Файл: Левин, А. М. Очистка сточных вод огнеупорных заводов.pdf

схеме с учетом продолжительности отстаивания от 1,5 (для сточных вод, загрязненных магнезитом) до 2,0 ч в зависимости от материалов загрязнения сточных вод.

4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

СТОЧНЫХ ВОД В НАПОРНЫХ ГИДРОЦИКЛОНАХ

При перемещении тела в жидкой среде последняя оказывает сопротивление, которое складывается из со­ противления от инерции среды (динамическое) и сопро­ тивления от трения (вязкости). При небольшой скорости перемещения и малых размерах тела или его обтекаемой поверхности преобладает сопротивление от трения. Ско­ рость осаждения шарообразных частиц диаметром менее 0,175 мм в зависимости от вязкости среды определяется по формуле Стокса. Скорость осаждения частиц диамет­ ром 0,175—1,5 мм можно определить по формуле Алле­

Риттингера — величине Y^d.

С уменьшением размера частиц их объем уменьшает­ ся быстрее, чем полная поверхность. Так как силы со­ противления пропорциональны полной поверхности, дей­ ствие объемных сил будет сравнительно невелико, а по­ этому и абсолютная скорость перемещения мелких зе­ рен в воде под действием силы тяжести будет небольшой.

При движении частиц в жидкости под влиянием поля тяготения весьма существенной является разность плот­ ностей среды и частиц. При незначительной разности плотностей и малых размерах частиц абсолютные скоро­ сти их будут ничтожно малыми, т. е. практически процесс отстаивания в-поле сил тяжести будет неэффективен.

Увеличения скорости отстаивания можно достигнуть: увеличением размера частиц, увеличением разности плотностей частиц и среды, уменьшением вязкости сре­ ды и увеличением ускорения. Для увеличения скорости осветления в производственных условиях первые три пу­ ти являются сложными. Интенсифицировать процесс можно увеличением ускорения, применяя центробежную силу. При соответствующих условиях получаемые уско­ рения могут превосходить в сотни раз ускорение силы тяжести. Наиболее простыми по конструкции и дёшевы-

70

ми аппаратами, использующими действие центробежной силы, являются напорные гидроциклоны.

Гидроциклон представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрической части с примыкающей к ней снизу широким основанием конической части. Исходная сус­ пензия поступает под давлением через входной (питаю­ щий) патрубок тангенциально в верхнюю часть цилинд­ ра и приобретает вращательное движение. Возникают значительные центробежные силы, под действием кото­ рых более тяжелая фаза движется от оси гидроциклона к его стенкам по спиральной траектории вниз и через песковую (шламовую) насадку отводится из гидроцик­ лона. Более легкая фаза движется во внутреннем спи­ ральном потоке, направленном вверх и отводится из гид­ роциклона через сливной патрубок. Вдоль оси гидроцик­ лона образуется воздушный столб, имеющий вйжное значение для разделяющего действия гидроциклона.

В- отличие от сгустителей и осветлителей, в которых сепарация происходит практически в спокойной среде, гидроциклон действует как пропорциональный раздели­ тель. Поэтому осветленная жидкая фаза содержит опре­ деленное количество твердого продукта и не может быть чистой. Задача получения возможно более чистого сли­ ва находится в противоречии с требованием получить возможно более сгущенный шлам.

При двухступенчатом (многоступенчатом) последо­ вательном соединении гидроциклонов можно удовлетво­ рить одновременно обоим требованиям. Полного разде­ ления в гидроциклонах достичь невозможно (рис. 18,а). Все сепараторы, работающие по поточному принципу, имеют S-образную характеристику, аналогичную харак­ теристике гидроциклона (рис. 18,6). Диаграмма на этом рисунке построена для гидроциклона диаметром 350 мм, давлением питания 1,5 кгс/см2 при отделении кварцевого песка частицами 112 мкм. Степень Отделения составля­ ет 95% [23, с. 54—68]. Целесообразно использовать гид­ роциклоны в сочетании с другими аппаратами: для ос­

могут быть применены для предварительного сгущения суспензии.

Характер движения жидкости в гидроциклоне опреде­ ляется скоростью жидкости в питающем патрубке. На взвешенные частицы действуют большие тангенциальные

71

силы, поддерживающие их в непрерывном относительном движении [24].

Окружная скорость щ жидкости меняется, увеличи­ ваясь с уменьшением радиуса г конической части гидро­ циклона. Скорости на поверхности внутренней стенки

Рис. 18. Зависимость степени разделения в гидроцнклоиах от размера частиц (по Травнискому)

гидроциклона будут меньше идеальной, однако они не будут равны нулю, что, естественно, противоречит обыч­ но применяемым положениям в теории течения вязких жидкостей. Радиальное ускорение а Т, имеющее важное значение для разделения, определяется по уравнению

где с — константа.

Из уравнения (43) видно, что ускорение сильно воз­ растает с уменьшением радиуса вращения. Поэтому кор­ пус гидроциклона имеет сужение от входа к выходу, чем достигается увеличение центробежного ускорения. По конструктивным особенностям все гидроциклоны можно разделить на пять групп.

