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
Trang 1CÔNG NGHIỆP TUYỂN KHOÁNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC
Trang 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
Trang 3LÊ HẢI KIÊN
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
CHƯƠNG 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
Trang 4LÊ HẢI KIÊN
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
CHƯƠNG 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
CHƯƠNG 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
Trang 5LÊ HẢI KIÊN
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
Trang 6LÊ HẢI KIÊN 1
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
Trang 7LÊ HẢI KIÊN 2
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
Trang 8LÊ HẢI KIÊN 3
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 v s 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 v s 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
Trang 9LÊ HẢI KIÊN 4
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 f bk , 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 v s 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
Trang 10LÊ HẢI KIÊN 5
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 v s 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 z c 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 z c của nước thải tuyển than II khi năng suất là 150 m3/h 68
Hình 3.8: Chiều cao lắng nén ép z c 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
Trang 11LÊ HẢI KIÊN 6
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
Trang 12LÊ HẢI KIÊN 7
CHƯƠNG 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 nềncông 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
Trang 13LÊ HẢI KIÊN 8
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
Trang 14LÊ HẢI KIÊN 9
- 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)
là hàm lượng pha rắn trong dòng tháo đáy
Hình 1.2: Sơ đồ 4 vùng làm việc trong thiết
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
Trang 15LÊ HẢI KIÊN 10
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
Trang 16LÊ HẢI KIÊN 11
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
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:
Q 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
Tham số
đầu vào
Tham số đầu ra Tham số điều khiển
Tham số điều khiển
Trang 17LÊ HẢI KIÊN 12
D
hàm lượng pha rắn trong dòng tháo đáy
c là độ cao của vùng nước trong (vùng I)
1.2 Các phương 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
D 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: FD (1.1)
Cân bằng vật chất cho pha lỏng: F D. F D D. DO (1.2)
Trang 18LÊ HẢI KIÊN 13
“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:
0
F D f
Trong đó: flà 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 D F là tốc độ dòng lắng của pha rắn, thì:
S là diện tích lắng kiểu răng cào (m2)
F là khối lượng của pha rắn trong dòng nạp liệu (tấn)
1.2.2 Phương pháp Coe và Clevenger
Phương pháp Mishler cho rằng độ pha loãng trong dòng cấp D F 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
Trang 19LÊ HẢI KIÊN 14
