Проектирование, расчет, особенности эксплуатации систем защиты среды обитания

ДВГУПС

 

 

 

 

 

Кафедра: «Безопасность  жизнедеятельности»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРЕКТ 

по дисциплине «Системы защиты среды обитания»

на тему:

« Проектирование, расчет, особенности эксплуатации систем защиты среды обитания»

по варианту:

 «Напорные гидроциклоны »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………...……4

1. Формирование  исходной информации…………………..…………........6

2. Предназначение  аппаратного устройства…...……………………….….7

2.1 Классификация гидроциклонов…………………………….............…..9

3. Устройство  аппарата……………………………….………………...….13

4. Проектирование  аппаратного устройства……………..……………….15

4.1 Проектирование  напорных гидроциклонов………………………....18

4.2 Материалы  для изготовления конструкций………………………….24

5. Расчет  многоярусного гидроциклона………………………………….26

5.1  Устройство  многоярусного открытого гидроциклона…………..….28

6. Условия  эксплуатации, регенерации……………………………….…..29

6.1. Проблема  износоустойчивости…………………………………..…...29

Вывод………………………………………………………………..………32

Список литературы…………………………………………………..….….33

Приложения……………………………………………………...…………35

 

Введение

 

Вода - одно из самых распространенных веществ на Земле . Водная оболочка покрывает 70,8% земной поверхности, 96,5% гидросферы сосредоточено в океанах  и морях, 1,74% - в полярных и горных ледниках и лишь 0,45% - в пресных  водах - озерах, реках и болотах. Однако на свои нужды, вполне естественно, человечество использует, как правило, пресные  воды, запас которых, весьма ограничен. И для того чтобы сохранить  пресную воду, которая так необходима человеку для жизни, нужно уже сейчас задуматься о её рациональном использовании. Ошибочно считается, что в распоряжении человечества находятся неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд. Это было глубоким заблуждением. Человечеству не угрожает недостаток воды. Ему грозит нечто худшее – недостаток чистой воды [1].

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода) [2].

Методы очистки сточных вод  можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. В данной курсовом проекте более подобно рассмотрена механическая очистка сточных вод [4]. Этот метод очистки применяют преимущественно как предварительный. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом очистки [1]. Говоря о дешевых и эффективных методах очистки нельзя не упомянуть гидроциклоны. 

Гидроциклон  (от греч. hydor - вода и kyklon - кружащийся, вращающийся) - аппарат для разделения в жидкой среде зернистых материалов, различающихся плотностью или крупностью составляющих частиц. Благодаря несложной конструкции, малым размерам, простоте эксплуатации и высокой эффективности находят широкое применение в различных областях промышленности, в т.ч. в качестве классификаторов и сепараторов в горнорудной, как осветлители в химической и нефтехимической промышленности, гидрометаллургии [2].

В ходе написания данного курсового  проекта мною были рассмотрены и  изучены следующие разделы:

- Предназначение  аппаратного устройства, где подробно  рассмотрена классификация гидроциклонов:  по форме корпуса; по взаимному направлению движения выходных потоков; по количеству выходных потоков; по способу сообщения разделяемой среде вращательного движения;

- Устройство  напорного гидроциклона с подробной  схемой аппарата;

- Проектирование  сооружений и аппаратов механической очистки -гидроциклонов, и в частности напорных гидроциклонов. Рассмотрены основные данные необходимые для проектирования аппарата;  материалы для изготовления конструкций;

- Расчет многоярусного гидроциклона с центральным выпуском по данным выданным на курсовой проект;

- Условия  эксплуатации, регенерации. Выявлены  проблемы износоустойчивости конструкции,  приведены альтернативные материалы  для изготовления аппаратов. 

В конце  проекта написан вывод о проделанной  работе. Имеются графические  работы: батарейных, многоярусных и напорных гидроциклонов.

