Содержание
Введение
1. Внедрение технологии очистки сточных вод
1.1 Состав сточных вод предприятия
1.2 Очистка сточных вод
2. Методы очистки сточных вод
2.1 Механическая очистка
2.2 Физико-химические методы очистки
2.3 Химические методы
3. Общая характеристика гидроциклонов
3.1 Открытые гидроциклоны
3.2 Напорные гидроциклоны
4. Производство сахарного песка
4.1 Сахар-песок
4.2 Особенности производства
4.3 Устройство и принцип действия линии
5. Расчет гидроциклона
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Водная оболочка Земного шара — океаны, моря, реки, озера — носитназвание гидросфера, которая покрывает 70,8% земной поверхности. Объем ее1370,3 млн. км3, что составляет 1/800 объема планеты. Отметим еще,что 96,5% гидросферы сосредоточено в океанах и морях, 1,74% — в полярных игорных ледниках и лишь 0,45% — в пресных водах — озерах, реках и болотах.
Вода — одно из самых распространенных веществ на Земле (второепосле оксида кремния или песка). Однако на свои нужды, вполне естественно,человечество использует, как правило, пресные воды, запас которых, повторяем,весьма ограничен. Одним из выходов в решении проблем может быть привлечение практическинеиспользуемых или малоиспользуемых в настоящее время водных ресурсов: опресненныхвод Мирового океана, подземных вод замедленного водообмена и айсбергов. Вчастности, в настоящее время доля опресненных вод в общем объеме водоснабжениямира невелика — 0,05%, что объясняется высокой стоимостью и значительнойэнергоемкостью технологических процессов опреснения. Такие воды используютсялишь там, где совершенно отсутствуют или чрезвычайно труднодоступны ресурсыповерхностных ил" подземных вод, а их транспортировка оказывается дорожепо сравнению с опреснением воды повышенной минерализации непосредственно наместе.
Как известно, основные потребители воды — промышленность,сельское хозяйство, строительство и другие отрасли. Однако, и на повседневныебытовые нужды человек использует в городах сотни литров в сутки. Акад.А.Е. Ферсманс полным основанием назвал воду «самым важным минералом на Земле, безкоторого нет жизни». Для ее поддержания человеку необходимо 2,5 л питьевойводы в сутки. А за 60 лет жизни он выпивает 50 м3 воды, чтосоответствует объему железнодорожной цистерны.
Целью данной курсовой работы является внедрение технологииочистки сточных вод, образующихся при производстве стеновых и облицовочныхматериалов.
1. Внедрение технологии очистки сточных вод1.1 Состав сточных вод предприятия
Сточные воды, отводимые с территории промышленныхпредприятий, разделяются на три вида: производственные, бытовые, атмосферные.
Производственные сточные воды — это воды, использованные втехнологическом процессе. Они включают две основные категории: загрязненные инезагрязненные (условно чистые). Загрязненные сточные воды могут содержатьпримеси: а) минеральные, б) органические, в) бактериальные, г) биологические. Кминеральным загрязнениям относятся песок, глинистые частицы, частицы руды,шлака, растворенные в воде неорганические вещества, минеральные масла и др. Органическиезагрязнения могут быть растительного и животного происхождения. К растительнымотносятся остатки растений, плодов, бумаги, растительных масел и пр. загрязнениямживотного происхождения относятся физиологические выделения людей и животных,остатки тканей животных, клеевые вещества и др. Бактериальные и биологическиезагрязнения по химическому составу являются органическими загрязнениями, новыделены в отдельную группу ввиду особого взаимодействия с другими видамизагрязнений. Они представляют собой различные микроорганизмы: грибы, водоросли,бактерии.
Бытовые сточные воды — это воды от санитарных узловпроизводственных и непроизводственных корпусов и зданий, душевых установок и т.п.
Атмосферные сточные воды — дождевые и талые воды.
1.2 Очистка сточных вод
Очистку сточных вод осуществляют преимущественно в две стадии:первичная (локальная) очистка от основного количества загрязнений и вторичнаяочистка на биологических очистных сооружениях перед выпуском сточных вод вводоем. В отдельных случаях применяют третичную очистку (доочистку),необходимость которой определяется условиями сброса сточных вод в водоем (расчетомна смешение очищенных стоков с водой водоема) или использованием очищенныхсточных вод для технического водоснабжения.