Phương pháp Coe và Clevenger giả sử vùng II của thiết bị có nồng độ pha loãng
là D D k k D F 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 D K cho đến khi huyền phù có độ pha loãng D D:
K D
D F
Trang 20LÊ HẢI KIÊN 15
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 D F và tốc độ lắng lớn nhất D D 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 AU0 là diện tích đơn vị cơ sở như là nghịch đảo năng suất của pha rắn nhỏ nhất:
Với D C là độ pha loãng tới hạn
Taggart, Dahlstrom và Fitch ( sử dụng 3
Trang 21LÊ HẢI KIÊN 16
1.2.3 Phương pháp thiết kế dựa vào lý thuyết lắng của Kynch
Phương pháp này được thiết lập bởi lý thuyết lắng của Kynch năm 1952, được cho là phương pháp nhanh và chính xác hơn khi thiết kế thiết bị lắng kiểu răng cào [13]
Giả thiết
- Kích thước hạt rắn là nhỏ so với thiết bị và có kích thước, hình dạng, khối lượng riêng là như nhau;
- Hỗn hợp pha lỏng rắn không bị nén ép;
- Không có sự trao đổi chất giữa 2 pha;
- Vận tốc lắng tại bất kì điểm nào trong thiết bị chỉ là hàm số của hàm lượng pha rắn tại điểm đó
Phân tích đường cong lắng gián đoạn
Ta sử dụng lý thuyết lắng gián đoạn của Kynch và đường thẳng đặc trưng cho hàm lượng pha rắn k (Hình 1.7)
Hình 1.7: Phân tích đường cong lắng gián đoạn
Thời gian lắng t Chiều cao lắng z
Trang 22LÊ HẢI KIÊN 17
Thực nghiệm xác định được đường cong lắng gián đoạn Hàm lượng pha rắn ban đầu 0 đã biết, biết được chiều cao lắng ban đầu L sẽ xác định được các thông
số cho tương ứng với bất kỳ một hàm lượng pha rắn k nào từ đồ thị
Để xác định được k và I k một đường tiếp tuyến được vẽ tại một điểm
k, k
P z t bất kỳ trên đường cong lắng gián đoạn, đường thẳng này cắt trục tung tại
Z, cắt trục hoành tại T Khi đó:
0
k
L Z
I k S k
Z v
k
D S
T Z Z AU
Trang 23LÊ HẢI KIÊN 18
Hình 1.8: Phương pháp thiết kế dựa trên lý thuyết gián đoạn Kynch
1.2.4 Phương pháp của Talmage và Fitch
Hình 1.9: Phương pháp thiết kế của Talmage và Fitch
Phương pháp này được đưa ra năm 1955 dựa trên lý thuyết lắng gián đoạn của Kynch [11] Vận tốc lắng của huyền phù tại hàm lượng pha rắn k có thể được mô
Trang 24LÊ HẢI KIÊN 19
Thay công thức (1.18) này vào công thức (1.17) ta được:
0
0
1 max u
t AU
L
Phương pháp của Talmage và Fitch được tóm tắt theo 4 bước sau:
Bước 1: Thực nghiệm xác định đường cong lắng gián đoạn và thu được các giá
trị vận tốc lắng ban đầu I bằng cách vẽ các đường tiếp tuyến tới đường cong lắng, theo lý thuyết lắng gián đoạn của Kynch [13]
Bước 2: Xác định được chiều cao D 0
Bước 3: Vẽ một đường thẳng trên đồ thị lắng song song với trục hoành và xác
định giao điểm với đường cong lắng Điểm này xác định thời gian t U
Bước 4: Tính toán diện tích cơ sở theo phương trình (1.20)
Đây là phương pháp khá hữu hiệu và chính xác Do đó, nó được phát triển để tính toán thiết bị lắng kiểu răng cào trong công nghiệp Thông thường đường thẳng này sẽ không cắt đường cong Trong trường hợp này chúng ta sẽ xuất phát từ hàm lượng tới hạn, vẽ đường tiếp tuyến qua điểm đó và sẽ cắt đường thẳng đó song song với trục hoành và sẽ xác định được t U
1.2.5 Phương pháp của Oltmann
Do phương pháp Talmage và Fitch chỉ nhận được từ thiết bị có diện tích lớn hơn so với thực nghiệm nên Fitch và Stevenson đề nghị phương pháp Oltmann năm
1976 bằng việc vẽ một đường thẳng từ điểm ( , 0)L đi qua điểm z t c, c và kéo dài cắt đường thẳng z D, 0 khi đó ta sẽ nhận được giá trị t0 và thay t u bằng t0 vào phương trình (1.20) [12]
Trang 25LÊ HẢI KIÊN 20
1.2.6 Phương pháp của Wilhelm và Naide
Giả thiết rằng vận tốc lắng của một huyền phù phụ thuộc vào hàm lượng pha rắn theo công thức [11]:
1
b S
v a (1.21) Trong đó: 1
a LT ; b được xác định bằng thực nghiệm
Khi đó:
1 1
D S
b UA
Bước 1: Tiến hành thực nghiệm lắng gián đoạn với huyền phù tại nồng độ ban
đầu giữa dòng nạp liệu và dòng xả pha rắn ban đầu biến thiên từ hàm lượng pha rắn ban đầu là dòng nạp liệu và hàm lượng pha rắn của dòng tháo đáy và ghi lại các tốc
độ lắng ban đầu I
Bước 2: Mặt khác, thực hiện một phép thử sa lắng ở nồng độ trung gian và thu
được tất cả các vận tốc lắng ban đầu bằng cách vẽ các tiếp tuyến tới đường cong
lắng, theo lý thuyết của Kynch [13]
Bước 3: Vẽ log I theo log (Hình 1.10) Ước chừng đường cong bằng cách vẽ 1 hoặc nhiều đường thẳng Từ mỗi đường thẳng ta sẽ tính toán được các
thông số a và b trong phương trình (1.21) bằng đồ thị hoặc bằng hồi quy tuyến tính
Bước 4: Sử dụng các giá trị a, b vừa nhận được để tính toán đơn vị diện tích
theo phương trình (1.22)
Bước 5: Vẽ đường cong UA theo hàm lượng pha rắn tháo ra theo tỷ lệ logarit
(Hình 1.11)
Trang 26LÊ HẢI KIÊN 21
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)
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
Nồng độ bùn
Hàm lượng pha rắn tháo ra
Trang 27LÊ HẢI KIÊN 22
1.3 Mô hình hóa quá trình và thiết bị lắng
1.3.1 Cơ sở lý thuyết
Các đặc tính của nước thải như nhiệt độ, lưu lượng dòng và hàm lượng pha rắn thay đổi trong quá trình làm việc nên các quy trình thiết kế truyền thống cho thiết bị lắng phải sử dụng các thông số trung bình và đưa ra các hệ số an toàn (Coe và Clevenger, 1916) [8] Vì thế hiệu quả hoạt động của thiết bị lắng không ổn định, không kiểm soát được quá trình và làm giảm khả năng làm việc của thiết bị Các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nước thải và sự cần thiết phải tối ưu hóa hiệu suất của quá trình xử lý nước thải đã tạo ra những thay đổi lớn, và đã đòi hỏi việc phải sử dụng các mô hình hóa cho thiết bị lắng cho quá trình xử lý nước thải
Một cách tiếp cận bằng mô hình toán học được khuyến khích trong các nghiên cứu về quá trình xử lý nước thải trong việc thiết kế quy trình tổng thể và tối ưu hóa quá trình điều khiển nhằm dự đoán một cách chính xác hiệu quả hoạt động của thiết
bị lắng Theo các mục đích ứng dụng thực tế khác nhau, các cách tiếp cận mô hình hóa có thể được chia thành ba loại chính:
Mô hình động một chiều (1-D): mô hình một chiều được dựa chủ yếu vào lý thuyết thông lượng và giả thuyết của Kynch rằng vận tốc lắng trọng lực của các chất rắn chỉ phụ thuộc vào hàm lượng pha rắn cục bộ [13] Các dòng được đơn giản hóa thành các dòng bùn đi xuống và dòng nước trong đi lên
để mô phỏng thỏa mãn giả thuyết một chiều