 

 

1. Формирование исходной информации

Для написания  данного курсового проекта мною было обработано большое количество информации, найдены различные издания, изучена научно-техническая литература, выбраны СНиПы и методические указания к ним соответствующие теме курсового проекта.

Из всего  объема источников хотелось бы выделить основную литературу, которая способствовала формированию каждого раздела:

- Предназначение аппаратного устройства: учебное пособие «Очистка сточных вод» Соколов М.П.; - где подробно рассмотрена классификация гидроциклонов;

- Устройство  напорного гидроциклона: Терновский И. Г.  «Гидроциклонирование»; Веселов, Ю.С. «Водоочистное оборудование: Конструирование и использование»;

- Проектирование  сооружений и аппаратов: Веселов, Ю.С. «Водоочистное оборудование: Конструирование и использование»; Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.1.4.559-96;

- Расчет многоярусного гидроциклона: Справочник "Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования"А.С. Тимонин; СНиП 2.04.03-85; методические указания к СНиП 2.04.03-85; Терновский И. Г.  «Гидроциклонирование»;

- Условия  эксплуатации, регенерации. Бауман А. В. Исследование износоустойчивости конструкционных материалов для производства гидроциклонов, мною были выбраны тезисы докладов 4-ой Международной научно- технической конференции молодых специалистов и ученых, В конце проекта написан вывод о проделанной работе на основе полученных знаний.

 

2.Предназначение аппаратного устройства

Гидроциклоны представляют класс  вихревых аппаратов, предназначенных для разделения жидких неоднородных систем (суспензий, нестойких эмульсий и газосодержащих жидкостей) в поле центробежных сил. Благодаря простоте конструкции, компактности, высокой удельной производительности и надежности гидроциклоны получили широкое распространение в химической, нефтедобывающей, горнорудной, пищевой отраслях промышленности, в энергетике, металлургии, а также в системах очистки промышленных и бытовых сточных вод [3]. Эти аппараты выгодно отличает возможность применения в непрерывных замкнутых технологических циклах и в безотходных производствах с обеспечением сравнительно высокого качества разделения смесей. Фактор разделения в гидроциклонах составляет 500...2000, а в высоконапорных гидроциклонах и мультициклонах - до 5000. Гидроциклоны используются в процессах осветления сточных вод, сгущения осадка, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов и жира, т.е. в нефтепромыслах, автохозяйствах, стекольных, литейных производствах и др [5].

При осветлении сточных вод аппараты малых размеров обеспечивают больший  эффект очистки. При сгущении осадков  минерального происхождения следует  применять гидроциклоны больших  диаметров (свыше 150 мм). Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ допускается применять  открытые и напорные гидроциклоны. Открытые - для выделения всплывающих, оседающих грубодисперсных примесей гидравлической крупностью свыше 0,2 мм/с  и скоагулированной взвеси и напорные - для выделения из сточных вод  грубодисперсных примесей минерального происхождения. Для расчета и  проектирования установок с открытыми  циклонами задаются те же параметры  по воде и загрязнениям, что и  для отстойников. Гидравлическая крупность  частиц, которые надо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, определяется при высоте слоя воды, равном 200 мм. Для многоярусных гидроциклонов слой отстаивания должен быть равен высоте яруса [8].

Выделение примесей из сточных вод  эффективно осуществляется под действием  центробежных и центростремительных  сил в открытых и напорных гидроциклонах. Открытые гидроциклоны применяют для  выделения из суспензий частиц диаметром >0,1 мкм при очистке грубодиспергированных  примесей [6].

2.1. Классификация гидроциклонов

 

По назначению различают [4]:

- гидроциклоны-осветлители для очистки жидкостей от твердых включений;

Гидроциклоны-сгустители для сгущения суспензий до высоких  концентраций (50... 90 %);

- гидроциклоны-классификаторы для жид - кофазного разделения дисперсных материалов по размерам, плотности или форме частиц;

- гидроциклоны для разделения эмульсий; гидроциклоны-дегазаторы для очистки жидкостей от растворенных и диспергированных газов;

- гидроциклоны для проведения комбинированных процессов, сочетающих механическое разделение с тепло-, массообменом, флотацией, химическими реакциями и др.

