TÍNH CHỌN BƠM VÀ SỤC KHÍ BỂ ĐIỀU HÒA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

V.1.Tính toán cho bể điều hòa V.1.1. Hệ thống cấp khí Lượng khí cần cấp cho bể điều hòa Lkhí = Q.a [4] Với: Q – Lưu lượng nước thải, Q = 41,7m3/h a - Lưu lượng khí cung cấp trong 1 giờ, chọn a = 2 m3/h → Lkhí = 41,7×2 = 83,4 (m3/h) Khí được cấp vào bể nhờ các ống thép có đục lỗ. Sử dụng một ống chính phân phối khí cho 3 ống nhánh mỗi ống cách nhau 2m chạy dọc chiều dài bể. - Thiết kế ống dẫn khí chính Đường kính ống dẫn khí: Với vống = 10 ÷ 15m/s là vận tốc khí đi trong ống, chọn vống =10m/s d¬ống = = = 0,055 m = 55mm [10] - Thiết kế đường ống nhánh Vận tốc khí đi trong ống nhánh, vnhánh = 15m/s Lượng khí cấp cho mỗi ống nhánh Lnhánh = = = 27,8 (m3/h) Đường kính ống nhánh: dnhánh = = = 0,026m = 26mm [10] Trên các ống nhánh có đục lỗ. Đường kính các lỗ dlỗ = 2 ÷ 5mm, chọn dlỗ = 4mm. Vận tốc khí qua các lỗ, chọn vlỗ = 25m/s Lượng khí qua một lỗ: Llỗ = vlõ × × 3600= 25 × × 3600 = 1,13 (m3/h) Số lỗ trên 1 ống nhánh n = = = 25 (lỗ) V.1.2. Tính bơm Chọn bơm ly tâm để bơm nước thải từ bể điều hòa sang công trình xử lý phía sau. Dùng 2 bơm với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự trữ Lưu lượng nước thải qua mỗi bơm: V = Q = 41,7 (m3/h) Công suất yêu cầu trên trục bơm N = (kW) [10] Trong đó: Q - Năng suất bơm (m3/s) ρ - Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) g - Gia tốc trọng trường (m/s2) H - áp suất toàn phần của bơm (m) η - Hiệu suất của bơm. Tính: H = + ho ¬ [10] P1 - Áp suất tại đầu ống hút, P1 = Pkk = 1 at (N/m2) P2 - Áp suất tại đầu ống đẩy, P2 = PLV = 1 at (N/m2) hm - Áp suất tiêu tốn để thắng trở lực Tính ho : ho = [10] Với: ∆P - Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ΔP= ΔPđ + ΔPm +ΔPH +ΔPt +ΔPk+ ΔPc (N/m2) [10] ΔPđ - Áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho dòng chảy ra khỏi ống đẩy (N/m2) ΔPm - Áp suất để khắc phục trở lực ma sát trên đường ống dẫn (N/m2) ΔPH - Áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh (N/m2) ΔPc- Áp suất để thắng trở lực cục bộ (N/m2) ΔPt - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong (N/m2) ΔPk - Áp suất bổ sung cuối đường ống dẫn (N/m2) Với: ∆Pđ = [10] ρ - Khối lượng riêng của nước thải ở 25oC, ρ = 1004,6 kg/m3 ω - Tốc độ của nước thải đi trong ống, chọn ω = 1,5 m/s. → Pđ = = 1130,2 (N/m2) Xác định đường kính tương đương của ống dẫn. dtd = = = 0,1m = 100mm [10]  ΔPm(N/m2): ∆Pm = λ [10] Với: L - chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn lỏng, chọn L = 10 m λ: Hệ số ma sát phụ thuộc chuẩn số Re Re = = = 168.103 > 4000 [10] Với:  - độ nhớt của nước thải ở 25oC,  = 0,897.10-3 (Ns/m2) → λ được tính theo công thức sau: = - 2lg + ] [10]  - độ nhám tuyệt đối, chọn loại ống thép mới không hàn ξ = 0,06 ÷ 0,1 mm chọn  = 0,1 m m = 0,1.10-3 m Vậy: = - 2lg + ] = 6,86 => λ = 0,0213 ∆Pm = 0,0213× × = 2407 (N/m2) ΔPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ ΔPc = ξ ρ [10] ξ: Hệ số trở lực cục bộ cuả toàn bộ đường ống, ξ = Σξi - Chọn ống thép mới tốt, ξ1 = 0,5 - Chọn 2 van tiêu chuẩn ξ2 = 4,1 - Hệ số trở lực khuỷu: 2 khuỷu 450 tạo thành sao cho a/b =1 α =1 ξ3 = 0,38 ξ=ξ1 + 2ξ2 + 2ξ3 =0,5+ 2.4,1 + 2.0,38=9,46 Vậy: ΔPc = 9,46 × × 1004,6 = 10691 (N/m2)  ΔPH = H.