Расчет отстойника

1. Методика расчета

Отстаивание применяют для разделения грубых суспензий, в частности для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Отстаивание происходит под действием сил тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В промышленности широко применяют отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой.

1 – цилиндрический корпус;

2 – днище;

3 – гребковая мешалка;

4 – кольцевой желоб для сбора осветленной жидкости

Рис. Отстойник для суспензий

При расчете отстойников основной расчетной величиной является поверхность осаждения F (в м²), которую находят по формуле

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);

G_см – массовый расход сходной суспензии, кг/с;

ρ_осв – плотность осветленной жидкости, 1000 кг/м³;

w_ст – скорость осаждения частиц суспензии, м/с;

x_см, x_ос, x_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 ε > 0,7

при ε ≤ 0,7

где w_oc – скорость свободного осаждения частиц;

ε – объемная доля жидкости в суспензии.

Величину ε находят по соотношению

где ρ_см и ρ_Т – соответственно плотность суспензии и твердых частиц, кг/м³.

Плотность суспензии можно определить по формуле

где ρ_ж – плотность чистой жидкости, кг/м³.

Скорость свободного осаждения шарообразных частиц (в м/с) рассчитывают по формуле

где μ_ж – вязкость жидкости, Па с;

d_Т – диаметр частицы, м;

Re – число Рейнольдса при осаждении частицы.

Если частицы имеют не шарообразную форму, то в качестве d_T следует подставить диаметр эквивалентного шара; кроме того, величину w_oc следует умножить на поправочный коэффициент φ, называемый коэффициентом формы. Его значения определяют опытным путем. В частности, для округлых частиц φ ≈ 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:

При Ar < 36

;

при 36< Ar < 83 000

;

при Ar > 83 000

2. Пример расчета

Нужно рассчитать отстойник для сгущения водной суспензии по следующим данным: расход суспензии G_см = 9600 кг/ч. Содержание твердых частиц: в суспензии х_см = 0,1, в осадке х_ос = 0,5, в осветленной жидкости х_осв = 10^-4 кг/кг. Частицы суспензии имеют шарообразную форму. Минимальный размер удаляемых частиц d_T = 25 мкм. Плотность частиц ρ_Т = 2600 кг/м³. μ_ж – вязкость жидкости равно 0, 001519 Па ∙ с.