Dimensiunea particulelor față de eficiența instalatorului de tuburi înclinate: simularea CFD găsește pragul de 80 μm

Știi că un decantor tubular îndepărtează solidele în suspensie. Dar știți ce dimensiuni elimină de fapt - și care dimensiuni se strecoară, indiferent de cât de bine este proiectat rezervorul? Folosind simularea CFD a unui decantor cu tub înclinat în contracurent de 1.000 m³/zi din provincia Anhui, cercetătorii au modelat comportamentul particulelor din30 până la 120 μmîn condiţii reale de funcţionare. Rezultatul este un prag clar: sub 80 μm, dimensiunea particulelor abia contează pentru îndepărtare. Peste 80 μm, eficiența decolează. Dacă coagulantul dvs. nu produce flocuri peste acel prag, tuburile dvs. înclinate nu fac ceea ce ați plătit.

DE CE CFD - SI DE CE ACEST TANK

Cele mai multe studii asupra decantoarelor cu tuburi înclinate se concentrează pe modelele de curgere - optimizarea dimensiunilor rezervorului, reducerea zonelor moarte, netezirea distribuției vitezei. Puțini au pus întrebarea care contează cel mai mult pentru calitatea efluentului:având în vedere o distribuție specifică a dimensiunii particulelor, ce este de fapt eliminat?Deoarece particulele de diferite diametre au viteze de decantare diferite, distribuția dimensiunii particulelor solidelor în suspensie influențate controlează în mod direct eficiența sedimentării pe care o poate obține rezervorul.

Pentru a răspunde la aceasta, cercetătorii au folositmodelul standard de turbulență k-ε(pentru câmpul de curgere) cuplat cuModel de amestec multifazic(pentru comportamentul în două faze solid-lichid) - o combinație potrivită pentru a simula fluxul turbulent, încărcat cu particule, în interiorul unui tub de decantare operațional.

Cazul de testare a fost un adevărat decantor cu tuburi înclinate în contracurent la o instalație de apă din provincia Anhui, cu următorii parametri de proiectare și funcționare:

REZULTAT 1: UNDE SE CONCENTREAZĂ PARTICULELE - ȘI DE CE CONTEAZĂ

Au fost simulate cinci diametre de particule:30, 50, 80, 100 și 120 μm. Pentru fiecare, distribuția verticală a solidelor în suspensie a fost examinată prin reprezentarea fracției de volum mediu pe secțiuni transversale la diferite înălțimi (Figura 2).

Din profilele de concentrare apar trei modele:

1. Toate dimensiunile particulelor urmează aceeași tendință generală.Forma generală a curbei concentrație versus înălțime este similară, indiferent de diametru. Fizica rezervorului - structura cu patru zone, calea curgerii, modelul de turbulență - impune un profil de concentrație comun.

2. La intrarea tubului (~1,5 m înălțime), concentrația crește brusc pentru particulele mai mari.Aceasta este zona de tranziție în care fluxul intră în tuburile înclinate. Turbulența și amestecarea creează o regiune cu concentrație mare care promovează contactul particulelor și flocularea - un efect pozitiv pentru separarea solid-lichid. Cu cât sunt mai mari particulele care intră în această zonă, cu atât vârful concentrației este mai pronunțat.

3. La fundul rezervorului și la secțiunea transversală a efluentului, dimensiunea particulelor determină rezultatul.În apropierea zonei de nămol, fracția de volum mediu crește odată cu dimensiunea particulelor - mai multe particule mari se depun și se acumulează acolo unde ar trebui. La secțiunea transversală a efluentului, fracția de volum mediuscadepe măsură ce dimensiunea particulelor crește - mai puține particule mari scapă. Corelația este clară:particule mai mari → mai multă sedimentare → efluent mai curat.

REZULTAT 2: PRAGUL DE 80 μm

Eficiența de îndepărtare η este definită ca:

unde C_admisieeste concentrația de SS influenț (kg/m³) și C_prizaeste concentrația de SS efluent (kg/m³).

Figura 3 arată relația dintre eficiența de îndepărtare și diametrul particulelor în condițiile de influență date (295 mg/L SS, densitate 1.050 kg/m³, vâscozitate 0,02001 Pa·s). Curba nu este liniară - are un genunchi distinct.

Datele relevă două regimuri:

Motivul este hidraulic: particulele sub 80 μm au viteze de decantare suficient de mici încât fluxul ascendent din tuburi să le poată efectua, indiferent de cât de bine este proiectat rezervorul. Peste 80 μm, viteza de decantare depășește viteza ascendentă cu o marjă de lărgire, iar îndepărtarea devine eficientă. Pragul de 80 μm este specific geometriei și condițiilor de funcționare a acestui rezervor (diametrul tubului de 40 mm, înclinare de 60 de grade, viteza de intrare de 0,1 m/s) - dar principiul se aplică pe scară largă:fiecare tub de sedimentare are o dimensiune critică a particulei sub care îndepărtarea este slabă, iar această dimensiune este determinată de viteza ascendentă a tuburilor..

CE ÎNSEAMNE ACEST PENTRU PLANTA TA

1. Dozarea coagulantului are o țintă și este de 80 μm.Scopul coagulării și floculării - dincolo de încărcătura de neutralizare și particulele de punte - este de a crește flocul peste dimensiunea critică în care decantorul tubului le poate capta. Testarea borcanelor ar trebui să confirme că flocurile formate depășesc diametrul prag pentru geometria specifică a rezervorului.

2. Dacă efluentul dvs. este tulbure și dimensiunea floculului este sub prag, tuburile nu sunt problema - etapa de floculare este.Adăugarea mai multor tuburi sau reducerea vitezei în sus va ajuta puțin. Dar adevărata soluție este în amonte: o mai bună floculare pentru a produce particule mai mari și mai dense pe care tuburile existente le pot capta.

3. Mărimea critică este specifică rezervorului.Această simulare a găsit 80 μm pentru un tub de 40 mm la 60 de grade cu o viteză de intrare de 0,1 m/s. Un diametru mai mic al tubului, un unghi mai plat sau o viteză ascendentă mai mică ar deplasa pragul în jos - ceea ce înseamnă că particulele mai mici devin detașabile. Acesta este motivul pentru care geometria tubului și încărcarea hidraulică nu sunt doar parametri de proiectare; ele stabilesc direct dimensiunea minimă a particulelor pe care o poate gestiona colonul tău.

4. Simularea CFD este un instrument practic de proiectare, nu un exercițiu academic.Combinația de model k-ε + amestec utilizată aici poate prezice, pentru orice geometrie a rezervorului și condiție de funcționare, curba eficienței mărimii particulelor-eliminare. Înainte de construirea sau modernizarea, simularea poate răspunde la întrebarea că regulile de proiectare empirice nu pot:va elimina acest rezervor particulele din apa mea brută?