Mô hình thủy lực hai chiều (2-D): các mô hình 2 chiều được phát triển dựa trên việc sử dụng các kỹ thuật thủy động lực học Do đó, thay vì đơn giản hóa hoặc bỏ qua tác động của dòng thủy lực, các mô hình 2 chiều có thể kết hợp các đặc tính thủy động lực học như các dòng mật độ và sự chảy rối Ứng dụng phổ biến của các mô hình 2 chiều là cải tiến thiết kế hình học của thiết
bị lắng và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động
Trang 28LÊ HẢI KIÊN 23
Mô hình thủy lực ba chiều (3-D): Mô hình 3-D được phát triển để hiểu được các tính năng bất đối xứng như sự trao đổi nhiệt gây ra bởi các vùng nhiệt độ khác nhau hoặc các hiệu ứng gió,…
Mặc dù mô hình thiết bị lắng 2-D và 3-D đã được phát triển, nhưng mô hình
1-D vẫn được sử dụng rộng rãi vì tính đơn giản của chúng và các yêu cầu tính toán thấp hơn Trong thực tiễn kỹ thuật hiện nay, các mô hình động một chiều được sử dụng để dự đoán nồng độ nước thải và tái sinh các chất rắn cũng như chiều cao tầng bùn trong thiết bị lắng
Tuy nhiều mô hình thiết bị lắng 1-D đã được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn như mô hình Takács (Takács và các cộng sự, 1991), việc dự đoán các đặc tính của quá trình lắng và nồng độ bùn vào và ra khỏi một thiết bị lắng vẫn chưa đạt độ chính xác yêu cầu Sai số này là do việc sử dụng các hàm số thực nghiệm và các kỹ thuật số học không đáng tin cậy (Burger và các cộng sự, 2011, 2012; 2013; Li và Stenström, 2014b) Do đó, hầu hết các thiết bị mô phỏng thương mại được trang bị những mô hình đều không thể đưa ra những sự mô phỏng đáng tin cậy (Burger và các cộng sự, 2012) Do đó cần những nghiên cứu sâu hơn để nâng cao hiệu quả hoạt động của các mô hình thiết bị lắng một chiều [7]
Để đơn giản hóa mô hình, các giả thuyết được đưa ra để giới hạn phạm vi áp dụng cho một hệ huyền phù lý tưởng (liên tục) và các điều kiện mô hình hóa 1 chiều:
- Thiết bị lắng có dạng hình trụ tròn, cấp liệu trung tâm với diện tích thiết diện không đổi
- Không có quá trình chuyển chất trong thiết bị lắng và các tính chất hạt rắn là không đổi trong thiết bị lắng
- Các dòng thủy lực thống nhất theo cả chiều dọc và chiều ngang (không có các dòng mật độ hoặc các hiệu ứng gió) và nồng độ các chất rắn là như nhau trên mọi mặt cắt ngang của các thiết bị lắng
- Bộ phận cào bùn cơ học không ảnh hưởng đến quá trình lắng và các hiệu ứng thành thiết bị là không đáng kể
Trang 29LÊ HẢI KIÊN 24
(a) (b)
Hình 1.12: Hình minh họa giản đồ của một thiết bị lắng răng cào:
(a) Nguyên lý hoạt động, (b) Mô hình lý tưởng một chiều
Dựa trên những giả định này, Shannon và các cộng sự (1963) đã đưa ra khái niệm về một thiết bị lắng 1-D lý tưởng, và một số các nhà nghiên cứu sau đó đã phát triển các khái niệm này (Bryant, 1972; Stenström, 1976; Bustos và các cộng
sự, 1990b; Burger và các cộng sự, 2011) Hình 1.12 cho thấy tổng quan dạng giản
đồ của một thiết bị lắng lý tưởng Trong vùng lắng trong, dòng chảy đến được làm trong để tạo ra nước thải có độ đục thấp, trong khi vùng làm đặc sẽ cô đặc các chất rắn để tái sinh và loại bỏ Vùng nạp liệu là nơi nước thải ban đầu được đưa vào và trộn đều với nhau cho sự lắng ban đầu Đối với mô hình hóa 1 chiều, dòng thủy lực
