Instalatie de tratare a apelor uzate - chimie industriala

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA DE CHIMIE INDUSTRIALA

INSTALATIE DE TRATARE A APELOR UZATE

TEMA DE PROIECT

Sa se proiecteze o instalatie de tratare continua a apelor uzate dintr-o sectie cu profil chimic. Procesul va asigura distrugerea cianurilor si indepartarea ionilor metalici grei. Colectarea apelor reziduale se va face in 3 coloane (reactoare).

Reactorul 1 : se mai numeste reactor de cromare si in el intra un debit de 1,5+0,02*n (m³/h) cu o compozitie de : CrO₃ - 20g/l; H₂SO₄ - 60g/l; HCl - 20g/l; FeCl₃ - 0,3g/l; CuCl₂ - 1g/l.

In acest reactor are loc reducerea Cr⁶⁺ la Cr³⁺ utilizand procedeul sulfit. Ca agent de reducere se utilizeaza Na₂SO₃ - 20% si H₂SO₄ - 20% alimentat din rezervoare anexate instalatiei de tratare. Acest reactor va fi prevazut cu un agitator tip paleta.

Reactorul 2 : se mai numeste reactor de decianurare si in el intra un debit de 15+0,01*n (m³/h) cu o compozitie de : NaCN - 30g/l; Na₂CO₃ - 15g/l; NaOH - 4g/l; Cu(CN)₂ - 15g/l.

In acest reactor are loc reducerea cianurilor prin procedeul hipoclorit. Pentru ca distrugerea ionului CN^- se face in mediu puternic alcalin se adauga NaOH - 20% si NaOCl - 20%. Acest reactor va fi prevazut cu un agitator tip paleta.

Reactorul 3 : se mai numeste reactor de acidulare si in el intra un debit de 10+0,03*n (m³/h) cu o compozitie de : Cu SO₄ - 15g/l; H₂SO₄ - 900g/l;

SnSO₄ - 30g/l; Ni(SO₃NH₂)₂ - 75g/l; H₃BO₃ - 10g/l; Na₂SO₄ - 0,4g/l; NiCl₂ - 0,1g/l; NaHPO₄ - 0,05g/l; HCl - 0,7g/l.

In acest reactor are loc neutralizarea acizilor si precipitarea ionilor metalici grei. Precipitarea se face prin mentinerea pH-ului in limitele 6,5-7,5 Realizarea acestui pH se face adaugand NaOH. Acest reactor va fi prevazut cu un agitator tip paleta.

Temperatura de lucru va fi de 20⁰C.

Reactiile de reducere a cromului si a cianurilor au loc concomitent. Produsii de reactie din reactoarele 1 si 2 sunt transvazati cu ajutorul a 2 pompe centrifuge (P₁ si P₂) in reactorul 3 unde are loc neutralizarea acizilor si precipitarea ionilor metalici grei.

Produsii de reactie din reactorul 3 sunt trecuti prin cadere libera in vasul de stocare 4 din care cu ajutorul pompei centrifuge P₃ sunt transportati in decantorul cu functionare discontinua 5. Din decantor apa limpede este data la canal, iar suspensia cu ioni grei este raclata si transportata in bazinul 6, unde este amestecata cu praf de carbune in raport de 1:1. Din vasul 6 suspensia este alimentata intr-un filtru rotativ unde se filtreaza pana la umiditatea (55-n)%.

Elementele de automatizare ale instalatiei sunt : intrarea H₂SO₄ in reactorul 1 este reglata de un electroventil controlat de un indicator de pH; intrarea Na₂SO₃ in solutie este reglata tot de un electroventil controlat de senzori de Cr⁶⁺ prezenti in produsii de reactie; intrarea NaOCl in reactorul 2 este reglata de un electroventil controlat de senzori de ioni CN^-; intrarea NaOH in reactorul 2 este reglata de un electroventil cu indicator de pH; intrarile reactantilor in reactorul 3 sunt prevazute cu electroventile dotate cu indicator de pH.

Constanta "n" pentru acest proiect este 2.

