CC BY
57
рые схемы оплаты». Вузовские профессоры (не говоря о доцентах и ассистентах, чьи зарплаты — еще ниже), устав от невыполняемых государством обещаний, становятся коррупционерами или, совмещая 2-3 вуза, переходят в разряд «лекторов-почасовиков» в ущерб научной работе и качественному образованию.
Не работают и не ищут работу Не работают и ищут работу
I Я
Москва Крупный Средний Малый Село В целом город город город
Рис. 22. Занятость выпускников вузов (%) (поданным Минздравсоиразвития, ВЦИОМ)
Налицо — признаки системного кризиса, управленческие просчеты, и перекладывать вину за них - на рядовых исполнителей — неправильно. Остается снова надеяться на обещания, что хирургические методы «переструктурирования образовательной сети» (терминология минобрнауки) и перехода на двухуровневое «болонское» образование выправят ситуацию.
УДК 66.011
Л. М. Кочетов, Б. С. Сажин, В. Б. Сажин*, M. II, Тюрин, М. Б. Сажина", Е. В. Отрубянников, О. Ф. Беляев
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия 'Российский химико-технологический университет им. Д.И, Менделеева, Москва, Россия "Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, Москва, Россия
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ НИЗКОНАПОРНЫХ ГИДРОЦИКЛОНОВ
Is presented the method of calculation of the effectiveness of the department of the solid suspended matter in the low-pressure sand cones of two modifications with the internal annular partition and without the partition. Calculation is performed with the aid of the function of normal logarithmic distribution taking into account the function of velocity distribution of the precipitation of particles.
Излагается метод расчета эффективности отделения твердых взвешенных, веществ в низконапорных гидроциклонах двух модификаций с внутренней кольцевой перегородкой
и без перегородки. Расчет проводится с помощью функции нормального логарифмического распределения с учетом функции распределения по скоростям осаждения частиц.
Низконапорные (отрытые) гидроциклоны могут с успехом использоваться для предварительной очистки воды от взвешенных твердых веществ и мелких волокон на промышленных предприятиях различного профиля. По технологическим показателям и области применения их можно рассматривать как альтернативу вертикальным отстойникам. При этом, сохраняя преимущества отстойников, заключающиеся в простоте конструкции и высокой надежности работы, открытые гидроциклоны имеют более высокую эффективность очистки воды, чем вертикальные отстойники. При этом, одинаковых показателях работы, отстойники превосходят открытые гидроциклоны размерами и капитальными затратами! В сравнении с напорными гидроциклонами, низконапорные гидроциклоны, имеют меньшую эффективность и рассчитаны на улавливание более крупных взвешенных частиц; однако потери напора и энергозатраты в низконапорных гидроциклонах несопоставимо меньше чем в напорных, что ставит их по этому показателю в один ряд с отстойниками [1,2].
В вертикальных отстойниках, очищаемая жидкость, подаваемая через распределительной устройство в нижнюю часть аппарата, движется вверх в виде более или менее равномерного потока. При этом граница разделения взвеси, обозначаемая довольно-таки резко, определяется условием: ип, > ц/3,6КН (мм/с), (1)
где ип,- гидравлическая крупность (скорость осаждения) твердых частиц, соответствующая границе разделения; # - средняя гидравлическая нагрузка, м7м2ч, определяемая как отношение расхода жидкости О к поперечному сечению отстойника; Кц~ коэффициент, учитывающий неравномерность распределения осевых скоростей в поперечном сечении аппарата. Идеальная равномерность распределения скоростей потока соответствует Ки~ 1, которая никогда не достигается. Обычно Кн =0,6-0,9, что повышает уровень границы разделения.
В низконалорных гидроциклонах, имеющих круглое поперечное сечение и тангенциальный ввод жидкости (рис. 1) распределение скоростей потока имеет совершенно иной характер. Окружные скорости V,, потока определяются зависимостью:
(2)
где г - радиальная координата рассматриваемой точки; С- константа; п- показатель, зависящий от геометрических соотношений ( отношения площади поперечного сечения тангенциального ввода к площади поперечного сечения гидроциклона) и вязкости жидкости. Для квазитвердого вращения (бесконечно большая вязкость) и= 1. Обычно для воды п~ 2.
Осевые скорости потока имеют разнонаправленный характер. В периферийной зоне осевые скорости направлены вниз, тогда как в центральной вверх. Благодаря этому твердые частицы увлекаются нисходящим потоком в шламонакопительную зону аппарата, что повышает эффективность
разделения, по сравнению с вертикальным отстойником.
Другой особенностью гидроциклона является вероятностный характер улавливания твердых частиц (т.е. частица любого размера имеет какую-то вероятность быть уловленной). Поэтому граница разделения имеет, в отличии от вертикальных отстойников, не резкий, а размытый характер.
