Расчет оборотной системы водоснабжения
В промышленном водоснабжении основную роль играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода охлаждается в градирнях, брызгальных бассейнах, водохранилищах (прудах) — охладителях или других устройствах и циркуляционными насосами снова подается в цикл.
При этом она многократно и последовательно подвергается различным физико-химическим воздействиям – изменяет температуру, аэрируется, в некоторых случаях загрязняется и частично теряется вследствие испарения и капельного уноса в атмосферу. Испарение части воды вызывает постепенное повышение ее минерализации.
Вода становится коррозионно-активной, способной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливаются пыль и продукты коррозии. Поэтому для восполнения потерь оборотной воды и восстановления ее качества системы получают подпиточную воду.
Оборотное водоснабжение можно осуществить в виде единой системы для всего промышленного предприятия либо в виде отдельных циклов для отдельного цеха или группы цехов.
В обычных системах оборотного водоснабжения, где циркулирующая вода не загрязняется технологическими продуктами, повышение минерализации предотвращается продувкой (сбросом части оборотной воды) и пополнением системы подпиточной свежей водой из природных источников, которая проходит необходимую очистку и корректировку состава.
В зависимости от качества оборотной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть общего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (умягчению, обессоливанию, удалению взвесей и т.п.) с последующим возвращением ее в систему.
Вместо свежей воды для подпитки можно использовать дочищенную до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедших биологическую очистку, либо промышленные стоки после достаточно глубокой локальной физико-химической очистки.
Подпитка замкнутых систем свежей водой допускается в случае, если недостаточно очищенных сточных вод для восполнения потерь воды.
Схема оборотной системы водоснабжения с охлаждением воды и подпиткой свежей водой из водоема представлена далее.
ОХЛ – система охлаждения воды; НС – насосная станция;
Q – расход оборотной воды;
Q 1 – потери воды при испарении;
Q 2 – потери воды при разбрызгивании;
Q 3 – потери воды при продувке
Рис. Схема оборотной системы водоснабжения
Потери воды на испарение при охлаждении Q 1 , м 3 /ч, определяются по формуле
где Кисп – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру), а для водохранилищ (прудов )- охладителей в зависимости от естественной температуры в водотоке;
Δ t – перепад температур воды, о С ;
Q – расход оборотной воды, м 3 /ч.
Перепад температур воды равен
где t 1 – температура воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн, градирню); t 2 – температура охлажденной воды.
Температура воздуха t возд , о С
Источник
Расчет прудов-охладителей
Расчет прудов-охладителей состоит из гидравлического и теплового расчетов.
Гидравлический расчет заключается в определении плана течений, распределения температур по глубине пруда, объемов транзитных и водоворотных зон, степени их участия в процессах теплообмена (значения коэффициента α ), определении коэффициента использования площади пруда Ки.
Удельная площадь активной зоны пруда-охладителя определяется по формуле, м 2 /м 3 ∙сут:
ωуд = 
, ( 21 )
где Qсут – суточный расход охлаждаемой воды, м 3 /сут; Fакт — активная площадь пруда, участвующая в процессе охлаждения, м 2 .
Тепловой расчет состоит в определении температуры охлажденной воды t2 при известной площади пруда F или в определении необходимой площади активной зоны пруда Fакт, обеспечивающей получение заданной температуры t2 в месте водозабора.
Из уравнения теплового баланса определяется температура tср воды в пределах активной зоны пруда-охладителя. Температура охлажденной воды t2 у водозабора находится из выражения:
tср = te + 
, ( 22 )
где t1 и t2 – температура сбрасываемой в пруд-охладитель нагретой воды и
забираемой охлажденной воды, о С;
te – естественная температура на поверхности пруда-охладителя без
учета подогрева ее теплом нагретой воды, о С.
К достоинствам прудов-охладителей следует отнести:
● возможность получения в течение значительной части года более низких температур охлажденной воды, чем на брызгальных бассейнах и градирнях;
● отсутствие напора на сбросе;
Недостатками прудов-охладителей являются:
● сложность эксплуатации, связанная с заилением, зарастанием прудов и цветением воды в них (при глубине прудов более 4 м цветение и зарастанием прудов проявляются в меньшей степени);
● необходимость больших площадей прудов из-за малой гидравлической нагрузки;
● нежелательные экологические последствия, связанные с изменением флоры и фауны прудов-охладителей.