ρ.g (N/m2) H - chiều cao từ đầu ống hút đến điểm cao nhất, chọn chiều cao H = 4 m → ∆PH = 4×1004,6×9,81= 39420 (N/m2) Δ Pt =0 Δ Pk=0 Vậy: Áp suất toàn phần do bơm tạo ra là: ∆P = 1130 + 2407 + 10691 + 39420 = 53648 (N/m2) ho = = 5,44 m Công suất yêu cầu trên trục bơm N = (kW) [10] Q - Năng suất của bơm, - Hiệu suất bơm, gồm 3 phần : - η0: Hiệu suất thể tích có tính đến hao hụt chất lỏng do rò rỉ, chọn η0 = 0,9 - ηtl: Hiệu suất thuỷ lực do ma sát và tạo dòng xoáy, chọn ηtl = 0,85 - ηck: Hiệu suất cơ khí, ma sát ở ổ bi, ổ lót trục; chọn ηck = 0,95 Vậy : η = 0,9.0,85.0,95 = 0,726 Thay vào ta có: N = = 0,85 kW Công suất của động cơ điện Ndc = (kW) [10] Trong đó: ηtr - Hiệu suất truyền động, chọn ηtr= 0,95 ηdc- Hiệu suất của động cơ, chọn ηdc= 0,85 Ndc = = 1,05 kW Trên thực tế ta phải chọn động cơ điện có công suất thực tế lớn hơn để đề phòng khi bơm quá tải Ncdc=β.Ndc [10] Trong đó: β: hệ số dự trữ công suất Nđc = 0,93 < 1 thì β = 2÷1,5; chọn β = 2 Công suất thực tế của bơm: Ncđc= 2×1,05 = 2,1 (kW) V.1.3. Tính toán máy thổi khí Áp suất cần thiết của quạt để thắng trở lực: Hm = h + H Trong đó: h - Tổn thất đường ống H - Độ sâu ngập nước của ống h2 = 2,3 m. Trở lực trong đường ống: ∆P = ∆Pm + ∆Pc Với: ∆Pm – Trở lực ma sát ∆Pc – Trở lực cục bộ Trong đó: ∆Pm = λ × × ρ × [10] ∆Pc = ξ × ρ × [10] • Tổn thất trên đường ống chính Đường ống chính chạy dọc chiều rộng bể. Chọn chiều dài ống chính là 10m Ở 25oC: ρkk = 1,185 kg/m3 μkk = 18,5.10-6 N.s/m2 Re = = = 6,4.106¬ [10] λ = = 9 ×10-3¬¬ [10] Trở lực đường ống: ξ1 = 0,8 Sử dụng khuỷu 450, ξ2 = 0,5 2 van tiêu chuẩn, ξ3 = 4,1 ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 0,8 + 0,5×4 + 4,1×2 = 11 hchính = ( λ + ξ ) × ρ × = ( 9.10-3 + 11) × 1,185× = 750(N/m2) [10] • Tổn thất trên ống nhánh Tổng chiều dài của ống nhánh 3×7 = 21m Re = = = 20.106 [10] λ = = 7,5.10-3 ¬¬ [10] Trở lực đường ống: ξ1 = 0,8 Trở lực tại điểm giao nhau giữa ống chính và ống nhánh: ξ2 = 0,7 Trở lực tại mỗi lỗ thổi khí: ξ3 = 0,2 ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 0,8 + 3×0,7 + 25×3×0,2 = 17,9 hnhánh = ( λ + ξ ) × ρ × = ( 7,5.10-3 × + 17,9) × 1,185 × = 3194 (N/m2) [10] h = hchính + hnhánh = 750 + 3194 = 3944 (N/m2) = 0,04atm H - Độ sâu ngập nước của ống H = 2,3 m. Hm = 0,23 + 0,04 = 0,27 atm - Công suất của máy thổi khí: Pm = (kW) [5] Trong đó: Pm - Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW. G - Trọng lượng của dòng không khí, kg/s G = 0,17 1,3 = 0,221 kg/s. R - Hằng số khí R = 8,314 kJ/kmoloK. T - Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T = 273 + 25 = 298 oK. p1 - Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, p1 = 1 atm. p2 - Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = Hm + 1 = 1,27 atm n = = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí). [5] 29,7- Hệ số chuyển đổi. E - Hiệu suất của máy, lấy e = 0,8 Pm = = 5,8 kW Bảng V.1. Tính toán thủy lực cho bể Aeroten STT Đơn vị Giá trị 1. Công suất bơm 2. Công suất máy nén khí 3. Đường kính ống dẫn nước kW kW mm 3 27 150

