Флотационный аппарат 1 страница

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Проблема охраны окружающей среды требует ускоренного внедрения высокоэффективных систем защиты водоёмов от загрязнений, в том числе нефтепродуктов.

Применяемые в настоящее время для очистки сточных вод от нефтепродуктов основанные на гравитационных методах нефтеловушки недостаточно эффективны. Одним из направлений повышения эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов является применение напорной флотации. Флотация применяется для удаления из сточных вод нефтепродуктов, жиров, поверхностно-активных веществ, волокон минеральной ваты, асбеста, шерсти и других нерастворимых в воде веществ с развитой поверхностью и мало отличающихся от воды по плотности. Флотационная очистка сточных вод обычно следует после извлечения из них осаждающихся и всплывающих примесей в нефтеловушках, жироловушках, отстойниках т производится во флотаторах. Вода, прошедшая через флотаторы, может быть использована в системе оборотного водоснабжения или направлена на дальнейшую очистку от растворенных загрязнений.

Сущность процесса флотации заключается в том, что к диспергированным в тонкой суспензии пузырьками воздуха или газа прилипают частицы взвешенных веществ и всплывают вместе с пузырьками на поверхность очищаемой воды. При малых размерах пузырьков суммарная поверхность последних оказывается очень большой. На эффект флотации значительное влияние оказывает размер и количество пузырьков воздуха, распределенных в воде. Поскольку взвешенные частицы загрязнений распределены во всем объеме сточной воды, то желательно, чтобы пузырьки воздуха также были распределены во всем объеме более равномерно. Крупные пузырьки всплывают очень быстро, вызывая перемешивание воды, и не успевают закрепиться на поверхности взвешенных частиц. Поэтому эффективная флотация требует возможно более тонкого диспергирования воздуха. Оптимальным размером воздушных пузырьков считается 15-30 мкм. Следует указать, что флотационная очистка протекает достаточно успешно и при крупности пузырьков воздуха до 100 и даже 200 мкм.

Применяют различные способы диспергирования воздуха при флотации сточных вод: механическое диспергирование турбинкой насосного типа, продувание воздуха через мелкопористые материалы (фильтросные пластины), насыщение сточной воды воздухом при изменении давления (напорная флотация).

В данной установке применен второй способ флотации - диспергирование путем изменения давления (напорная флотация).

Этот вид очистки сточных вод выполняется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением; выделение пузырьков воздуха соответствующего диаметра и всплытие взвешенных и эмульгированных частиц примесей вместе с пузырьками воздуха.

Установка по очистке сточных вод после мойки транспортных средств включает в себя флотационный аппарат, представляющий собой корпус прямоугольной формы, разделённый на 2 секции, последовательно соединённых между собой. Каждая секция снабжена распределительными трубчатыми барбатёрами для подвода водо-воздушной смеси.

Флотационный аппарат с двух сторон снабжён карманами для приёма очищенной воды и нефтепродуктов. Для сбора всплывающей пены установлен в верхней части скребковый цепной транспортёр.

Во флотационной камере происходит отделение нефтепродуктов мелкодисперсными пузырьками воздуха. Насыщение потока воды воздухом происходит в отдельном циркуляционном контуре, включающем абсорбер, эжектор и насос.

Абсорбер предназначен для насыщения циркулирующей жидкости воздухом и его растворения, и представляет собой вертикальный цмлиндрический сосуд с эллиптическим днищем и крышкой.

Эжектор предназначен для насыщения воды воздухом.

1. Техническая характеристика

1. Объем номинальный, м^{3...................................................................................} 4,5

2. Объем флотационной части, м^{3................................................................} 3,2

3. Давление рабочее в аппарате......................................... налив

4. Температура рабочей среды, ⁰С.................................... 5-20

5. Производительность по сточной воде, м³/ч................... 6

6. Концентрация нефтепродуктов, мг/л

в сточной воде.................................. 100

в очищенной воде............................. 10-20

в нефтяной эмульсии........................ до 1000

7. Время флотации, мин...................................................... 10-15

8. Расход воздуха, м^{3.................................................................................................} 1

9. Габаритные размеры, мм:

длина..................................................... 2990

ширина................................................. 1940

высота................................................... 1700

Основной конструкционный материал ‑ сталь ВСт3 сп5 ГОСТ 386-71.

