Примеры расчета гидроциклонов

Пример 7. Требуется рассчитать открытий гидроциклон для очистки сточных вод, образующихся при мойке грузовых автомобилей. Расход сточных вод составляет 50 м/ч. Гидроциклон применен на первой ступени очистки и должен задерживать частицы гидравлической крупностью 0,3 мм/с.

Для расчета принимаем открытый гидроциклонс коническойдиафрагмой и внутренним цилиндром (см. рис. 7, в).

По формуле (38) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку на гидроциклона

q_hc = 3,6^.1,98^.0,3 = 2,l4 м³/(м^2.ч).

Определяем общую площадь зеркала водыв гидроциклонах

F_hc = 50/2,14 = 23,4 м².

Задавшись диаметром гидроциклона D_hc = 3 м, рассчитываем их количество N, шт.:

N = 23,4/3^2.0,785 = 3,3

Принимаем 3 гидроциклона диаметром D_hc = 3 м.

По табл. 4 рассчитываем все конструктивные размеры гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром (графа 5): высота цилиндрической части, H_hc: = 3 м; диаметр впускного патрубка d_en = 150 мм; количество патрубков n = 2; угол конической части = 60°; угол конуса диафрагм = 90°; диаметр центрального отверстия в диафрагме d_d = 1,5 м; диаметр внутреннего цилиндра D₁ = 2,64 м; высота внутреннего цилиндра H₁ = 3 м; высота водосливной стенки H₂ = 0,6 м; диаметр водосливной стенки D₂ = 3,2 м; диаметр водопогруженного щита D₃ = 3 м. Выбираем материал для изготовления гидроциклона.

При решении о применении железобетона для выполнения корпуса аппарата в проекте обязательно должно быть оговорено непременное применение опалубки, позволяющей получить гладкую внутреннюю поверхность в аппарате.

Далее с учетом п. 6.89 СНиП 2.04.03-85 приступают к проектированию схемы гидроциклонной установки.

Пример 8. Требуется запроектировать установку с многоярусными гидроциклонами для очистки сточных вод цеха среднесортного проката. Расход сточных вод 1500 м³/ч. Расход воды практически постоянен в течение суток. Температура воды T_w в течение года изменяется в пределах 15-30°С. Концентрация взвесей в исходной воде составляет 250 мг/л, масла 60 мг/л.

В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 60 мг/л, масел 25 мг/л. По данным анализа кривых кинетик отстаивания сточных вод при температуре 20°С в слое h = 200 мм, требуемая степень очистки обеспечивается при задержании частиц тяжелых примесей крупностью 0,3 мм/с и 0,5 мм/с - легче воды, поэтому за расчетную принимается 0,3 мм/с.

Принимаем многоярусный гидроциклон с центральными выпусками (см. рис. 8).

Расчет производится в следующем порядке.

Задаемся диаметром гидроциклона D_hc = 5 м.

По формулам (38). (39) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку, приходящуюся на один ярус гидроциклона:

.

Зная диаметр аппарата (D_hc = 5 м), определим расход воды, который может подаваться на один ярус:

q¢_hc = 0,785^.5^2.0,7 = 13,73 м³/ч.

Определяем количество ярусов

n_ti = 1200/13,73 = 87,4 88 шт.

Задавшись количеством ярусов в гидроциклоне n = 15 шт.,определяем количество рабочих аппаратов

N = 88/15 6 шт.

По табл. 4 назначаем основные размеры аппарата.

Пример 9. Требуется запроектировать установку с многоярусными гидроциклонами для очистки сточных вод от вагранок литейного цеха.

Расход сточных вод 680 м³/ч. Расход воды практически постоянен в течение суток. Температура воды в течение года изменяется в пределах 22-60°С. За расчетную принимаем 30°С. Концентрация взвесей в исходной воде составляет 800-1200 мг/л. В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 150 мг/л.

По данным анализа кривых кинетик отстаивания сточных вод при температуре 20°С, в слое h = 200 мм требуемая степень очистки обеспечивается при задержании частиц крупностью 0,2 мм/с.

В качестве очистного сооружения принимаем многоярусный гидроциклон с периферийным отбором очищенной воды (см. рис. 9). Расчет производится в следующем порядке.

Задаемся следующими параметрами гидроциклона: диаметр гидроциклона D_hc = 5 м; диаметр центрального отверстия верхней диафрагмы прямоточного яруса d_d = 1 м; высота ярусов h_ti = 0,12 м.

По формулам (38), (40) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку, приходящуюся на один ярус гидроциклона, b - ширина периферийной щели для отвода очищенной воды, назначаем b = 0,1 м; K_set - коэффициент использования объема яруса, так как гидравлическая нагрузка на ярус обещает быть небольшой, принимаем K_set = 0,4.

