гидроциклон инженерный сточный вода

Работа содержит основную информацию и принципах работы инженерных сооружений для очистки сточных вод - гидроциклонов. Кроме общих положений, содержащих сведения о физике процесса очистки сточных вод в гидроциклонах, так же приведены сведения об областях применения вышеобозначенных инженерных сооружений.

В третьей главе приведены классификации гидроциклонов, экплицирующие многообразие свойств и различных характеристик сооружений.

Последняя глава, предвосхищая и несколько дублируя заключение, несет в себе информацию об относительных недостатках и достоинствах гидроциклонов., из которых одни являются извечно причиной других, образуя тем самым полярный ряд и объясняя возможность существования как гидроциклонов, так и производств, на которых они могут быть использованы.

1. Общие сведения

Благодаря несложной конструкции, малым размерам, простоте эксплуатации и высокой эффективности гидроциклоны находят широкое применение в различных областях промышленности. Они используются в качестве классификаторов и сепараторов в горнорудной промышленности, как осветлители в химической и нефтехимической промышленности, гидрометаллургии. В последнем качестве гидроциклоны используют также для регенерации и очистки глинистого раствора от выбуренной породы (в процессе бурения нефтяных и газовых скважин), а также в технологических операциях, связанных с эксплуатацией нефтяных скважин и с внутрипромысловым сбором и транспортом нефти [3].

Применение гидроциклонов в металлургическом производстве позволяет значительно снизить энергозатраты и уменьшить износ мельниц за счет снижения процесса переизмельчения частиц руды.

Батарейные гидроциклоны нашли практическое применение в угольной промышленности и нефтедобычи, в пищевой, целлюлозно-бумажной отраслях, в системах водоподготовки. Они используются во многих технологических циклах, в качестве сгустителей, осветлителей, классификаторов.

Гидроциклоны применяются для классификации и обогащения в жидкой среде высокоабразивных материалов, сгущения пульпы, обесшламливания зернистого материала, очистки различных жидкостей от нефтепродуктов и других загрязняющих примесей

Гидроциклоны могут исполняться в блочном и батарейном вариантах в закрытых циклах измельчения, отмывочных установках очистных сооружений, в химической промышленности в процессах выделения твердой фазы из потока.

Сегодня очистка воды гидроциклонами считается одним из наиболее эффективных методов осветления воды. В некоторых случаях, желательно произвести стабилизацию воды перед ее очисткой в гидроциклоне. Очистка воды гидроциклонами зачастую применяется в областях промышленности, требующих высокой степени очистки воды, содержащей минимальное количество механических примесей.

Очистка воды гидроциклонами сегодня используется практически во всех областях промышленного водоснабжения, а также для очистки воды, используемых в хозяйственно-бытовых целях. Зачастую очистка воды гидроциклонами используется в качестве предвариетльной меры осветления, которая предполагает последующую фильтрацию или отстаивание воды, прошедшей очистку гидроциклонами.

Однако самым популярным ареалом использования следует отметить металлургию. За счет этого аппарата удается заметно снизить затраты электрической энергии и добиться того, чтобы за счет вращения пульпы частицы руды были разделены по своим размерам. Что касается батарейного типа гидроциклонов, то они применяются в нефтедобыче, в угольной промышленности и в пищевой отрасли. Главное назначение этого элемента здесь - сгуститель, классификатор и элемент, позволяющий разделить сырье по каким-либо параметрам.

3. Классификация гидроциклонов

Существует несколько классификаций гидроциклонов. Гидроциклоны классифицируют по их назначению:

- гидроциклоны-осветлители для очистки жидкостей от твердых включений.

- гидроциклоны-сгустители для сгущения суспензий до высоких концентраций.

- гидроциклоны-классификаторы для жидкофазного разделения дисперсных материалов по размерам, плотности или форме частиц.

- гидроциклоны для разделения эмульсий.

- гидроциклоны-дегазаторы для очистки жидкостей от растворенных и диспергированных газов;

- гидроциклоны для проведения комбинированных процессов, сочетающих механическое разделение с тепло-, массообменом, флотацией, химическими реакциями и др.

