Практикум к решению задач Основы экологии 2004

21

1. Задавшись типом циклона, определяют оптимальную скорость газа ωоп в сечении циклона диаметром D по следующим данным:

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11		СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34
ωоп, м/с	4,5	3,5	3,5		2,0	1,7
2. Вычисляют диаметр циклона D, м, по формуле
		D		.		(1.1)
			4Q/πωоп

Полученное значение D округляют до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимально допустимое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклона.

3. По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость движения газа в циклоне, м/с

ω=4Q/(πnD2),

(1.2)

где n – число циклонов.

Действительная скорость в циклоне не должна откланяться от оптимальной более чем на 15%.

4. Определяют коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона

ξ=k1k2ξ500,

(1.3)

где k1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона (таблица 1.1); k2 – поправочный коэффициент на запыленность газа (таблица 1.2);

ξ500 – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм. Значение выбирается из таблицы 1.3.

Таблица 1.1

							В миллиметрах
Тип циклона			Значение k1			для D
	150	200		300		450		500 и более
ЦН-11	0,94	0,95		0,96		0,99		1,0
ЦН-15, ЦН-24	0,85	0,90		0,93		1,0		1,0
СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34	1,0	1,0		1,0		1,0		1,0
5. Гидравлическое сопротивление циклона вычисляют по формуле
	∆Р=ξ∙S∙ω2/2,						(1.4)

22

где S и ω – соответственно плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата;

ξ– коэффициент гидравлического сопротивления.

6.Эффективность очистки газа в циклоне

ηр=0,5[1+Ф(х)],			(1.5)
где Ф – табличная функция от параметра х, равного
х lg d50 /d50т /
	lg2 ση lg2 σч .		(1.6)

Значения dт50 и lg ση для каждого типа циклона приведены ниже:

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34
dт50, мкм	8,5	4,5	3,65	2,31	1,95
lg ση	0,308	0,352	0,352	0,364	0,308

Значения dт50 определены по условиям работы типового циклона: Dn=0,6м; ρч т=1930 кг/м3; µт=22,2∙10-4 Па∙с; ωт=3,5 м/с. Для учета влияния отклонений условий работы от типовых на величину d50 используют соотношение

	d50	d50т		D/Dт ρчт		/ρч μ/μт ωт /ω .						(1.7)
Таблица 1.2							В граммах на метр кубический
Тип циклона					Значение k2			при свх
	0		10		20		40		80		120	150
ЦН-11	1		0,96		0,94		0,92		0,90		0,87	-
ЦН-15	1		0,93		0,92		0,91		0,90		0,87	0,86
ЦН-24	1		0,95		0,93		0,92		0,90		0,87	0,86
СДК-ЦН-33	1		0,81		0,785		0,78		0,77		0,76	0,745
СК-ЦН-34	1		0,98		0,945		0,93		0,915		0,91	0,90

Таблица 1.3

		Значение ξ500			Значение ξ500
	Тип	при	при выхлопе	Тип	при	при выхлопе
			в			в
	циклона	выхлопе в		циклона	выхлопе в
			гидравличес-			гидравличес-
		атмосферу	кую сеть		атмосферу	кую сеть
	ЦН-11	245	250	СДК-ЦН-33	520	600
	ЦН-15	155	163
				СК-ЦН-34	1050	1150
	ЦН-24	75	80

23

Определив по формуле (1.6) значение х, находим параметр Ф по данным:

х	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,7 и более
Ф(х)	0,8849	0,9192	0,9452	0,9641	0,9772	0,9965.

Затем по формуле (1.5) определяют расчетное значение эффективности очистки газа циклоном. Если расчетное значение η окажется меньше необходимого по условиям допустимого выброса пыли в атмосферу, то нужно выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться формулой

ξ			1 η			2	ω			D
	1			1				1			2
												,	(1.8)
ξ2										D1
		1 η2			ω2

где индексы 1 и 2 соответствуют двум разным циклоном.

