4.5. Технологические характеристики аппарата

Технологические характеристики аппарата имеют решающее значение при оценке конструкции и режима работы аппарата (или сооружения).

Оптимальным будет такой аппарат или режим его работы, при котором обеспечивается заданный результат с минимальными затратами (с наименьшим использованием ресурсов).

Вычислим основные размеры для аппарата непрерывного действия. Для примера возьмем горизонтальную песколовку.

Рассмотрим подающий лоток (или трубу), по которому поступает вода в сооружение. Есть некоторый расход (Q) сточной воды, идущий со скоростью (). Отношение этих величин даст нам площадь поперечного сечения:

(м²). (4.19)

Большое значение имеет какой трубопровод: напорный или безнапорный.

Если напорный, то к основным характеристикам относим диаметр:

. (4.20)

Если безнапорный, то к основным характеристикам относим диаметр d и наполнение (h/d).

К основным размерам песколовки относятся: рабочая глубина, длина, рабочий объём и поверхность аппарата.

Для процесса осаждения частиц в песколовке очень важно соотношение ширины и длины аппарата (B/L). Сооружения могут иметь один и тот же объём и по объёму оба подходят, тогда производится выбор, исходя из их геометрических характеристик (рис. 34).

Оба изображённые на рис. 34 сооружения имеют одинаковый объём, однако в первом сооружении твёрдая частица достигнет дна, перемещаясь в горизонтальном направлении вместе с водой. Во втором – нет.

Таким образом, сооружение должно быть либо более протяжённым, либо его необходимо усовершенствовать, поставив на входе в песколовку тонкослойный модуль, который направлял бы поток по более приемлемой траектории, а размеры сооружений при этом сокращались бы.

Отношение объёма сооружения к скорости протекания потока в нём показывает, через какую площадь за единицу времени пройдёт жидкость:

. (4.21)

Время нахождения воды в сооружении составит , с. (4.22)

Гидравлическая крупность – скорость частицы в вертикальном направлении, направленная ко дну, составит:

, м/с. (4.23)

Удельная поверхность – поверхность, приходящаяся на единицу объёма аппарата.

Рабочий объём аппаратов периодического действия находится так же, как и для аппаратов непрерывного действия:

, м³. (4.24)

Однако время пребывания в этих аппаратах находится как сумма времени пребывания (воды) или времени работы каждого из блоков сооружения в отдельности:

, ч. (4.25)

4.6. Аппараты идеального смешения и вытеснения (предельные модели)

К таким аппаратам относятся сооружения непрерывного действия. Температура, концентрация взвешенных веществ в воде таких сооружений зависят от времени.

4.6.1. Аппараты идеального вытеснения

В процессе идеального вытеснения все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади частицами, полностью вытесняя находящиеся впереди частицы потока. Все частицы равномерно распределены по площади поперечного сечения такого аппарата и действуют как при движении твёрдого поршня (рис. 35). Время пребывания всех частиц в аппарате идеального вытеснения одинаково и равно среднему времени пребывания t, которое определяется частным от деления длины (L) их пути на линейную скорость  жидкости. Для наглядности в точку 1 аппарата введён индикатор (рис. 35).

Рис. 35. Схема движения концентрации загрязнений в аппарате идеального вытеснения:

с – начальная концентрация красителя

Зная скорость потока и длину сооружения, можем определить время пребывания жидкости в данном сооружении:

, с. (4.26)

График изменения концентраций в аппарате идеального вытеснения приведён на рис. 36.

Начиная с момента t=0 (индикатор был введён во входящий поток) и до момента T=t₀, индикатор на выходе обнаруживается в потоке идеального вытеснения.

В момент времени T=t₀ концентрация индикатора на выходе мгновенно возрастает (теоретически до бесконечности), а затем сразу снижается до 0.

Индикатор проходит через сооружение тончайшим неразрываемым слоем

	за время, [м^3/м^3/с =с]: . (4.27) Таким образом, мы можем определить все размеры сооружения. В действительных моделях (и сооружениях) струк-тура потока значительно отличается от соответствия идеальному вытеснению, так как появляется перемешивание вдоль оси сооружения,
Рис. 36. График изменения концентрации при идеальном вытеснении

которое может быть вызвано механическим перемешиванием вследствие естественной конвекции (стенки сооружения имеют одну температуру, а вода – другую), обусловленной разностью плотностей жидкости в различных точках; или вследствие турбулентной диффузии или увлечения одной фазы потока другой (например, при барбатаже воздухом жидкости со дна поднимаются пузырьки газа).