Так же применяются классификации:

- по форме корпуса гидроциклоны цилиндроконические (рисунок 2, а, в) и цилиндрические (рисунок 2, г, д);

- по взаимному направлению движения выходных потоков - противоточные (рисунок 2, е, г) и прямоточные (рисунок 2, в, д);

- по количеству выходных потоков: двух-продуктовые (рисунок 2, а, д), трех-продуктовые (рисунок 2, е);

- по способу сообщения разделяемой среде вращательного движения - напорные (рисунок 2, а), низконапорные, или открытые (рисунок 2, б) и роторные, или турбоциклоны (рисунок 2, е).

Рисунок 2. Схемы гидроциклонов (а - цилиндроконического напорного; б - низконапорного; в-прямоточного турбоциклона; г, д - цилиндрических противоточного и прямоточного для разделения эмульсий; е - трехпродуктового; I - исходная суспензия; II - исходная эмульсия; III - осветленная жидкость; IV - сгущенная фаза; V - тяжелая фаза; VI - продукты разделения)

Гидроциклоны можно классифицировать по величине давления на входе в аппарат. Таким образом, различают гидроциклоны:

- напорные (избыточное давление на входе свыше 100 кПа);

- низконапорные (меньше 100 кПа);

- вакуумные (давление на входе меньше атмосферного).

В низконапорных гидроциклонах разделяемая среда поступает самотеком или под небольшим избыточным давлением, близким к гидростатическому. Низконапорные гидроциклоны имеют габаритные размеры, сопоставимые с размерами цилиндрических вертикальных отстойников. Их применяют для очистки воды от грубодисперсных механических примесей. В турбоциклонах вращение разделяемой среды обеспечивается встроенной турбинкой.

В отличие от напорных, вакуум-гидроциклон устанавливается на всасывающей линии насоса и работает за счёт создаваемого на его приёме вакуума. Для отделения отсепарированной части пульпы он снабжается дополнительным устройством (обычно гидроэлеватором), создающим перепад разряжения за его песковым отверстием. Установка гидроциклона на всасывающей линии насоса исключает возможность попадания в него твёрдых частиц, что предотвращает абразивный износ рабочих органов насоса. Как правило, каждый насос снабжён индивидуальным гидроциклоном. В ряде случаев гидроциклоны объединяются в батареи по параллельному или последовательному принципу.

Напорный гидроциклон

Напорный гидроциклон представляет собой металлический аппарат конической формы. Сточная вода подается под давлением под крышку гидроциклона тангенциально к цилиндрической части. Песок и шлам отводят через нижнее отверстие, а осветленную воду - через верхний сливной патрубок.

Под влиянием центробежной силы, создаваемой водой, поступающей через трубу, расположенную касательно к корпусу циклона, твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона, а затем опускаются к нижнему отверстию. В гидроциклоне возникают два основных винтовых потока: внешний, направленный к вершине конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. По оси гидроциклона образуется воздушный столб.

Расчет гидроциклонов сводится к определению двух основных показателей их работы: пропускной способности и крупности частиц задерживаемых примесей.

Преимуществом напорных гидроциклонов является возможность осветления воды по замкнутой схеме.

Основными недостатками напорных гидроциклонов являются значительный расход электроэнергии и быстрый износ стенок аппарата. Для предотвращения износа производится футеровка гидроциклонов износостойкими материалами (каменное литьё, резина, полиуретан, вулканол и т.д.). Наиболее изнашиваемая часть гидроциклона - песковая насадка - изготовляется из карбидов металлов и металлокерамических материалов.

Открытые гидроциклоны

Кроме напорных гидроциклонов находят применение открытые гидроциклоны (безнапорные). Данные гидроциклоны применяются для выделения из сточных вод не только оседающих, но и всплывающих веществ. Процесс разделения сточных вод в открытых гидроциклонах происходит также под действием гравитационных и центробежных сил, поэтому удельные гидравлические нагрузки на поверхность циклона значительно превышают нагрузки на обычный гравитационный отстойник.