Наружную и внутреннюю поверхности аппарата покрасить эмалью ХВ-785 серого цвета ГОСТ 73 13-75, по грунтовке ХС-010 ГОСТ 9355-81.

Вид сварного шва: стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную, длина контролируемых швов от общей длины составляет 100%, ‑ коэффициент прочности сварных швов по ГОСТу 14249‑80.

2. Описание конструкции

2.1. Флотирование нефтепродуктов мелкодисперсными пузырьками воздуха, растворёнными в осветлённой жидкости

Вода поступает во флотационный аппарат через распределительный коллектор. Находящаяся во флотационном аппарате жидкость аэрируется за счёт выделения мелкодисперстных пузырьков жидкости из циркулирующей жидкости перенасыщенной растворённым воздухом. После выхода из распределительного устройства (барбатёра) при резком сбросе давления.

Циркуляция жидкости через абсорбер и флотационный аппарат осуществляется насосом. На байпасной линии насоса установлен воздушный эжектор, который засасывает воздух. Затем водо-воздушная смесь через вентиль поступает во всасывающий патрубок насоса, где смешивается с остальной частью циркулирующей жидкости. Пройдя насос, указанная смесь потоков поступает частично на эжектор (⅓ потока), частично в абсорбер (⅔ потока).

В абсорбере под давлением до 6 кгс/см² растворяется воздух в циркулирующей жидкости в течении 1,5-2 мин. Из абсорбера циркулирующая жидкость с растворённым в ней воздухом поступает в аэрационную часть аппарата, где при сбросе давления происходит выделение из жидкости воздуха в виде мелкодисперсных пузырьков. Расход циркулирующей жидкости через абсорбер и флотационный аппарат и, соответсвенно, расход воздуха, а также давления в абсорбере регулируется с помощью вентиля.

Образующиеся во флотационном аппарате мелкодисперные пузырьки воздуха флотируют нефтепродукты в пенную часть аппарата. Вывод пены и и осветлённой жидкости из флотационного аппарата осуществляется через патрубки.

3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ АППАРАТА

Целью гидродинамических испытаний является: установление оптимального коэффициента эжекции, определение среднего поверхностно-объёмного диаметра пузырька воздуха после абсорбера, установление средней скорости всплывания мелкодисперсных пузырьков воздуха во флотационном аппарате, определение (расчётным путём) количества воздуха, растворяемого в абсорбере.

В результате испытаний установлено, что среднее значение коэффициента эжекции колебалось в пределах 2.0-2.4 при расходе жидкости через эжектор 60-65 л/час. Средний поверхностно-объёмный диаметр пузырьков составлял 100-200 мкм и зависел от скорости истечения жидкости с растворённым воздухом из абсорбера через дроссельный вентиль. Расход жидкости через абсорбер находился в пределах 150-300 л/час. Учитывая то, что из жидкости выделялся воздух в виде мелкодисперсных пузырьков, жидкость в аппарате принимала молочный цвет и происходил стеснённый подъём мелкодисперсных пузырьков воздуха, определение скорости их всплывания производилось по скорости осветления реакционного объёма, после прекращения подачи жидкости с растворённым воздухом в аппарат из абсорбера. В зависимости от условий экспериментов средняя скорость всплывания мелкодисперсных пузырьков воздуха находилась в пределах 0,6-1 см/сек и была близка к теоретической. Так теоретическая скорость подъёма мелкодисперсных пузырьков воздуха при среднем поверхностно-обьёмном диаметре пузырька воздуха, равном 100 мкм, может быть определена по следующему уравнению:

где: ‑ ускорение силы тяжести;
‑ радиус пузырька;
υ ‑ кинематическая вязкость.

