Флокулятор

Флокулятор, до складу якого входить вертикальний циліндричний корпус, вн утрішня циліндрична перфорована перегородка, яка розміщена коаксіально корпусу, розташовані горизонтально патрубки для підведення води, діафрагма і лотік для збирання освітленої води в верхній частині, патрубок для відведення осаду в нижній частині та скребковий механізм з приводом, який відрізняється тим, що патр убки для підведення води установлені так, що вісь кожного патрубка перетинає перпендикулярну до неї радіальну площину на відстані від стінки корпусу, що визначається за формулою: l=0,5(R-R 1), де l - відстань від стінки корпусу флокулятора до точки перетину осі кожного патрубка з перпендикулярною до неї радіальною площиною, мм, R - радіус флокулятора, мм, R1 радіус внутрішньої циліндричної перфорованої перегородки, мм, а зріз патрубка дотикається до внутрішньої стінки корпусу. UA (21) a200507837 (22) 08.08.2005 (24) 10.01.2008 (72) ЕПШТЕЙН СЕМЕН ЙОСИПОВИЧ, UA, МУЗИКІН А ЗОЯ СЕМЕНІВНА, UA, ПАНТЕЛЯТ ГАРРІ СЕМЕНОВИЧ, U A (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВОТЕХНІЧНИЙ ЦЕНТР З ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДН АННЯ, ОБРОБКИ МЕТАЛІВ, ЗАХИСТУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ТА ВИКОРИСТАННЯ ВТОРИННИХ РЕСУРСІВ ДЛЯ МЕТАЛУРГІЇ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ "ЕНЕРГОСТАЛЬ", U A (56) Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. 521 с. Эпштейн С.И. Определение оптимального объёма камеры флокуляции// Журнал прикладной химии, №4, 1986. С.812 816. SU 912288, 25.08.1982 Левин Г.М., Пантелят Г.С., Ванштейн И.А., С упрун Ю.М. За щита водоёмов от загрязнения сточными водами предприятий чёрной металургии. - М.: Металургия, 1978. - С.26. C2 2 (19) 1 3 81456 здійснення достатньо повного процесу збільшення частинок зависі за невеликої зони флокуляції в такому пристрої. Струмина вхідної води, потрапляючи в такий гідроциклон-флоклятор за дотичною, прямує за вигином стінки його корпусу та розпластується у вертикальному напрямі, зменшуючись за товщиною в радіальному напрямі. При цьому струмина з круглої перетворюється в плоску пристінну, що складається з двох примежових шарів: пристінного та вільного турбулентного [Абрамович Г.Н. Теория турбулентных стр уй. - Μ.: Физматгиз, 1960. - С.516]. Згідно зі схемою поширення струмини за тангенціального підведення води область між стінкою циліндричного корпусу 1 та лінією а являє пристінний примежовий шар, а між лініями а та б являє вільний турбулентний шар. Товщина пристінного шару приблизно в 10 разів менше, ніж товщина вільного турбулентного шару [Абрамович Г.Н. Теория, турбулентных струй . - Μ.: Физматгиз, 1960. – С.521]. Через це в пристінному примежовому шарі спостерігаються великі величини градієнтів швидкості, які значно перевищують оптимальні значення, при яких відбувається флокуляція завислих речовин [Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. - М.: Наука, 1977. - С.150], тобто в ньому процеси флокуляції майже не відбуваються. Найбільш сприятливі умови для флокуляції створюються у вільній турбулентній струмині [Филиппов Ю.М. Исследование процесса агрегации дисперсных частиц в жидких и газообразных середах: Дис... канд. тех. наук: 1970. - М., 1971. - С.67]. В такому ж гідроциклоні-флокляторі вхідна струмина утворює вільний турбулентний шар тільки з одного боку, тобто об'єм зони, в якій створюються сприятливі умови для флокуляції, зменшується. В основу винаходу, що заявляється, поставлено задачу створити такий флокулятор, який за рахунок збільшення об'єму зони флокуляції дозволить підвищити ефективність очищення води, надійність роботи та забезпечить зниження собівартості виготовлення пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у флокуляторі, до складу якого входить вертикальний циліндричний корпус, вн утрішня циліндрична перфорована перегородка, яка розміщена коаксіально корпусу, розташовані горизонтально патрубки для підведення води, діафрагма і лотік для збирання освітленої води в верхній частині, патрубок для відведення осаду в нижній частині та скребковий механізм з приводом, згідно з винаходом, патрубки для