Открытые гидроциклоны без внутренних устройств применяются для очистки сточных вод от крупных примесей гидравлической крупностью 5 мм/с и более.

Открытый гидроциклон с внутренним цилиндром и диафрагмой в верхней части (5.28) рекомендуется к применению при очистке сточных вод от примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более, а также коагулированных взвешенных частиц и нефтепродуктов при расходе стоков до 200 м³/ч на один аппарат.

Исходная вода подается тангенциально в пространство, ограниченное внутренним цилиндром. Поток по спирали движется вверх, у верхней кромки цилиндра он поворачивает и движется к отверстию в диафрагме. Диафрагма, установленная в конце горизонтального отстойника, препятствует выносу выделившегося осадка, движущегося в пристенной зоне. Внутренний цилиндр способствует образованию замкнутого циркуляционного потока, который транспортирует этот осадок в коническую часть. Осветленный поток воды выходит из-под диафрагмы, переливается через водослив в кольцевой лоток и отводится за пределы сооружения.

Выделившийся осадок либо накапливается в конической части, либо удаляется из нее непрерывно через нижнее разгрузочное отверстие.

Пропускная способность аппарата этой конструкции примерно в 2 - 2,5 раза выше пропускной способности отстойников при одинаковой степени очистки.

При проектировании гидроциклона диаметр D и рабочая высота Н цилиндрической части принимаются 0,5-9 м, диаметр отверстия в диафрагме - 0,5 D, диаметр внутреннего цилиндра - 0,85 D, высота внутреннего цилиндра - 0,8 D. Две-три впускные насадки, тангенциально присоединенные к нижней части перегородки, имеют каждая диаметр (0,05…0,07) D. Угол конуса диафрагмы принимается равным 45°. Угол наклона образующей конической поверхности нижней части гидроциклона следует принимать равным не менее 60° С.

Многоярусный низконапорный гидроциклон

Другой, более производительной конструкцией является многоярусный низконапорный гидроциклон. Этот аппарат может быть применен для очистки сточных вод от крупно- и мелкодисперсных примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более при расходе воды более 200 м³/ч на один аппарат, для очистки воды от минеральной коагулированной взвеси и нефтепродуктов.

При конструировании этого сооружения использован принцип тонкослойного отстаивания, который осуществлен делением объема гидроциклона коническими диафрагмами на отдельные ярусы. Впуск воды в гидроциклон осуществляется тангенциально из специальных аванкамер по всей высоте цилиндрической части через щели. Каждый ярус аппарата, как показали исследования, работает независимо от другого.

При проектировании многоярусных гидроциклонов количество ярусов принимается равным 4-20, диаметр гидроциклона 2-6 м, диаметр центрального отверстия в диафрагме 0,5-1,4 м, расстояние между ярусами по вертикали 200-300 мм. В каждом ярусе устраиваются три впускных тангенциальных насадки (через 120° по окружности), скорость выхода воды из насадок - 0,3-0,5 м/с. Угол наклона диафрагм принимается равным углу естественного откоса шлама в воде, но не менее 45°. Общая гидравлическая нагрузка на многоярусный гидроциклон пропорциональна числу ярусов [3].

Потери напора в гидроциклонах принимаются 0,5 м.

Шлам из гидроциклонов удаляется механизированными подъемниками, гидроэлеваторами или под гидростатическим давлением. Для задерживания всплывающих примесей и нефтепродуктов служит кольцевой полупогруженный щит перед водосливом, установленный на расстоянии не более 50 мм. Удаление всплывающих примесей производится через погружную воронку.

4. Преимущества и недостатки

1. Шестов Р.Н. Гидроциклоны Л.: Машиностроение, 1967, 77 с.

2. Гудков А.Г. Механическая очистка сточных вод Учебное пособие, Вологда: ВоГТУ, 2003.

3. Соколов М.П. Очистка сточных вод Учебное пособие. - Набережные Челны: КамПИ, 2005.

4. Башаров М.М., Сергеева О.А. Устройство и расчет гидроциклонов Учебное пособие / Под ред. А.Г. Лаптева. - Казань: Вестфалика, 2012.

Размещено на Allbest.ru