Локальная очистка сточных вод является частьютехнологического процесса и предназначается для извлечения из сточных водценных органических и неорганических веществ в целях их использования впроизводстве, а также для исключения сброса в водоем загрязнений в количествах,оказывающих вредное воздействие на процесс биологической очистки сточных вод иводно-химический и биологический режимы водоема. В ряде производств локальнаяочистка сточных вод, позволяющая частично или полностью исключить сбросзагрязненных вод и использовать содержащиеся в них ценные продукты,предусмотрена технологическими регламентами. При этом очищенные воды такжевозвращаются в производство. Для предотвращения попадания в канализацию (ваварийных ситуациях) продуктов в недопустимых количествах в технологической частипроекта должны быть предусмотрены соответствующие мероприятия (ректификация,термическое обезвреживание).
После локальной очистки и нейтрализации сточные водынуждаются, как правило, в дополнительной очистке от растворенных внихорганических загрязнений, в связи с чем их направляют по сети химически загрязненныхсточных вод на биологические очистные сооружения. Перед сооружениямибиологической очистки производственные сточные воды смешивают с механическиочищенными бытовыми сточными подами.
Объем производственных сточных вод, а также качественная и количественнаяхарактеристики их загрязнений зависят от номенклатуры и мощности входящих всостав предприятия производств, в связи с чем практически в каждом отдельномслучае при выборе общей схемы канализации объекта требуется проработкапроектных решений, а также проведение научно-исследовательских работ с цельювыдачи рекомендаций проектной организации для расчета очистных сооружений.
2. Методы очистки сточных вод2.1 Механическая очистка
Процеживание. Для извлечения крупных примесей, во избежаниезасорения труб и каналов, используют решетки.
Для удаления более мелких взвешенных частиц применяют сита,отверстия, которых зависят от улавливаемых примесей (0,5-1 мм).
Для очистки от грубодисперсных примесей используетсяотстаивание в песколовках, отстойниках, нефтеловушках, осветлителях и др.
2.1.1 Песколовки предназначены дляудаления механических примесей, размером более 250 мкм (песка, окалины). Принципдействия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелыхчастиц в потоке жидкости. Песколовки могут быть различных конструкций (сгоризонтальным, вертикальным или круговым движением воды).
Диаметр удаляемых частиц 0,2-0,25 мм продолжительностьпротекания вод не более 30 сек., глубина песколовок 0,25-1 м, ширинаопределяется расчетным путем.
2.1.2 Нефтеловушки. Применяются длявыделения из сточных вод нефтепродуктов, масел и жиров. Принцип работы основанна всплывании частиц с меньшей, чем вода, плотностью (рис).
Скорость движения воды в нефтеловушке от 0,005-0,01 м/с, приэтом всплывает 96-98% нефти. Скорость всплывания частиц зависит от их размера,плотности и вязкости раствора. Всплывают частицы 80-100 мкм. Время отстоя около2 часов. Глубина нефтеловушки 1,5-4 м, ширина 3-6 м, длина около 12 м,количество секций не менее двух, соединенных последовательно.
2.1.3 Фильтрование. Применяется длявыделения из сточных вод тонкодисперсных твердых и жидких частиц, которые не отстаиваются(рис). В качестве фильтрующих материалов используются металлические сетки,тканевые фильтры (хлопчато-бумажные, из стекло- и искусственного волокна),керамические, иногда используются зернистые материалы (песок, гравий, торф,уголь и др.). Это, как правило, резервуар, в нижней части которого устроендренаж для отвода очищенной воды. Скорость фильтрования 0,1-0,3 м/час. Очисткафильтров проводится путем продувки воздухом или промывкой.
2.1.4 Гидроциклоны очищают сточные водыот взвешенных частиц под действием центробежной силы. Вода с высокой скоростьютангенциально подается в гидроциклон. При вращении в нем жидкости на частицыдействуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. Чембольше разность плотностей, тем лучше разделение.2.2 Физико-химические методы очистки
2.2.1 Флотация применяется для удаленияиз сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые плохоотстаиваются. Для этого в воду подают воздух под давлением черезперфорированные трубы с мелкими отверстиями. При движении через слой жидкости,пузырьки воздуха сливаются с частичками загрязнений и поднимают их наповерхность воды, где они собираются в виде пены. Эффект очистки зависит отвеличины пузырьков воздуха, которые должны иметь размер 10-15 мкм. Степеньочистки составляет 95-98%. Для увеличения степени очистки в воду можно добавитькоагулянты. Иногда во флотаторе одновременно проводится и окисление, тогда водунасыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. В других случаях дляустранения окисления флотацию осуществляют инертными газами. Флотация бываетнапорная и вакуумная.