bị chia ra thành dòng chảy lên hướng về phía đập tràn (Q e) và dòng chảy xuống hướng về phía đáy của thiết bị lắng (Q u) So với quá trình lắng tĩnh trong các thử nghiệm gián đoạn, các dòng nạp liệu và dòng xả trong các thiết bị lắng là liên tục [7]
1.3.2 Các phương trình cơ bản của quá trình lắng
Quá trình lắng dưới tác dụng của trọng lực trong các thiết bị lắng diễn ra ở các chế độ lắng khác nhau Ở giai đoạn đầu, khi hàm lượng pha rắn trong huyền phù nhỏ, các hạt rắn lắng xuống ở chế độ lắng tự do Sau đó, khi hàm lượng pha rắn
e Q e
u Q u
f
Trang 30LÊ HẢI KIÊN 25
tăng dần lên, các hạt rắn rơi tự do sẽ tương tác với nhau nhiều hơn Sự tương tác này một mặt cản trở quá trình lắng (làm cho tốc độ lắng giảm xuống), mặt khác hình thành nên các khối hạt lớn do tác dụng của chất keo tụ làm tốc độ lắng tăng lên Ngoài ra, khi hàm lượng pha rắn đủ lớn, các phần tử này có xu hướng xếp chặt lại với nhau tạo ra sự nén ép giữa các khối hạt Quá trình này cũng ảnh hưởng không nhỏ đến vận tốc lắng của các khối hạt Do diễn biến của quá trình lắng khá phức tạp
và ranh giới giữa các chế độ lắng chưa thực sự rõ ràng nên mô tả toán học đầy đủ và chi tiết cho quá trình lắng vẫn đang được phát triển Tuy nhiên, theo các nghiên cứu
đã công bố [15], việc xây dựng mô hình toán học cho quá trình lắng dưới tác dụng trường thường được xây dựng với giả thiết có ranh giới rõ ràng giữa các giai đoạn của quá trình lắng Vì vậy, mô hình toán học thường được xây dựng dựa trên các giả thiết cơ bản sau:
- Các phần tử trong pha rắn có khối lượng riêng như nhau và rất nhỏ so với thiết bị lắng, nghĩa là bỏ qua hiệu ứng dòng chảy tại vùng không gian gần thành thiết bị lắng
- Các phần tử pha rắn và pha lỏng không bị nén ép
- Quá trình chuyển khối giữa pha rắn và pha lỏng không xảy ra
- Các phần tử pha rắn kết khối trước khi quá trình lắng diễn ra
- Các khối hạt lắng với tốc độ như nhau
Từ các giả thiết nêu trên, quá trình lắng dưới tác dụng của trọng lực được đặc trưng bởi các hàm sau:
(1) Hàm lượng của pha rắn trong hệ huyền phù lỏng – rắn t
(2) Hàm mật độ thông lượng pha rắn f bk
(3) Lưu lượng thể tích trung bình q t
(4) Ứng suất rắn hiệu dụng e(kể đến sự nén ép giữa các khối hạt)
Trang 31LÊ HẢI KIÊN 26
Trên cơ sở các thông số đặc trưng, các phương trình toán học mô tả của quá trình lắng bao gồm:
1
c
Nhiều tài liệu đã thảo luận về các hàm phù hợp f bk và e đối với nhiều loại vật liệu [15]
Trang 32LÊ HẢI KIÊN 27
Hình 1.13: Hàm mật độ thông lượng pha rắn f bk , Becker (1982)
Hình 1.14: Hàm ứng suất rắn hiệu dụng e , Becker (1982)
1.3.3 Mô hình toán học quá trình lắng gián đoạn
Đối với trường hợp sa lắng gián đoạn phương trình (1.23) trở thành:
Trang 33LÊ HẢI KIÊN 28
Với các điều kiện biên:
z, 0 0
khi 0 z L (1.28)
1 e' 0
bk f
1.3.4 Mô hình toán học quá trình lắng liên tục
Đối với quá trình làm đặc liên tục, phương trình (1.23) là khả dụng và chúng tôi quy định một vận tốc thể tích trung bình q t 0 như là một hàm điều khiển Do đó, các điều kiện biên cho thông lượng nạp liệu và thông lượng xả (Burger và các cộng
và nồng độ rắn của bùn quặng tại cửa tháo đáy của thiết bị lắng Lưu ý rằng f F t