Количество воздуха распределённого в абсорбере, определяем по уравнению:

где: ‑ среднее давление в абсорбере;
‑ обьёмная растворимость воздуха при 1 атм. и температуре 20⁰С;
‑ плотность воздуха;
‑ константа равновесия;
‑ время растворения воздуха в абсорбере.

Общее количество воздуха вносимое в аппарат за 1 час составит:

где: ‑ количество жидкости, проходящей через абсорбер.

Обьёмный расход воздуха поступаемый в аппарат, составит:

где: ‑ удельный вес воздуха.

Удельная поверхность образуемая мелкодисперсными пузырьками в аппарате, может быть определена по следующему уравнению:

где: ‑ количество воздуха поступаемое в аппарат;
‑ диаметр пузырьков;
‑ скорость всплывания пузырьков воздуха;
‑ площадь сечения аппарата.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ АППАРАТА

После проведения гидродинамических испытаний напорного флотатора были проведены технологические испытания с целью установления возможности флотирования нефтепродуктов и определения очистки сточной воды от нефтепродуктов.

Среднее содержание нефтепродуктов в сточной воде до 100 мг/л. В процессе испытаний среднее время флотации колебалось в пределах 10-15 мин. При этом производительность аппарата составляла 15,0-20,0 л/час. Содержание нефтепродуктов в очищенной жидкости находилось в пределах 10-20 мг/л. Концентрация нефтепродуктов в пене составляла до 1000 мг/л. При испытаниях аппарата показана принципиальная возможность очистки сточной воды от нефтепродуктов методом напорной флотации при поверхностно-объёмном диаметре мелкозернистых пузырьков воздуха свыше 100 мкм.

Проведённые испытания напорного флотатора показали возможность отделения нефтепродуктов методом напорной флотации. При этом были получены следующие средние данные:

Время флотации, мин.......................................................... 10-15

Содержание нефтепродуктов, мг/л

в очищенной сточной воде........................................ 10-20

в пене.......................................................................... до 1000

Производительность установки, л/час............................... 15-20

Абсорбционный аппарат

Общие сведения

Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонентов из газовой или паровой смеси жидким поглотителем, в котором данный компонент растворим.

Различают физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции растворение газа (пара) не сопровождается химической реакцией. Абсорбция протекает до тех пор, пока парциальное давление поглощаемого компонента в газовой (паровой) фазе остаётся выше равновесного давления над раствором. При хемосорбции (абсорбции сопровождаемой химической реакцией) поглощаемый компонент вступает в необратимую химическую реакцию с поглотителем и образует химическое соединение.

Протекание абсорбционных процессов характеризуется их статикой и кинетикой. Статика абсорбции, т.е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Кинетика абсорбции определяется движущей силой процесса, т.е. степенью отключения систем от состояния равновесия, свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз.

Для проведения процесса абсорбции применяют абсорбционные установки, элементом которых являются абсорбционные аппараты.

Абсорбционный аппарат предназначен для насыщения циркулирующей жидкости воздухом и его растворения и представляет собой вертикальный цилиндр (сосуд) с элиптическим днищем, на котором расположен штуцер для слива, и крышкой на которой находятся штуцера: для вывода сточной воды, для предохранительного клапана, для манометра. Внутри абсорбера расположена эрлифтная труба.

Техническая характеристика

Аппарат предназначен для насыщения воды воздухом.

Объем номинальный, м³..................................................... 0,2

Расход сточной воды, м³/ч.................................................. 6

Давление рабочее, МПа...................................................... 0,6

Среда жидкая, нетоксичная, не пожароопасная.

Температура среды рабочей, ⁰С........................................ 20

Масса аппарата в рабочем состоянии, кг.......................... 440

Габаритные размеры, мм

длина.......................................................................... 566

ширина....................................................................... 500

высота......................................................................... 2480

Основной конструкционный материал - ВСт3Сп5. ГОСТ 1050-74.

Основной прокладочный материал - паронит ГОСТ 481-80.

Наружную и внутреннюю поверхности аппарата окрасить эмалью ХВ – 1785 серого цвета ГОСТ 7313-75, по грунтовке ХС-010 ГОСТ 9355-81.