Если температуру оборотной воды принимаем равной 30°С, тогда гидравлическая крупность по зависимости (31) СНиП 2.01.03-85 при этой температуре составит

= 0,2×1/0,8 = 0,25 мм/с;

.

Зная диаметр аппарата (D_hc = 5 м), определим расход воды, который может подаваться на один ярус

.

Определим количество ярусов

п_ti = 680/13,33 = 51 шт.

Задавшись количеством пар ярусов в гидроциклоне n₁ = 15шт., определим количество аппаратов

N = 51/15 = 3,4 4 шт.

По табл. 4 (графа 7) назначаем все остальные размеры многоярусного гидроциклона:

высоту цилиндрической части определяем исходяиз количества ярусов Н_ц = 2 h_tin_ti+400 = 4000 мм; количество впусков n_вп = 3; угол конической части, = 60°; угол конуса диафрагм, = 50°; диаметр центрального отверстия, d_d = l м; высоту ярусов принимаем h_ii = 0,12 м; зазор между корпусом и диафрагмой = 0,1 м; скорость потока на входе = 0,3 м/с; размер впускной щели: высота 0,12 м; ширина 13,3^.1000/0,3^.3600 = 12 мм; высота водосливной стенки Н₂ = 0,5м.

Пример 10. Требуется запроектировать очистные сооружения фасонно-формовочного цеха, сточные воды которого в основном представлены пылевидными частицами песка, глины, шлака, формовочной земли и т. д. Расход сточных вод в среднем составляет 120 м³/ч. Концентрация взвешенных веществ изменяется в пределах 1500-3000 мг/л. Кривая кинетики отстаивания приведена на рис. 12. По требованиям производств эту воду необходимо очистить до 10 мг/л, т. е. 99,7 %. Подобные жесткие требования диктуются условиями предохранения плунжерных насосов отобразивного износа. Этими насосами очищенная сточная вода будет подаваться в технологический процесс. Температура воды 20°С; pН = 6-7. Удельный вес механических загрязнений в среднем равен: _г = 2,6 г/см³.

Расход воды следует считать постоянным в течение суток.

Для достижения столь грубой степени очистки принимаем двухступенную схему очистки, по которой на период ступени применены напорные гидроциклоны, в которых обеспечивается удаление основной массы механических загрязнений (Э = 80%), на второй ступени - отстаивание с применением реагентов. В данном примере рассматривается лишь расчет напорных гидроциклонов.

По кривой кинетики отстаивания (см. рис. 12) по заданному эффекту Э = 80 % определяем охватывающую гидравлическую крупность U₀ = 200/l0,60 = 0,33 мм/с.

Затем из точки на оси ординат, соответствующей заданному эффекту очистки (80 %), проводим касательную к кривой. Из точки касания опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и по найденному времени t_гр = 16,5 мин рассчитываем граничную гидравлическую крупность

U_гр = 200/(16,5^.60) = 0,2 мм/с.

Затем по формуле (31) рассчитываем граничный диаметр гр, мкм, задерживаемых частиц

.

После определения граничной крупности по табл. 6 подбираем гидроциклон, который может выделить частицы этой крупности D_hc = 80 мм и по этой же таблице в соответствии с рекомендуемыми соотношениями СНиП 2.04.03-85 назначаем размеры основных рабочих узлов d_en = 80^.0,25 = 20 мм; d_вх = 20/0,6 = 32 мм; d_шл = 10; Н_ц = 4D_hc = 4^.80 = 320 мм; = 10°;

H_k = D_hc/(2 tg /2) = 457 мм.

Давление питания принимаем P_вn = 0,3 МПа.

По формуле (32) определяем _гр

.

Вследствие того, что полученное значение гр = 27мкм меньше значения гр = 47,5 мкм, которое требуется обеспечить, ожидается, что подобранный гидроциклон обеспечит эффект очистки несколько выше задаваемого.

В случае, если определенная _гр была бы больше заданного, потребовалось бы подбор повторить, задаваясь другими размерами гидроциклона.

Далее по формуле(33) определяем производительность одного аппарата

Q_en = 1,03×0,8^0,053×2^1,28×3,2^0,405×1,6^0,143×3,2^0,015×10^0,025×0,3^0,443 = 3,7 л/с = 13,3 м³/ч.

Исходя из общего количества сточных вод дляих очистки потребуется гидроциклонов

N = 120/13,4 = 8,9 9шт.

В соответствии с п. 6.91 СНиП 2.04.03-85 установка должна включить 9 рабочих аппаратов и 1 (один) резервный. После определения количества гидроциклонов определяем расход воды, удаляемой со шламом, на который нужно рассчитывать уплотнитель осадка

q_шл = 0,07 (13,4^.9) = 8,4 м³/ч.