Краткие теоретические сведения. Отстаивание является более дешевым процессом, чем другие процессы разделения неоднородных систем, например

Отстаивание является более дешевым процессом, чем другие процессы разделения неоднородных систем, например, фильтрование. Отстаивание используют в качестве первичного процесса разделения, проведение которого часто позволяет ускорить (при прочих равных условиях) фильтрование или центрофугирование суспензий. Отстаивание производят в аппаратах, называемых отстойниками или сгустителями. Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия, причем непрерывно действующие отстойники, в свою очередь делятся на одноярусные, двухярусные и многоярусные.

4.1. Периодически действующие отстойники представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. Такой отстойник заполняется суспензией, которая отстаивается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости декатируют, т.е. сливают через сифонную трубку или краны, расположенные выше уровня осевшего осадка. Последний, обычно представляющий собой подвижную текучую, густую массу-шлам, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний спусковой кран.

Для отстаивания небольших количеств жидкости применяют отстойники в виде цилиндрических вертикально установленных резервуаров с коническим днищем, имеющим кран или люк для разгрузки осадка и несколько клапанов для слива жидкости, установленных на корпусе на разной высоте.

4.2. Для отстаивания значительных количеств жидкости, например, для очистки сточных вод, используют бетонные бассейны больших размеров или несколько последовательно соединенных резервуаров, работающих полунепрерывным способом: жидкость поступает и удаляется непрерывно, а осадок выгружается периодически.

На рис.4.1 показан отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками. Исходная суспензия полается через штуцер 1 в корпус 2 аппарата, внутри которого расположены наклонные перегородки 3, направляющие поток попеременно вверх и вниз. Наличие перегородок увеличивает время пребывания жидкости и поверхность осаждения в аппарате. Осадок собирается в конических днищах (бункерах) 4, откуда периодически удаляется, а осветленная жидкость непрерывно отводиться из отстойника через штуцер 5.

4.3. В промышленности наиболее

распространены отстойники непрерывного действия.

Одноярусный отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой см. рис.4.2 представляет собой невысокий цилиндрический

резервуар 1 с плоским слегка коническим днищем и внутренним кольцевым желобом 2 вдоль верхнего слегка коническим днищем и внутренним кольцевым желобом 2 вдоль верхнего края аппарата. В резервуаре установлена мешалка с наклонными лопастями 3, на которых имеются гребки 4 для непрерывного перемещения осаждающегося материала к разгрузочному отверстию. Одновременно гребки перемешивают осадок, способствуя этим более эффективному его обезвоживанию. Мешалка делает от 0,015 до 0,5 об/мин, т.е. вращается настолько медленно, что не нарушает процесса осаждения. Исходная жидкая смесь непрерывно подается через трубу в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер. Осадок (шлам) – текучая сгущенная суспензия (с концентрацией твердой фазы не более 35…55 %) – удаляется из резервуара при помощи диафрагменного насоса. Вал мешалки приводиться во вращение от электродвигателя через редуктор.

К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость. Гребковые нормализованные отстойники имеют диаметр от 1,8 до 30 м, а в некоторых производствах, например, для очистки воды, отстойники достигают в диаметре 100м.

При необходимости установки ряда отстойников значительных диаметров занимаемая ими площадь будет велика. В целях уменьшения этой площади применяют многоярусные отстойники, состоящие из нескольких (4…5) аппаратов, установленных друг на друга. Различают многоярусные отстойникизакрытогоисбалансированного типов см. рис. 4.3.

Отстойники работают следующим образом: исход-ная суспензия из распредели-тельного устройства 1 по-дается через стаканы 2 в каждый ярус. Осветленная жидкость через сливные па-трубки собирается в кол-лектор 3. Сгущенный осадок при применении отстойника закрытого типа удаляется раз-дельно из каждого яруса в сборнике 4, а в случае отстойника сбалансированного типа – только из нижнего яруса.

Отстойник для непрерывного разделения эмульсий см. рис. 4.4 состоит из нескольких частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника, откуда поступает

в среднюю сепарационную камеру. Перегородки 2 позволяют регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части происходит разделение исходной смеси на составляющие под действием сил тяжести. Легкая жидкость поднимается и вытекает из отстойника через верхний штуцер. Тяжелая жидкость опускается, проходит под правой перегородкой 3 и вытекает через нижний штуцер. Каналы для выхода жидкости образуют сообщающиеся между собой сосуды.

4.4. При расчете отстойников определяют производительность по осветленной жидкости и необходимую поверхность осаждения, а по ней – линейные размеры отстойника заданной формы.

Массовое количество (производительность) осветленной жидкости получаемой из суспензии при отстаивании определяют по формуле:

G ₀ = G _c (1 – x ₁ / x ₂), (4.1)

где G ₀ – осветленная жидкость, кг/с;

G _c – суспензия, кг/с;

x ₁ и x ₂ – содержание твердой фазы в суспензии до и после отстаивания, мас.%.

Продолжительность осаждения частиц в слое h определяют по формуле:

τ = h / w _ос, (4.2)

где τ – продолжительность осаждения частиц, с;

h – высота слоя жидкости, м;

w _ос – скорость свободного осаждения частицы, м/с.

Количество осветленной жидкости определяют по формуле:

V ₀ = F w _ос, (4.3)

где V ₀ – количество осветленной жидкости, м³/с;

F – площадь осаждения отстойника, м².

Необходимую площадь осаждения определяют по формуле:

F = 1,3 G _c (1 – x ₁ / x ₂) / (ρ _ж w _ос), (4.4)

где 1,3 – коэффициент, учитывающий увеличение площади отстойника за счет возможной неравномерной подачи суспензии на отстаивание;

ρ _ж – плотность жидкости, кг/м³.

При стесненном осаждении в формулу (4.4) вместо скорости свободного осаждения w _ос подставляют скорость стесненного осаждения w _ст.

Скорость стесненно-го осаждения w _ст опреде-ляют по графику см. рис 4.5 при известных скорости свободного осаждения w _ос и объемной доли φ твердой фазы в суспензии.

Зная площадь отстойника F можно определить его геометрический размер, а именно, его диаметр D.

Высоту отстойника Н определяют по формуле:

Н = h ₁ + h ₂, (4.5)

где Н – высота отстойника, м;

h ₁ – высота цилиндрической части отстойника, м;

h ₂ – высота конической части отстойника, м;

h ₂ = 0,07 D, (4.6)

Поиск по сайту: