РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВОДОИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ПРУДОМ-ОХЛАДИТЕЛЕМ

 

Задание: 1) определить необходимый объем пруда-охладителя V_o; 2) определить изменение концентраций примеси с_кi в воде пруда в последующие годы (т.е. время стабилизации состава) в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход воды на собственные нужды Qс.н., млн.м3/год	Расход сточной воды Qст.в., млн.м3/год	Солесодержание сточной воды сст.в., г/м3
	0, 1
	0, 2	0, 001
	0, 3	0, 002
	0, 4	0, 003
	0, 5	0, 004
	0, 6	0, 005
	0, 7	0, 006
	0, 8	0, 007
	0, 9	0, 008
	1, 0	0, 009
	1, 1	0, 010
	1, 2	0, 011
	1, 3	0, 012
	1, 4	0, 013
	1, 5	0, 014
	1, 6	0, 015
	1, 7	0, 016
	1, 8	0, 017
	1, 9	0, 018
	2, 0	0, 019
	2, 1	0, 020
	2, 2	0, 021
	2, 3	0, 022
	2, 4	0, 023
	2, 5	0, 024

Продолжение табл. 1

Для всех вариантов: 1) расходы, млн.м3/год: - стока атмосферных вод Qст. = 0, 4; - атмосферных осадков Qос.= 2, 2; - продувки Qпрод.= 0, 1; - фильтрационных утечек Qф = 3; - естественного испарения Qе.и.= 5, 2; - дополнительного испарения Qд.и.= 2, 5; 2) концентрации загрязнителя, г/м3: - в начале первого годового цикла со1 =150; - в стоке атмосферных вод сст.= 150; - в подпиточной воде сподп.= 30; - конечная за первый год ск1 = 130; 3) реагенты в систему не добавляются (А = 0).

 

В системах с прудом-охладителем (рис.1) концентрация солей увеличивается весьма медленно. Рост концентрации зависит от многих факторов. Системы с прудами занимают промежуточное положение между открытыми и замкнутыми системами. Баланс солей в таких системах обычно составляют для большого промежутка времени, например года [2].

 

V_е.и. V_ос

V_ф V_ст.

V_с.н.

V_прод.

Пруд

V_д.и.

 

Vст.в.

V_подп.

 

П

А

 

 

П - производство

Рис. 1. Схема системы водоиспользования с прудом-охладителем

 

Материальный баланс по лимитирующей примеси в системе водопотребления для расчетного периода (год) имеет следующий вид:

V_o с_о + А + Q_подп.с_подп.+ Q_ст.с_ст.+ Q_ст.в.с_ст.в.– Q_прод. –Q_с.н. – Q_ф = V_о с_к; (1)

Q_подп. = Q_прод.+ Q_с.н.+ Q_ф + Q_е.и.+ Q_д.и. – Q_ос. – Q_ст. – Q_ст.в., (2)

где V_o – объем воды в пруду-охладителе; с_о, с_к – концентрации загрязнителя (например, солей) в пруду в начале и конце годового цикла; А – количество реагентов (хлоридов, сульфатов, кальция, магния, железа), вводимых в пруд-охладитель в течение года для обработки всего циркуляционного потока или его части (хлорирование, подкисление, коагулирование и т.п.); Q_подп.– годовой объем воды, поступающей в систему за счет подпитки; с_подп. – концентрация загрязнителя в подпиточной воде; Q_ст. – годовой объем стока атмосферных вод в пруд; с_ст. – средняя концентрация загрязнителя в стоке атмосферных вод; Q_ст.в – годовой объем сточных вод, поступающих в систему от производства; с_ст.в. – средняя концентрация загрязнителя в сточной воде; Q_ос. – годовой объем воды, поступающей в пруд-охладитель за счет атмосферных осадков; Q_прод., Q_с.н., Q_ф, Q_е.и., Q_д.и.– годовые объемы воды, теряемой из пруда-охладителя соответственно за счет продувки, собственных нужд водоочистных установок, фильтрационных утечек, естественного испарения, дополнительного испарения.

Уравнение материального баланса дает возможность определить объем пруда-охладителя при прочих заданных или рассчитываемых величинах. При эксплуатации водооборотной системы, когда объем пруда-охладителя известен, обычно рассчитывают величину продувки или концентрацию загрязнителя к концу годового цикла.

Порядок расчета

1. Составляется материальный баланс по лимитирующей примеси для расчетного периода (год);

2. Из уравнения материального баланса определяется объем пруда-охладителя.

