4. Технологическая часть.

Сточные воды, как технологические жидкие отходы, характеризуют процесс, в котором они образуются. Как уже упоминалось, их образование может быть не равномерным или даже залповым, концентрация химических веществ в водах также может иметь некоторое непостоянство.

Описание работы технологической схемы (Приложение 1). При вычерчивании схемы использована литература [6, 7, 8].

С целью устранения влияния этих нежелательных причин на процесс очистки сточных вод в голову процесса введен бак-усреднитель (БУ) емкостью, равной 8-10 кратной часового расхода вод, поступающих на очистку. Для того, чтобы на стадии усреднения не происходило преждевременное осаждение песка, бак снабжен мешалкой.

Из бака-усреднителя сточная вода подается в бак-реактор (БР), куда также поступают 0,1% растворы гидроокиси натрия и сульфата аммония. Расчеты показывают, что для осаждения 55 г сульфата меди требуется 27 л 0,1% раствора NaOH. Сульфат аммония в реакции не участвует, но его присутствие обеспечивает переходу гидроокиси меди из коагулированного коллоидного состояния в кристаллическое. Бак-реактор имеет коническое днище, что обеспечивает продвижение без остатка содержимого бака. В баке-реакторе начинается реакция осаждения гидроокиси меди, и этот процесс продолжается и на стадии механической очистки в гидроциклоне. Емкость бака-реактора равна 3 кратному часовому расходу, чтобы увеличить время нахождения раствора в баке-реакторе, что способствует более полному протеканию реакции. На стадии реагентного осаждения необходимо следить, чтобы не поступало избытка щелочи, так как гидроокись меди амфотерна и в щелочной среде переходит в растворимое состояние.

В батарейный напорный гидроциклон (Г) вода, содержащая механические примеси песка и осадок гидроокиси меди, подается насосом с избытком давления, так чтобы его хватило на преодоление гидравлического сопротивления батарейного напорного гидроциклона, теплообменника и соединительных трубопроводов. В батарейном напорном гидроциклоне вода осветляется на 80% по песку и, по-видимому, в значительной степени по осадку гидроокиси меди.

Осветленный раствор через трубное пространство теплообменника (Т) поступает в выпарной аппарат (АВ). Выпарной аппарат нагревается греющим паром с тепловыми параметрами, достаточными для кипения воды в трубном пространстве греющей камеры выпарного аппарата. Тот факт, что медь в выпарном аппарате присутствует, во-первых, в нерастворимом состоянии, во-вторых, в гораздо меньших количествах, чем могло бы быть, если в процесс не была бы введена стадия реагентного осаждения, оптимизирует процесс выпаривания. Это можно объяснить тем, что при капельном уносе воды с паром можно ожидать меньшего присутствия ионов меди в дистилляте за счет более низкой концентрации ионов меди в кипящем растворе выпарного аппарата.

Вторичный пар направляется в межтрубное пространство теплообменника, его теплосодержание используется на подогрев воды, поступающей на выпаривание. При этом вторичный пар в теплообменнике конденсируется и конденсат частично остывает.

Конденсат накапливается в приемном баке (на схеме не показано), где он остывает до комнатной температуры, анализируется на содержание меди и сбрасывается в канализацию или используется для производственных нужд. Если окажется, что стадии выпаривания не достаточно для очистки воды до ПДК, следует, по-видимому, дополнить процесс стадией химической очистки на катионообменных фильтрах (на схеме не показано) .

Выводы.

1. Дано описание технологической установки очистки сточных вод.

2. Очистка сточных вод включает последовательно три стадии:

а) реагентного осаждения;

б) механической очистки путем осветления в батарейном гидроциклоне;

в) дистилляции.

3. Первую и вторую стадии можно считать совмещенными, поскольку процесс осветления включает выделение как механических примесей (песка), так образующихся осадков гидроокиси меди.

4. Представлен эскиз технологической схемы (Приложение).

5. Расчетная часть.

5.1. Вспомогательное оборудование. По соображениям, отмеченным в аналитическом обзоре, емкости баков усреднителя и реактора увеличены: для усреднителя выбираем значение 100 м³, для реактора – 40м³.

5.2. Батарейный гидроциклон. Выбираем напорный гидроциклон предприятия ООО "ПромЭлемент" [http://www.promelement.ru]. Характеристики гидроциклона представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Марка гидроциклона ГЦМ(Р) - 100
Максимальное рабочее давление на вводе (Рпит), МПа	0,4
Диаметр (D), мм	290
Производительность по питанию (Qпит), м3/ч	5,0
Эквивалентный диаметр питающего отверстия (dпит), мм	22
Диаметр сливного отверстия (dсл), мм	20
Диаметр шламового отверстия (dшл), мм	6
Угол конуса (α 0), град	20

5.2.1. Определяем требуемое число элементов N батарейного гидроциклона с учетом расчетной производительности установки

N = Q/Q_пит, [1]

N = 12/5 = 3

5.2.2. Определяем расход шлама Q_шл через 1 элемент гидроциклона, л/c

[1]

где Н_ц – высота цилиндрической части, мм, выберем Н_ц = D

, л/с

Часовой расход шлама батарейного гидроциклона составит

м³/час

По балансу расхода батарейного гидроциклона на стадию дистилляции отходит G_в = 12 – 1,5 = 10,5 м³/час.

5.3. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой.

5.3.1.Определяем тепловую нагрузку аппарата Q, Вт, при испарении воды, кипящей при атмосферном давлении и температуре t_в равной 100 ⁰С, расход воды составляет 10,5 м³/час или 10,5:3,6 = 2,91 кг/с, удельная теплота парообразования r составляет 2260000 Дж/кг [9],

Q = r· G_в ; [9]

Q = 2260000·2,91=6577000 Вт

5.3.2. Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К от конденсирующегося водяного пара к кипящей воде составляют

300 – 2500 Вт/(м²·К) [9]. Примем среднее значение К = 1400 Вт/(м²·К)

5.3.3. Определим площадь теплообмена F греющей камеры, м².

В качестве теплоносителя выберем насыщенный водяной пар давлением 0,2 МПа, удельная теплота конденсации r_п = 2208000 Дж/кг; температура конденсации t_п составляет 119,6 ⁰С

; [9]

м²

Площадь, близкую к ориентировочной, имеют аппараты с высотой труб 3м и диаметром аппарата 0,8м [9]. 5.3.4. Определим расход пара G_п кг/с

G_п = Q/r_п [9]

G_п = 6577000/2208000 ≈3 кг/с

5.4. Теплообменник-конденсатор. Расчет опускаем, так как схема расчета близка к расчету выпарного аппарата.

Выводы.

1. Обоснованы объемы емкостей вспомогательного оборудования: баков усреднителя и реактора.

2. Выбран единичный гидроциклон и произведен расчет числа единичных циклонов, собранных в батарею. Произведен расчет количества осадочных шламов, выводимых из процесса дальнейшей очистки.

3. Произведен расчет греющей камеры выпарного аппарата. На основании расчета площади теплообмена выбраны основные конструктивные размеры греющей камеры.