2 Решение задач

Задача №1 Рассчитать циклон НИИОГАЗ по исходным данным, приведенным в

таблице. Циклон очищает нагретую газовоздушную смесь от золы и сажи. Принимаем плотность газа S, кг/м3; динамическую вязкость μ, Па∙с (при рабочей температуре tр, оС, lg σч=0,334). Определить основные размеры циклона (м): внутренний диаметр цилиндрической части Д, высоту цилиндрической части Нц, высоту конической части Нк, общую высоту циклона Н. Размеры Нц, Нк и Н определяются по империческим формулам, приведенным в таблице (даны в долях внутреннего диаметра Д). Вычертить в масштабе схему циклона, указать определенные расчетами размеры.

	Параметры		Варианты исходных данных
		1	2	3	4	5
	Тип	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СН-ЦН-34
	циклона
	Q, м3/ч	10000	12000	8000	11000	9000
	Свх, г/м3	25	30	35	45	40
	S2,кг/м3	2400	2250	2300	2100	2200
	ηтр	0,99	0,995	0,998	0,995	0,996
	Нц, м	2,11Д	2,26Д	2,06Д	0,535Д	0,515Д
	Нк, м	1,75Д	2Д	2Д	3Д	2,11Д
	Н, м	4,26Д	4,56Д	4,38Д	3,83Д	3,14Д

24

Практическая работа № 4

Расчет сооружений для механической очистки сточных вод

1 Теоретическая часть

1.1 Расчет решеток

Для улавливания из сточных вод нерастворенных крупных загрязнений применяются решетки, которые выполняются из круглых, прямоугольных или имеющих иную форму металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Наибольшее распространение получили стержни из полосовой стали размером 60×10 мм.

Величина прозоров между стержнями обычно составляет 16 – 20 мм. Решетки, устанавливаемые на насосных станциях могут иметь и большие размеры прозоров, что зависит от диаметров проходящих сечений устанавливаемых насосов.

Решетки подразделяют на подвижные и неподвижные.

Для удобства съема загрязнений, решетки часто устанавливают под углом к горизонту α=(60 – 80)оС.

Схема установки решетки представлена на рисунке 1.1.

а – план; б - разрез

Рисунок 1.1 – Схема установки решетки

Уловленные на решетках отбросы выгружаются в контейнеры или подвергаются дроблению в дробилках и возвращаются в поток воды перед решетками.

Проектирование и расчет решеток производится в соответствии с СНиП 2.04.03 – 85 «Канализация. Наружные сети и сооружения».

25

Расчет решеток заключается в определении размеров решеток и потерь напора в них.

Расчет решеток производится на максимальный приток сточных вод, м3/с или м3/ч, или на пропускную способность очистной станции, м3/сут.

Средний секундный расход сточной воды определяется по формуле

	q			Q	ср.сут.	,	(1.1)
		ср.с.		Т	3600

где qср.с. – средний секундный расход сточной воды, м3/с;

Qср.сут. – средняя производительность очистной станции, м3/сут; Т – количество часов работы предприятия в сутки, ч; 3600 – переводной коэффициент.

Максимальный секундный расход сточной воды определяется по формуле

qmax.c=qср.с.∙kобщ,

(1.2)

где qmax.c. – максимальный секундный расход сточной воды, м3/с;

kобщ – общий коэффициент неравномерности водоотведения (таблица1.1).

Таблица 1.1 – Коэффициенты неравномерности притока сточных вод В литрах на секунду

Общий коэффициент						Средний расход сточных вод,
неравномерности	5	10		20			50	100			300	500	1000		5000 и более
притока сточных вод
kобщ	2,5	2,1		1,9			1,7		1,6		1,55	1,5	1,47		1,44
Общее число прозоров решетки определяется по формуле
		n			qmax.c			k	з	,					(1.3)
					b h1		υp

где n – общее число прозоров решетки;

b – ширина прозора между стержнями, м; h1 – глубина воды перед решеткой, м;

υр – средняя скорость движения воды в прозорах решетки, м/с;

k3 – коэффициент, учитывающий стеснение прозоров граблями и задержанными загрязнениями, принимают k3=1,05.