V.1.Tính toán cho bể điều hòa

V.1.1 Hệ thống cấp khí

Lượng khí cần cấp cho bể điều hòa

Lkhí = Q.a [4]Với: Q – Lưu lượng nước thải, Q = 41,7m3/h

a - Lưu lượng khí cung cấp trong 1 giờ, chọn a = 2 m3/h→ Lkhí = 41,7×2 = 83,4 (m3/h)

Khí được cấp vào bể nhờ các ống thép có đục lỗ Sử dụng một ống chínhphân phối khí cho 3 ống nhánh mỗi ống cách nhau 2m chạy dọc chiều dài bể

- Thiết kế ống dẫn khí chínhĐường kính ống dẫn khí:

Với vống = 10 ÷ 15m/s là vận tốc khí đi trong ống, chọn vống =10m/s

- Thiết kế đường ống nhánh

Vận tốc khí đi trong ống nhánh, vnhánh = 15m/sLượng khí cấp cho mỗi ống nhánh

Lnhánh = = = 27,8 (m3/h)Đường kính ống nhánh:

dnhánh = = = 0,026m = 26mm [10]Trên các ống nhánh có đục lỗ Đường kính các lỗ dlỗ = 2 ÷ 5mm, chọn dlỗ =

4mm Vận tốc khí qua các lỗ, chọn vlỗ = 25m/s

Lượng khí qua một lỗ:

Llỗ = vlõ × × 3600= 25 × × 3600 = 1,13 (m3/h)Số lỗ trên 1 ống nhánh

Q - Năng suất bơm (m3/s)ρ - Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)g - Gia tốc trọng trường (m/s2)

H - áp suất toàn phần của bơm (m)η - Hiệu suất của bơm

Tính:

H = + ho [10]

P1 - Áp suất tại đầu ống hút, P1 = Pkk = 1 at (N/m2)P2 - Áp suất tại đầu ống đẩy, P2 = PLV = 1 at (N/m2)hm - Áp suất tiêu tốn để thắng trở lực

Tính ho :

ho = [10]Với:

∆P - Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực

ΔP= ΔPP= ΔP= ΔPPđ + ΔP= ΔPPm +ΔP= ΔPPH +ΔP= ΔPPt +ΔP= ΔPPk+ ΔP= ΔPPc (N/m2) [10]ΔP= ΔPPđ - Áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho dòng chảy ra khỏi ống đẩy (N/m2) ΔP= ΔPPm - Áp suất để khắc phục trở lực ma sát trên đường ống dẫn (N/m2)

ΔP= ΔPPH - Áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh (N/m2)ΔP= ΔPPc- Áp suất để thắng trở lực cục bộ (N/m2)

ΔP= ΔPPt - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong (N/m2)ΔP= ΔPPk - Áp suất bổ sung cuối đường ống dẫn (N/m2)

Với:

∆Pđ = [10]ρ - Khối lượng riêng của nước thải ở 25oC, ρ = 1004,6 kg/m3

ω - Tốc độ của nước thải đi trong ống, chọn ω = 1,5 m/s

Xác định đường kính tương đương của ống dẫn.

