете на 1 кг содержащегося в нем твердого сухого вещества, Сm – масса сухого твердого вещества, откладываемого на фильтре, при прохождении через него 1 м3 СВ, кг/м3.

Сm = ,

где rСВ – плотность сточной воды, прошедшей через фильтр, mос – масса влажного осадка в расчете на 1 кг содержащегося в нем сухого вещества, кг/кг, х – массовая концентрация дисперсной фазы в СВ, кг/кг.

Тогда

К = .

Однако в нашем случае задача упрощена, т. к. величины К и С заданы.

Считаем константу фильтрования К для вакуума DР, принимая, что величина К пропорциональна DР.

К¢/К = DР/А,

К¢ = DРК/А.

С использованием уравнения

V2 + 2VC = К¢t. (71)

Рассчитаем удельную производительность зоны фильтрования Vуд, дм32с с учетом указанной величины t.

Vуд = V/t, дм32с,

где V получено из уравнения (71). Получим массовое соотношение g влажного и сухого осадков

g = 1/(1 – СН).

Расход (подача) суспензии (в час) на фильтре равен

mсусп = Vсусп rсусп, кг/ч.

Рассчитываем массу влажного осадка

mос = mсусп rсусп g, кг/ч.

Масса фильтрата равна:

mфильтрата = mсусп - mос.

Принимаем плотность фильтрата равной плотности воды. Такой подход приведет к вполне допустимой оценке систематической ошибке.

Заданная производительность фильтра по фильтрату равна

Vфильтрата = mфильтрата/3600,

3600 – переход ко времени в с.

Следовательно, необходимая поверхность в зоне фильтрования



Sфильтрования = Vфильтрата/Vуд.

Так как обычно в барабанных вакуум-фильтрах поверхность зоны фильтрации составляет ~ 35 % общей поверхности, то Sобщ равна

Sобщ = Sфильтрования/0,35, м2.

По каталогу подбирается ближайший тип барабанного вакуум-фильтра с Sобщ. Там же приводятся его диаметр и длина.

Частота вращения (n) фильтра, об/мин, необходимая для обеспечения заданного времени фильтрации t

n = , об/мин.

60 – переход от с к мин.

Расчет параметров центрифугирования

Рассмотрим пример. Рассчитать часовую производительность осадительной центрифуги Vч при очистки СВ от дисперсной фазы. Заданы: плотность СВ, r, плотность, rч и наименьший диаметр частиц, dч, диаметр барабана, Dб, его длина, Lб, диаметр борта, dб, частота вращения, n. Цикл работы центрифуги – 20 мин, подача суспензии – 18 мин. Остальное – время разгрузки. t – 30 0С, динамическая вязкость воды h.

Производительность центрифуги определяется по формуле:

Vч = 25,3 c Lбn2R vосk, (72)

где vос – скорость осаждения частиц под действием силы тяжести, c - коэффициент, учитывающий отношение действительной и теоретической производительности центрифуги, принимают 0,4…0,5, k – отношение времени подачи СВ (собственно центрифугирование) к общему времени работы центрифуги, R0 – внутренний радиус с кольцевого слоя СВ, м.

Скорость осаждения частиц под действием силы тяжести оценивается по формуле

vос = .

Скорость осаждения частиц под действием центробежной силы

Vцентр = vос .

Рассчитывается коэффициент Рейнольдса.

Re = /

В случае ламинарного режима движения СВ

k = tобщ/tцентрифуг.

Фактическая производительность рассчитывается по уравнению (72) с учетом коэффициента полезного действия, равного 0,45

Vфакт = 0,45 Vч, м3/ч.

 

Расчет адсорберов

Расчет адсорберов периодического действия сводится к определению высоты слоя адсорбента. Количество адсорбента для поглощения адсорбата из исходной смеси с начальной концентрацией mН до конечной mК можно определить из материального баланса

G(mН – mК) = Vа(xК – хН),

где G и Vа - количество газовой (жидкой) смеси и адсорбента, кг; хН, хК - концентрации адсорбата и адсорбента, г/кг.