Общая ширина решетки определяется по формуле

Вр=S(n-1)+bn,

(1.4)

26

где Вр – общая ширина решетки, м; S – толщина стержней решетки, м.

В соответствии с выполненными расчетами принимается марка решетки (таблица 1.2).

Таблица 1.2 – Характеристика решеток

Пропускающая		Расчетный			Число
		секундный		Размер решетки	решеток
способность,			Марка
		расход,		В×Н, мм	рабочих
3
м	/сут	м3/с			(резервных)
1400 – 17000		-	РММВ	1000×1000	1(1)
25000 – 35000		0,4 – 0,53	МГ-7Т	800×1400	2(1)
50000		0,72	МГ-11Т	1000×1600	2(1)
			РМУ-2	1000×1000	3(2)
70000		0,96	МГ-11Т	1000×1600	2(1)
			РМУ-2	1000×1000	3(2)
100000		1,36	МГ-8Т	1400×2000	2(1)
			РМУ-3	1000×2000	3(2)
140000		1,87	МГ-8Т	1400×2000	2(1)
			РМУ-3	1000×2000	3(2)
200000		2,68	МГ-8Т	1400×2000	3(1)
			РМУ-4	1500×2000	3(2)
280000		3,76	МГ-6Т	2000×2000	3(1)
			РМУ-5	2000×2000	3(2)

Примечание: В – ширина решетки; Н – высота решетки.

РММВ, РМУ – вертикальные решетки, α=90о МГ – наклонные решетки, α=60о

Число прозоров решетки n/ определяется, исходя из принятых ее размеров (по формуле 1.4).

Скорость воды в прозорах решетки проверяется при принятых размерах решетки по формуле

υ			qmax.c	k		.	(1.5)
	р				3
			bhn/

27

Скорость воды в прозорах должна быть 0,7 – 1 м/с.

Средняя скорость движения воды в канале перед решеткой определяется по формуле

υ	qmax.c	,	(1.6)

Bк h1

где υ – средняя скорость воды в канале перед решеткой, м/с; Вк – ширина канала перед решеткой, м.

Коэффициент местного сопротивления зависит от формы стержней и определяется по формуле

S			4
			3
ξ β			sinα,	(1.7)
b

где ξ – коэффициент местного сопротивления; β – коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения стержней

решетки, принимается равным для прямоугольных стержней β=2,42; для круглых β=1,79; для прямоугольных с закругленными ребрами – β=1,83;

α – угол наклона решетки, град.

Потери напора в решетке определяются по формуле

	h ξ	υ2	P,	(1.8)
		2g

где h – потери напора в решетке;

g – ускорение свободного падения, м/с2, g=9,81 м/с2;

Р – коэффициент, учитывающий потери напора вследствие засорения решетки, который принимают ориентировочно равным 3.

Количество задерживаемых на решетках отбросов зависит от вида сточных вод, ширины прозоров решетки и способов ее очистки.

Содержание отбросов в производственных сточных водах значительно колеблется и обусловлено производительностью и спецификой предприятия.

Количество извлекаемых отбросов при прозорах 20 мм колеблется от 0,037 до 0,261 л/м3; в среднем оно составляет 0,08 л/м3. Влажность отбросов 77%, плотность – 650 – 800 кг/м3. Для решеток с прозорами 16 мм количество снимаемых отбросов равно 0,2 –0,35 л/м3, влажность – 80%, плотность – 800 кг/м3.

Количество отбросов, задерживаемых решетками из бытовых сточных вод принимается в зависимости от ширины прозоров.

