Осадок
Рис. 2.4. Отстойник для суспензий:
/ — цилиндрический корпус; 2 — днище; 3 — гребковая мешалка;
4 — кольцевой желоб для сбора осветленной жидкости
При расчете отстойников основной расчетной величиной является поверхность осаждения F (в м2), которую находят по формуле
F = K3 °ш. *°с~х™, (17)
Ро.св' ст *ос осв
где К3 — коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределения исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразование и другие факторы, проявляющиеся в производственных условиях (обычно К3 = 1,3—1,35); Gcu — массовый расход исходной суспензии, кг/с; росв — плотность осветленной жидкости, кг/м3; wCT — скорость осаждения частиц суспензии, м/с; *см' хос *осв ~~ соответственно содержание твердых частиц в исходной смеси, осадке и осветленной жидкости, массовые доли.
Скорость осаждения частиц суспензии (скорость стесненного осаждения, м/с) можно рассчитать по формулам:
при е > 0,7
WCI=W0C- Е2 • Ю-1.82(1 - е). (18)
при е < 0,7
з
"ст= |
woc-0,123eJ 1-е
|
|
где woc — скорость свободного осаждения частиц; е — объемная доля жидкости в суспензии. Величину е находят по соотношению
_ ^ -"-смРсм
(20)
где рсм и рт — соответственно плотность суспензии и твердых частиц, кг/м3.
Плотность суспензии можно определить по формуле
р-=;—hr' <21>
Рт Рж
где рж — плотность чистой жидкости, кг/м3. 116
Скорость свободного осаждения шарообразных частиц (в м/с) рассчитывают по формуле
где ^ — вязкость жидкости, Па • с; dT — диаметр частицы, м; Re — число Рейнольдса при осаждении частицы.
Если частицы имеют не шарообразную форму, то в формулу (22) в качестве dT следует подставить диаметр эквивалентного шара; кроме того, величину woc следует умножить на поправочный коэффициент ф, называемый коэффициентом формы. Его значения определяют опытным путем. В частности, для округлых частиц ср ~ 0,77, для угловатых — 0,66, для продолговатых — 0,58, для пластинчатых — 0,43.
Значение Re рассчитывают по формулам, зависящим от режима осаждения, что определяется с помощью критерия Архимеда:
Аг= <*тРж£(Рт-Рж)
(23)
При Аг < 36
Re=^r; (24) |
18'
при 36< Аг < 83 000
Re = 0,152 Аг°>714; (25)
при Аг > 83 000
Re=l,74„/Ar. (26)
Пример расчета отстойника
Рассчитать отстойник для сгущения водной суспензии по следующим данным: расход суспензии Gcu = 9600 кг/ч. Содержание твердых частиц: в суспензии хси = 0,1, в осадке jCqj, = 0,5, в осветленной жидкости хосв = Ю-4 кг/кг. Частицы суспензии имеют шарообразную форму. Мини-
мальный размер удаляемых частиц dT = 25 мкм. Плотность частиц рт = 2600 кг/м3. Осаждение происходит при температуре 5 °С.
Решение
Определим значение критерия Аг по формуле (23):
|
|
д,. = (25 • КГ6)3 • 1000 • 9,81(2600 -1000) = Q m (1,519-КГ3)2 Поскольку Аг < 36, рассчитываем Re по формуле (24):
Re = 9J£6 = 0,00589.
Скорость свободного осаждения в соответствии с выражением (22) составит
= 0,00589 ■ 1 519 • IP'3 = 3,58 • 10-4 м/с. 25 • 10~6 • 1000
Найдем плотность суспензии по формуле (21):
Р» - -рЗ-^5- = Ю66 кг/м'. 2600 1000 По формуле (20) определим значение е:
. = i-ол Ю66 = 0 959
Е 2600 '* У-
Поскольку е > 0,7, для расчета скорости стесненного осаждения применяем формулу (18):
wCT = 3,58 • Ю-4 • 0,9592 • КГ1-82*1 ~ °>959) = = 2,77 • 10~4 м/с.
По формуле (17) находим поверхность осаждения, принимая А'з = 1,3 и считая, что плотность осветленной жидкости равна плотности чистой воды:
F= 1,3 _______ 2600______ (0,5-0,1) = 10,о М2.
3600 • 1000 • 2,77 • 10"4 °'5 - °'0001
По приведенным данным выбираем отстойник диаметром 3,6 м, высотой 1,8 м, имеющий поверхность 10,2 м2.