Принимая, что хН = 0, а хК ® хР, получим

Vа = G ,

или, если требуется определить конечное содержание адсорбата в смеси,

у = - (Vа/G)СК + mН.

Последнее уравнение представляет собой прямую с тангенсом угла наклона, равным tga = - Vа/G в координатах m - C.

Диаметр адсорбера определяется как функция расхода V (в м3/с) парогазовой смеси или раствора через слой адсорбента и скорости потока v0 по формуле

D = . (73)

Высота слоя адсорбента равна

h = Va/(0,785D2rH),

где rН - насыпная плотность адсорбента, кг/м3.

Продолжительность адсорбции

t = ,

где r - плотность парогазовой смеси или раствора, кг/м3.

Высоту слоя адсорбента также можно найти на основании экспериментально определяемого времени защитного действия слоя:

t = kh - t0 = h/u — t0, (74)

где k = 1/u - коэффициент защитного действия слоя; t0 — потеря времени защитного действия слоя.

Величины в уравнении (74) определяют из экспериментальных данных, которые изображаются в виде графической зависимости (рис. 78). Тангенс угла наклона прямолинейной части кривой равен коэффициенту защитного действия слоя (tga = k), а отрезок, отсекаемый на продолжении оси ординат, соответствует потере времени защитного действия (t0).

Рис. 78. Зависимость продолжительности защитного действия от высоты слоя адсорбента.

 

Для расчета скорости перемещения фронта адсорбции предложено уравнение

u = v0 ,

где v0 – фиктивная скорость потока, равная v¢e (v¢ - скорость потока в каналах между частицами адсорбента, e - порозность слоя адсорбента); mр.н. – концентрация адсорбата в слое адсорбента, равновесная с объемной концентрацией mН адсорбата в потоке.

Потерю времени защитного действия слоя t0 можно приближенно определить по уравнению

t0 = 0,5h0/u,

где h0 – высота зоны массопередачи.

Высота слоя адсорбента h0 оценивается из основного уравнения массопередачи

h0 = ,

где mу - общее число единиц переноса по газовой или жидкой фазе,
mу = 0,9mH/Dmср; KyV — объемный коэффициент массопередачи.

Объемный коэффициент массопередачи, в свою очередь, определяется из уравнения

KyV = ,

где byV и bxV - объемные коэффициенты массоотдачи в парогазовой (жидкой) и твердой фазах; mtg - средний тангенс угла наклона линии равновесия.

Исходя из высоты слоя адсорбента и конструктивных соображений, определяют высоту адсорбера.

При расчете непрерывно действующих адсорберов определяют высоту колонны, рабочий объем, диаметр и число тарелок.

Высота адсорбера определяется из основного уравнения массопередачи, которое записывается следующим образом::

Vadx= KyFDmcрdt = KyVasDmcрdt,

где Va - количество адсорбента в адсорбере, кг; s - удельная площадь поверхности адсорбента в условиях проведения процесса, м2/кг.

Тогда

dx/dt = KysDmcр. (75)

Записываем материальный баланс процесса за промежуток dt. За это время в адсорбер поступает dL количества адсорбента и такое же количество отводится. При этом концентрация СК изменяется на dСК за счет поступления свежего адсорбента:

VaК - dСК) = (Va - dL) СK + СНdL, (76)

где СК - концентрация адсорбата в адсорбенте, находящемся в адсорбере; d - расход адсорбента; СН - концентрация адсорбтива в поступающем в адсорбер адсорбенте.

Из уравнения (76) получим

VadС = (СK – СН) dL,

где dL=Ldt.

Отсюда

dС/dt=(L/Va)(СK - СH).

При СH = 0

dС/dt = L/VаСK. (77)

Сравнивая уравнения (75) и (77), получим

KysDmcр = L/VаCK.

Отсюда рабочий объем адсорбера

Va = L .