Количество улавливаемых отбросов, поступающих с промышленными сточными водами, определяется по формуле

Wпр=Qср.сут.пр.∙mпр ,

(1.9)

28

где Wпр – количество улавливаемых отбросов из промышленных сточных вод, м3/сут;

mпр – удельное количество отбросов в сточной воде, л/м3.

Масса улавливаемых промышленных отбросов определяется по формуле

М			Wпр ρпр	,	(1.10)
	пр
		1000

где Мпр – масса улавливаемых отбросов, м3/сут; ρпр – плотность промышленных отбросов, кг/м3.

Для расчета количества отбросов, из бытовых сточных вод, определяется приведенное число жителей по формуле

Nприв		Qср.сут.быт.	1000,	(1.11)
		n

где Nприв – приведенное число жителей, чел;

n – удельное среднесуточное водоотведение на одного жителя,

л/чел.∙сут.

Количество улавливаемых бытовых отбросов определяется по формуле

W		Nприв mбыт	,
сут.быт.		1000 365

где Wсут.быт – количество улавливаемых бытовых отбросов, м3/сут; mбыт – количество отбросов, снимаемых с решетки на

человека, л/год, (таблица 1.3).

Масса улавливаемых бытовых отбросов определяется по формуле

(1.12)

одного

Мбыт	Wсут.быт. ρбыт	,	(1.13)
1000
где Мбыт – масса улавливаемых бытовых отбросов, кг/м3;
ρбыт – плотность бытовых отбросов, кг/м3; принимается			равной

750кг/м3.

Если количество уловленных загрязнений в сутки составляет 0,1 м3/сут и более, то очистка решетки должна быть механизирована. При количестве отбросов свыше 1 т/сут кроме рабочей необходимо предусматривать резервную дробилку.

29

Таблица 1.3 – Количество отбросов снимаемых с решеток

	Ширина прозоров, мм	Количество отбросов, снимаемых с
		решеток на 1 чел., л/год
	16 – 20	8
	25 – 35	3
	40 – 50	2,3
	60 – 80	1,6
	90 - 125	1,2

2 Решение задач

Задача №1 Определить размеры решетки и потери напора в ней для очистной станции

со средней производительностью Qср.сут., м3/сут. Ширина прозоров b, мм; толщина стержней S, мм; глубина воды перед решеткой h1, м; средняя скорость движения воды в прозорах решетки υр, м/с. Предприятие работает Т часов в сутки. Условно принять Вк=В. Зарисовать схему установки решетки.

	Параметры		Варианты исходных данных
		1	2	3	4	5
	Qср.сут., м3/сут	100000	80000	75000	10000	50000
	b, мм	16	20	20	16	16
	h1, м	1,4	1,5	1	0,8	0,9
	S, мм	8	10	12	8	10
	υр, м/с	1,0	0,9	0,8	0,9	1,0
	Т, ч	24	16	24	16	24
	Форма поперечного					Прямоугольная с
		Прямоугольная		Круглая		закругленными
	сечения стержней
						ребрами

Задача №2 Рассчитать количество загрязнений, улавливаемых решетками очистной

станции, на которую поступает смесь производственных Qср.сут.пр., м3/сут и бытовых сточных вод Qср.сут.быт, м3/сут. Ширина прозоров решетки – b, мм. Удельное содержание отбросов в производственной сточной воде mпр, л/м3;плотность – ρпр, кг/м3. Удельное среднесуточное водоотведение на одного жителя n, л/сут. Обосновать выбор способа очистки решетки. Определить количество дробилок.

30

	Параметры		Варианты исходных данных
		1	2	3	4	5
	Qср.сут.пр., м3/сут	50000	40000	9000	60000	20000
	Qср.сут.быт., м3/сут	8000	5000	1600	2000	1000
	ρпр, кг/м3	650	800	860	800	680
	mпр, л/м3	0,05	0,08	0,04	0,1	0,25
	b, мм	20	20	25	20	16
	n, л/сут	250	230	200	350	300