 ΔP= ΔPPm(N/m2):

∆Pm = λ [10]

Với: L - chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn lỏng, chọn L = 10 mλ: Hệ số ma sát phụ thuộc chuẩn số Re

Với:  - độ nhớt của nước thải ở 25oC,  = 0,897.10-3 (Ns/m2)→ λ được tính theo công thức sau:

= - 2lg + ] [10] - độ nhám tuyệt đối, chọn loại ống thép mới không hàn ξ = 0,06 ÷ 0,1 mm chọn  = 0,1 m m = 0,1.10-3 m

Vậy:

=> λ = 0,0213

 ξ3 = 0,38

 ξ=ξ1 + 2ξ2 + 2ξ3 =0,5+ 2.4,1 + 2.0,38=9,46Vậy:

ΔP= ΔPPc = 9,46 × × 1004,6 = 10691 (N/m2)

 ΔP= ΔPPH = H.ρ.g (N/m2) H - chiều cao từ đầu ống hút đến điểm cao nhất, chọn chiều cao H = 4 m

→ ∆PH = 4×1004,6×9,81= 39420 (N/m2)ΔP= ΔP Pt =0

ΔP= ΔP Pk=0Vậy:

Áp suất toàn phần do bơm tạo ra là:

∆P = 1130 + 2407 + 10691 + 39420 = 53648 (N/m2)

Công suất yêu cầu trên trục bơm

N = (kW) [10]Q - Năng suất của bơm,

- Hiệu suất bơm, gồm 3 phần :

- η0: Hiệu suất thể tích có tính đến hao hụt chất lỏng do rò rỉ,chọn η0 = 0,9

- ηtl: Hiệu suất thuỷ lực do ma sát và tạo dòng xoáy, chọn ηtl =0,85

- ηck: Hiệu suất cơ khí, ma sát ở ổ bi, ổ lót trục; chọn ηck = 0,95Vậy : η = 0,9.0,85.0,95 = 0,726

Thay vào ta có:

Công suất của động cơ điện

Ndc = (kW) [10]Trong đó:

ηtr - Hiệu suất truyền động, chọn ηtr= 0,95

ηdc- Hiệu suất của động cơ, chọn ηdc= 0,85

β: hệ số dự trữ công suấtNđc = 0,93 < 1 thì β = 2÷1,5; chọn β = 2Công suất thực tế của bơm:

Ncđc= 2×1,05 = 2,1 (kW)

V.1.3 Tính toán máy thổi khí

Áp suất cần thiết của quạt để thắng trở lực:

Hm = h + HTrong đó:

h - Tổn thất đường ốngH - Độ sâu ngập nước của ống h2 = 2,3 m Trở lực trong đường ống:

∆P = ∆Pm + ∆Pc

Với: ∆Pm – Trở lực ma sát ∆Pc – Trở lực cục bộTrong đó:

∆Pm = λ × × ρ × [10]

∆Pc = ξ × ρ × [10]

 Tổn thất trên đường ống chínhĐường ống chính chạy dọc chiều rộng bể Chọn chiều dài ống chính là 10mỞ 25oC: ρkk = 1,185 kg/m3

μkk = 18,5.10-6 N.s/m2

λ = = 9 ×10-3 [10]

Trở lực đường ống: ξ1 = 0,8Sử dụng khuỷu 450, ξ2 = 0,52 van tiêu chuẩn, ξ3 = 4,1

ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 0,8 + 0,5×4 + 4,1×2 = 11

hchính = ( λ + ξ ) × ρ × = ( 9.10-3 + 11) × 1,185× = 750(N/

m2) [10] Tổn thất trên ống nhánh

Tổng chiều dài của ống nhánh 3×7 = 21m

Re = = = 20.106 [10]

λ = = 7,5.10-3 [10]

Trở lực đường ống: ξ1 = 0,8Trở lực tại điểm giao nhau giữa ống chính và ống nhánh: ξ2 = 0,7Trở lực tại mỗi lỗ thổi khí: ξ3 = 0,2

ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 0,8 + 3×0,7 + 25×3×0,2 = 17,9

hnhánh = ( λ + ξ ) × ρ × = ( 7,5.10-3 × + 17,9) × 1,185 × = 3194 (N/

m2) [10]h = hchính + hnhánh = 750 + 3194 = 3944 (N/m2) = 0,04atm

H - Độ sâu ngập nước của ống H = 2,3 m.Hm = 0,23 + 0,04 = 0,27 atm

- Công suất của máy thổi khí:

Trong đó:Pm - Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW.G - Trọng lượng của dòng không khí, kg/s

G = 0,17  1,3 = 0,221 kg/s

R - Hằng số khí R = 8,314 kJ/kmoloK.T - Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào

T = 273 + 25 = 298 oK p1 - Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, p1 = 1 atm

p2 - Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = Hm + 1 = 1,27 atm

n = = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí) [5] 29,7- Hệ số chuyển đổi

E - Hiệu suất của máy, lấy e = 0,8

3 Đường kính ốngdẫn nước

kWkWmm

327150