підведення води установлені так, що вісь кожного патрубка перетинає перпендикулярну до неї радіальну площину на відстані від стінки корпусу, що визначається за формулою: де l - відстань від стінки корпусу флокулятора до точки перетину осі кожного патрубка з перпендикулярною до неї радіальною площиною, 4 мм, R - радіус флокулятора, мм, R1 радіус вн утрішньої циліндричної перфорованої перегородки, мм, а зріз патрубка дотикається внутрішньої стінки корпусу. Установлення патрубків для підведення води так, що вісь кожного патрубка перетинає перпендикулярну до неї радіальну площину навідстані від стінки корпусу, що визначається за формулою І=0,5 (R-R 1), де l - відстань від стінки корпусу флокулятора до точки перетину осі кожного патрубка з перпендикулярною до неї радіальною площиною, мм; R радіус флокулятора, мм; R1 - радіус вн утрішньої циліндричної перфорованої перегородки, мм; а зріз патрубка дотикається внутрішньої стінки корпусу, дозволяє отримати в камері флокуляції вхідн у струмину з вільним турбулентним шаром, який забезпечує найбільш сприятливі умови для флокуляції за всім її об'ємом, тобто таку стр умину можна вважати вільною, що, в свою чергу, забезпечує збільшення об'єму зони флокуляції, а все це разом сприяє підвищенню ефективності очищення води, надійності роботи та забезпеченню зниження собівартості виготовлення пристрою. Сутність винаходу пояснюється кресленнями. На кресленнях зображено: - Фіг.1 - флокулятор, вид збоку; - Фіг.2 - переріз А - А на Фіг.1; - Фіг.3 - переріз Б - Б на Фіг.2; - Фіг.4 - схема поширення струмини в камері флокуляції винаходу, що заявляється (варіанти); - Фіг.5 - схема утворення вільної турбулентної струмини; До складу флокулятора входить вертикальний циліндричний корпус 1 з конічним або плоским днищем, внутрішня циліндрична перфорована перегородка 2, яка розміщена коаксіально корпусу 1 на певній відстані від днища, розташовані горизонтально патрубки 3 для підведення води. В верхній частині корпусу 1 розміщенні діафрагма 4 і лотік 5 для збирання освітленої води. В нижній частині корпусу 1 розміщений патрубок 6 для відведення осаду. Всередині корпусу 1 розміщений вал 7 скребкового механізму з приводом. При цьому патрубки 3 для підведення води установлені так, що вісь кожного патрубка 3 перетинає перпендикулярну до неї радіальну площину p на відстані від стінки корпусу 1, що визначається за формулою: l=0,5 (R-R1), де l відстань від стінки корпусу флокулятора до точки перетину осі кожного патрубка з перпендикулярною до неї радіальною площиною, мм; R - радіус флокулятора, мм; R1 – радіус внутрішньої циліндричної перфорованої перегородки 2, мм. Крім того, кільцевий зріз кожного патрубка 3 дотикається внутрішньої стінки корпусу 1, тобто зовнішня твірна циліндричної стінки кожного патрубка 3 є дотичною до циліндричної внутрішньої стінки корпусу 1. Для обґрунтування відмітних ознак винаходу, що заявляється, розглянемо затоплену турбулентн у стр умину (дивись Фіг.5), що ви ходить з патрубка діаметром d=2r0 у нерухливу рідину 5 81456 [Абрамович Г.Н. Теория турбулентных стр уй. - Μ.: Физматгиз, 1960. - С.10]. Швидкість витікання в площині a зрізу патрубка можна прийняти постійною та рівною n 0. Діаметр ядра струмини, тобто області постійних швидкостей, зменшується з віддалення від площини a зрізу патрубка. Довжина області (хпоч - х0), де на осі зберігається швидкість n 0 , дорівнює 8r0=4d. Це так звана початкова ділянка. Радіус струмини в кінці, початкової ділянки (rпоч) дорівнює rпоч=2,16r0 [витікає з залежностей, наведених в роботі: Абрамович Г.Н. Теория турбулентных стр уй. - М.: Физматгиз, 1960. - С.191, 198]. За початковою ділянкою йде перехідна ділянка (хпер-хпоч), довжиною 0,5хпоч»4r0=2d, а потім основна ділянка, діаметр струмини d=2rосн на якій визначається за залежністю rосн=0,22х, де x відстань від площини a зрізу патрубка для підведення води до площини перерізу, що розглядається (Фіг.4). На початку основної ділянки (тобто в кінці перехідної), при х=6d=12r0, радіус струмини дорівнює 1,32d=2,64r0=0,22×12r0. На початковій, перехідній та основній ділянках відбувається турбулентне змішування струмини з навколишньою рідиною, що обумовлює флокуляцію завислих частинок. Кожна ділянка струмини, яка знаходиться між перерізами х0 та x1 (або х0 та х2, або х0 та х3 (дивись Фіг.5), х0 та x (дивись Фіг.4), є зоною флокуляції. Чим більше об'єм зони флокуляції, тим повніше протікає процес збільшення частинок. Мета полягає в тому, щоб розмістити патрубки для підведення води так, щоб вхідна струмина була вільною, а об'єм зони флокуляції від початку струмини до її перетину зі стінками був якомога більшим. У флокуляторі радіусом R з циліндричною перфорованою перегородкою радіусом R1, яка утворює кільцеву камеру флокуляції, доцільно, щоб об'єм кільцевої камери флокуляції складав 0,25¸0,30 загального об'єму [Эпштейн С.И. Определение оптимального объема камеры флокуляции // Журнал прикладной химии, №4, 1986. С.812-816]. Цьому відповідає R1=(0,866¸0,837)R, ширина камери флокуляції RR1=(0,134¸0,163)R Радіус патрубків для підведення води (r0) зазвичай знаходиться в межах (0,02¸0,03)R. За таких співвідношень R, R1, r0 В разі, коли патрубок врізаний в корпус таким чином, що його вісь перетинає перпендикулярну осі радіальну площинуρ на відстані від стінки корпусу l, що визначається за формулою l=0,5(R-R1), а зріз патрубка, який являє собою кільце, дотикається стінки корпусу, то діаметр вільної струмини вхідної рідини в площині p приблизно дорівнює (R-R1), тобто межа струмини в площині p майже дотикається стінки корпусу флокулятора та циліндричної перфорованої перегородки (дивись Фіг.4). Цю область від початку стр умини до площини р, в якій вона дотикається захисних конструкцій (стінки флокулятора та перегородки), можна 6 вважати зоною флокуляції. Якщо патрубок для підведення води ввести всередину флокулятора так, що його зріз не дотикається корпусу (наблизити до площини р), тоді відстань (за віссю патрубка) від зрізу до проекції на вісь патрубка точки перетину струмини зі стінкою корпусу зменшиться, тобто зменшиться об'єм зони флокуляції. Те ж саме відбудеться якщо відстань від точки перетину осі патрубка з площиною р до стінки флокулятора зменшити (на Фіг.4 це означає змістити патрубок вліво). Якщо ж цю відстань збільшити, то точка перетину межі струмини з перегородкою наблизиться до патрубка, тобто знов зона флокуляції зменшиться. Таким чином запропоноване розташування патрубка для підведення води є оптимальним. З огляду на викладене вище і з ура хуванням розкритого причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, що отриманий за їх допомогою, можна стверджувати, що задача поставлена в основу створення нового флокулятора цілком вирішена, бо використання винаходу за рахунок збільшення об'єму зони флокуляції дозволяє підвищити ефективність очищення води, надійність роботи та забезпечує зниження собівартості виготовлення пристрою. Флокулятор працює таким чином. Забруднена вода надходить в корпус 1 патрубками 3. В камері флокуляції, яка утворена внутрішньою стінкою корпусу 1 і внутрішньою циліндричною перфорованою перегородкою 2, відбувається збільшення частинок зависі, причому основна частина цього процесу відбувається в зоні змішування струмини, яка входить патрубками 3, з водою, що знаходиться в камері флокуляції. Потім вода з флокулами, що утворилися, через отвори у внутрішній циліндричній перфорованій перегородці 2 надходить в середину простору, обмеженого перегородкою 2, де і відбувається випадення завислих речовин в осад. Освітлена вода через отвір в діафрагмі 4 надходить в лотік 5 для збирання освітленої води та виводиться з флокулятора. Осад, який випадає, видаляється через патрубок 6 під час обертання валу 7 скребкового механізму з приводом. Зазначене вище розміщення патрубків 3 для підведення води на освітлення призводить до того, що об'єм зони змішування вхідної струмини з рідиною, яка знаходиться в камері флокуляції, має оптимальне значення. Це призводить до того, що ефективність флокуляції і, відповідно, освітлення води в флокуляторі за винаходом підвищується, в порівнянні з апаратами, в яких патрубки для підведення води розташовані тангенціально, тобто зовнішня твірна циліндричної стінки патрубка є дотичною до циліндричної стінки корпусу. 7 81456 8