Время пребывания адсорбента в адсорбере с учетом, что t = Va/L,

t = ,

где Dycр = ; mН, mК - начальная и конечная концентрации адсорбтива в газовой смеси; mр - равновесная концентрация.

Диаметр адсорбера определяется по уравнению (73). Высота адсорбента в адсорбере

h = .

Число тарелок в тарельчатых адсорберах с псевдоожиженным слоем

n = h / hт,

где hт - высота слоя адсорбента на тарелке (hт можно принимать равным 50 мм).

 

Расчет аэротенков

Расчет аэротенков состоит в определении их размеров, расходов воздуха и циркулирующего активного ила, необходимых для обеспечения требуемой степени очистки сточных вод в зависимости от расхода и состава сточных вод, dtkbxbyf БПК и степени использования кислорода воздуха.

Обычно рабочие глубины аэротенков р имеют величину 3,2 м или
4,4 м, ширина коридора принимается равной 4,5 м, 6 м, 9 м.

Если БПКполн отстоенной сточной жидкости превышает 150 мг/л, то аэротенки проектируются с регенераторами.

Для аэротенков с регенераторами продолжительность аэрации собственно в аэротенке для смеси сточной воды и циркулирующего ила (в часах) определяется по формуле

tа = (2,5/а )lg(БПКполн/БПКвых),

где ааэр - доза ила в аэротенке, г/л; БПКполн - БПКпоступающей в аэротенк сточной воды, мг/л; БПКвых - БПК выходящей из аэротенка очищенной воды, мг/л.

Доля циркулирующего ила от притока сточной воды определяется по формуле

a = ,

где арег - доза ила в регенераторе, г/л, рекомендуется принимать арег = 4 г/л.

Продолжительность окисления снятых загрязнений, ч:

t0 = ,

где t - средняя температура сточной воды, 0С; Sл - зольность ила в долях единицы (принимается равной 0,3); r - средняя скорость окисления загрязнений, мг/л; БПКполн на 1 кг беззольного вещества. Для бытовых сточных вод принимается r = 19 мг/(г/ч).

Продолжительность необходимой регенерации циркулирующего
ила, ч.

tр = t0 - tа.

Объем собственно аэротенка, м3

Va = tа (1 + a)mв,

где mв - часовой расход сточных вод (рассчитывается по среднечасовому притоку в течение суток, если Кнеравн £ 1,25 и по среднечасовому поступлению в часы максимального притока, если Киеравн > 1,25 м3/ч.

Объем регенератора, м3

Vр = tрamв.

Общий объем аэротенка с регенератором, м3

Vобщ = Va + Vр.

Расчетная продолжительность обработки сточной воды, ч.

t = tа(1 +a) + tрa. (78)

Расчетная продолжительность t должна быть приблизительно равна t'

t' = (БПКполн – БПКвых)/[a(1 – Sл)r], (79)

где а - средняя доза ила в системе, а = аср, г/л

аср = (ааэрVa + арегVр)/ Vобщ.

Согласно требованиям СНиП (СНиП 11-32-74. Нормы проектирования. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат. – 1975.
– 89 с.), расчетная продолжительность, вычисленная по формулам (78) и (79) должна совпадать.

По отношению общего объема аэротенков с регенераторами к объему регенераторов получаем число коридоров аэротенка

n = Vобщ/Vр.

Один коридор аэротенка отводится под регенератор. Количество секций аэротенка зависит от пропускной способности станции: менее 50000 м3/сут. - от 2 до 8 секций; более 50000 м3/сут. - 8 - 10 секций.

Длина секции определяется по формуле

l = ,

где Vc - объем секции, м3; В - ширина коридора, м; h – рабочая глубина коридора, м.

Зная общий объем аэротенка и глубину можно получить общую площадь в плане, м2

S = .

Длину аэротенков рекомендуется выбирать не менее 10 В.