Вид сварного шва: стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную, длина контролируемых швов от общей длины составляет 100%, ‑ коэффициент прочности сварных швов по ГОСТу 14249‑80.

АБСОРБЕР РАСЧЕТЫ

расчет на прочность

Расчет цилиндрической части сосуда, работающим под внутренним избыточным давлением

Цилиндрические сосуды и различные цилиндрические оболочки, работающие под внутренним избыточным давлением, расчитываются по формулам, принятым для тонкостенных и толстостенных цилиндров.

Критерием для такого давления на тонкостенные и толстостенные служит отношение наружного диаметра цилиндра к внутреннему:

где ‑ наружный диаметр цилиндра, см;
‑ толщина стенки цилиндра с учетом прибавки на коррозию, см;
‑ прибавка на коррозию, см.

По действующим нормам Госгортехнадзора сосуды разделены на 2 группы:

А) сосуды с отношением расчитываются, как тонкостенные цилиндры по усреднённому напряжению.

Б) сосуды с отношением расчитываются, как толстостенный цилиндр.

Данный аппарат принадлежит (относится) к группе А.

Расчет тонкостенных цилиндров

Рассмотрим напряжения, которым подвергается материал цилиндрической части сосуда под внутренним давлением газа, равным (кг/см²) (рис. 1).

Боковые стенки и днище сосуда подвергаются равномерно распределенному давлению . Давление на днище стремится разорвать цилиндрическую часть сосуда по перечному сечению; давление же на боковые стенки вызывает в них стремление разорваться по образующим цилиндра.

Если выделить из цилиндрической части сосуда прямоугольный элемент ABCD, то он будет подвергаться растяжению в трех направлениях тангенциальными (кольцевыми) напряжениями – по сечениям вдоль образующих, аксиальными (продольными) напряжениями – по сечениям, перпендикулярным к образующим, и радиальным напряжениями , перпендикулярными к и , вызываемыми давлением газа на плоскость ABCD и атмосферным давлениям на поверхности стенки сосуда. Напряжением в тонкостенных сосудах пренебрегают.

Обозначив через , и соответственно диаметр, длину и толщину стенки цилиндрической части сосуда в сантиметрах и, пренебрегая величиной , малой по сравнению с , вычислим напряжения и .

Силы, действующие на днища и растягивающие цилиндрическую часть сосуда вдоль образующей, равны:

Если на сосуд, кроме внутреннего давления , действует ещё давление столба жидкости, то в расчёт вместо необходимо вводить значение:

где ‑ рабочее избыточное давление среды, МН/м² (кгс/см²);
‑ ускорение свободного падения, м/с²;
‑ плотность жидкости, кг/м³;
‑ высота столба жидкости, м.

Площадь, воспринимающая эти силы, представляет собой кольцо толщиной и диаметром . Величина этой площади:

Отсюда аксиальные напряжения, действующие вдоль оси цилиндра, равны:

Тангенциальным (кольцевые) напряжения можно найти, разрезав сосуд диаметральной плоскостью и отбросив верхнюю часть (рис.2). На диаметральную поверхность в оставленное части сосуда действует давление . Оно уравновешивается силами , растягивающими материал сосуда в направлении, перпендикулярном к образующим. При условии равновесия сил в нижней части сосуда:

и тангенциальное напряжение:

Номинальное допускаемое напряжение для стали Ст. 3 находим по графику:

Допускаемое напряжение:

где ‑ поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата;
‑ номинальное допускаемое напряжение, .

Отношение определяющих параметров и с учетом коэффициента (коэффициент прочности):

Номинальная расчетная толщина стенки обечайки для данного отношения:

Выбираем прибавку на округление толщины стенки:

Суммарная прибавка к номинальной расчетной толщине стенки:

где ‑ дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям, мм;
‑ прибавка на коррозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал, мм;
‑ прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия рабочей среды на материал, мм;
‑ прибавка на округления размера, мм.