3. При известном значении объема пруда-охладителя определяются концентрации загрязнителя в пруду в конце годового цикла с_кi (с_к2, с_к3 и т.д.) в последующие годы, принимая с_о2 = с_к1, с_о3 = с_к2 и т.д. до стабилизации концентрации. Срок практически полной стабилизации концентрации составляет 8 – 10 лет. Результаты расчетов сводятся в таблицу

Таблица 1 Результаты расчетов стабилизации концентрации

Год
скi, г/м3

 

Содержание отчета

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) схему системы водоиспользования с прудом-охладителем;

3) расчет системы водоиспользования;

4) таблицу с результатами расчетов стабилизации концентрации;

5) выводы.

 

Практическая работа № 11

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА

 

Задание: Рассчитать вертикальный отстойник в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход сточной воды Q, м3/ч	Плотность частиц ρ ч, кг/м3	Диаметр частиц d, мкм
Для всех вариантов: 1) плотность жидкости ρ ж = 1066 кг/м3; 2) динамическая вязкость жидкости μ ж = 1, 14 × 10-3 Па× с.

 

При очистке сточных вод широко распространены процессы разделения гетерогенных систем на отдельные фазы путем осаждения частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием различных внешних сил. Так, для выделения твердых частиц из жидких сред широко применяются отстойники, основанные на осаждении частиц под действием силы тяжести (рис. 1).

Сточная вода

Очищенная вода

 

Шлам

Рис. 1. Схема вертикального отстойника

 

При движении частицы в жидкости возникает сопротивление, величина которого зависит главным образом от режима движения, формы и поверхности движущейся частицы.

Ламинарный режим движения имеет место при малых размерах частиц и высокой вязкости среды, что обусловливает небольшие скорости движения частицы.

Турбулентный режим движения частицы в жидкости наблюдается при больших размерах частиц и малой вязкости среды, то есть при высоких скоростях движения частиц, когда все большую роль начинают играть силы инерции.

Переход от ламинарного к турбулентному движению характеризуется критическими значениями чисел Рейнольдса Re и Архимеда Ar.

Рассмотрим процесс осаждения твердой частицы в неподвижной жидкой среде под действием силы тяжести.

Если частица массой m начинает опускаться под действием силы тяжести, через некоторый промежуток времени наступит динамическое равновесие: сила тяжести станет равна силе сопротивления среды и частица станет двигаться равномерно. Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения w_ос.

Скорость осаждения w_ос можно рассчитать по формуле Стокса, соответствующей ламинарному режиму осаждения шарообразных частиц в неподвижной газообразной или жидкой среде под действием силы тяжести [6]

, (1)

где d – диаметр шарообразной частицы (табл. 1), м; ρ – плотность жидкости (табл. 1), кг/м³; ρ _ч – плотность материала частицы (табл. 1), кг/м³; μ – динамический коэффициент вязкости среды (табл. 1), Па× с; g – ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с².

Более удобно для определения w_ос пользоваться методом Лященко, используя выражение для критерия Архимеда Аr [6]:

. (2)

По известному критерию Архимеда можно определить режим осаждения и значение критерия Рейнольдса Re:

- для ламинарного режима

; (3)

- для переходной области осаждения 36 < Ar < 83000

Re = 0, 152 Ar^{0, 715}; (4)

- для автомодельной области Ar > 83000

. (5)

Таким образом, определив значение критерия Аr, находят режим осаждения. Затем по выражениям (3)-(5) находят значение Re и по нему определяют скорость осаждения.

Критерий Рейнольдса определяется выражением

, (6)

откуда получим выражение для определения скорости осаждения w_ос, м/с:

. (7)

Приведенный расчет w_ос относится к скорости свободного осаждения, при котором осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на движение друг друга.

При значительной концентрации твердых частиц в среде происходит стесненное осаждение, скорость которого меньше, чем свободного, вследствие трения и соударений между частицами.

В данной работе рассматривается свободное гравитационное осаждение твердых частиц в жидкости, при котором процесс осаждения происходит под действием силы тяжести и осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на движение друг друга.

При ориентировочных расчетах, учитывая приближенно отличие реальных условий осаждения от теоретических (стесненность осаждения, форма частиц, движение среды) определяют среднюю расчетную скорость осаждения , м/с:

. (8)

Поверхность осаждения F, м², можно найти по формуле:

, (9)

где Q – объемный расход сточных вод (табл. 1), м³/с.

