Схема и принцип действия нефтеловушки

Нефтеловушки:
a — горизонтальная: 1-корпус, 2-гидроэлеватор, 3-слой нефти, 4-нефтесборная труба, 5-нефтеудерживающая перегородка, 6-скребковый транспортер. 7 – приямок.
Предст. собой горизонт. камеру, раздел на несколько паралл. секций. СВ поступ в сточную камеру, нефть всплывает, ТВ. частицы осажд-ся. Всплывание нефти на поверхность воды происходит в отстойной камере. При помощи скребкового транспорта нефть подают к нефтесборным трубам, через которые она удаляется, а осадок – в приямок. Скорость движения воды в нефтеловушке изменяется в пределах 0,005-0,01 м/с. Для частичек нефти диаметром 80-100 мкм скорость всплывания равна 1-4 мм/с. При этом всплывает 96-98% нефти. Ширина секций 2-3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2-1,5 м; продолжительность отстаивания не менее 2 ч.

б — тонкослойная: 1-вывод очищенной воды, 2-нефтесборная труба, 3- перегородка, 4-плавающий пенопласт, 5-слой нефти, 6-ввод сточной воды, 7-секция из гофрированных пластин, 8-осадок
Это усовершенствованные конструкции горизонтальных нефтеловушек: меньшие габариты и более экономичны. Расстояние между полками равняется 50 мм, угол наклона полок 45^О, время пребывания сточных вод в зоне отстаивания 2-4 мин, толщина слоя всплывающих нефтепродуктов 0,1 м; остаточное содержание их в воде 100 мг/л.

Wвс — скорость свободного всплывания; d — диаметр капли; ρ/ρл плотности сточной воды/нефти [легкой жидкости]; μ₀ вязкость сточной воды; g — ускорение свободного падения.

40. Основы процесса фильтрования. Виды фильтрующих перегородок (материалы изготовления, поверхностные и глубинные). Скорость фильтрования vф (определение, связь с давлением ΔP). Как изменяется а) ΔP при vф=const и б) vф при ΔP=const в процессе фильтрования?

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повыш давления над перегородкой или вакуума после перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра. В качестве перегородки используют металлические перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна).Для хим агрессивных св при повышенной температуре и значительных механических напряжениях наиболее пригодны металлические перегородки, изготовляемые из перфорированных листов, сеток и пластин, получаемых при спекании сплавов. По материалу, из которого изготовляют перегородки, их разделяют на органические и неорганические, по принципу действия — на поверхностные и глубинные, а по структуре — на гибкие и негибкие. Глубинные фильтровальные перегородки обычно применяют при осветлении суспензий с малой концентрацией твердой фазы, которая, проникая внутрь перегородки, задерживается в порах, оседает и адсорбируется. На поверхностных, фп проникания частиц в поры перегородки не происходит. Производ фильтра определяется скоростью фильтрования, т.е. объемом воды, прошедшей в единицу времени через единицу поверхности.

Скорость фильтрования определяют уравнением:

Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений:

Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса:

где V — объем фильтрата за время τ, м³: F — поверхность фильтрования, м²: τ — продолжительность фильтрования, с; ΔР — перепад давления. Па; μ — динамическая вязкость фильтрата. Па·с; Rос и Rф.п. — сопротивление осадка и фильтровальной перегородки соответственно, м ^–1; r₀ — удельное сопротивление осадка, м ^–2: х₀ — отношение объема осадка к объему фильтрата.

Фильтровальные перегородки, задерживающие частицы, должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования. По материалу, из которого изготовляют перегодки, их разделяют на органические и неорганические, по принципу действия — на поверхностные и глубинные, а по структуре — на гибкие и негибкие.

Глубинные фильтровальные перегородки обычно применяют при осветлении суспензий с малой концентрацией твердой фазы, которая, проникая внутрь перегородки, задерживается в порах, оседает и адсорбируется. На поверхностных, фильтровальных перегородках проникания частиц в поры перегородки не происходит.

Процесс фильтрования проводят с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки или с закупоркой пор фильтрующей перегородки.

Осадки, которые образуются в процессе фильтрования, могут быть сжимаемыми и несжимаемыми. Сжимаемые осадки характеризуются уменьшением порозности вследствие уплотнения и увеличением сопротивления с ростом перепада давлений. У несжимаемых осадков порозность и сопротивление потоку- жидкости в процессе фильтрования остаются постоянными. К таким осадкам относят вещества минерального происхождения (песок, мел, сода и др.) с размером частиц > 100 мкм. Производительность фильтра определяется скоростью фильтрования, т.е. объемом воды, прошедшей в единицу времени через единицу поверхности.