Кроме того, гидроциклоны классифицируют [2]:

По форме корпуса - гидроциклоны цилиндроконические (рис. 1, а, в) и цилиндрические (рис. 1, г, д);

По взаимному  направлению движения выходных потоков - противоточные (рис. 1, я, г) и прямоточные (рис. 1, в, д);

По количеству выходных потоков - двух - продуктовые (рис. 1, а-д), трехпродукто - вые (рис. 1, е) и т. д.;

По способу  сообщения разделяемой среде  вращательного движения - напорные (рис. 1, а), низконапорные, или открытые (рис. 1, б) и роторные, или турбоциклоны (рис. 1, е).

В напорных гидроциклонах разделяемая среда  поступает под избыточным давлением 0,2...0,4 МПа и выше. Вращательное движение среды создается вследствие ее тангенциального  ввода в гидроциклон. Напорные гидроциклоны обычно имеют небольшие размеры  и используются для разделения тонкодисперсных суспензий [9].

 

 

Рис. 1. Схемы гидроциклонов:

 

А - цилиндроконического напорного; б - низконапорного; в - прямоточного турбоциклона; г, д - цилиндрических противоточного и прямоточного для разделения эмульсий; е - трехпродуктового; / - исходная суспензия; II - исходная эмульсия; III - осветленная жидкость; IV - сгущенная фаза; V - тяжелая фаза; VI - продукты разделения.

В низконапорных  гидроциклонах разделяемая среда поступает самотеком или под небольшим избыточным давлением, близким к гидростатическому. Низконапорные гидроциклоны имеют габаритные размеры, сопоставимые с размерами цилиндрических вертикальных отстойников. Их применяют для очистки воды от грубодисперсных механических примесей [8].

В турбоциклонах  вращение разделяемой среды обеспечивается встроенной турбинкой.

 

При больших  расходах разделяемой среды гидроциклоны компонуют в батарейные аппараты (прил. 1). По способу компоновки 
различают батарейные гидроциклоны с блочной и раздельной компоновкой гидроциклонных модулей [9]. Блочные батарейные гидроциклоны, или мультициклоны более компактны, однако размещение модулей в общем блоке затрудняет их обслуживание, ремонт и замену. Батарейные гидроциклоны с раздельной компоновкой модулей обеспечивают более удобное обслуживание каждого модуля (прил. 1).

Конструктивные  особенности гидроциклонов. В традиционном цилиндрокониче - ском гидроциклоне в результате тангенциального ввода исходная смесь закручивается и через периферийную зону I движется винтовым потоком вниз к вершине конуса 3 (рис. 2). При этом часть ее выходит через насадок 5. Основное количество смеси образует внутренний восходящий поток II, поднимается вверх и удаляется из аппарата через сливной патрубок 3.

Рис. 2. Схема движения потоков в цилиндроконическом гидроциклоне

1 - корпус; 2 - крышка; 3 - сливной патрубок; 4 - входной  патрубок; 5 - песковой насадок; б  - конус, I - периферийный нисходящий  поток; II - внутренний восходящий поток; III - воздушный столб

 

І

Обычно  напорные гидроциклоны работают со свободным истечением из сливного патрубка 3 и насадка 5, поэтому во время работы через них подсасывается воздух, который вместе с газом, выделившимся из жидкости, образует вдоль оси зону разрежения III (воздушный столб), существенно влияющую на проходное сечение разгрузочных отверстий [6].

Разделение  фаз с различной плотностью основано на отличии в движении частиц дисперсной фазы под действием центробежных сил. Крупные тяжелые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона, по винтовой траектории перемещаются к шламовому отверстию и выгружаются. Мелкие легкие частицы концентрируются в восходящем потоке, с которым выносятся через патрубок 5.