Удельный расход воздуха для подачи в аэротенк рассчитывается по формуле

D = ,

где Z - удельный расход кислорода на 1 мг снятой БПКполн, мг/л; Z = 1,1 для полной очистки; Z = 0,9 для неполной очистки; K1 - коэффициент, учитывающий тип аэратора, для мелкопузырчатых аэраторов принимается в зависимости от отношения площади аэрируемой зоны к площади аэротенка; К2 - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора; n1 – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод

n1 = 1 + 0,02(tср - 20),

где tср - среднемесячная температура сточных вод; n2 - коэффициент, учитывающий отношение скорости переноса кислорода в иловой смеси к скорости его переноса в чистой воде; для бытовых сточных вод n2 = 0,85; Ср - растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л,

Cр = ,

где Сt - растворимость кислорода воздуха в зависимости от температуры и давления, принимается при t = 20 °С, Сt = 9,35 мг/л; С – средняя концентрация кислорода в аэротенке, С = 2 мг/л/

Интенсивность аэрации

I = .

Прирост ила в аэротенках при очистке бытовых сточных вод определяется по формуле

mи = 0,8 b + 0,3 БПКполн,

где b - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л; b = 149 мг/л.

Если в технологическом процессе очистки сточных вод предусмотрена предварительная аэрация, то БПКполн сточных вод, поступающих в аэротенки, может быть уменьшена до Lа 150 мг/л. В этом случае аэротенки проектируются без регенераторов.

Для аэротенков без регенераторов продолжительность аэрации

tа = ,

где а - доза ила для бытовых сточных вод, г/л.

Доля циркулирующего активного ила

a = ,

где ааэр – принятая доза ила; авозвр – концентрация возвратного ила.

Рабочий объем аэротенков

W = VчTa,

где Vч – средний часовой приток сточных вод за период аэрации.

Принимаем число секций аэротенка, оно должно быть от 2 до 8. Выбираем ширину коридора В и рабочую глубину h.

Длина секции, удельный расход воздуха и интенсивность аэрации, прирост ила в аэротенке определяются по формулам аналогичным формулам для расчета аэротенков с регенерацией.

 

Расчет биофильтров

В отечественной практике используется расчет биофильтров по окислительной мощности. В этом случае объем загрузки биофильтра определяется по уравнению

Vз.ф. = БПКисхV/ ОМ,

где БПКисх – биохимическая потребность кислорода для поступающей на фильтр сточной воды, г О23; V – расход сточных вод, м3/сут, ОМ - окислительная мощность биофильтра г/(м3сут). ОМ 1 м3 загрузки биофильтра зависит от среднегодовой температуры воздуха. Предложено пользоваться уравнением

dБПКисх/dt = - k,

где БПК – биохимическая потребность в кислороде при температуре t. Последнее уравнение предложено при постулировании, что масса окисляемого органического посредством активного ила пропорциональна его концентрации в воде Сt в момент времени t. k – константа скорости разложения (окисления) органических соединений.

Предложен графоаналитический способ расчета биофильтров, базирующийся на функциональной зависимости БПК5, выходящих после окисления на фильтре органических компонентов СВ от ряда факторов

БПК5,вых = f (БПКисх, А, Vгидр, t, h, Vуд),

где А – концентрация взвешенных загрязнений в исходных сточных водах, г/м3, Vгидр – гидравлическая нагрузка, м3/(м2сут), t – температура, 0С, h - высота биофильтра, под которй понимают высоту слоя загрузочного материала, м, Vуд – удельный расход воздуха, м3, необходимый для аэрации 1 м3 СВ.

Эффективность работы биофильтра (Э), принимаемая как отношение

Э, % = 100 БПК5,вых/ БПК5,исх,

Э = f (Ф1),

где Ф1 – критериальный комплекс.

Ф1 = hkt/V ,

kt – температурная константа.

Зависимость Э = f (Ф1) приведена на рис. 79.

Рис. 79. Зависимость Э = f (Ф1) 1 - без учета влияния воздуха; 2 - при подаче воздуха в объеме 16 и 32 м3 на 1 м3 сточной воды.  