có thể được quy định, trong khi f D t là một phần của nghiệm của bài toán tạm thời, bởi vì D 0,t là chưa biết trước được
Trang 34LÊ HẢI KIÊN 29
Vì trong vùng lắng của thiết bị nồng độ thấp hơn mức tới hạn, '
1.3.5 Mô hình toán học quá trình lắng liên tục và ổn định
Điều kiện cần thiết cho một trạng thái ổn định để được chấp nhận là bất đẳng thức sau đây phải thỏa mãn:
q f f khi L D (1.35) Một trong những hệ quả của phương trình (1.35) là nồng độ trong vùng nén (nơi
mà thay đổi giữa c và D) tăng tỉ lệ thuận với chiều cao Ta sử dụng phương trình vi phân thường, đạt được bằng cách tích phân phiên bản không phụ thuộc thời
gian của phương trình (1.23) đối với z :
Trang 35LÊ HẢI KIÊN 30
Hình 1.15: Hàm mật độ thông lượng liên tục cho một giá trị q và ba giá trị f F
Hình 1.16: Biên dạng nồng độ đối cho một giá trị q và ba giá trị f F
Hình 1.16 chỉ ra biên dạng nồng độ của các trường hợp trong Hình 1.15
Phần thể tích chất rắn
Phần thể tích chất rắn
Trang 36LÊ HẢI KIÊN 31
1.4 Lựa chọn đối tƣợng
1.4.1 Công nghiệp tuyển than
Trong quá trình xử lý nước thải ở nhà máy tuyển than, công đoạn xử lý bùn là
vô cùng quan trọng Vấn đề đầu tư cho công nghệ xử lý bùn nước đã trở nên cấp thiết Hiện tại Công ty tuyển than Cửa Ông có 3 nhà máy sàng tuyển than, được xây dựng vào các thời điểm và quy mô khác nhau Với tỷ lệ than bùn so với than nguyên khai chiếm từ 10 đến 17% thì lượng nước thải ra sau tuyển qua công nghiệp tuyển than bằng máy lắng và xoáy lốc huyền phù rất lớn Công nghệ xử lý bùn nước của Nhà máy là lắng tự nhiên bằng hệ thống hồ xây và hồ đào trên bãi thải, sau đó than bùn được bốc lên các sân phơi để khô róc nước rồi đem tiêu thụ (Hình 1.13 đính kèm bản A3) Do công nghệ xử lý bùn nước chưa hoàn chỉnh nên không thu hồi được lượng nước dùng trong sàng tuyển một cách triệt để gây lãng phí và làm ảnh hưởng đến môi trường Đồng thời hệ thống xử lý này chiếm diện tích rất lớn, hiệu suất lại thấp Do vậy trong tương lai gần, khi tổng công suất các nhà máy tuyển nâng lên cao thì đến lúc đó, tạo nên sức ép lớn bởi lượng than bùn tăng nhanh và khối lượng nước cung cấp cho các nhà máy rất nhiều Công ty đầu tư hệ thống xử lý bùn nước, đáp ứng yêu cầu về tăng sản lượng than đưa vào tuyển để cung cấp than cám bùn cho các Nhà máy nhiệt điện và thu hồi lượng nước tuần hoàn trong sàng tuyển Đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường, nhằm đáp ứng mục tiêu nâng công suất các nhà máy tuyển than lên 9,5 - 10 triệu tấn/năm nên công trình xây dựng nhà máy xử lý bùn nước là một nhiệm vụ trọng tâm Sơ đồ công nghệ nhà máy tuyển than I – Công ty tuyển than Cửa Ông được trình bày trong Phụ lục 1 (đính kèm bản A3)
Bảng 1.1 chỉ ra các thông số của thiết bị lắng răng cào trong công đoạn xử lý nước thải của Nhà máy tuyển than I – Công ty tuyển than Cửa Ông
Trang 37LÊ HẢI KIÊN 32
Bảng 1.1: Các thông số của thiết bị lắng răng cào nhà máy tuyển than I
1.4.2 Công nghiệp tuyển đồng