1. BILANTUL DE MATERIALE

Reactor 1 :

ρ_{H2SO4 - 20%}=1139Kg/m³ =1139g/l

C_H2SO4=0.2

Ρ_{Na2SO3 - 20%}=1194Kg/m³=1194g/l

C_Na2SO3=

 

unde: Gv₁ - debit volumetric intrat;

Gm_i- debit masic intrat;

Gm_e=Gm_i - Gm_r;

Gm_e - debit masic iesit;

C_i - concentratia la intrare;

C_e - concentratia la iesire.

Reactia ce are loc in reactor este:

2CrO₃+3Na₂SO₃+3H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃+3Na₂SO₄+3H₂O

Tabel 1: Bilantul de materiale pentru reactorul 1

Reactor 2 :

ρ_{NaOH - 20%}=1219Kg/m³ =1219g/l

C_NaOH=0.2

Ρ_{NaOCl - 20%}=1140Kg/m³=1140g/l

C_NaOCl=

unde : Gv₂ - debit volumetric intrat;

Gm_i- debit masic intrat;

Gm_e=Gm_i - Gm_r;

Gm_e - debit masic iesit;

C_i - concentratia la intrare;

C_e - concentratia la iesire.

Reactiile ce au loc in reactor sunt:

2NaCN+5NaOCl+2NaOH 2Na₂CO₃+5NaCl+H₂O+N₂

2Cu(CN)₂+10NaOCl+6NaOH 3Na₂CO₃+10NaCl+2H₂O+2N₂+CuCO₃Cu(OH)₂

Tabel 2: Bilantul de materiale pentru reactorul 2

Reactor 3 :

ρ_{NaOH - 20%}=1219Kg/m³ =1219g/l

C_NaOH=0.2

unde: Gv₃ - debit volumetric intrat;

Gm_i- debit masic intrat;

Gm_e=Gm_i - Gm_r;

Gm_e - debit masic iesit;

C_i - concentratia la intrare;

C_e - concentratia la iesire.

Reactiile ce au loc in reactor sunt:

Cr₂(SO₄)₃+6NaOH 2Cr(OH)₃+3Na₂SO₄

FeCl₃+3NaOH Fi(OH)₃+3NaCl

CuCl₂+2NaOH Cu(OH)₂+2NaCl

CuSO₄+2NaOH Cu(OH)₂+ Na₂SO₄

H₃BO₃+ NaOH Na[B(OH)₄]

SnSO₄+2NaOH An(OH)₂+ Na₂SO₄

Ni(SO₃NH₂) +2NaOH Ni(OH)₂+2NaSO₃NH₂

NiCl₂+2NaOH Ni(OH)₂+2NaCl

HCl+ NaOH NaCl+ H₂O

Na₂HPO₄+ H₂SO₄ Na₂SO₄+H₃PO₄

H₃PO₄+3NaOH Na₃PO₄+ 3H₂O

Na₂CO₃+ H₂SO₄ Na₂SO₄+CO₂+ H₂O

2NaOH+ H₂SO₄ Na₂SO₄+ 2H₂O

Tabel 3: Bilantul de materiale pentru reactorul 3

Debitele masice de substanta reactionata s-au calculat de pe reactii pentru toate cele trei reactoare, un exemplu de calcul fiind:

x y z w t

2CrO₃+3Na₂SO₃+3H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃+3Na₂SO₄+3H₂O

200 378 294 392 426 54

x=16,254g/s; y=12,642g/s;  z=16,856g/s; w=18,318g/s; t=2,322g/s.

Debitele masice de substanta iesita din reactoare s-a calculat facand diferenta dintre debitul de substanta intrata si cel de substanta reactionata.

2. Dimensionarea volumetrica a tuturor recipientelor din instalatie. Calculul traseelor de conducte. Schita de amplasament

Dimensionarea volumetrica:

Reactorul 1 (R1):

 

unde: Gv₁ - debit volumetric intrat (m³/h);

V - volumul reactorului;

h - inaltimea reactorului;

D - diametrul reactorului;

φ coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1h).