Фильтрование в 2=х основных режимах:

Δp=const, => Roc↑=>Vф↓

Vф=const=> Roc↑=> Δp↑

Фильтры подразделяют по различным признакам: по характеру протекания процесса — периодические и непрерывные, по виду про­цесса — для разделения, сгущения и осветления; по давлению при фильтровании — под вакуумом (до 0,085 МПа), под давлением (от 0,3 до 1,5 МПа) или при гидростатическом давлении столба жидко­сти (до 0.05 МПа); по направлению фильтрования — вниз, вверх или вбок; по конструктивным признакам; по способу съема осадка, наличию промывки и обезвоживания осадка, по форме и положе­нию поверхности фильтрования.

41. Очистка сточных вод в барабанных вакуум-фильтрах – схема и принцип действия аппарата.

Для разделения труднофильтруемых суспензий разработаны непрерывные высокопроизводительные барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном и поверхностью фильтрования до 40 м²

1 — фильтровальная ткань; 2,5,7 — ролики; 3 — нож; 4 — сопло для подачи промывной воды, 6 — лоток для удаления промывной жидкости; 8 — корыто

При вращении барабана жидкая фаза через фильтров. ткань поступает в его внутреннюю полость под действием вакуума, а через распределительное устройство выводятся из барабана. Твердая фаза собирается на поверхности полотна, от которого отделяется ножом. Регенерация ткани производится промывной жидкостью, подаваемой под давлением через систему насадок. Барабанные вакуум фильтры используют для разделения суспензий, быстро образующих осадок.

Технико-экономические показатели:

Начальная концентрация суспензий, %(об):
до 0.5 — не используется (неудовлетворительные показатели)
до 1 — не используется (неудовлетворительные показатели)
до 1.5 — высокие и хорошие показатели

Возможность получения чистого фильтрата:
удовлетворительные показатели

Возможность промывки:
высокие показатели

Возможность изготовления из кислотной стали:
высокие показатели

42. Схема и принцип действия однослойного скоростного фильтра периодического действия. Чем от него отличается многослойный фильтр?

Скоростные фильтры могут быть двух типов: однослойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных — из различных материалов. Схема одного из скоростных фильтров:

1 — корпус, 2 — система удаления промывных вод, 3 — система подачи сточных вод, 4 — система подачи промывных вод, 5 — пористый дренаж, 6 — фильтрующий материал;

Сточную воду подают сверху вниз внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий материал и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят промывку подачей промывных вод снизу вверх. Дренажное устройство выполняют из пористобетонных сборных плит. На нем размещают фильтрующий материал (в 2-4 слоя) одного гранулометрического состава. Общая высота слоя загрузки равняется 1,5-2 м. Скорость фильтрования принимается равной 12-20 м/ч. В многослойных скоростных фильтрах фильтрующий слой состоит из зерен разных материалов. Например, из слоя антрацита и песка. Верхние слои имеют зерна большего размера, чем нижние. Конструкция этих фильтров мало отличается от конструкции однослойных. Они имеют более высокую производительность и большую продолжительность фильтрования.

43. Очистка сточных вод от нефти в фильтрах с пенополиуретановым слоем – схема и принцип действия аппарата.

При фильтровании эмульсий более благоприятен материал с гидрофобной поверхностью, т.к. на пов=то гидрофильн мат-ла имеется гидратная оболочка, кот. препятствует улавливанию эмульсий. Для удаления нефтепродуктов и масел (эмульгированных примесей) могут быть использованы фильтры с загрузкой из пенополиуретана. Схема фильтра:

1 — слой пенополиуретана, 2 — камера, 3 — элеватор, 4 — направляющие ролики, 5 — лента, 6 — ороситель, 7 — отжимные ролики, 8 — емкость для регенерата, 9 — решетчатая перегородка

Высота слоя материала 2-2,5 м, размер кусков пенополиуретана 5-10 мм. Скорость фильтрования до 25 м/ч. Такие фильтры могут быть использованы при концентрации масел в исходной сточной воде до 1000 мг/л. Сточная вода, подаваемая сверху, проходит через слои материала, освобождаясь от частичек масла. После насыщения материала маслом проводят его регенерацию трехкратным механическим отжатием с промывкой водой. Материал подают на ленту элеватором и пропускают через отжимные ролики.

44. Очистка сточных вод в напорных гидроциклонах (схема и принцип действия). От каких факторов зависит эффективность очистки воды в этих аппаратах?

Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей. Гидроциклоны просты по устройству; компактны, их легко обслуживать, отличаются высокой производительностью и небольшой стоимостью. Из напорных гидроциклонов наибольшее распространение получил аппарат конической формы:

Св тангенциально подают внутрь гидроциклона. При вращении ж под действием центробежной силы внутри гидроциклона образуется ряд потоков. Ж, войдя в цилиндрическую часть, приобретает вращат движение и движется около стенок по винтовой спирали вниз к сливу. Часть ее с крупными частицами удаляется из гидроциклона. Другая часть (осветленная) поворачивает и движется вверх около оси гидроциклона. Кроме того, возникают радиальные и замкнутые циркуляционные токи. В центре образуется воздушный столб, давление которого меньше атмосферного. Он оказывает влияние на эффективность гидроциклонов. При уменьшении вязкости сточной воды скорость осаждения частиц в поле центробежных сил увеличивается. С ростом плотности жидкости снижается скорость движения в центробежном поле частиц тяжелее воды и увеличивается скорость частиц легче воды. Скорость осаждения пропорциональна квадрату скорости вращения частиц. Эту величину в первом приближении можно считать равной скорости воды на входе в аппарат. Скорость воды на входе м ↑ при ↓ площади сечения входного патрубка или ↑ расхода жидкости. Однако это можно делать до определенного предела, так как при увеличении расхода воды снижается время пребывания ее в гидроциклоне, а при уменьшении сечения патрубка возрастает турбулентное перемешивание, которое отрицательно сказывается на скорости осаждения частиц. Турболентное перемешивание ↓ изменением конструкции гидроциклона. Для этой цели уменьшают сечение рабочей струи, ↓ D входного патрубка, а для сохранения производительности и скорости жидкости на входе в гидроциклон увеличивают число патрубков. Форма патрубка д иметь плавное сужение. Гидроциклоны малого D объединяют в общий комплекс, в кот. они работают параллельно – батарею.

Общ. эффект. 70%, высота=D=100-700мм, конусность 10-20º
45. Схема и принцип действия открытого гидроциклона (без внутренних устройств). Определить производительность гидроциклона диаметром 1,5 м для очистки воды от твердых частиц с гидравлической крупностью 7,5 мм/с (К=0,61).

1 — корпус, 2 — сливной патрубок, 3 — кольцевой лоток, 4 — кольцевая стенка, 5 — входной патрубок, 6 —патрубок для удаления осадка

Для очистки воды от крупных примесей, гидравлич. крупность. до 5 мм/с (скорость оседания) Большая производ-ть по сравнению с напорными и меньшее гидравлич. сопротивление. арею.дратная оболочка, кот. фобной поверхностью, т.к. Сточная вода тангенсально вводится в корпус 1, закручивается и движется по спирали вверх. Дойдя до стенки 4, она разделяется на два потока: очищенная вода проходит в лоток 3 и удаляется через парубок 2, а частицы сползают по стенкам вниз и удаляются через патрубок 6. Устройство 4 служит также для сбора всплывающих примесей.

Для решения задачи:

Q = 0.785·D²·q, K=0,61 – коэф, тк. без внутр. устр-в

q = K · 3600 · Wос;;Wос — гидравлическая крупность

Q = 0.785 · 1.5² · 0.61 · 3600 · 7.5 · 10^–3 = 29.09 м³/ч

Проверка размерности:

Q = [б/р] · [м²] · [б/р] · 3600 · [мм / с] · 10^–3= [м²] · [c] · [м / ч] = [м³/ ч]

46. Выбрать конструкцию открытого гидроциклона для очистки сточной воды с гидравлической крупностью 0,1 мм/с. Начертить схему гидроциклона и объяснить принцип работы.

Два вида открытых гидроциклона: с внутренними устройствами и без внутренних устройств. Без внутренних устройств годится только для сточных вод с гидравлической крупностью Woc > 5 мм / с. С внутренними устройствами Woc < 0.2 мм / с — то что нам нужно.

1 — корпус, 2 — внутренний цилиндр, 3 — кольцевой лоток,

4 — диафрагма;

Сточную воду тангенциально подают в пространство, ограниченное внутренним цилиндром 2. Поток по спирали движется вверх. Дойдя до верха цилиндра, он разделяется на два потока. Один из них (осветленная вода) движется к центральному отверстию диафрагмы 4 и, пройдя ее, попадает в лоток 3. Другой поток, со взвешенными частицами, направляется в пространство между стенками корпуса 1 и внутреннего цилиндра 2 и поступает в коническую его часть.