Толщина стенки с учетом прибавки:

проверим условия:

Т.о. условие выполнено. Допускаемое давление в обечайке:

ЛИТЕРАТУРА

[1] А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский "Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры" / Справочник, Л.: “Машиностроение”, 1970.

[2] А.Н. Константинов, А.Н. Самсонов, М.А. Вейцман, К.Я. Иванец "Аппараты и оборудование нефтеперерабатывающих заводов" / Гостоптехиздат, 1960.

[3] И.Л. Иоффе "Проектирование процессов и аппаратов химической технологии" / Л.: “Химия“, 1991.

ЭЖЕКТОР

Общие сведения

Эжектор - аппарат (насос) предназначенный для подъема жидкостей, газов и сыпучих тел, действия которого основано на разряжении создаваемом струёй пара или газа.

Аэрирование с применением эжекторных устройств, благодаря простоте их конструкции – относительно широко распространённый метод аэрации. Он применяется в ферментационных установках при биологической очистке и флотационной очистке сточных вод, для аэрации в аэротенках и других процессах.

Аэрирование эжекторами основано на использовании энергии рабочей жидкости, движущейся линейно с большой скоростью через сопло определённой формы и размеров.

Конструктивное оформление эжекторов весьма разнообразно, однако каждый из них имеет общие элементы. (рис.1)

При работе водовоздушных эжекторов интенсивность увеличения воздуха водой зависит от состояния поверхности струи. Если скорость достаточно велика, то на поверхности струи образуются завихрения, увлекаемые струёй, причём поступательное движение сопровождается движением конечных масс диспергируемой на поверхности струи жидкости. Воздух при этом интенсивно увлекается и поступает в камеру смешения.

На основании визуальных наблюдений в камере смешения течение представляется следующим образом. Струя воды поступает в камеру смешения, сохраняя свою первоначальную форму. На расстоянии двух-трёх диаметров d_r от начала камера смешения уже оказывается заполненной молочно-белой воздушной эмульсией (пеной), причём у стенок камеры смешения наблюдаются обратные токи водо-воздушной эмульсии, которая снова захватывается струёй и увеличивается ею. Чем больше отношение сечения камеры смешения и сопла, тем более развиты обратные токи воздушной смеси. Это возвратное движение обусловлено повышением давления по длине камеры смешения. Давление в начале камеры смешения P_c равно давлению в приёмной камере P_н. При низких противодавлениях повышение давления в цилиндрической части камеры смешения сравнительно невелико. Основное повышение давления происходит в диффузоре.

Установка по очистке вод при мойке транспортных средств включает в себя множество аппаратов, таких как: отстойник, гидроциклон, шламонакопитель, флотационный аппарат, абсорбер, гальванокоагулятор.

Но только во флотационной камере происходит отделение нефтепродуктов мелкодисперсными пузырьками воздуха. Насыщение потока воздухом осуществляется в отдельном циркуляционном контуре, включающем в себя абсорбер, насос и эжектор, с помощью которого и подаётся воздух в циркуляционную систему.

Габаритные размеры,мм – 260х130.

Вид сварного шва: стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную, длина контролируемых швов от общей длины составляет 100%, ‑ коэффициент прочности сварных швов по ГОСТу 14249‑80.

ЭЖЕКТОР РАЧЕТЫ

технологический расчет

Расчет основных размеров и параметров воздушного эжектора

Расход рабочей воды:

где ‑ расход воздуха, м³/ч;
‑ коэффициент подсоса, характеризующий отношение расхода подсасываемого воздуха к расходу рабочей воды.

При отсутствии противодавления со стороны воды воздуха засасывает по объёму в 2,5 раза больше объёма рабочей воды, подаваемой на питание водовоздушного эжектора. При увеличении противодавления объём засасываемого воздуха резко падает.

Скорость истечения рабочей воды из сопла насадки:

где ‑ коэффициент скорости насадки;
‑ полный напор жидкости перед соплом насадки, м;

‑ ускорение свободного падения, .

Дата добавления: 2015-06-28