Reactorul 2 (R2):

unde: Gv₂ - debit volumetric intrat (m³/h);

V - volumul reactorului;

h - inaltimea reactorului;

D - diametrul reactorului;

φ coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1h).

Reactorul 3 (R3):

unde: Gv₃ - debit volumetric intrat (m³/h);

V - volumul reactorului;

h - inaltimea reactorului;

D - diametrul reactorului;

φ coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1/2h).

Rezervor de sulfit de sodiu (R_Na2SO3):

unde: V - volumul rezervorului;

Gm - debitul masic de sulfit de sodiu;

d - diametrul rezervorului;

h - inaltimea rezervorului;

ρ - densitatea sulfitului de sodiu;

φ - coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1h).

Rezervor de hipoclorit de sodiu (R_NaOCl):

unde: V - volumul rezervorului;

Gm - debitul masic de sulfit de sodiu;

d - diametrul rezervorului;

h - inaltimea rezervorului;

ρ - densitatea sulfitului de sodiu;

φ - coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1h).

Rezervor de hidroxid de sodiu (R_NaOH):

unde: V - volumul rezervorului;

Gm - debitul masic de sulfit de sodiu;

d - diametrul rezervorului;

h - inaltimea rezervorului;

ρ - densitatea sulfitului de sodiu;

φ - coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1h).

Vas de stocare (V):

 

unde: V - volumul vasului;

Gm - debitul masic de solutie provenita din reactorul 3;

d - diametrul vasului;

h - inaltimea vasului;

ρ - densitatea solutiei provenite din reactorul 3;

φ - coeficient de

τ - timpul de stationare (τ=1h).

Calculul traseelor de conducte:

Pentru a putea calcula diametrele conductelor am propus o viteza de transvazare a fluidului dintr-un vas in altul cuprinsa in intervalul [1,3] m/s. Viteza propusa este w=2m/s, iar diametrele astfel calculate se vor compara cu cele existente in STAS-uri si se vor alege diametrele de conducta corespunzatoare.

Conducte pentru reactorul 1:

unde: Gv₃ - debit volumetric intrat (m³/h);

w - viteza de transvazare a fluidului;

A - aria conductei;

d_c1 - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_STAS1=0,02m.

Conducte pentru reactorul 2:

unde: Gv₃ - debit volumetric intrat (m³/h);

w - viteza de transvazare a fluidului;

A - aria conductei;

d_c2 - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_STAS2=0,06m.

Conducte pentru reactorul 3:

unde: Gv₃ - debit volumetric intrat (m³/h);

w - viteza de transvazare a fluidului;

A - aria conductei;

d_c3 - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_STAS3=0,04m.

Conducte pentru rezervorul de sulfit de sodiu:

unde: Gm - debitul masic de sulfit de sodiu;

Gv - debitul volumetric de sulfit de sodiu;

w - viteza de transvazare a sulfitului de sodiu;

ρ - densitatea sulfitului de sodiu;

d_c,sulfit - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_STAS,sulfit=0,008m.

Conducte pentru rezervorul de hipoclorit de sodiu:

unde: Gm - debitul masic de hipoclorit de sodiu;

Gv - debitul volumetric de hipoclorit de sodiu;

w - viteza de transvazare a hipocloritului de sodiu;

ρ - densitatea hipocloritului de sodiu;

d_c,hipoclorit - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_{STAS,hipoclorit}=0,02m.

Conducte pentru rezervorul de hidroxid de sodiu:

- catre reactorul 2:

unde: Gm - debitul masic de hidroxid de sodiu;

Gv - debitul volumetric de hidroxid de sodiu;

w - viteza de transvazare a hidroxidului de sodiu;

ρ - densitatea hidroxidului de sodiu;

d_c,hidroxid2 - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_{STAS,hidroxid2}=0,02m.

catre reactorul 3:

unde: Gm - debitul masic de hidroxid de sodiu;

Gv - debitul volumetric de hidroxid de sodiu;

w - viteza de transvazare a hidroxidului de sodiu;

ρ - densitatea hidroxidului de sodiu;

d_c,hidroxid3 - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_{STAS,hidroxid3}=0,02m.