Пруды-охладители целесообразно применять при расположении предприятий вблизи естественных водоемов для возможности создания водохранилищ, которые также можно использовать для целей орошения, рыбоводства, отдыха населения и т. п.
Дата добавления: 2017-05-02 ; просмотров: 2421 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВОДОИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ПРУДОМ-ОХЛАДИТЕЛЕМ
Задание: 1) определить необходимый объем пруда-охладителя Vo; 2) определить изменение концентраций примеси скi в воде пруда в последующие годы (т.е. время стабилизации состава) в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).
Таблица 1 Исходные данные
| Номер варианта | Расход воды на собственные нужды Qс.н., млн.м 3 /год | Расход сточной воды Qст.в., млн.м 3 /год | Солесодержание сточной воды сст.в., г/м 3 |
| 0,1 | |||
| 0,2 | 0,001 | ||
| 0,3 | 0,002 | ||
| 0,4 | 0,003 | ||
| 0,5 | 0,004 | ||
| 0,6 | 0,005 | ||
| 0,7 | 0,006 | ||
| 0,8 | 0,007 | ||
| 0,9 | 0,008 | ||
| 1,0 | 0,009 | ||
| 1,1 | 0,010 | ||
| 1,2 | 0,011 | ||
| 1,3 | 0,012 | ||
| 1,4 | 0,013 | ||
| 1,5 | 0,014 | ||
| 1,6 | 0,015 | ||
| 1,7 | 0,016 | ||
| 1,8 | 0,017 | ||
| 1,9 | 0,018 | ||
| 2,0 | 0,019 | ||
| 2,1 | 0,020 | ||
| 2,2 | 0,021 | ||
| 2,3 | 0,022 | ||
| 2,4 | 0,023 | ||
| 2,5 | 0,024 |
Продолжение табл. 1
| Для всех вариантов: 1) расходы, млн.м 3 /год: — стока атмосферных вод Qст. = 0,4; — атмосферных осадков Qос.= 2,2; — продувки Qпрод.= 0,1; — фильтрационных утечек Qф = 3; — естественного испарения Qе.и.= 5,2; — дополнительного испарения Qд.и.= 2,5; 2) концентрации загрязнителя, г/м 3 : — в начале первого годового цикла со1 =150; — в стоке атмосферных вод сст.= 150; — в подпиточной воде сподп.= 30; — конечная за первый год ск1 = 130; 3) реагенты в систему не добавляются (А = 0). |
В системах с прудом-охладителем (рис.1) концентрация солей увеличивается весьма медленно. Рост концентрации зависит от многих факторов. Системы с прудами занимают промежуточное положение между открытыми и замкнутыми системами. Баланс солей в таких системах обычно составляют для большого промежутка времени, например года [2].
Vе.и. Vос
Vф Vст.
Vс.н.
|
Vд.и.
|
Vподп.
|
А
П — производство
Рис. 1. Схема системы водоиспользования с прудом-охладителем
Материальный баланс по лимитирующей примеси в системе водопотребления для расчетного периода (год) имеет следующий вид:
Vo со + А + Qподп.сподп.+ Qст.сст.+ Qст.в.сст.в.– Qпрод. 
–Qс.н. 
– Qф 
= Vо ск ;(1)
где Vo – объем воды в пруду-охладителе; со, ск – концентрации загрязнителя (например, солей) в пруду в начале и конце годового цикла; А – количество реагентов (хлоридов, сульфатов, кальция, магния, железа), вводимых в пруд-охладитель в течение года для обработки всего циркуляционного потока или его части (хлорирование, подкисление, коагулирование и т.п.); Qподп.– годовой объем воды, поступающей в систему за счет подпитки; сподп. – концентрация загрязнителя в подпиточной воде; Qст. – годовой объем стока атмосферных вод в пруд; сст. – средняя концентрация загрязнителя в стоке атмосферных вод; Qст.в – годовой объем сточных вод, поступающих в систему от производства; сст.в. – средняя концентрация загрязнителя в сточной воде; Qос. – годовой объем воды, поступающей в пруд-охладитель за счет атмосферных осадков; Qпрод., Qс.н., Qф, Qе.и., Qд.и.– годовые объемы воды, теряемой из пруда-охладителя соответственно за счет продувки, собственных нужд водоочистных установок, фильтрационных утечек, естественного испарения, дополнительного испарения.
Уравнение материального баланса дает возможность определить объем пруда-охладителя при прочих заданных или рассчитываемых величинах. При эксплуатации водооборотной системы, когда объем пруда-охладителя известен, обычно рассчитывают величину продувки или концентрацию загрязнителя к концу годового цикла.
