intTypePromotion=1
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ KỸ thuật: Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng răng cào trong công nghiệp tuyển khoáng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

19
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xử lý nước thải là một vấn đề hết sức quan trọng, nhằm làm giảm được ảnh hưởng của nước thải đối với môi trường, tiết kiệm đáng kể nước sản xuất và thu hồi quặng đuôi có giá trị kinh tế cao. Một trong những thiết bị quan trọng trong dây chuyền xử lý nước thải là thiết bị lắng răng cào. Thiết bị có tác dụng lắng sơ bộ trong quá trình xử lý nước thải. Đề tài nghiên cứu sẽ tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ KỸ thuật: Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng răng cào trong công nghiệp tuyển khoáng

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÊ HẢI KIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- LÊ HẢI KIÊN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ LẮNG RĂNG CÀO TRONG CÔNG NGHIỆP TUYỂN KHOÁNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC KHOÁ 2015A Hà Nội – Năm 2017
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- LÊ HẢI KIÊN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ LẮNG RĂNG CÀO TRONG CÔNG NGHIỆP TUYỂN KHOÁNG Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Nguyễn Đặng Bình Thành 2. TS. Nguyễn Trung Dũng Hà Nội – Năm 2017
  3. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................1 LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................2 DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................3 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.................................................................4 LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................7 1.1. Tổng quan về thiết bị lắng răng cào.................................................................7 1.1.1. Giới thiệu ..................................................................................................7 1.1.2. Các vùng làm việc trong thiết bị lắng kiểu răng cào ................................9 1.1.3. Các biến điều khiển của quá trình lắng trong thiết bị lắng răng cào ......11 1.2. Các phương pháp thiết kế thiết bị lắng răng cào ...........................................12 1.2.1. Phương pháp Mishler .............................................................................12 1.2.2. Phương pháp Coe và Clevenger .............................................................13 1.2.3. Phương pháp thiết kế dựa vào lý thuyết lắng của Kynch .......................16 1.2.4. Phương pháp của Talmage và Fitch .......................................................18 1.2.5. Phương pháp của Oltmann .....................................................................19 1.2.6. Phương pháp của Wilhelm và Naide ......................................................20 1.3. Mô hình hóa quá trình và thiết bị lắng ...........................................................22 1.3.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................22 1.3.2. Các phương trình cơ bản của quá trình lắng...........................................24 1.3.3. Mô hình toán học quá trình lắng gián đoạn ............................................27 1.3.4. Mô hình toán học quá trình lắng liên tục................................................28 LÊ HẢI KIÊN