Conducte pentru vasul de stocare:

unde: Gm - debitul masic de solutie provenita din reactorul 3;

Gv - debitul volumetric al solutiei provenite din reactorul 3;

w - viteza de transvazare a solutiei provenite din reactorul 3;

ρ - densitatea solutiei provenite din reactorul 3;

d_{c,vas stocare} - diametrul calculat al conductei.

Diametrul ales este: d_{STAS,vas stocare} =0,06m.

Cu diametrele calculate mai sus se vor calcula acum vitezele reale de transvazare a fluidelor din recipiente:

unde: w₁ - viteza de transvazare din reactorul 1;

w₂ - viteza de transvazare din reactorul 2;

w₃ - viteza de transvazare din reactorul 3;

w_sulfit - viteza de transvazare din rezervorul de sulfit de sodiu;

w_hipoclorit - viteza de transvazare din rezervorul de hipoclorit de sodiu;

w_hidroxid2 - viteza de transvazare din rezervorul de hidroxid de sodiu in reactorul 2;

w_hidroxid3 - viteza de transvazare din rezervorul de hidroxid de sodiu in reactorul 3;

w_{vas stocare} - viteza de transvazare din vasul de stocare;

3. Calculul pompelor centrifuge

Principiul de functionare si constructia pompelor centrifuge

Pompele centrifuge sunt utilaje pentru transportul lichidelor, pomparea fiind efectul fortelor centrifuge asupra lichidului de pompat. Ele sunt formate dintr-un rotor, care poate fi inchis, semiinchis sau deschis, cu palete montat intr-o carcasa prevazuta cu un canal colector cu sectiune de arie crescatoare (in forma de melc). Conducta de aspiratie este racordata axial la carcasa pompei, iar cea de refulare tangential. Lichidul este aspirat prin conducta axiala in rotor, unde datorita campului centrifugal creat in rotor, este accelerat continuu in drumul sau prin canalele dintre paletele rotorului catre canalul colector; viteza si energia cinetica a lichidului cresc. La iesirea din rotor lichidul intra in carcasa in sectiunea de arie crescatoare a canalului colector; viteza sa scade, energia cinetica fiind transformata in energie de presiune; lichidul este refulat tangential.

Rotorul pompei centrifuge este alcatuit din palete curbate de obicei in sens contrar sensului de rotatie a rotorului, pentru a asigura curgerea linistita cu acceleratie constanta a lichidului in canalele rotorului.

Carcasa asigura intrarea si iesirea lichidului din pompa si transformarea energiei cinetice in energie de presiune. Ea poate fi prevazuta cu stator, care este format dintr-un inel cu palete curbate in sensul rotatiei arborelui si are rolul de a dirija lichidul la iesirea din rotor in directie tangentiala, imbunatatind randamentul pompei.

Pompele centrifuge pot fi actionate prin transmisii indirecte(cu curele, lant sau roti dintate) sau directe prin arbore, utilizandu-se ca surse de energie un motor electric cu sau fara reductor. Pompele centrifuge se construiesc de obicei din fonta, cu rotorul din fonta sau bronz. La pomparea lichidelor corozive, pompa sau partile pompei care vin in contact cu lichidul se realizeaza din materiale anticorozive: materiale ceramice, grafit impregnat cu rasini sintetice sau din metal captusit cu cauciuc sau materiale plastice.

Conditiile de functionare ale pompei centrifuge sunt:

• debitul este continuu si nepulsat, miscarea continua de rotatie a rotorului determinand curgerea continua a lichidului in pompa si conducte;
• pompa centrifuga functioneaza numai amorsata, adica la pornirea pompei conducta de aspiratie si rotorul pompei trebuie sa fie pline cu lichid;
• pompa necesita etansare externa printr-o cutie de etansare la iesirea arborelui din carcasa pompei;
• reglarea usoara a debitului prin inchiderea sau deschiderea unui robinet pe conducta de refulare.

Caracteristicile de functionare ale pompei centrifuge sunt: debitul volumetric G_v, inaltime manometrica de pompare Z_m, inaltime maxima de aspiratie Z_max, turatie n, randamentul η si puterea consumata N.