А Б
Рис. 1. Принципиальная схема открытого гидроциклона: А- обычного исполнения; Б- с внутренней перегородкой. I- вход воды; 2- выход воды; 3- вывод шлама; 4- шламосбрная часть; 5- маслоуловитель; 6- переливной порог; 7- внутренняя перегородка, у,- профиль аксиальных скоростей.
Для гидроциклонов, имеющих значительную длину сепарационной зоны Не /В>1,5, скорость осаждения (гидравлическая крупность) частиц, улавливаемых с вероятностью 50%, может быть приблизительно оценена по соотношению [3]:
иП5ох Я'!Ъ,6К (мм/с) (3)
где (1 - средняя гидравлическая нагрузка гидроциклона, м3/м2ч. (отношение расхода жидкости к поперечному сечению цилиндрического корпуса гидроциклона диаметром Оу
К- коэффициент, определяемый по соотношению:
К = А
' -л 2
2v„
Ф
(4)
где \>о~ скорость жидкости во входном патрубке гидроциклона
м/с;
Значение коэффициента А и показателя п зависят от конструкции гидроциклона.
Расчет эффективности улавливания взвеси в гидроциклоне проводится с учетам дисперсного состава взвешенных частиц, характеризуемого функцией распределения. При этом, для удобства расчетов, целесообразно разбить функцию распределения на узкие фракции и проводить расчеты для каждой из фракций, по средним параметрам. Функция распределения определяется экспериментально. На основании полученной функции распределения по размерам частиц, строится функция распределения по скоростям осаждения частиц. При этом скорости осаждения рассчитываются по известным формулам (Стокса или Ритгангера) с учетом реальной формы, частиц. Эффективность улавливания по фракциям для гидроциклона может быть оценена с помощью функции нормального логарифмического распределения, выражаемого уравнением:
1 Л Г2
г,, (х) = <р{х) = Гехр (-—)Л (5)
л/2 71 2
Параметр л% характеризующий верхний предел интегрирования определяется по формуле:
/о&2сг,+1ц*1ги?* т
",50
где и - скорость осаждения частиц рассматриваемой фракции в воде, м/с: и,¡ы - скорость осаждения, соответствующая медианной эффективность улавливания гидроциклопа, определяемая по формуле (3); <г,, - среднеквадратичное отклонение вероятностного распределения фракционной эффективности улавливания; &,, - среднеквадратичное отклонение функции распределения твердых частиц по скоростям осаждения.
Для нормального логарифмического распределения величина о„ может быть определена по соотношению:
а„=й50/ыи =%,_,/% (7)
Значения «50, ид?, иц.1~ соответственно скорости осаждения взвешенных частиц, соответствующие значениям функции распределения по скоростям осаждения: 50%, 15,9%, 84,1%.
Содержание ¡-фракции взвеси в очищенной воде после гидроциклона:
С,л=Си( 1-7,) (8)
где Си и С/,2- соответственно начальное и конечное содержание фракции взвеси в очищаемой воде .
Общая эффективность улавливания гидроциклона:
, = (9)
хс,,
Главным недостатком открытых гидроциклоиов является невысокая эффективность улавливания твердых частиц, которая в гидроциклонах традиционных конструкций обычно не превышает 50%. Эффективность работы открытых гидроциклонов может быть увеличена примерно до 70% и более за счет модернизации их конструкции, в частности размещения внутри цилиндрического корпуса гидроциклона коаксиальной перегородки, разделяющей сепарационный объем на зоны нисходящего и восходящего движения потоков воды. Диаметр перегородки составляет 0,8 диаметра корпуса гидроциклона.
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
^ ^—-
/
/ /
/ /
//
//
//
!/
100 200 диаметр частиц, мкм
300
Рис.
2 Значения фракционной эффективности улавливания в гндроцнклоне. 1- без внутренней перегородки; 2-е внутренней перегородкой.
Благодаря этому в сепарационной зоне гидроциклона создается циркуляция потока, захватывающего твердые частицы, в основном среднего размера. (Крупные частицы оседают вниз, не вовлекаясь в рециркуляционное движение, тогда как мелкие частицы выносятся уходящим потоком). При этом увеличивается время пребывания частиц среднего размера и повышается вероятность их улавливания. Схема такого аппарата приведена на рис. 1Б.
При расчете эффективности улавливания, ориентировочно можно
принять:
в формуле (4):
для гидроциклона без внутренней перегородки, А=1,5; п~0,25; для гидроциклона с внутренней перегородкой, Д~2,5-2,8; №=0,3; в формуле (б):
для гидроциклона без внутренней перегородки, о,, ~ 0,4; для гидроциклона с внутренней перегородкой стп~ 0,35.
На рис. 2 приведены значения фракционной эффективности улавливания для частиц различного диаметра в открытых гидроциклонах с внут-
ренней цилиндрической перегородкой и без нее. Расчеты были выполнены для следующих условий: расход очищаемой воды 10 м3/ч; внешний диаметр гидроцижлона 1,6 м; скорость входа воды, в гидроциклон 2 м/с; температура воды 20°С; плотность твердых частиц 1700 кг/м3; коэффициент формы частиц 0,8.
Потери напора в открытом гидроциклоне определяются по уравнению:
AP = f (Ю)
где ¿-общий коэффициент сопротивления, который является суммой частных коэффициентов (входа ¿¡¡¡х, свободного объема гидроциклона £ок и выхода сцх)
4 - S.их + ъ'он + Шых С ')
Для низконапорных гидроциклонов доля потерь напора при входе составляет около 70% от общих потерь напора. Потери в объеме составляют 20-25%; Потери при выходе -не более10%. Потери напора при входе, обусловлены турбулентными завихрениями при расширении струи, выходящей из тангенциального сопла, Эта величина может быть определена по соотношению:
ДрИК = (1 - *J + = VfPr . (12)
где ~ С ~ 6 ^-коэффициент местного сопротивления
тангенциального газохода; е- коэффициент, учитывающий снижение скорости потока газа непосредственно после выхода из тангенциального канала (е =0,6-0.8 и зависит от отношения площади тангенциального канала к площади поперечного сечения гидроциклона , Fex/Fru\ ПРИ уменьшении этого соотношения е уменьшается).
Потери напора в низконапорных гидроциклонах, как правило невелики, и не превышают 0,5 м. В своре входного тангенциального канала, скорость потока составляет 1-3 м/с. Приближенно можно принять
Для гидроциклонов с внутренней перегородкой, потери напора приблизительно на 50% выше чем для гидроциклонов обычного исполнения, при одинаковом диаметре корпуса и производительности.
Библиографические ссылки
1. Экологическая безопасность технологических процессов. / Б.С.Сажин [и др.]; / МГТУ им. А.Н. Косыгина. М.: Изд-во МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007.
2. Очистка производственных сточных вод. / C.B. Яковлев [и др.]; М.: Стройиздат, 2005.
3. Жуков А.И., Моигайт Л.И., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1997.
УДК 66.047
В. Б. Сажин, А. Б. Половников
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва, Россия
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ПОЛУЧЕНИЕМ ФЕРРИТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Ферриты обладают магнитными свойствами и применяются в радиотехнической аппаратуре (антенны сотовых телефонов) и электронных системах для преобразования электрической энергии в другие формы, в частности тепловую (микроволновые печи), механическую (поворот ракетных двигателей, вращение оружейных систем наведения). Ферриты очень дорогостоящее сырье, т.к. для их изготовления применяются оксиды цветных металлов очень высокой степени очистки, и сама технология является энергетически затратной, требуется предварительный обжнг и спекание в течение 2-4 часов при температурах 900-1200 град. Цельсия.
Нами в развитие исследований японских ученых (предложивших метод электролитической обработки воды и получением ферритов в качестве конечного продукта) разработана совершенно новая, существенно упрощенная и дешевая технология получения ферритов из водного раствора (так называемая, безэлектролизная ферритюация). Реакция получения ферритов проходит в водной среде за счет окисления сульфата железа и ионов тяжелых металлов (далее ИТМ) под действием атмосферного воздуха, в результате образуются первичные структуры ферритов, которые являются трудно растворимыми и выпадают в осадок. После сушки осадок превращается в ферритовое сырье, из которого получают ферриты.
Основой водного раствора могут быть сточные воды гальванического производства, экспериментально доказано, что очистка таких стоков проходит на 99%, итоговое значение содержания ИТМ находится в пределах допустимых концентраций.
Данная технология, в отличие от традиционной технологии, позволяет получать ферритовую крошку без предварительного обжига при высоких температурах и в отличие от японского метода без эиергозатратной электролизной составляющей. Разработанная схема также является экологически выгодной и безотходной, и позволяет в значительной мере снизить расходы на получения ферритов за счет нсходнопо сырья-отходов других производств.
Полученное сырье полностью удовлетворят техническим условиям по электромагнитным показателям, и обладает некоторыми преимуществами, так имеется возможность варьировать некоторыми параметрами будущих ферритовых изделий (намагниченность), за счет добавок, и изменений температурных условий спекания.
Промышленные сточные воды (например, травильных и гальванических производств) характеризуются тем, что содержащиеся в них загрязне-