 

Величина Vгидр рассчитывается из зависимостей:

при БПК5,исх /БПК5,вых £ 10

Vгидр = ,

при БПК5,исх /БПК5,вых > 10

Vгидр = .

Этот подход позволяет рассчитать биофильтр на любую степень очистки. Для высоконагруженных биофильтров отношение БПК5,исх /БПК5,вых можно получить из выражения

БПК5,исх /БПК5,вых = (1 + k .

БПК5,вых можно получить из зависимости

БПК5,вых = ,

Vрец – объем воды, подаваемой на рециркуляцию, r – радиус биофильтра, м.

N = .

В отсутствии рециркуляции

БПК5,вых = .

Пример.Рассчитать высоконагруженный биофильтр при следующих исходных данных: БПК5,исх = 180 мг/л, БПК5,вых = 20 мг/л, tср = 10 0С. Отношение БПК5,исх /БПК5,вых равно 9.

Высоту биофильтра находим для двух значений объема подаваемого воздуха, Vуд = 8 м33 и 12 м33.

При Vгидр = 10 м3/(м2сут). Расход СВ принять – 42000 м3/сут.

1. Vуд = 8 м33. Согласно таблицы 33, при h1 = 3 м величина k = 6,2, при h2 = 4 м, k = 10,4. Т. к. 6,2 < 9, то при высоте биофильтра h1 = 3 м необходима рециркуляция. По формуле

БПК5,смеси = k БПК5,вых

определяем БПК5,смеси. По формуле

nр = (БПК5,исх - БПК5,смеси) / (БПК5,смеси - БПК5,вых)

оцениваем коэффициент рециркуляции nр.

Таблица 33

Параметры для расчета высоконагружаемых биофильтров

Удельный объем подаваемого воздуха Vуд, м33   Высота био- фильтра h, м Значение k при среднезимней температуре сточной жидкости t, 0С
Гидравлическая нагрузка V, м3/(м2сут)
                       
  3,02 5,25 9,05 2,32 3,53 5,37 2,04 2,89 4,14 3,38 6,2 10,4 2,5 3,96 6,25 2,18 3,22 4,73 3,76 7,32 11,2 2,74 4,64 7,54 2,36 3,62 5,56 4,3 8,95 12,1 3,02 5,25 9,05 2,56 4,09 6,54
  3,69 6,1 10,1 2,89 4,24 6,23 2,58 3,56 4,9 4,08 7,08 12,3 3,11 4,74 7,18 2,76 3,94 5,68 4,5 8,23 15,1 3,36 5,31 8,45 2,93 4,36 6,88 5,09 9,9 16,4 3,67 6,04 3,16 4,84 7,42
  4,32 7,25 3,38 5,01 7,35 3,01 4,18 5,83 4,76 8,35 14,8 3,72 5,55 8,5 3,28 4,78 6,92 5,31 9,9 18,4 3,98 6,35 10,4 3,44 5,14 7,69 5,97 11,7 23,1 4,31 7,2 3,7 5,72 8,83

 

По формуле

S = V(nр + 1)/Vгидр

оцениваем площадь биофильтра S1.

БПК5,смеси = k БПК5,вых

БПК5,смеси = 6,2 × 20 = 124 мг/л

nр = (БПК5,исх - БПК5,смеси) / (БПК5,смеси - БПК5,вых)

nр = (180 - 124) / (124 - 20) = 0,54

S1 = 42000 (0,54 +1) /10 = 6468 м2.

При h = 4 рециркуляции не требуется, т. к. k = 10,4 < 9. Тогда

S2 = 42000/10 = 4200 м2.

Объемы фильтрующей загрузки соответственно составят:

V1,з.ф. = S1h1 = 6483 × 3 = 19404 м3,

V2,з.ф. = S2h2 = 4200 × 4 = 16800 м3.

2. При Vуд = 12 м33 по таблице 33 при h3 = 3 м величина k = 8,35, при h4 = 4 м, k = 14,8. Следовательно, при h3 = 3 м необходима рециркуляция. Расчеты ведем так же, как и в первом случае.