1. Составляется материальный баланс по лимитирующей примеси для расчетного периода (год);
2. Из уравнения материального баланса определяется объем пруда-охладителя.
3. При известном значении объема пруда-охладителя определяются концентрации загрязнителя в пруду в конце годового цикла скi (ск2, ск3 и т.д.) в последующие годы, принимая со2 = ск1, со3 = ск2 и т.д. до стабилизации концентрации. Срок практически полной стабилизации концентрации составляет 8 – 10 лет. Результаты расчетов сводятся в таблицу
Таблица 1 Результаты расчетов стабилизации концентрации
| Год |
| скi, г/м 3 |
Отчет по практической работе должен содержать:
1) титульный лист (приложение А);
2) схему системы водоиспользования с прудом-охладителем;
3) расчет системы водоиспользования;
4) таблицу с результатами расчетов стабилизации концентрации;
Практическая работа № 11
РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА
Задание: Рассчитать вертикальный отстойник в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).
Таблица 1 Исходные данные
| Номер варианта | Расход сточной воды Q, м 3 /ч | Плотность частиц  ρч, кг/м 3 | Диаметр частиц d, мкм |
| Для всех вариантов: 1) плотность жидкости ρж = 1066 кг/м 3 ; 2) динамическая вязкость жидкости μж = 1,14 ×10 -3 Па×с. |
При очистке сточных вод широко распространены процессы разделения гетерогенных систем на отдельные фазы путем осаждения частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием различных внешних сил. Так, для выделения твердых частиц из жидких сред широко применяются отстойники, основанные на осаждении частиц под действием силы тяжести (рис. 1).
Сточная вода
 |
Очищенная вода
 |
 |
 |
 |
Шлам
Рис. 1. Схема вертикального отстойника
При движении частицы в жидкости возникает сопротивление, величина которого зависит главным образом от режима движения, формы и поверхности движущейся частицы.
Ламинарный режим движения имеет место при малых размерах частиц и высокой вязкости среды, что обусловливает небольшие скорости движения частицы.
Турбулентный режим движения частицы в жидкости наблюдается при больших размерах частиц и малой вязкости среды, то есть при высоких скоростях движения частиц, когда все большую роль начинают играть силы инерции.
Переход от ламинарного к турбулентному движению характеризуется критическими значениями чисел Рейнольдса Re и Архимеда Ar.
Рассмотрим процесс осаждения твердой частицы в неподвижной жидкой среде под действием силы тяжести.
Если частица массой m начинает опускаться под действием силы тяжести, через некоторый промежуток времени наступит динамическое равновесие: сила тяжести станет равна силе сопротивления среды и частица станет двигаться равномерно. Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения wос.
Скорость осаждения wос можно рассчитать по формуле Стокса, соответствующей ламинарному режиму осаждения шарообразных частиц в неподвижной газообразной или жидкой среде под действием силы тяжести [6]
, (1)
где d – диаметр шарообразной частицы (табл. 1), м; ρ – плотность жидкости (табл. 1), кг/м 3 ; ρч – плотность материала частицы (табл. 1), кг/м 3 ; μ – динамический коэффициент вязкости среды (табл. 1), Па×с; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 .
Более удобно для определения wос пользоваться методом Лященко, используя выражение для критерия Архимеда Аr [6]:
. (2)
По известному критерию Архимеда можно определить режим осаждения и значение критерия Рейнольдса Re:
— для ламинарного режима 
; (3)
— для переходной области осаждения 36 0 ,715 ; (4)
— для автомодельной области Ar > 83000
. (5)
Таким образом, определив значение критерия Аr, находят режим осаждения. Затем по выражениям (3)-(5) находят значение Re и по нему определяют скорость осаждения.
Критерий Рейнольдса определяется выражением
, (6)
откуда получим выражение для определения скорости осаждения wос, м/с:
. (7)
Приведенный расчет wос относится к скорости свободного осаждения, при котором осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на движение друг друга.
При значительной концентрации твердых частиц в среде происходит стесненное осаждение, скорость которого меньше, чем свободного, вследствие трения и соударений между частицами.
В данной работе рассматривается свободное гравитационное осаждение твердых частиц в жидкости, при котором процесс осаждения происходит под действием силы тяжести и осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на движение друг друга.
При ориентировочных расчетах, учитывая приближенно отличие реальных условий осаждения от теоретических (стесненность осаждения, форма частиц, движение среды) определяют среднюю расчетную скорость осаждения 
, м/с:
. (8)
Поверхность осаждения F, м 2 , можно найти по формуле:
, (9)
где Q – объемный расход сточных вод (табл. 1), м 3 /с.
Диаметр отстойника D, м, при известном значении F равен:
. (10)
1) по формуле (2) определить критерий Архимеда Ar;
2) по известному критерию Архимеда определить режим осаждения и после определения скорости осаждения методом Лященко — значение критерия Рейнольдса Re;
3) при ламинарном режиме осаждения шарообразных частиц скорость осаждения wос можно рассчитать по формуле Стокса (1);
4) при известном значении критерия Рейнольдса скорость осаждения wос определяется по формуле (7);
5) по формуле (8) определить среднюю расчетную скорость осаждения 
, м/с;
6) по формуле (9) определить поверхность осаждения F, м 2 ;
7) по формуле (10) найти диаметр отстойника D, м.
Отчет по практической работе должен содержать:
1) титульный лист (приложение А);
2) задание с исходными данными;
3) схему отстойника;
4) расчет отстойника;
Практическая работа № 12
РАСЧЕТ СЕПАРАТОРА
Задание: Рассчитать сепаратор для разделения конденсата (смеси воды и бензина) отстаиванием в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).
Таблица 1 Исходные данные
| Номер варианта | Расход конденсата Q, м 3 /ч | Размер частиц бензина d, мкм |
| 0,10 | ||
| 0,12 | ||
| 0,14 | ||
| 0,16 | ||
| 0,18 | ||
| 0,20 | ||
| 0,22 | ||
| 0,24 | ||
| 0,26 | ||
| 0,28 | ||
| 0,30 | ||
| 0,32 | ||
| 0,34 | ||
| 0,36 | ||
| 0,38 | ||
| 0,40 | ||
| 0,42 | ||
| 0,44 | ||
| 0,46 | ||
| 0,48 | ||
| 0,50 | ||
| 0,52 | ||
| 0,54 | ||
| 0,56 | ||
| 0,58 | ||
| 0,60 | ||
| 0,62 | ||
| 0,64 | ||
| 0,66 | ||
| 0,68 | ||
| Для всех вариантов: 1) плотность смеси воды и бензина, ρ = 840 кг/м 3 ; 2) плотность бензина, ρч = 760 кг/м 3 ; 3) плотность воды, ρ = 998 кг/м 3 ; 4) динамический коэффициент вязкости среды, μ = 1,005 ∙ 10 -3 Па∙с. |
В сепараторе непрерывного действия (рис.1) жидкая фаза, представляющая собой смесь жидких веществ, расслаивается вследствие различия плотностей присутствующих в смеси веществ: легкая часть поднимается вверх и отводится через штуцер 5, а тяжелая опускается вниз и уходит через трубу 4 и штуцер 3.
6
2
 |
 |
1
5
3
 |  |
 | |
 |
4
 |
1 – корпус; 2 – штуцер для подачи смеси жидкостей; 3 – штуцер для отвода нижнего слоя жидкости; 4 – труба для отвода нижнего слоя жидкости;
5 – штуцер для отвода верхнего слоя жидкости; 6 – штуцер для отвода воздуха
Рис. 1. Схема сепаратора
Определим скорость всплывания частиц бензина wвспл, используя выражение для критерия Архимеда Аr [6]:
, (1)
где d – диаметр шарообразной частицы (табл. 1), м; ρ – плотность воды (табл. 1), кг/м 3 ; ρч – плотность вещества частицы (бензин) (табл. 1), кг/м 3 ; μ – динамический коэффициент вязкости среды (табл. 1), Па×с; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 .
По известному критерию Архимеда можно определить режим движения частиц и значение критерия Рейнольдса Re:
— для ламинарного режима 
; (2)
— для переходной области осаждения 36 0,715 ; (3)
— для автомодельной области Ar > 83000
. (4)
Критерий Рейнольдса определяется выражением
, (5)
откуда получим выражение для определения скорости всплывания wвспл, м/с:
. (6)
Определим время отстаивания τ, с:
, (7)
где Нр — рабочая высота отстойной части, м.
Примем рабочую высоту отстойной части Нр = 1 м.
Объем V, м 3 , отстойной части сепаратора равен:
Определим площадь поперечного сечения F, м 2 ,отстойной части сепаратора
Диаметр D, м, сепаратора равен:
. (10)
Отчет по практической работе должен содержать:
Источник