  4. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng 1.3.5. Mô hình toán học quá trình lắng liên tục và ổn định ..............................29 1.4. Lựa chọn đối tượng ........................................................................................31 1.4.1. Công nghiệp tuyển than ..........................................................................31 1.4.2. Công nghiệp tuyển đồng .........................................................................32 1.5. Kết luận ..........................................................................................................33 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ .......................................................34 2.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm .................................................................34 2.2. Kết quả thực nghiệm mẫu nước thải của nhà máy tuyển than I ....................37 2.2.1. Xác định các thông số đặc trưng của hàm vận tốc lắng Vesilind ...........38 2.2.2. Xác định các thông số đặc trưng của hàm mật độ thông lượng rắn .......41 2.2.3. Xác định các thông số đặc trưng của hàm ứng suất nén ép pha rắn .......44 2.2.4. Kết luận...................................................................................................46 2.3. Kết quả thực nghiệm của mẫu nước thải của tuyển than II ...........................46 2.3.1. Xác định các thông số đặc trưng của hàm vận tốc lắng Vesilind ...........48 2.3.2. Xác định các thông số đặc trưng của hàm mật độ thông lượng rắn .......51 2.3.3. Xác định các thông số đặc trưng của hàm ứng suất nén ép pha rắn .......54 2.3.4. Kết luận...................................................................................................55 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ LẮNG ....................56 3.1. Cơ sở lý thuyết ...............................................................................................56 3.1.1. Quá trình lắng gián đoạn ........................................................................57 3.1.2. Quá trình lắng làm việc liên tục, ổn định ...............................................57 LÊ HẢI KIÊN
  5. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng 3.2. Mô hình hóa thiết bị lắng nhà máy tuyển than I – Công ty tuyển than Cửa Ông........................................................................................................................58 3.2.1. Các thông số của thiết bị lắng nhà máy tuyển than I ..............................58 3.2.2. Mô hình hóa quá trình lắng gián đoạn ....................................................59 3.2.3. Mô hình hóa quá trình thiết bị lắng làm việc liên tục, ổn định ..............61 3.2. Mô hình hóa thiết bị lắng nhà máy tuyển than II – Công ty tuyển than Cửa Ông........................................................................................................................65 3.3. Mô hình hóa thiết bị lắng tuyển đồng ............................................................69 3.4. Phương pháp thiết kế thiết bị lắng răng cào ..................................................72 3.4.1. Sơ đồ thuật toán thiết kế thiết bị lắng răng cào ......................................72 3.4.2. Thiết kể thiết bị lắng tuyển than I – Công ty tuyển than Cửa Ông ........73 3.5. Kết luận ..........................................................................................................74 KẾT LUẬN ..............................................................................................................75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................77 PHỤ LỤC .................................................................................................................79 LÊ HẢI KIÊN
  6. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và nội dung này chưa từng được công bố trong bất kì công trình nghiên cứu nào trước đó. Hà Nội, ngày 3 tháng 4 năm 2017 Học viên Lê Hải Kiên LÊ HẢI KIÊN 1
  7. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân là sự quan tâm của các thầy cô giáo; sự động viên và ủng hộ của gia đình, bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện đề tài. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Đặng Bình Thành và TS. Nguyễn Trung Dũng, những người đã dạy dỗ, hướng dẫn tận tình và sâu sắc qua từng buổi thí nghiệm cũng như những buổi thảo luận về nội dung, phương pháp trong nghiên cứu khoa học và thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô ở Bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí, Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các cán bộ tại Công ty tuyển than Cửa Ông ... đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và bạn bè, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên Phòng thí nghiệm Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 3 tháng 4 năm 2017 Học viên Lê Hải Kiên LÊ HẢI KIÊN 2
  8. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số của thiết bị lắng răng cào nhà máy tuyển than I ...........32 Bảng 2.1: Thời gian tương ứng chiều cao lắng của nước thải tuyển than I .........37 Bảng 2.2: Hàm lượng pha rắn k và vận tốc lắng vs của tuyển than I.................39 Bảng 2.3: Các thông số đặc trưng k và n của mẫu nước thải tuyển than I...........41 Bảng 2.4: Mật độ thông lượng pha rắn của mẫu nước thải tuyển than I ............42 Bảng 2.5: Các thông số đặc trưng u∞ và c của mẫu nước thải tuyển than I .........43 Bảng 2.6: Các thông số đặc trưng α và β của mẫu nước thải tuyển than I ..........45 Bảng 2.7: Thời gian tương ứng chiều cao lắng của nước thải tuyển than II ........47 Bảng 2.8: Hàm lượng pha rắn k và vận tốc lắng vs của tuyển than II ...............49 Bảng 2.9: Các thông số đặc trưng k và n của mẫu nước thải tuyển than II .........51 Bảng 2.10: Mật độ thông lượng pha rắn của mẫu nước thải tuyển than II ..........52 Bảng 2.11: Các thông số đặc trưng u∞ và c của mẫu nước thải tuyển than II .....54 Bảng 2.12: Các thông số đặc trưng α và β của mẫu nước thải tuyển than II .......55 Bảng 3.1: Thông số thực tế của thiết bị lắng nhà máy tuyển than I .....................59 Bảng 3.2: Thông số kích thước hạt rắn vào thiết bị .............................................59 Bảng 3.3: Số liệu đầu cho các thí nghiệm lắng gián đoạn của tuyển than I ........59 Bảng 3.4: Số liệu về tính chất của nước thải và thiết bị lắng của tuyển than I ....63 Bảng 3.5: Các thông số cho hàm fbk và hàm σe của nước thải tuyển than I .........63 Bảng 3.6: Số liệu đầu cho các thí nghiệm lắng gián đoạn của tuyển than II .......66 Bảng 3.7: Các thông số cho hàm fbk và hàm σe của nước thải tuyển than II .......68 Bảng 3.8: Số liệu về tính chất của nước thải trong công nghiệp tuyển đồng ......69 Bảng 3.9: Các thông số cho hàm fbk và hàm σe của mẫu nước thải tuyển đồng ..70 Bảng 3.10: Số liệu thiết kế thiết bị lắng của nhà máy tuyển than Cửa Ông II .....73 Bảng 3.11: So sánh kết quả thiết kế với thiết kế thực tế của Công ty .................73 LÊ HẢI KIÊN 3
  9. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu tạo của thiết bị lắng kiểu răng cào ..................................................8 Hình 1.2: Sơ đồ 4 vùng làm việc trong thiết bị lắng răng cào ...............................9 Hình 1.3: Hàm lượng pha rắn theo vùng làm việc .................................................9 Hình 1.4: Các tham số trong thiết bị lắng răng cào .............................................11 Hình 1.5: Cân bằng vật chất theo phương pháp của Mishler ..............................12 Hình 1.6: Cân bằng vật chất theo phương pháp của Coe và Clevenger ..............14 Hình 1.7: Phân tích đường cong lắng gián đoạn ..................................................16 Hình 1.8: Phương pháp thiết kế dựa trên lý thuyết gián đoạn Kynch .................18 Hình 1.9: Phương pháp thiết kế của Talmage và Fitch........................................18 Hình 1.10: Sự phụ thuộc của vận tốc lắng vào nồng độ đối với mẫu nước thải nhà máy tuyển than, theo Wilheim và Naide (1979) ............................................21 Hình 1.11: Dự đoán đường cong UA cho một thiết bị lắng răng cào lý tưởng xử lý nước thải nhà máy tuyển than, theo Wilhelm và Naide ...................................21 Hình 1.12: Hình minh họa giản đồ của một thiết bị lắng răng cào: .....................24 Hình 1.13: Hàm mật độ thông lượng pha rắn fbk   , Becker (1982)..................27 Hình 1.14: Hàm ứng suất rắn hiệu dụng  e   , Becker (1982) ..........................27 Hình 1.15: Hàm mật độ thông lượng liên tục cho một giá trị q và ba giá trị fF ...30 Hình 1.16: Biên dạng nồng độ đối cho một giá trị q và ba giá trị fF....................30 Hình 1.17: Sơ công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp tuyển đồng ...........33 Hình 2.1: Quá trình thực nghiệm lắng gián đoạn ................................................36 Hình 2.2: Đồ thị lắng gián đoạn ...........................................................................36 Hình 2.3: Đồ thị lắng gián đoạn của mẫu nước thải nhà máy tuyển than I .........38 Hình 2.4: Đồ thị mô tả quan hệ giữa vs và k của nước thải tuyển than I ...........40 Hình 2.5: Đồ thị xác định hai thông số đặc trưng hàm fbk của tuyển than I ........43 LÊ HẢI KIÊN 4
  10. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng Hình 2.6: Mối quan hệ giữa  e và  của mẫu nước thải tuyển than I ................45 Hình 2.7: Đồ thị lắng gián đoạn của mẫu nước thải nhà máy Tuyển than II......48 Hình 2.8: Đồ thị mô tả quan hệ giữa vs và k của nước thải tuyển than II .........50 Hình 2.9: Đồ thị xác định hai thông số đặc trưng hàm fbk của tuyển than II .......53 Hình 2.10: Mối quan hệ giữa  e và  của mẫu nước thải tuyển than II ............54 Hình 3.1: Sự thay đổi hàm lượng pha rắn theo t và z của tuyển than I ...............60 Hình 3.2: Sự thay đổi hàm lượng pha rắn của mẫu nước thải nhà máy tuyển than I tại các thời điểm khác nhau ................................................................................61 Hình 3.3: Đồ thị mô tả chiều cao lắng nén ép zc của mẫu nước thải nhà máy tuyển than I khi năng suất lắng thay đổi ...............................................................64 Hình 3.4: Đồ thị mô tả chiều cao lắng nén ép zc của mẫu nước thải nhà máy tuyển than I với năng suất Q = 200 m3/h và CD thay đổi ......................................65 Hình 3.5: Sự thay đổi hàm lượng pha rắn của mẫu nước thải nhà máy tuyển than II theo thời gian t và chiều cao z ...........................................................................66 Hình 3.6: Sự thay đổi hàm lượng pha rắn của mẫu nước thải nhà máy tuyển than II tại các thời điểm khác nhau ...............................................................................67 Hình 3.7: Chiều cao zc của nước thải tuyển than II khi năng suất là 150 m3/h...68 Hình 3.8: Chiều cao lắng nén ép zc của mẫu nước thải nhà máy tuyển than II khi năng suất là 200 m3/h ............................................................................................69 Hình 3.9: Đồ thị mô tả chiều cao lắng nén ép zc của mẫu nước thải nhà máy tuyển đồng khi năng suất lắng thay đổi ................................................................70 Hình 3.10: Chiều cao lắng nén ép khi lưu lượng Q = 40000 m3/h với hàm lượng pha rắn cuối thay đổi .............................................................................................71 LÊ HẢI KIÊN 5
  11. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển công nghiệp nhanh chóng mang lại nhiều lợi ích, nhưng bên cạnh đó nó cũng gây ra nhiều tác hại làm ảnh hưởng xấu đến môi trường và đe dọa đến sức khỏe con người, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước. Việc khan hiếm nguồn nước ngọt đã và đang gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái, các loài sinh vật, trong đó có con người. Do đó, xử lý nước thải là một vấn đề hết sức quan trọng, nhằm làm giảm được ảnh hưởng của nước thải đối với môi trường, tiết kiệm đáng kể nước sản xuất và thu hồi quặng đuôi có giá trị kinh tế cao. Một trong những thiết bị quan trọng trong dây chuyền xử lý nước thải là thiết bị lắng răng cào. Thiết bị có tác dụng lắng sơ bộ trong quá trình xử lý nước thải. Tuy nhiên, việc thiết kế, điều khiển và vận hành thiết bị lắng vẫn gặp phải nhiều sự cố không mong muốn khiến nước thải, nước thải không được xử lý đúng tiêu chuẩn yêu cầu, gây ô nhiễm môi trường, thất thoát tài nguyên. Do đó, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng răng cào trong công nghiệp tuyển khoáng” là cần thiết. Luận văn này gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Thực nghiệm – Kết quả Chương 3: Thiết kế và mô hình hóa thiết bị lắng Chương 4: Kết luận LÊ HẢI KIÊN 6
  12. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Tổng quan về thiết bị lắng răng cào 1.1.1. Giới thiệu Ngày nay, sự phát triển của nền công nghiệp trên toàn thế giới làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối với một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất..., chỉ 5 ngành sản xuất này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước sử dụng cho công nghiệp. Lượng nước thải sau các quá trình sản xuất công nghiệp đổ ra sông hồ chứa đầy những chất gây ô nhiễm, gây ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe của con người. Hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải. Tuy nhiên phương pháp sử dụng quá trình lắng vẫn được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp và đạt hiệu quả cao. Trong công nghiệp, phương pháp lắng trọng lực cho giá thành xử lý rẻ hơn các phương pháp khác, tuy nhiên thiết bị lắng cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích. Vì vậy phương pháp này thường được sử dụng để tách sơ bộ trước khi dùng phương pháp lọc hay ly tâm. Cơ chế làm việc của thiết bị lắng răng cào là lắng dưới tác dụng của trọng lực. Quá trình được tiến hành trong thiết bị dạng hình trụ. Huyền phù được cấp từ trên đỉnh và tại điểm giữa của thiết bị được chia làm 2 đường ra: một phần bùn tháo ra ở đáy côn và một phần lỏng chảy tràn xung quanh thiết bị. Đáy của thiết bị được thiết kế với góc nghiêng nhỏ sao cho vật liệu có thể lắng và trượt vào trong tâm của hình côn với sự trợ giúp của những cách gạt kiểu răng cào. Bùn lắng xuống đáy được răng cào đưa vào tâm rồi theo ống tháo ra ngoài (Hình 1.1). Mục đích của quá trình này có thể là sản phẩm đáy (huyền phù đậm đặc) hoặc thu hồi chất lỏng trong huyền phù. LÊ HẢI KIÊN 7
  13. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng Hình 1.1: Cấu tạo của thiết bị lắng kiểu răng cào Ưu điểm của thiết bị lắng răng cào - Có thiết bị gạt bùn nên đáy thiết bị có độ dốc (5 – 8%) nhỏ hơn so với thiết bị lắng đứng. - Chiều cao công tác nhỏ (1,5 – 3,5m) thích hợp xây dựng ở khu vực có mực nước ngầm cao. - Khi xả bùn vẫn làm việc bình thường, tháo bùn liên tục và dễ dàng. - Tốn ít diện tích đất và có thể vừa làm vừa xả bùn. - Năng suất cao hơn. - Góc tạo thành chữ V giúp bùn bùn dễ thoát ra ngoài. Nhược điểm của thiết bị lắng răng cào - Đường kính lớn nên hiệu quả lắng bùn kém - Nước trong chỉ có thể thu vào bằng hệ thống máng xung quanh thiết bị nên thu nước không đều. - Hệ thống gạt bùn có cấu tạo phức tạp và làm việc trong điều kiện ẩm ướt nên nhanh bị hư hỏng. - Cấu tạo phức tạp. - Chi phí năng lượng cao. - Vận hành đòi hỏi kinh nghiệm, chi phí cao. LÊ HẢI KIÊN 8
  14. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng - Thời gian bảo trì máy móc thiết bị phức tạp. 1.1.2. Các vùng làm việc trong thiết bị lắng kiểu răng cào Theo Col và Clevenger [8], thiết bị lắng kiểu răng cào làm việc liên tục có thể chia làm 4 vùng (Hình 1.2) và các hàm lượng pha rắn tương ứng với mỗi vùng (Hình 1.3). Trong hình: L là hàm lượng pha rắn trong dòng nạp liệu C là hàm lượng pha rắn tới hạn D là hàm lượng pha rắn trong dòng tháo đáy Hình 1.2: Sơ đồ 4 vùng làm việc trong thiết Hình 1.3: Hàm lượng pha rắn theo vùng bị lắng răng cào làm việc - Vùng I: Vùng nước trong. Vùng này ở trên cùng, dòng lỏng sạch phân tách từ huyền phù và thu hồi tại cửa chảy tràn. Khi dòng nạp liệu chứa nhiều hạt rất nhỏ thì vùng I đục nên ta cần phải thêm các chất trợ lắng. Chiều cao vùng I thường duy trì ở độ cao từ 0,5 ÷ 1 (m). - Vùng II: Vùng lắng bị cản trở. Vùng này có hàm lượng hạt rắn và vận tốc lắng không đổi. Vùng này hàm lượng hạt rắn nằm giữa hàm lượng hạt rắn trong dòng nạp liệu L và hàm lượng hạt rắn của quá trình lắng mà có sự cản trở lớn nhất C . Trong quá trình làm việc, hàm lượng pha rắn của vùng II phụ thuộc vào tốc độ của dòng nạp liệu hơn là hàm lượng pha rắn. Hàm lượng pha rắn của vùng II là nhỏ nếu LÊ HẢI KIÊN 9
  15. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng như tốc độ dòng nạp liệu là thấp và nó sẽ tăng lên cùng với sự tăng của tốc độ dòng nạp liệu, đến khi đạt được giá trị lớn nhất mà hạt rắn lắng tại tốc độ lớn nhất trong vùng này. Nếu tốc độ dòng nạp liệu lớn hơn giá trị lớn nhất này thì hàm lượng pha rắn của vùng II tiếp tục được nâng lên và khi đó vùng II sẽ không thể lắng được nhưng sẽ lắng trong vùng I. Như vậy, nếu như hàm lượng pha rắn đạt đến hàm lượng pha rắn lớn nhất ở vùng II, thì khi đó năng suất lắng của vùng II sẽ lớn nhất. - Vùng III: gọi là vùng chuyển tiếp từ quá trình lắng cản trở đến quá trình lắng nén ép. Tuy nhiên vùng này rất khó xác định. - Vùng IV: là vùng lắng nén ép. Vùng này chứa lớp bùn. Áp suất ở bên trên tạo ra một vùng có sự thay đổi nồng độ. Hàm lượng pha rắn của sản phẩm đáy chính là hàm lượng pha rắn tại đáy của vùng nén ép. Chiều cao của mỗi vùng trong thiết bị lắng kiểu răng cào phụ thuộc vào đặc trưng lắng của bùn. Coe và Clevenger định nghĩa về năng suất chuyển q của mỗi vùng như là lượng rắn đi qua trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian [8]. Vận tốc lắng phụ thuộc vào hàm lượng pha rắn trong huyền phù và do đó nó cũng là năng suất chuyển. Ở trạng thái làm việc ổn định và không có chất rắn đi trong dòng chảy tràn thì dòng pha rắn đi qua các vùng là như nhau. Vì vậy, các vùng này với năng suất chuyển nhỏ hơn sẽ cho năng suất lớn hơn. Một thiết bị lắng kiểu răng cào làm việc quá tải nếu như các hạt rắn đi vào thiết bị là quá tải. Theo Dixon, có 3 trường hợp làm cho thiết bị lắng kiểu răng cào quá tải [10]: 1. Khi dòng nạp liệu chứa nhiều hạt rắn nhỏ và không thể lắng được. 2. Khi tốc độ dòng nạp liệu vượt quá năng suất lắng của vùng. 3. Khi tốc độ dòng nạp liệu lớn hơn tốc độ tháo bùn. Trong trường hợp này thì các hạt rắn sẽ tích lũy trong thiết bị kiểu răng cào và bị đẩy lên vùng I. LÊ HẢI KIÊN 10
  16. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng 1.1.3. Các biến điều khiển của quá trình lắng trong thiết bị lắng kiểu răng cào Hình 1.4 chỉ ra các kiểu mô tả quá trình và các biến điều khiển của thiết bị lắng kiểu răng cào. Tham số điều khiển Tham số Tham số đầu vào đầu ra Tham số điều khiển Hình 1.4: Các tham số trong thiết bị lắng răng cào Trong hình: - Tham số đầu vào: F là lưu lượng (theo khối lượng) của pha rắn trong dòng nạp liệu F là hàm lượng pha rắn trong dòng nạp liệu - Tham số điều khiển: QD là lưu lượng thể tích nước thải trong dòng tháo đáy q fe là lưu lượng theo khối lượng của chất trợ lắng F3  x  là phân bố kích thước hạt trong dòng nạp liệu h là độ cao của vùng lắng zc là độ cao của vùng nén ép - Tham số đầu ra: QD là lưu lượng thể tích nước thải trong dòng tháo đáy D là lưu lượng (theo khối lượng) của pha rắn trong dòng tháo đáy LÊ HẢI KIÊN 11