1. Конические, отличающиеся числом выдаваемы продуктов; способом установки (вертикальные, горизон­ тальные и наклонные); конструкцией сливной части (от­ водной патрубок или промежуточная сливная камера); глубиной погружения отводного патрубка в цилиндриче­ скую часть гидроциклона, которую можно плавно регу­ лировать; способом установки и конструкцией питающе­ го патрубка (бывают также гидроциклоны с открытым верхом); конусностью (а=5-4-90°); относительной высо­

72

той цилиндрической части (от 0,2 до 4,0 диаметров гид­ роциклона); конструкцией песковых насадок; материа­ лами, из которых изготовляют гидроциклон, или футе­ ровкой внутренней поверхности; способом регулировки работы гидроциклона (ручной или автоматической); спо­ собом отвода слива и шлама (под уровень отводимых продуктов или свободный ).

2. Цилиндрические, которые состоят из двух гидро­ циклонов: основного — цилиндрического и перечистного — конического.

3.Винтовые, отличающиеся конструкцией направля­ ющего устройства.

4.Турбоциклоны (центриклоны), отличающиеся от обычных гидроциклонов наличием турбинки, установлен­ ной внутри аппарата, а также конструкцией турбинки и способом отвода продуктов.

5.Батарейные, отличающиеся числом циклонов в ба­ тарее, конструкцией, размером, компоновкой, способами питания и отвода продуктов.

Наиболее широкое практическое применение нашли конические двухпродуктовые гидроциклоны.

Корпус гидроциклона изготавливают литым, сварным или вытачивают из металла, а также его можно выпол­ нить пластмассовым. Для уменьшения износа внутрен­ нюю поверхность корпуса гидроциклона иногда футеру­ ют резиной или каменным литьем. Питающий патрубок делают сужающимся для увеличения начальной скорости струи. Уфимский завод горного оборудования выпуска­ ет гидроциклоны, в которых можно изменять сечение от­ верстия, устанавливая сменные вставки. Песковые (шла­ мовые) насадки служат для отвода более тяжелой фазы (шлама). Их изготавливают в виде сменных конических насадок с различными выходными отверстиями или в ви­ де резиновых затворов.

Для лучшей очистки производственных сточных вод огнеупорных заводов рационально применять гидроцик­

лоны маленьких диаметров (10—50 мм), но для обеспече­ ния расхода следует устанавливать несколько гидроцик­ лонов, образующих батарею (батарейный гидроциклон). Батарея гидроциклонов, соединенных в одном корпусе, называется мультициклоном. Отдельные гидроциклоны, составляющие мультициклон, называются микроцикло­ нами.

На рис. Г9 представлен мультициклон, внутри корпуса

73

Рис. 19. Мультициклон:

Рис. 20. Влияние формы входного отверстия на работу гидроцикло­ на (по Беднарскому)

74

которого размещено восемь мйкроцйклонов диаметром 20 мм. Мультициклоны могут быть изготовлены в виде нескольких ярусов батарей, смонтированных в один об­ щий блок.

Основными геометрическими параметрами, влияющи­ ми на производительность, являются диаметр гидроцик­ лона, размеры питающего и сливного патрубков. Также оказывает влияние угол конусности; размер песковой на­ садки практически не оказывает влияния на производи­ тельность гидроциклона. При изменении его происходит только перераспределение сточной воды между сливом и шламом. А. И. Поваров [25] рекомендует принимать отношение диаметра питающего патрубка (при прямо­ угольном сечении патрубка диаметр окружности равно­ великой площади) к диаметру гидроциклона в пределах 0,08—0,25, или диаметр питающего патрубка равным 0,5—1,0 диаметра сливного патрубка.

Беднарский [26] изучал влияние формы питающего отверстия на производительность гидроциклона; он счи­ тает прямоугольную форму питающего отверстия выгод­ нее круглой, причем рекомендует большую сторону рас­ полагать параллельно оси гидроциклона; наивыгодней­ шим соотношением сторон он считает 3:1. Беднарский рекомендует также и эллиптическую форму отверстия с большой осью, параллельной оси гидроциклона (рис. 20).

Исследованиями [26, 27] установлено, что эффект разделения зависит от размещения питающего отверстия на цилиндрической части корпуса. Сточная вода должна вводиться в самую верхнюю точку цилиндри­ ческой части корпуса гидроциклона. На эффект разделения оказывает влияние угол сужения питающего патрубка и отношение сужения питающего патрубка к сечению подводящего трубопровода. Это отношение в за­ висимости от давления рекомендуется принимать З-г-10: : 1; угол сужения должен быть не менее 10° и не более 18°.

Площадь питающего отверстия влияет на производи­ тельность гидроциклона. Диаметр сливного патрубка влияет на показатели работы гидроциклона. Увеличение диаметра при постоянном давлении питания вызывает увеличение производительности гидроциклона. По мне­ нию Келсалла [28, 29], увеличение диаметра сливного патрубка ухудшает разделение частиц в гидроциклоне. Ван-дер-Вальт [30], Белюгу и Шавловский [31] счита­ ют, что эффективность обогащения угля повышается с

75