Расчет и проектирование гидроциклона для комплексной технологии глубокой очистки промышленных сточных вод (стр. 3 из 5)

В канале пропорционального водораспределительного устройства многоярусного гидроциклона скорость восходящего потока должна быть не менее 0,4 м/с.

Для равномерного распределения воды между гидроциклонами их водосливные кромки должны располагаться на одной отметке, а на подводящих трубопроводах должны быть установлены водоизмерительные устройства.

Угол наклона образующей для конических диафрагм в открытых гидроциклонах в каждом случае задается с учетом свойств выделяемого осадка, но не менее 45°.

Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены как из стали, так и из неметаллических материалов (ткань, пластик и т.д.).

3.2 Напорные гидроциклоны

На очистных сооружениях в напорных гидроциклонах производится сгущение сточных вод и осадков. Поскольку объем сгущенного продукта в этих аппаратах может составлять всего 2,5 - 10% начального объема обрабатываемой суспензии, технологическая операция сгущения дает значительную экономию материальных затрат на строительство очистных сооружений и участков обработки осадков. Происходит эффективная отмывка минеральных частиц от налипших на них органических загрязнений, например, на очистных сооружениях нефтеперерабатывающих заводов при обработке песка из песколовки или при отмывке песчаной загрузки фильтров при её гидроперегрузке.

В многоярусном гидроциклоне (рис.4), состоящем из конической 1 и цилиндрической 9 частей, рабочий объем разделен коническими диафрагмами 10 на отдельные ярусы (зоны), работающие независимо одна от другой. В основе работы такого аппарата лежит принцип тонкослойного отстаивания. Исходная смесь поступает в аванкамеры 3 с распределительными лопатками 16 и равномерно распределяется между ярусами 12. Вода из аванкамер 3 выводится через три щели 11, расположенные по окружности циклона через 120° и равномерно по его высоте. Поступающая сточная вода движется по нисходящей спирали к центру. Частицы тяжелее воды оседают на нижних диафрагмах ярусов, сползают к центру и, попав под шламозадерживающие козырьки 13, через кольцевую щель 2 опускаются в коническую часть. Масло с примесями, выделившееся в ярусах, всплывает к верхним коническим диафрагмам 10, задерживается перегородкой 6 и попадает в водосборник, откуда маслосборными воронками 7 через трубы 4 удаляется из гидроциклона. Осветленная вода выводится через три тангенциальных выпуска 14. В центральной части циклона жидкость поднимается вверх, через водослив 5 переливается в лоток 8 и удаляется из циклона. Осадок из конической части 1 удаляется через разгрузочное отверстие 15 под действием гидростатического напора.

Рис.4. Многоярусный низконапорный гидроциклон

1 и 9 - коническая и цилиндрическая части; 2 - кольцевая щель; 3 - аванкамеры; 4 - труба; 5 - водослив; 6 - перегородки; 7 - маслосборные воронки; 8 - лоток; 10 - конические диафрагмы; 11 - щели; 12 - ярусы; 13 - шламозадерживающие козырьки; 14 - выпуски; 15 - разгрузочное отверстие; 16 - распределительная лопатка.

4. Производство сахарного песка

4.1 Сахар-песок

Основные российские технические условия на сахар-песок, предназначенный для реализации в торговой сети, для промышленной переработки и других целей (по ГОСТ 21-94 "Сахар-песок. Технические условия") Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов 0,2 - 2,5 мм.

Органолептические показатели:

вкус и запах - сладкий, без постороннего привкуса и запаха, как в сухом сахаре, так и в его водном растворе;

сыпучесть - сыпучий (для промышленной переработки допускаются комки, разваливающиеся при легком нажатии);

цвет - белый (для промпереработки допускается белый с желтоватым оттенком);

чистота раствора - раствор сахара должен быть прозрачным или слабо опалесцирующим, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних примесей.

Физико-химические показатели (значение в скобках - для промпереработки):

массовая доля (в пересчете на сухое вещество):

сахарозы, не менее 99,75% (99,55%)

редуцирующих веществ (продуктов разложения сахарозы), не более 0,050% (0,065%)

золы, не более 0,04% (0,05%)

ферропримесей (размером не выше 0,5 мм), не более 0,0003%

массовая доля влаги, не более 0,14% (0,15%)

массовая доля влаги для длительного хранения при отгрузке (0,1%)

цветность, единиц оптической плотности, не более: 104 (195)

Сахар-песок упаковывают (фасуют):

в бумажные или полиэтиленовые пакеты массой нетто 0,5 и 1,0 кг;

в пакетики из комбинированного материала массой нетто 5 - 20 г;

в коробки и термоусадочную пленку (пакеты и пакетики);

в тканевые мешки массой нетто 50 кг;

в мягкие контейнеры массой нетто 1,0 т;

в бумажные мешки массой нетто 40 кг (для перевозки автотранспортом)

В целях длительной сохранности сахара при наиболее легко достигаемых условиях (температура окружающей среды 10-30оС и относительной влажности воздуха 50-70%) влажность сахара-песка должна быть в пределах 0,02-0,04% при бестарном его хранении и не более 0,14% при хранении его в затаренном виде.