Đồng (Cu) là nguyên liệu quan trọng của nền công nghiệp Xét về khối lượng tiêu thụ, đồng xếp hàng thứ ba trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm Do tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ bền khá cao nên đồng và hợp kim đồng được sử dụng rộng rãi như làm dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp, dân dụng Ngoài
ra, đồng và hợp kim đồng còn được sử dụng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện cực Các hợp chất của đồng như đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua cũng có rất nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày Chính vì công nghiệp tuyển quặng đồng hợp lý để thu hồi đồng trong quặng ngày càng được quan tâm
Trang 38LÊ HẢI KIÊN 33
Hình 1.17: Sơ công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp tuyển đồng
1.5 Kết luận
Trong chương 1, luận văn đã đề cập tới những vấn đề:
- Nghiên cứu tổng quan về thiết bị lắng răng cào và các phương pháp thiết kế thiết bị
- Nghiên cứu tổng quan mô hình toán mô tả các quá trình làm việc gián đoạn, liên tục và liên tục, ổn định
- Lựa chọn được các đối tượng nghiên cứu thực nghiệm là công nghiệp tuyển than và công nghiệp tuyển đồng
Trang 39LÊ HẢI KIÊN 34
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ
2.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
Như đã phân tích trong chương 1, để thiết kế và mô hình hóa thiết bị lắng cần phải xác định tường minh các phương trình cơ bản của quá trình lắng thông qua thực nghiệm lắng gián đoạn Có 3 phương trình cơ bản của quá trình lắng:
Hàm vận tốc lắng nén ép Vesilind
Theo lý thuyết lắng của Kynch (1952) vận tốc lắng nén ép là hàm của hàm lượng pha rắn (Vesilind, 1968; Dick ang Young, 1972; Vaerenbergh, 1980; Cho, 1993) Từ đó hàm vận tốc lắng nén ép Vesilind (1986) được chấp nhận rộng rãi và được sử dụng Trong hàm Vesilind, vận tốc vùng lắng được tính như sau
n s
Hàm mật độ thông lượng pha rắn
Hàm số mật độ thông lượng pha rắn được giới thiệu bởi Michaels và Bolger
max
1
c k
Trang 40LÊ HẢI KIÊN 35
u và c là các thông số đặc trưng Biến đổi công thức (3.2) ta được:
Hàm ứng suất nén ép hiệu dụng pha rắn
Hàm ứng suất nén ép hiệu dụng pha rắn được mô tả bởi công thức:
khi c D Nghĩa là trong giai đoạn lắng nén ép, các hạt rắn
bị toàn bộ khối chất lỏng phía trên nén ép xuống và tạo ra một áp suất nén ép toàn
bộ pha rắn (bùn lắng) ở dưới đáy thiết bị
Từ các phân tích cụ thể trên, chương 2 trình bày quá trình thực nghiệm lắng gián đoạn để từ đó xác định các thông số đặc trưng của các phương trình cơ bản cho quá trình lắng Từ đó sử dụng các phương trình này trong quá trình thiết kế và mô hình hóa trong phần sau
Thực nghiệm quá trình lắng gián đoạn
Thực nghiệm được tiến hành trong bình lường đựng mẫu nước thải có đường kính bằng 5.1 cm, chiều cao bình lường 22 cm Huyền phù được khuấy trộn đều để đảm bảo hàm lượng pha rắn là như nhau Sau đó tiến hành đổ nhanh vào bình lường
đã chuẩn bị sẵn Khi quá trình ổn định, bắt đầu tính thời gian Trong quá trình lắng, các hạt rắn sẽ lắng xuống đáy bình lường do đó hình thành nên lớp nước trong ở phía trên Bề mặt phân chia sẽ được hình thành giữa phần nước trong và lớp huyền phù lắng đó Tiến hành đo chiều cao bề mặt phân chia pha theo thời gian và ghi chép Hình 2.1 mô tả tiến trình tiến hành thực nghiệm