Determinarea inaltimii manometrice de pompare:

Inaltimea manometrica de pompare se calculeaza din ecuatia Bernoulli aplicata intre cele doua vase intre care se va situa pompa. Acest mod de calcul se va aplica intre toate vasele intre care este necesara amplasarea unei pompe.

In cazul de fata ecuatia lui Bernoulli va arata astfel:

in care:

unde: Z_m,t - inaltimea manometrica de pompare a traseului;

Z_g - inaltimea geometrica;

w - viteza de transvazare a lichidului;

g - acceleratia gravitationala;

p₂ - presiunea deasupra lichidului din vasul in care este transvazat lichidul;

p₁ - presiunea deasupra lichidului din vasul din care este transvazat lichidul;

ρ - densitatea lichidului care este transvazat;

Δp_f - caderea de presiune de pe traseul de conducte;

h - inaltimea vasului;

h_l - inaltimea de lichid din vas;

h_e - inaltimea de la care este aspirat lichidul in pompa;

l - lungimea traseului de conducte;

d_c - diametrul conductelor;

R_e - numarul lui Reynolds;

η - vascozitatea lichidului de transvazat;

λ - coeficient de frecare;

ξ - coeficient de rezistenta.

In urma calculului si proiectarii traseelor de conducte putem spune ca pe fiecare traseu aflat intre doua vase avem acelasi numar de obstacole hidrodinamice, si anume: 2 coturi la 90⁰ si 2 robinete cu ventil normal.

Tabel 4: Calculul inaltimii manometrice de pompare al traseului si a marimilor necesare pentru aceasta

Alegerea pompelor:

Alegerea pompelor centrifuge se face in functie de conditiile cerute de procesul tehnologic in care vor fi folosite (natura fluidului - densitate, viscozitate; debit; presiune de saturatie; temperatura de pompare etc.) si se face pe baza cataloagelor de prezentare a pompelor ale firmelor producatoare sau prin trasarea caracteristicilor de functionare la bancul de proba.

Astfel din diagramele caracteristicilor de functionare a pompelor centrifuge prezentate intr-un catalog de prezentare a pompelor am ales in functie de debitul necesar si inaltimea manometrica de pompare a traseului, calculata mai sus, pompele corespunzatoare instalatiei proiectate. Ele fac parte din categoria pompelor centrifuge de joasa presiune, ce pot dezvolta o inaltime manometrica de pompare de maxim 20 mH₂O, monoetajate cu admisie laterala.

Tabel 5: Caracteristicile de functionare a pompelor alese pentru instalatie

* - inaltimea energetica neta la aspiratie.

Verificarea pompelor:

In general, dupa alegerea pompelor, se face verificarea lor. De aceasta data, pentru simplificare, se va face verificarea unei singure pompe, si anume pentru pompa cu cel mai mare randament.

Pentru verificare s-a scos din STAS inaltimea manometrica de pompare Z_m,p a pompei cu cel mai mare randament pentru mai multe debite volumetrice G_v si pentru aceleasi debite se vor calcula inaltimile manometrice de pompare ale traseului Z_m,t. Cu aceste date se vor trasa graficele: Z_m,p=f(G_v) si Z_m,t=f(G_v), iar la intersectia graficelor va fi debitul optim de utilizare al pompei.

Tabel 6: Datele pentru verificarea pompei cu randamentul cel mai mare

Figura 1: Verificarea pompei cu cel mai mare randament si alegerea debitului optim de functionare al pompei

Debitul optim de functionare al pompei verificate, determinat din grafic este:

G_v,o=13.5 m³/h

4. Alegerea agitatoarelor. Schita

Amestecarea este folosita in scopul obtinerii sistemelor omogene sau eterogene sau ca procedeu de intensificare a operatiilor fizice sau chimice prin marirea suprafetei interfazice si prin crearea conditiilor hidrodinamice favorabile. Agitarea este termenul folosit pentru amestecarea lichidelor cu vascozitate mica sau a lichidelor cu solide, adica a suspensiilor apoase.

In cazul de fata agitarea este folosita pentru a omogeniza solutiile si pentru a intensifica procesele chimice ce au loc in reactoare.

Agitatoarele sunt dispozitivele mecanice rotative utilizate la amestecarea mecanica, cel mai utilizat procedeu de amestecare a lichidelor. Ele pot fi: lente, care creeaza regim de curgere laminar sau tranzitoriu (amestecatoarele cu brate) si rapide, care produc regim de curgere tranzitoriu sau turbulent (elice, centrifuge).

Agitatoarele indicate in tema de proiect sunt agitatoarele tip paleta. Ele fac parte din categoria amestecatoarelor cu brate, a amestecatoarelor lente si sunt formate dintr-un arbore vertical, inclinat sau nu, pe care sunt montate bratele. Pentru a creste efectul local de amestecare prin crearea unor turbulente suplimentare se practica inclinarea bratelor ca 35-45⁰ fata de axa arborelui sau montarea sicanelor verticale sau orizontale pe peretii recipientului.

Pentru instalatia proiectata s-a ales, pentru intensificarea procesului de amestecare, solutia montarii sicanelor verticale pe peretii vaselor in care vor va fi necesara amestecarea. Sicanele vor fi in numar de 4 deoarece diametrele vaselor in care va exista agitator nu este mai mare de 6 m, iar latimea lor va fi de 0,06 din diametrul vaselor deoarece vascozitatea amestecurilor nu va fi mare.

Datorita utilizarii in instalatie a substantelor corozive, agitatoarele vor fi protejate cu straturi anticorozive, mai precis ele vor fi emailate.

Agitatoarele cu brate lucreaza la turatii mici (20-100 rot/min), deci si agitatoarele utilizate in instalatie vor lucra la turatii mici de circa 50 rot/min, iar puterea de regim consumata nu va depasi 50KW.

Figura 2: Amestecator cu brate cu paleta

5. Dimensionarea decantorului cu functionare discontinua. Schita

Decantorul este un utilaj in care se realizeaza operatia de sedimentare in camp gravitational, adica separarea sistemelor eterogene fluide in fazele componente prin actiunea diferentiata a unei forte externe (gravitatia) asupra fazelor de densitati diferite.

Decantorul discontinuu este un utilaj format dintr-un recipient cilindric sau paralelipipedic de arie foarte mare, de regula orizontal si ingropat, in care suspensia ramane un timp, cat are loc sedimentarea; faza lichida este decantata cu un sifon basculant sau prin robinete aflate la diferite inaltimi in peretele decantorului, iar sedimentul este indepartat manual.

Elemente de calcul:

Se considera elementul preponderent din sistemul eterogen avut ca fiind CuCO₃Cu(OH)₂ care are proprietatile: diametrul particulei (d_p) de 0,2 mm si densitatea particulei (ρ_p) de 1520 Kg/m³, iar mediul in care se produce sedimentarea ca fiind un mediu apos (densitate ρ_m=1000 Kg/m³ si vascozitate η_m=10^-3 Pa s).

Se alege domeniul de sedimentare cu ajutorul criteriului lui Arhimede:

unde: Ar - criteriul lui Arhimede;

d_p - diametrul particulei de suspensie;

ρ_p - densitatea particulei;

ρ_m - densitatea mediului de sedimentare;

g - acceleratia gravitationala;

η_m - vascozitatea mediului de sedimentare.

Deoarece criteriul Ar este situat in intervalul: 18<Ar<3.3*10⁵, regimul in care va avea loc sedimentarea va fi regimul Allen. In acest caz viteza de sedimentare se va calcula astfel:

  Cu viteza de sedimentare calculata mai sus se va verifica daca intr-adevar regimul de sedimentare este regimul Allen. Aceasta verificare se va face prin calcularea criteriului Reynolds care va trebui sa se situeze in intervalul: 1<Re<1000 pentru ca regimul de sedimentare sa ramana acelasi.

Cum Re se afla in intervalul dorit, regimul de sedimentare ramane acelasi.

Cu datele de mai sus si cunoscand: debitul volumetric de suspensie (G_v,s) de 22,66 m³/h, factorul de corectie k, care tine seama de influenta diversilor factori asupra vitezei de sedimentare, aflat in intervalul 1,3÷1,8 si timpul de sedimentare (τ_s) de 1h (3600s) se vor calcula dimensiunile decantorului.

unde: A - aria decantorului;

d - diametrul decantorului;

h - inaltimea utila a decantorului;

τ_s - timpul de sedimentare;

w₀ - viteza de sedimentare;

k - factor de corectie;

G_v,s - debitul volumetric de suspensie.

Figura 3: Decantor discontinuu cu sifon basculant (S - suspensie; d - decantat; n - namol sau sediment)

1 - corp; 2 - sifon basculant; 3 - scripete de actionare a sifonului.

6. Dimensionarea instalatiei de filtrare. Schita

Filtrarea este operatia de separare a sistemelor eterogene fluid - solid in fazele componente cu ajutorul unui strat filtrant cu structura poroasa care retine solidul si este permeabil numai pentru fluid. Utilajele in care se realizeaza aceasta operatie se numesc filtre care pot fi cu functionare continua sau discontinua.

Operatia de filtrare se compune din etapele: retinerea particulelor solide de catre stratul filtrant; retinerea particulelor de catre stratul de sediment depus; indepartarea stratului de sediment depus pe filtru si regenerarea stratului filtrant, operatie care consta in spalarea si destuparea porilor stratului filtrant prin trecerea unui curent de fluid in acelasi sens sau in sens invers curgerii in filtrare.

Figura 4: Principiul filtrarii

1 - suport strat filtrant; 2 - strat filtrant; 3 - sediment; 4 - suspensie.

Filtrarea este influentata de urmatorii factori: granulometria fazei solide, forma particulelor solide, suprafata specifica a fazei solide, vascozitatea suspensiei si a fazei lichide, temperatura de filtrare, presiunea de filtrare, stratul filtrant.

In functie de modul de functionare al filtrului, pentru instalatia proiectata s-a ales un filtru cu functionare continua. Acest filtru lucreaza fara intrerupere o perioada mai mare de timp (saptamani sau luni). Din aceasta categorie fac parte si filtrele celulare.

Constructia filtrelor celulare asigura, prin divizarea suprafetei de filtrare in sectiuni, succesiunea tuturor fazelor filtrarii, astfel incat operatia de filtrare, in ansamblu se desfasoara continuu. Fiecare celula a filtrului se comporta ca un filtru nuce de sine statator, trecand in timpul unui ciclu de filtrare prin toate fazele filtrarii.

Filtrele celulare sunt recomandate pentru filtrarea debitelor mari de suspensie cu continut mare de faza solida, a suspensiilor cu particule solide de dimensiuni relativ mari (1 - 150 μm) sau cand se cere o spalare eficienta a sedimentului.

Unele dintre cel mai des utilizate filtre celulare sunt filtrele cu tambur rotativ, care sunt utilaje mari, cu suprafete de filtrare de 1 - 100 m² si de aceea a fost ales un astfel de filtru pentru a separa suspensia rezultata din aceasta instalatie.

Figura 5: Filtru celular cu tambur rotativ tip Oliver

1 - tambur; 2 - celule; 3 - strat filtrant; 4 - tuburi de legatura; 5 - arbore tubular; 6 - cap de distributie; 7 - roata dintata de actionare; 8 - cutit sau rola de descarcare; 9 - cuva cu suspensie; 10 - agitator pendular; 11 - conducta apa de spalare; 12 - conducta alimentare cu suspensie; 13 - tesatura de sarma.

Elemente de calcul:

Umiditatea pana la care se va filtra este:

Alte date: grosimea stratului de precipitat (δ_p) de 0,01 m, numarul de turatii al tamburului (n) de 1 rot/min.

Bibliografie:

Prof. dr. ing. Gheoghita Jinescu - " Procese hidrodinamice si utilaje specifice in industria chimica"

STAS de tevi

Catalog cu diagramele caracteristicilor pompei.