При трении кристаллов друг о друга и о поверхность возникает статическое электричество. Сахар-песок является взрывоопасным веществом. Нижний концентрационный предел взрываемости сахарной пыли 10,3-17,5 г/м3. Верхний предел взрываемости 13500 г/м3.

Особо опасна сахарная пыль с размером частиц менее 0,03 мм (т.е. пудра). Она образуется не только в процессе размола, но и в процессе сушки, охлаждения, транспортирования и упаковки сахара. Возможности взрыва способствуют следующие условия: наличие кислорода, соответствующая концентрация пылевоздушной среды (от 10 до 300 г/м3), наличие источника воспламенения (искра, открытое пламя). При 20 г сахарной пыли в 1 м3 воздуха видимость бывает не более 1м.

Теплофизические характеристики сахара-песка зависят от дисперсности и формы отдельных кристаллов и в усредненном виде имеют следующие значения:

насыпная (объемная) масса (кг/м3):

• влажного - 800-900 • сухого - 750-900 • комков - 800 • пудры - 480-800 угол естественного откоса (град):

• влажного - 50-70 • сухого - 40-45 • комков - 35 удельная теплоемкость (кДж/кг• ° С):

• сухого - 1,170-1,250 • пудры - 1,081-1,132 коэффициент теплопроводности (Вт/м • ° С):

• сухого - 0,117-0,138 • пудры - 0,046-0,110 энергетическая ценность (калорийность) - 3,98 ккал/г предельно допустимая концентрация сахарной пыли в воздухе рабочей зоны - не более 6 мг/м3.

4.2 Особенности производства

Диффузионный сок содержит примерно 16…19% сухих веществ из них 14…17% сахарозы и около 2% несахаров. Все сахара в большей или меньшей степени затрудняют получение кристаллической сахарозы и увеличивают ее потери с мелассой. Одна часть несахаров при кристаллизации способна удерживать в растворе 1,2…1,5 части сахарозы. Поэтому одной из важнейших задач технологии сахарного производства является максимальное удаление несахаров из сахарных растворов.

В состав несахаров входят многочисленные вещества: органические кислоты, белки, пектины, жиры, редуцирующие вещества (продукты разложения сахарозы в водных растворах на глюкозу и фруктозу под действием ионов водорода или ферментов), красящие вещества и др. Несахара обладают широким спектром физико-химических свойств, что обусловливает различную природу реакций, приводящих к удалению их из диффузионного сока.

Последовательность основных этапов физико-химической очистки диффузионного сока следующая: предварительная дефекация, основная дефекация, I сатурация, II сатурация, отделение осадка, сульфитация.

Дефекация - процесс обработки диффузионного сока известью (известковым мелом). Целью предварительной дефекации являются коагуляция и осаждение под действием дегидратирующих свойств ионов, белков, пектиновых и других веществ коллоидной дисперсности, а также образование хорошей структуры осадка. Кроме коагуляции и осаждения белково-пектинового комплекса, на предварительной дефекации происходит реакция нейтрализации кислот и осаждения солей кальция. Главной задачей основной дефекации является разложение амидов кислот, солей аммония, редуцирующих веществ, омыление жиров, а также создание избытка извести, необходимой для получения достаточного количества осадка СаСО₃ на I сатурации.

Сатурация - процесс обработки дефекованного сока сатурационным газом, содержащим диоксид углерода (СО₂). В результате чего образуются кристаллы карбоната кальция, на поверхности которых в свою очередь адсорбируются частицы несахаров. После I сатурации осадок карбоната кальция с адсорбированными несахарами и коагулятом отделяют отстаиванием или фильтрованием и выводят в отходы. Затем в сок добавляют известь и проводят II дефекацию. На II сатурации в результате химических реакций на поверхности образующегося осадка СaCO₃ осаждаются соли кальция и другие несахара. После этого снова от сока отделяется сатурационный осадок.

Сульфитация - процесс обработки сока или сиропа сернистым газом или сернистой кислотой. Сульфитация проводится с целью снижения вязкости сахаросодержащих растворов и понижения их окрашенности. Сульфитированный сироп фильтруют для отделения осадка.

Количество несахаров в исходном сырье существенно влияет на эффективность процесса очистки сока: чем их больше, тем труднее добиться требуемой чистоты, т.е. массовой доли сахарозы в пересчете на сухие вещества. Соотношение между количествами сахарозы и несахаров в свекле зависит от ее технологических свойств. В частности, цветущие корнеплоды имеют пониженное (на 2…3%) содержание сахарозы и повышенное количество редуцирующих веществ. Чистота свекловичного сока в подвяленных корнеплодах ниже на 4…12%, чем у нормальной свеклы. Из корнеплодов с сильными механическими повреждениями при гидроподаче на переработку вымывается в транспортерно-моечную воду до 0,16…0,30% сахарозы. При наличии зеленой массы на корнеплодах снижается чистота диффузионного сока на 1,7…2,6%. Естественно, что при хранении перечисленных дефектных корнеплодов ухудшение показателей их качества происходит более интенсивно, чем у нормальной свеклы. Таким образом, заготовка и переработка свеклы ухудшенного качества приводит к потерям сахара и, в конечном счете, снижает конкурентоспособность свеклосахарного производства.