Эффективность 70-80%
47. Нейтрализация

Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи,

перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН = 6,5-8,5.

Нейтрализация смешиванием. Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости (рис. П-54) с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом при его скорости в линии подачи 20-40 м/с. При переменной концентрации сточных вод в схеме предусматривают установку усреднителя или обеспечивают автоматическое регулирование подачи в камеру смешивания. Расчет соотношения сточных вод, направляемых в камеру смешения, проводят по стехиометрическим уравнениям.

Рис. П-54 Нейтрализатор смешения.

Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, NaoC03, NH4OH (аммиачная вода), СаСО3, MgCO3, доломит (СаСО3 MgCO3), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН) 5-10%. Соду и гидроксид натрия следует использовать, если они являются отходами производства. Иногда для нейтрализации применяют различные отходы производства. Например, шлаки сталеплавильного, феррохромового и доменного производств используют для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту. Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе образовываться осадок или нет. Различают три вида кислотосодержащих сточных вод: 1) воды, содержащие слабые кислоты (Н2СО3, СН3СООН); 2) воды, содержащие сильные кислоты (НС1, HNO3). Для их нейтрализации может быть использован любой названный выше реагент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде; 3) воды, содержащие серную и сернистую кислоты. Кальциевые соли этих кислот плохо растворимы в воде и выпадают в осадок. Известь для нейтрализации вводят в сточную воду в виде гидроксида кальция (известкового молока; "мокрое дозирование") или в виде сухого порошка ("сухое" дозирование). Схема установки для нейтрализации кислых вод известковым молоком показана на рис. И-56. Для гашения извести используют шаровые мельницы мокрого помола, в которых одновременно происходят тонкое измельчение и гашение. Для смешения сточных вод с известковым молоком применяют гидравлические смесители различных типов: дырчатые, перегородчатые, вихревые, с механическими мешалками или барботажные с расходом воздуха 5-10 м3/ч на 1 м2 свободной поверхности.

При нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту; известковым молоком в осадок выпадает гипс CaSO4 2H2O. Растворимость гипса мало меняется с температурой. При перемещении таких растворов происходит отложение гипса на стенках трубопроводов и их забивка. Для устранения забивки трубопровода необходимо промывать их чистой водой или добавлять в сточные воды специальные умягчители, например гексаметафосфат. Увеличение скорости движения нейтрализованных вод способствует уменьшению отложений гипса на стенках трубопровода. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различные кислоты или кислые газы.

Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод в последнее время начинают использовать отходящие газы, содержащие СО2, SO2, NO2, N2O3 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов. Использование для нейтрализации щелочных сточных вод СО2 имеет ряд преимуществ по сравнению с применением серной или соляной кислот, позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости СО2 уменьшается опасность переокисления нейтрализованных растворов.

Образующиеся карбонаты находят большее применение по сравнению с сульфатами или хлоридами, кроме того коррозионные и токсичные воздействия СО32~ ионов в воде меньше, чем ионов SO4 и С13.

Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с мешалкой (рис. П-57), в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах.

Дымовые газы вентилятором подают в кольцевое пространство вокруг вала мешалки и распределяют мешалкой в виде тзырьков и струй в сточной воде, поступающей внутрь реактора. Благодаря большой поверхности контакта между водой и газами происходит быстрая нейтрализация сточной воды. Присутствие в газах SO2 способствует нейтрализации щелочных сточных вод. При проведении процесса в тарельчатых колоннах степень нейтрализации увеличивается с ростом скорости газа и уменьшением плотности орошения. Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами использована в ряде производств, в том числе и в асбестоцементном производстве. Сточные воды этих производств имеют рН = 12-13 («80 мг-экв/л). Щелочность воды обусловлена постоянным выщелачиванием в нее гидроксида кальция. Нейтрализацию проводили диоксидом углерода дымовых газов E-6 % СО2) в тарельчатом абсорбере. Особенностью нейтрализации дымовыми газами сточных вод асбестоцементного предприятия является образование карбоната кальция, который может находиться в состоянии пересыщения и отлагается на внутренней поверхности оборудования.

В смесителе протекают следующие реакции:

ОН + НСО3=Н2О + СО3,

Са2+ СО3=СаСО3

Рис П-56. Схема установки

нейтрализации кислых сточных вод гидроксидом кальция (известковым молоком)1 — усреднитель, 2 — аппарат для гашения извести (СаО); 3 — растворные баки; 4 — дозаторы; 5 — нейтрализаторы; 6 — отстойник

Рис.II-57- Нейтрализатор щелочных сточных вод дымовыми газами