2.2.2 Адсорбционная очистка (очистка натвердых сорбентах) применяется для глубокой очистки сточных вод принезначительной концентрации загрязнителей, если они биологически не разлагаютсяили являются сильными ядами (фенолы, гербициды, пестициды, ароматические инитросоединения, СПАВы, красители и т.д.).
Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением веществаиз адсорбента и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе садсорбентом. Эффективность очистки, в зависимости от применяемого адсорбента,80-95%. В качестве адсорбентов используются активированный уголь, зола, шлаки,синтетические сорбенты, глины, силикогели, алюмогели, гидраты окислов металлов.Наиболее универсальны активированные угли с радиусом пор 0,8-5 нм. Процессадсорбции проводят либо при интенсивном перемешивании адсорбента и воды, споследующим отстаиванием, либо фильтрованием через слой адсорбента. Отработанныйадсорбент регенерируют перегретым паром или нагретым инертным газом.
2.2.3 Ионообменная очистка применяетсядля извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cl, Va, Mn и др.),а так же соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивныхвеществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества. Суть метода состоят втом, что существуют природные и синтетические вещества (иониты), нерастворимыев воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы,содержащиеся в воде. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионыназывают катионитами, а отрицательные — анионитами. Иониты, обменивающие икатионы и анионы, называются амфотерными. К неорганическим природным ионитамотносятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. Кнеорганическим синтетическим относятся силикагели, труднорастворимые окиси игидроокиси некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).
Органические природные иониты — это гуминовые кислоты почв иуглей. К органическим искусственным относятся ионообменные слюды. Упрощенноформулу катионита можно записать RH, а анионита — ROH, где R — сложный радикал.
Реакция ионного обмена протекает следующим образом:
при контакте с катионитом
RH+NaCl RNa+HCl,
при контакте с анионитом
RОH+NaCl RCl+NaOH.
Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят наустановках периодического и непрерывного действия (рис).
2.2.4 Экстракция применяется для очисткисточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др.Экстракция выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты наее проведение. При концентрации 3-4 г/л экстракция выгоднее адсорбции.
Экстракция проводится в 3 стадии: интенсивное смешиваниесточной воды с экстрагентом (органическим растворителем).
При этом образуются две жидкие фазы; одна фаза — экстракт,содержащий извлекаемые вещества и экстрагент, другая — рафинад — сточную воду иэкстрагент; разделение экстракта и рафината; регенерация экстрагента изэкстракта и рафината.
Экстрагент из экстракта выделяется выпариванием,дистилляцией, химическим взаимодействием и осаждениями.
2.2.5 Ультрафильтрация — процессыфильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением,превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживаярастворенные вещества, размером =
2.3 Химические методы
К химическим методам очистки сточных вод относятнейтрализацию, коагулирование и флокулирование, окисление и восстановление. Химическаяочистка проводится как доочистка вод перед биологической очисткой или после нее.
2.3.1 Нейтрализация. Сточные воды,содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или передтехнологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практическинейтральными считаются воды, имеющие рН 6,5...8,5. Для нейтрализации кислыхстоков используют щелочи, для нейтрализации щелочных — кислоты.
Нейтрализацию можно проводить различными путями: смешениемкислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием черезнейтрализующие материалы. Для нейтрализации кислых вод используют щелочи (NaOH,KOH), соду (Na2CO3), аммиачную воду (NH3OH),карбонаты кальция и магния (CaCO3 и MgCO3), доломит (CaCO3и MgCO3), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом являетсяизвестковое молоко (Ca (OH) 2).
Для нейтрализации щелочных сточных вод используют магнезит,доломит, известняк, шлак, зола, а также применяются отходящие газы, содержащиеСО2, SО2, NО2, N2О3 и др.При этом происходит очистка дымовых газов от кислых компонентов.
2.3.2 Коагуляция — это процесс укрупнениядисперсных частиц при их взаимодействии и объединения в агрегаты. В очисткесточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсныхпримесей и эмулированных веществ. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратовокисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести и улавливаютколлоидные и взвешенные частицы.
2.3.3 Флокуляция — это процесс агрегациивзвешенных частиц при добавлении в сточную воду высоко молекулярных соединений,называемых флокулянтами. В отличии от коагуляции агрегатизация происходит нетолько в результате контакта, но и в результате взаимодействия флокулянта иизвлекаемого вещества. Для очистки используют природные и синтетические (полиакриламид,крахмал, целлюлозы) флокулянты.