Диаметр отстойника D, м, при известном значении F равен:

. (10)

 

Порядок расчета:

1) по формуле (2) определить критерий Архимеда Ar;

2) по известному критерию Архимеда определить режим осаждения и после определения скорости осаждения методом Лященко - значение критерия Рейнольдса Re;

3) при ламинарном режиме осаждения шарообразных частиц скорость осаждения w_ос можно рассчитать по формуле Стокса (1);

4) при известном значении критерия Рейнольдса скорость осаждения w_ос определяется по формуле (7);

5) по формуле (8) определить среднюю расчетную скорость осаждения , м/с;

6) по формуле (9) определить поверхность осаждения F, м²;

7) по формуле (10) найти диаметр отстойника D, м.

Содержание отчета

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему отстойника;

4) расчет отстойника;

5) выводы.

Практическая работа № 12

РАСЧЕТ СЕПАРАТОРА

Задание: Рассчитать сепаратор для разделения конденсата (смеси воды и бензина) отстаиванием в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход конденсата Q, м3/ч	Размер частиц бензина d, мкм
	0, 10
	0, 12
	0, 14
	0, 16
	0, 18
	0, 20
	0, 22
	0, 24
	0, 26
	0, 28
	0, 30
	0, 32
	0, 34
	0, 36
	0, 38
	0, 40
	0, 42
	0, 44
	0, 46
	0, 48
	0, 50
	0, 52
	0, 54
	0, 56
	0, 58
	0, 60
	0, 62
	0, 64
	0, 66
	0, 68
Для всех вариантов: 1) плотность смеси воды и бензина, ρ = 840 кг/м3; 2) плотность бензина, ρ ч = 760 кг/м3; 3) плотность воды, ρ = 998 кг/м3; 4) динамический коэффициент вязкости среды, μ = 1, 005 ∙ 10-3 Па∙ с.

 

В сепараторе непрерывного действия (рис.1) жидкая фаза, представляющая собой смесь жидких веществ, расслаивается вследствие различия плотностей присутствующих в смеси веществ: легкая часть поднимается вверх и отводится через штуцер 5, а тяжелая опускается вниз и уходит через трубу 4 и штуцер 3.

6

2

1

5

3

4

 

 

1 – корпус; 2 – штуцер для подачи смеси жидкостей; 3 – штуцер для отвода нижнего слоя жидкости; 4 – труба для отвода нижнего слоя жидкости;

5 – штуцер для отвода верхнего слоя жидкости; 6 – штуцер для отвода воздуха

Рис. 1. Схема сепаратора

 

Определим скорость всплывания частиц бензина w_вспл, используя выражение для критерия Архимеда Аr [6]:

, (1)

где d – диаметр шарообразной частицы (табл. 1), м; ρ – плотность воды (табл. 1), кг/м³; ρ _ч – плотность вещества частицы (бензин) (табл. 1), кг/м³; μ – динамический коэффициент вязкости среды (табл. 1), Па× с; g – ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с².

По известному критерию Архимеда можно определить режим движения частиц и значение критерия Рейнольдса Re:

- для ламинарного режима

; (2)

- для переходной области осаждения 36 < Ar < 83000

Re = 0, 152 Ar^{0, 715}; (3)

 

- для автомодельной области Ar > 83000

. (4)

Критерий Рейнольдса определяется выражением

, (5)

откуда получим выражение для определения скорости всплывания w_вспл, м/с:

. (6)

Определим время отстаивания τ , с:

, (7)

где Н_р - рабочая высота отстойной части, м.

Примем рабочую высоту отстойной части Н_р = 1 м.

Объем V, м³, отстойной части сепаратора равен:

V = Q ∙ τ . (8)

Определим площадь поперечного сечения F, м², отстойной части сепаратора

F = V/H. (9)

Диаметр D, м, сепаратора равен:

. (10)

Содержание отчета

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему сепаратора;

4) расчет сепаратора;

5) выводы.

 

Практическая работа № 13

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I) Получение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы, по возмущению относительно выходной величины, по задающему воздействию относительно рассогласования .
2. I. РАЗВИТИИ ЛЕКСИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЯЗЫКА У ДЕТЕЙ С ОБЩИМ НЕДОРАЗВИТИЕМ РЕЧИ
3. II. О ФИЛОСОФСКОМ АНАЛИЗЕ СИСТЕМЫ МАКАРЕНКО
4. V) Построение переходного процесса исходной замкнутой системы и определение ее прямых показателей качества
5. А. Разомкнутые системы скалярного частотного управления асинхронными двигателями .
6. АВИАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
7. Автоматизированные информационно управляющие системы сортировочных станций
8. Автоматизированные системы диспетчерского управления
9. Автоматическая телефонная станция квазиэлектронной системы «КВАНТ»
10. Агрегатные комплексы и системы технических средств автоматизации ГСП
11. Алгебраическая сумма всех электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной (какие бы процессы ни происходили внутри этой системы).
12. Алгоритм упорядочивания системы.