При h3 = 3 м

БПК5,смеси = 8,35 × 20 = 167 мг/л

nр = (180 - 167) / (167 - 20) = 0,09

S3 = 42 (0,01 + 9) /10 = 4578 м2.

При h4 = 4 м рециркуляции не требуется:

S4 = 4200 м2,

V3,з.ф. = 13734 м3,

V4,з.ф. = 16800 м3.

Окончательный выбор варианта следует принять исходя из технико-экономического расчета (Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Биологические фильтры. М.: Стройиздат. – 1982. – 120 с.).

Принимаем Vуд = 8 м33, h = 4 м. Проектируем 6 биофильтров диаметром 30 м с общей фильтрующей поверхностью 16956 м3.

Расход воздуха составит

Vвозд = VудV.

Vвозд = 8 × 42000 = 336000 м3/сут.

Вентиляторы для подачи воздуха выбираются с учетом таблицы 34.

 

 

Таблица 34

Марка вентилятора Подача, м3 Напор, мм Мощность двигателя, кВт
ЭВР-2 ЭВР-3 ЭВР-4 ЭВР-5 ЦЧ-70№2, 5 ЦЧ-70 № 3 ЦЧ-70 № 4 ЦЧ-70 № 5 ЦЧ-70 № 6 ЦЧ-70 № 7 200 – 2000 400 – 4000 700 – 8500 1500 – 10000 300 – 2000 400 – 3800 600 – 4500 1000 – 8500 1500 – 14000 2000 - 20000 15 – 70 15 – 60 10 – 100 15 – 80 10 – 55 10 – 90 8 – 55 8 – 80 8 – 110 8 – 120 0,25 – 1 1 – 1,7 1,7 – 7 2,8 – 7 0,27 – 0,6 0,6 – 1 0,6 – 1 1 – 1,7 1,7 – 4,5 2,8 - 10

 

Для подачи воздуха в высоконагруженные биофильтры устанавливаем два рабочих и один резервный вентиляторы низкого давления ЭВ – Р – 5 с подачей воздуха 7500 м3/ч и напором 80 мм (10660 Па), таблица 34.

 

Расчет фильтров

 

Расчет проводится посредством уравнений фильтрации, параметры которых оценивают экспериментально либо по эмпирическим уравнениям. Для фильтров периодического действия рассчитывают оптимальную продолжительность рабочего цикла tоп.ц., при которой их производительность максимальна.

Экстремальный вид зависимости связан с тем, что tв (время выгрузки осадка, например, с рамных фильтрпрессов) и очистки исходной фильтрующей поверхности не зависит от суммарной продолжительности рабочего цикла. При DР = const (DР – перепад давления в фильтрующей перегородке, V0 – объем фильтрата, получаемый с единицы фильтрующей поверхности)

tоп.ц. = 2 (tв + V0 ).

Толщина (высота)образующегося при этом осадка

h = ,

где a1 = b1f2, b1 = fV0, tоп = tоп.ц. - tВ, f – отношение объема отфильтрованного осадка к объему полученного фильтрата.

Sос = ,

где a = М ; b = V0 ; М – требуемая производительность по фильтрату, м3с-1. Средняя скорость фильтрации в рабочем цикле

vф = h/ftц.

Оптимальное время фильтрации, с-1 при необходимой последующей промывке осадка равно

tоп = ( + 2V0 ),

где t - время выполнения вспомогательных операций, исключая промывку осадка; Nп = Vжr0rсрqtm/Dpf – постоянная в уравнении при заданных условиях промывки, с×м-2; Vж – рассчитанный (необходимый) объем промывной жидкости на единицу массы, м3/кг; r0 – плотность влажного осадка, н/м2; m - средняя динамическая вязкость промывного фильтрата, н×с/м2; Dp, н/м2 (н – ньютон).

Продолжительность промывки осадка при оптимальном времени фильтрации

tп = [t + (V )b1 - V

V - определено ранее.

tоп.ц. = tоп + tп + t .



©2015- 2018 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.