3. Общая характеристика гидроциклонов
Гидроциклоны используются в процессах осветления сточныхвод, сгущения осадка, обогащения известкового молока, отмывки песка оторганических веществ, в том числе нефтепродуктов и жира, т.е. в нефтепромыслах,автохозяйствах, стекольных, литейных производствах и др.
При осветлении сточных вод аппараты малых размеровобеспечивают больший эффект очистки. При сгущении осадков минеральногопроисхождения следует применять гидроциклоны больших диаметров (свыше 150 мм). Длямеханической очистки сточных вод от взвешенных веществ допускается применятьоткрытые и напорные гидроциклоны. Открытые — для выделения всплывающих,оседающих грубодисперсных примесей гидравлической крупностью свыше 0,2 мм/с искоагулированной взвеси и напорные — для выделения из сточных водгрубодисперсных примесей минерального происхождения. Для расчета ипроектирования установок с открытыми циклонами задаются те же параметры по водеи загрязнениям, что и для отстойников. Гидравлическая крупность частиц, которыенадо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, определяется привысоте слоя воды, равном 200 мм. Для многоярусных гидроциклонов слойотстаивания должен быть равен высоте яруса.
Выделение примесей из сточных вод эффективно осуществляетсяпод действием центробежных и центростремительных сил в открытых и напорныхгидроциклонах. Открытые гидроциклоны применяют для выделения из суспензийчастиц диаметром >0,1 мкм при очистке грубодиспергированных примесей.3.1 Открытые гидроциклоны
Открытые гидроциклоны применяют для выделения из суспензийчастиц диаметром >0,1 мкм при очистке грубодиспергированных примесей.
Модифицированный гидроциклон с конической диафрагмой ивнутренним цилиндром (рис. 3) устраняет накопление взвешенных частиц поддиафрагмой и их периодический вынос с осветленной водой.
Исходную суспензию подают тангенциально в нижнюю часть зоны,ограниченную внутренним цилиндром. Восходящий поток у верхней кромки цилиндраразделяется на основной поток, движущийся по спирали к центральному отверстию вдиафрагме, и дополнительный, поступающий в зазор между стенками гидроциклона ицилиндра. В дополнительном потоке транспортируются выделившиеся в восходящемпотоке взвешенные частицы.
/>
/>
Рис. 3 Открытые гидроциклоны: а — без внутренних вставок; б- с конической диафрагмой; в — с конической диафрагмой и внутренним цилиндром
Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов являетсяудельная гидравлическая нагрузка qhc (м3/(м2ч), определяемая по формуле
qhc =3,6 * Khc * Uo,
где Uo — гидравлическаякрупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемогоэффекта, мм/с;
Кhc — коэффициентпропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный для гидроциклонов: а)без внутренних устройств 0,61; б) с конической диафрагмой и внутреннимцилиндром 1,98; в) многоярусного с центральными выпусками
/>
здесь nti — число ярусов,Dhc — диаметр гидроциклона, м; dd — диаметр окружности, на которой располагаютсяраструбы выпусков, м; г) многоярусного с периферийным отбором осветленной воды
/>
где n'ti — число пар ярусов; dd — диаметротверстия средней диафрагмы пары ярусов, м. Величины конструктивных размеров Dhc, den и т.д.,входящих в расчетные зависимости, принимаются по табл.6. Производительностьодного аппарата определяют по формуле
/>
где qhc — удельнаягидравлическая нагрузка, м3/м2*ч; Dhc2 — диаметр гидроциклона, м.
Исходя из общего количества сточных вод Qwопределяют количество рабочих единиц циклонов N
/>
После назначения диаметра аппарата и определения ихколичества по табл.6 определяют основные размеры гидроциклона.
Угол наклона образующей для конических диафрагм в от крытыхгидроциклонах в каждом случае задается с учетом свойств выделяемого осадка, ноне менее 45°.
Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены какиз стали, так и из неметаллических материалов (ткань, пластик и т.д.).
В канале пропорционального водораспределительного устройствамногоярусного гидроциклона скорость восходящего потока должна быть не менее 0,4м/с.
Для равномерного распределения воды между гидроциклонами ихводосливные кромки должны располагаться на одной отметке, а на подводящихтрубопроводах должны быть установлены водоизмерительные устройства.
Угол наклона образующей для конических диафрагм в открытыхгидроциклонах в каждом случае задается с учетом свойств выделяемого осадка, ноне менее 45°.
Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены какиз стали, так и из неметаллических материалов (ткань, пластик и т.д.).
В канале пропорционального водораспределительного устройствамногоярусного гидроциклона скорость восходящего потока должна быть не менее 0,4м/с.
Для равномерного распределения воды между гидроциклонами ихводосливные кромки должны располагаться на одной отметке, а на подводящихтрубопроводах должны быть установлены водоизмерительные устройства.3.2 Напорные гидроциклоны
На очистных сооружениях в напорных гидроциклонахпроизводится сгущение сточных вод и осадков. Поскольку объем сгущенногопродукта в этих аппаратах может составлять всего 2,5 — 10% начального объемаобрабатываемой суспензии, технологическая операция сгущения дает значительнуюэкономию материальных затрат на строительство очистных сооружений и участковобработки осадков. Происходит эффективная отмывка минеральных частиц отналипших на них органических загрязнений, например, на очистных сооруженияхнефтеперерабатывающих заводов при обработке песка из песколовки или при отмывкепесчаной загрузки фильтров при её гидроперегрузке.
В многоярусном гидроциклоне (рис.4), состоящем из конической1 и цилиндрической 9 частей, рабочий объем разделен коническими диафрагмами 10на отдельные ярусы (зоны), работающие независимо одна от другой. В основеработы такого аппарата лежит принцип тонкослойного отстаивания. Исходная смесьпоступает в аванкамеры 3 с распределительными лопатками 16 и равномернораспределяется между ярусами 12. Вода из аванкамер 3 выводится через три щели11, расположенные по окружности циклона через 120° и равномерно по его высоте. Поступающаясточная вода движется по нисходящей спирали к центру. Частицы тяжелее водыоседают на нижних диафрагмах ярусов, сползают к центру и, попав подшламозадерживающие козырьки 13, через кольцевую щель 2 опускаются в коническуючасть. Масло с примесями, выделившееся в ярусах, всплывает к верхним коническимдиафрагмам 10, задерживается перегородкой 6 и попадает в водосборник, откудамаслосборными воронками 7 через трубы 4 удаляется из гидроциклона. Осветленнаявода выводится через три тангенциальных выпуска 14. В центральной части циклонажидкость поднимается вверх, через водослив 5 переливается в лоток 8 и удаляетсяиз циклона. Осадок из конической части 1 удаляется через разгрузочное отверстие15 под действием гидростатического напора.
/>
Рис.4. Многоярусный низконапорный гидроциклон
1 и 9 — коническая и цилиндрическая части; 2 — кольцеваящель; 3 — аванкамеры; 4 — труба; 5 — водослив; 6 — перегородки; 7 — маслосборныеворонки; 8 — лоток; 10 — конические диафрагмы; 11 — щели; 12 — ярусы; 13 — шламозадерживающиекозырьки; 14 — выпуски; 15 — разгрузочное отверстие; 16 — распределительнаялопатка.
4. Производство сахарного песка4.1 Сахар-песок
Основные российские технические условия на сахар-песок,предназначенный для реализации в торговой сети, для промышленной переработки идругих целей (по ГОСТ 21-94 «Сахар-песок. Технические условия») Сахар-песоквырабатывается 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 переработкидопускаются комки, разваливающиеся при легком нажатии);
цвет — белый (для промпереработки допускается белый сжелтоватым оттенком);
чистота раствора — раствор сахара должен быть прозрачным илислабо опалесцирующим, без нерастворимого осадка, механических или другихпосторонних примесей.
Физико-химические показатели (значение в скобках — дляпромпереработки):
массовая доля (в пересчете на сухое вещество):
сахарозы, не менее 99,75% (99,55%)
редуцирующих веществ (продуктов разложения сахарозы), неболее 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 1,0кг;
в пакетики из комбинированного материала массой нетто 5 — 20г;
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 перевозкиавтотранспортом)
В целях длительной сохранности сахара при наиболее легкодостигаемых условиях (температура окружающей среды 10-30оС и относительнойвлажности воздуха 50-70%) влажность сахара-песка должна быть в пределах0,02-0,04% при бестарном его хранении и не более 0,14% при хранении его взатаренном виде.
При трении кристаллов друг о друга и о поверхность возникаетстатическое электричество. Сахар-песок является взрывоопасным веществом. Нижнийконцентрационный предел взрываемости сахарной пыли 10,3-17,5 г/м3. Верхнийпредел 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 процессесушки, охлаждения, транспортирования и упаковки сахара. Возможности взрываспособствуют следующие условия: наличие кислорода, соответствующая концентрацияпылевоздушной среды (от 10 до 300 г/м3), наличие источника воспламенения (искра,открытое пламя). При 20 г сахарной пыли в 1 м3 воздуха видимость бывает неболее 1м.
Теплофизические характеристики сахара-песка зависят отдисперсности 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 удельнаятеплоемкость (кДж/кг• ° С):
• сухого — 1,170-1,250 • пудры — 1,081-1,132 коэффициенттеплопроводности (Вт/м • ° С):
• сухого — 0,117-0,138 • пудры — 0,046-0,110 энергетическаяценность (калорийность) — 3,98 ккал/г предельно допустимая концентрациясахарной пыли в воздухе рабочей зоны — не более 6 мг/м3.4.2 Особенности производства
Диффузионный сок содержит примерно 16…19% сухих веществ изних 14…17% сахарозы и около 2% несахаров. Все сахара в большей или меньшейстепени затрудняют получение кристаллической сахарозы и увеличивают ее потери смелассой. Одна часть несахаров при кристаллизации способна удерживать врастворе 1,2…1,5 части сахарозы. Поэтому одной из важнейших задач технологиисахарного производства является максимальное удаление несахаров из сахарныхрастворов.
В состав несахаров входят многочисленные вещества: органическиекислоты, белки, пектины, жиры, редуцирующие вещества (продукты разложениясахарозы в водных растворах на глюкозу и фруктозу под действием ионов водородаили ферментов), красящие вещества и др. Несахара обладают широким спектромфизико-химических свойств, что обусловливает различную природу реакций,приводящих к удалению их из диффузионного сока.
Последовательность основных этапов физико-химической очисткидиффузионного сока следующая: предварительная дефекация, основная дефекация, I сатурация, II сатурация, отделениеосадка, сульфитация.
Дефекация — процесс обработки диффузионного сокаизвестью (известковым мелом). Целью предварительной дефекации являютсякоагуляция и осаждение под действием дегидратирующих свойств ионов, белков,пектиновых и других веществ коллоидной дисперсности, а также образованиехорошей структуры осадка. Кроме коагуляции и осаждения белково-пектинового комплекса,на предварительной дефекации происходит реакция нейтрализации кислот иосаждения солей кальция. Главной задачей основной дефекации является разложениеамидов кислот, солей аммония, редуцирующих веществ, омыление жиров, а такжесоздание избытка извести, необходимой для получения достаточного количестваосадка СаСО3 на I сатурации.
Сатурация — процесс обработки дефекованного сокасатурационным газом, содержащим диоксид углерода (СО2). В результатечего образуются кристаллы карбоната кальция, на поверхности которых в своюочередь адсорбируются частицы несахаров. После Iсатурации осадок карбоната кальция с адсорбированными несахарами и коагулятомотделяют отстаиванием или фильтрованием и выводят в отходы. Затем в сокдобавляют известь и проводят II дефекацию. На II сатурации в результате химических реакций на поверхностиобразующегося осадка СaCO3 осаждаются соликальция и другие несахара. После этого снова от сока отделяется сатурационныйосадок.
Сульфитация — процесс обработки сока или сиропасернистым газом или сернистой кислотой. Сульфитация проводится с целью снижениявязкости сахаросодержащих растворов и понижения их окрашенности. Сульфитированныйсироп фильтруют для отделения осадка.
Количество несахаров в исходном сырье существенно влияет наэффективность процесса очистки сока: чем их больше, тем труднее добитьсятребуемой чистоты, т.е. массовой доли сахарозы в пересчете на сухие вещества. Соотношениемежду количествами сахарозы и несахаров в свекле зависит от ее технологическихсвойств. В частности, цветущие корнеплоды имеют пониженное (на 2…3%) содержаниесахарозы и повышенное количество редуцирующих веществ. Чистота свекловичногосока в подвяленных корнеплодах ниже на 4…12%, чем у нормальной свеклы. Изкорнеплодов с сильными механическими повреждениями при гидроподаче напереработку вымывается в транспортерно-моечную воду до 0,16…0,30% сахарозы. Приналичии зеленой массы на корнеплодах снижается чистота диффузионного сока на1,7…2,6%. Естественно, что при хранении перечисленных дефектных корнеплодовухудшение показателей их качества происходит более интенсивно, чем у нормальнойсвеклы. Таким образом, заготовка и переработка свеклы ухудшенного качестваприводит к потерям сахара и, в конечном счете, снижает конкурентоспособностьсвеклосахарного производства.
Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышениитемпературы ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильнымдегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация вкоторых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этогопроцесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.
Кристаллизация позволяет из многокомпонентной смеси веществ,которой является сироп, получить практически чистую сахарозу.
Технологическая схема предусматривает столько ступенейкристаллизации, чтобы суммарный эффект кристаллизации (разность чистотыисходного сиропа с клеровкой и мелассы) составлял 30…33%. Обычно заводыработают по схемам с двумя или тремя кристаллизациями, при этом товарный продуктполучают только на первой степени. Двухкристаллизационная схема проще иэкономнее трехкристаллизационной, но при ее эксплуатации не всегда достигаетсядостаточно полное обессахаривание мелассы и получение сахара-песка высокогокачества.
Товарный сахар-песок высушивается до нормативной влажности0,04% при бестарном хранении и 0,14% при упаковывании в мешки и пакеты.
Хранение сахара на свеклосахарных заводах усложняется тем,что вся продукция вырабатывается в течение нескольких месяцев, после чего ееприходится хранить продолжительное время. Для эффективного использованияемкости сахарного склада мешки с сахаром укладывают в штабеля. Дляштабелирования мешков применяются различные передвижные подъемники. Обычно подмешки подкладывают деревянные решетки, поддерживающие их на высоте около 100 ммот пола и обеспечивающие хорошую вентиляцию воздуха под ними. Для правильногохранения сахара в складе нужно обеспечить соответствующий температурный ивлажностный режим.
Силоса бестарного хранения сахара должны иметь конструкцию,исключающую возможность образования влаги на их внутренних поверхностях. Такойсклад должен быть оборудован системой кондиционирования, а также аспирации,обеспечивающей очистку отсасываемого воздуха до взрывобезопасной концентрациисахарной пыли.
Для доставки потребителям неупакованного сахара используютвагоны специальной конструкции (хоппера).
Стадии технологического процесса. Производство сахара-пескаиз сахарной свеклы можно разделить на следующие стадии и основные операции:
транспортирование и предварительная очистка свеклы;
мойка свеклы;
изрезывание свеклы в свекловичную стружку;
извлечение сока из свекловичной стружки;
физико-химическая очистка диффузионного сока;
выпаривание сока и очистка сиропа;
уваривание утфеля, кристаллизация сахарозы и отделениеутфеля (центрифугирование);
сушка, охлаждение, сортирование и упаковка сахара-песка.
4.3 Устройство и принцип действия линии
Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатногополя. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимаетсяна высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различныхопераций технологического процесса происходит самотеком. По длинегидравлического конвейера 1 (рис. 2.2) последовательно установленысоломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Этотехнологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва)и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечнойводы. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подаетсявоздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6.
/>
Рис. 1.5 Машинно-аппаратурная схема линии производствасахара песка из сахарной свеклы.
Моечная машина предназначена для окончательной очисткисвеклы.
Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит отстепени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60...100%к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машиныпопадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего1...3% к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительнонаправляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы,которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.
Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальныхустройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, гдеэлектромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие всвеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляютв измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной,упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5...1,0мм.
Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощьюленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы,подается в диффузионную установку 75.
Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода,извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает вголовную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путемдиффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из концахвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, аэкстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кгсвеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится издиффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки ибрикетирования.
Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогреваетсяв устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основнойдефекации 2 7, где он очищается в результате коагуляции белков икрасящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с иономкальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковоемолоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.
Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, гдеон дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особеннокрасящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаСОз, который образуетсяпри пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурацииподается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. Вотстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80% всего сока) исгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.
Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппаратывторой сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз — соквторой сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производстваприходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрованияиспользуются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.
Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котелсульфитации 20. Цель сульфитации — уменьшение цветности сока путемобработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.
Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, азатем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18.Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенногосока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухихвеществ в продукте увеличивается с 14...16% в первом корпусе до 65...70% (сгущенныйсироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующиекорпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса. Площадь поверхностинагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы всутки составляет 10 000 м2.
Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, азатем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается вподогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32.Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется ввиде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Онсодержит около 7,5% воды и около 55% выкристаллизовавшегося сахара.
Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах.Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемнуюутфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, азатем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахараотделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистотапервого оттека 75...78%, что значительно ниже чистоты утфеля.
Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллыпромывают небольшим количеством горячей воды — пробеливают. При пробеливаниичасть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокойчистоты — второй оттек.
Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней)кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50%кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °Спри перемешивании в утфелемешалках — кристаллизаторах. При этом дополнительновыкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второйкристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяетсямеласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение изнее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтыйсахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфельнаправляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученныйсахар растворяется, и сок поступает в линию производства.
Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имееттемпературу 70 °С и влажность 0,5% при пробеливании паром или влажность 1,5%при пробеливании водой. Он попадает на виброконвейер 35 итранспортируется в сушильно-охладительную установку 36.
После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточныйконвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются,растворяются и возвращаются в продуктовый цех.
Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (складыдлительного хранения).
5. Расчет гидроциклона
Рассчитать открытый гидроциклон для очистки сточных вод,образующихся при производстве вторичного полиэтилена. Расход сточных вод Qw (м3/ч). Гидроциклон применен напервой ступени очистки и должен задерживать частицы гидравлической крупностью Uo (мм/с).
Данные для расчета согласно варианту 10:
Количество сточных вод QW= 90 м3/ч;
Гидравлическая крупность частиц U0= 0,3 мм/с;
Диаметр циклона Dhc = 5 м.
1. Принимают открытый циклон без внутренних вставок. Рассчитываютудельную гидравлическую нагрузку на гидроциклон:
qhc = 3,6 • Кhc • Uo = 3,6 * 0,61 * 0,3 =0,658 м3/ (м2ч),
Khc=0,61 (длягидроциклонов без внутренних устройств);
Uo = 0,3 мм/с (из условия задачи).
Определяют производительность одного аппарата по формуле
/>
Qhc= 0,785*0,658*25=12,46м3/ч.
Определяют общую площадь зеркала воды в гидроциклонах
Fhc= QW/qhc =90/0,658= 136,77 м2.
4. Задают диаметр гидроциклона Dhc — 5 м, рассчитывают количество N (шт) аппаратов:
N = Qw / Qhc = Fhc/0,785* D2hc= 136,77/ (52* 0,785) = 7,21=8 шт;
где Qhc = 0,785 * qhc* D2hc,
где Qw — общее количествосточных вод; Qhc — производительность одногогидроциклона; D — диаметр гидроциклона, м; qhc — гидравлическая нагрузка открытогогидроциклона.
Таким образом, принимается 8 гидроциклонов диаметром Dhc = 5 м.
Рассчитывают все конструктивные размеры гидроциклона безвнутренних вставок (табл.10, ГБ-2):
высота цилиндрической части Нhc= Dhc = 5 м;
диаметр впускного патрубка den = 0,07 • Dhc= 0,07 * 5,0 =0,35 = 350 мм, количество патрубков n = 2;
угол конической части α = 60°,
диаметр водосливной стенки D2 = Dhc =5 м,
диаметр водопогруженного щита D3=Dhc — 0,2= 5 — 0,2 = 4,8 м.
5. Выбирают материал для изготовления гидроциклона и I приступаютк проектированию гидроциклонной установки в соответствии со СНиП 2.04.03-85.
Заключение
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и ихрационального использования для нужд народного хозяйства — одна из наиболее важныхпроблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятияпо охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.
Одним из основных направлений работы по охране водныхресурсов является внедрение новых технологических процессов производства,переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточныеводы не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутыециклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидироватьсбрасывание сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать дляпополнения безвозвратных потерь.
Данная курсовая работа позволила расширить,систематизировать и закрепить знания, полученных при изучении методов очисткисточных вод.
В ходе курсовой работы были изучены технологии производства стеновыхи облицовочных материалов, а также была предложена схема очистки сточных водданного производства с подробным представлением гидроциклонной установки дляочистки от механических примесей.
Список использованной литературы
1. Антипов С.Т. Машины и аппаратыпищевых производств, к.1: Учебник для ВУЗов / РАСХН — М.: Высшая школа, 2001.
2. Роев Г.А. Очистные сооружения. — Учебникдля вузов. — М.: Недра, 1993, 130с.
3. Соколов М.П. Очистка сточных вод.- Учебное пособие, Наб. Челны: КамПИ, 2005, 197 с.
4. Справочник «Основыконструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования»/А.С.Тимонин т.1. — Калуга: Бочкарева, 2003.
5. Технология сахара, меда и патоки — М. ИКЦ. «МарТ» Ростов-на-Дону, 2004-688.