  17. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng D hàm lượng pha rắn trong dòng tháo đáy c là độ cao của vùng nước trong (vùng I) 1.2. Các phƣơng pháp thiết kế thiết bị lắng răng cào Có nhiều phương pháp khác nhau để tính toán thiết kế thiết bị lắng răng cào. Trong phần này, một vài phương pháp từ đơn giản đến phức tạp hơn sẽ được xem xét. 1.2.1. Phƣơng pháp Mishler Đây là phương pháp đơn giản dự đoán năng suất của một thiết bị khuấy răng cào được phát triển bởi Misher (năm 1912) [14]. Xem xét thiết bị làm việc ở trạng thái ổn định (Hình 1.5). Trong hình: F, O, D lần lượt là lưu lượng (theo khối lượng) trong dòng nạp liệu, dòng chảy tràn và dòng tháo đáy DF là độ pha loãng trong dòng nạp liệu và dòng tháo đáy Hình 1.5: Cân bằng vật chất theo phương pháp của Mishler Phương trình cân bằng vật chất của thiết bị lắng: Cân bằng vật chất cho pha rắn: FD (1.1) Cân bằng vật chất cho pha lỏng: F .DF  D.DD  O (1.2) LÊ HẢI KIÊN 12
  18. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng “Định nghĩa: Độ pha loãng là tỷ số khối lượng của nước/khối lượng pha rắn trong dòng”. Lưu lượng theo thể tích của dòng chất lỏng tràn: F  DF  DD  Q0  (1.3) f Trong đó:  f là khối lượng riêng của nước (kg/m3),  f  1000 (kg/m3) Theo Mishler thì tốc độ của pha lỏng trên một đơn vị diện tích Q0 / S phải bằng tốc độ hình thành lớp nước trong các thí nghiệm về lắng gián đoạn với cùng hàm lượng pha rắn. Do đó, tốc độ này chính bằng tốc độ giảm của bề mặt phân chia huyền phù trong thí nghiệm lắng gián đoạn. Gọi  I  DF  là tốc độ dòng lắng của pha rắn, thì: Q0 F  DF  DD   I  DF    (1.4) S f Và khi đó diện tích lắng yêu cầu là: F  DF  DD )  S (1.5)  f  I  DF  Trong đó: S là diện tích lắng kiểu răng cào (m2) F là khối lượng của pha rắn trong dòng nạp liệu (tấn) DF , DD là độ pha loãng trong dòng nạp liệu và trong dòng tháo đáy  I  DF  là tốc độ bề mặt phân chia H2O / huyền phù trong thí nghiệm gián đoạn tại độ pha loãng DF (ft/min) 1.2.2. Phƣơng pháp Coe và Clevenger Phương pháp Mishler cho rằng độ pha loãng trong dòng cấp DF bằng với độ pha loãng trong thiết bị lắng. Tuy nhiên, điều này không đúng nên phương pháp Mishler tính toán thiết kế cho kết quả không chính xác. LÊ HẢI KIÊN 13
  19. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng Phương pháp Coe và Clevenger giả sử vùng II của thiết bị có nồng độ pha loãng là Dk  Dk  DF  có năng suất chuyển là nhỏ nhất [8]. Vì vậy, độ pha loãng của vùng này là không biết trước, nên phải giả thiết để tính toán cân bằng vật chất với độ pha loãng Dk khác nhau (Hình 1.6). Hình 1.6: Cân bằng vật chất theo phương pháp của Coe và Clevenger Lưu lượng thể tích của nước được đo từ vùng có độ pha loãng DK cho đến khi huyền phù có độ pha loãng DD : F  DF  DD  QF  (1.6) f Vận tốc của nước trong với huyền phù có độ pha loãng DK . Qk  I  Dk   (1.7) S Năng suất chuyển của thiết bị với độ pha loãng DK của vùng II: F  f  I  Dk   (1.7’) S F  DF  DD  Năng suất chuyển pha rắn nhỏ nhất: F    I  DK   min    min 62,35  (1.8)  S  Dk  DK  DD   với: F  lb / h  ;  f  lb / ft 3  ; S  ft 2  ;  I  ft / h  . LÊ HẢI KIÊN 14
  20. Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa quá trình làm việc của thiết bị lắng Phương pháp này cũng phải tiến hành thực nghiệm lắng gián đoạn để xác định tốc độ lắng ban đầu của huyền phù với hàm lượng pha rắn trong khoảng dòng nạp liệu DF và tốc độ lắng lớn nhất DD tại hàm lượng pha rắn tới hạn. Áp dụng công thức (1.8) để tính được năng suất lắng pha rắn F / S . Định nghĩa AU 0 là diện tích đơn vị cơ sở như là nghịch đảo năng suất của pha rắn nhỏ nhất:   D  DD     AU 0  max  k  (1.9) Dk   f  I  Dk     Với DC là độ pha loãng tới hạn. Taggart, Dahlstrom và Fitch ( sử dụng  f  62, 4  lb / ft 3  ;  I  ft / h  thì AU 0 ( ft 2 /tấn /ngày) [9] [19].   AU 0  max 1.33  Dk  DD    (1.10) Dk    f  I  Dk   Gọi 0 là phần thể tích pha rắn, khi đó ta có:  f 1    D (1.11)  s Với  S là khối lượng riêng của pha rắn. Khi đó:   1  1 1   AU 0  max      ; F  k  c  (1.12)   S  I k   k D   k   Trong đó:  I k  là tốc độ lắng đầu của huyền phù có hàm lượng pha rắn k . D là hàm lương pha rắn trong dòng tháo đáy Công thức (1.12) cho ta được diện tích đơn vị của thiết bị lắng răng cào trên cơ sở thực nghiệm. LÊ HẢI KIÊN 15
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2