Μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων φινιρίσματος μετάλλων αντικατέστησε μια πλάκα θέρμανσης με επίστρωση 6 kW μετά από μόλις πέντε μήνες. Η πλάκα είχε εγκατασταθεί σε δεξαμενή εξισορρόπησης 15.000-λίτρων που δέχεται νερό έκπλυσης από γραμμές επιμετάλλωσης, φωσφοροποίησης και ανοδίωσης. Η δεξαμενή περιείχε 3-5% αιωρούμενα στερεά-υδροξείδια μετάλλων, ιζήματα φωσφορικού ασβεστίου και άμμο μεταφοράς. Η επιφάνεια της πλάκας έδειξε ένα παχύ, ανώμαλο στρώμα απόθεσης με ενσωματωμένα σωματίδια. Η αντίσταση μόνωσης είχε πέσει κάτω από τα 20 MΩ.
Τα λύματα υψηλής-στερεάς διαφέρουν θεμελιωδώς από τα καθαρά λουτρά επιμετάλλωσης. Το υγρό δεν είναι διάλυμα-είναι εναιώρημα. Τα στερεά σωματίδια κατακάθονται, εναποτίθενται και συσσωρεύονται σε θερμαινόμενες επιφάνειες. Οι θερμικές και μηχανικές απαιτήσεις σε μια θερμαντική πλάκα σε αυτό το περιβάλλον απαιτούν μια προσέγγιση σχεδιασμού που να λαμβάνει υπόψη τη συγκέντρωση στερεών, την κατανομή μεγέθους σωματιδίων, την ταχύτητα καθίζησης και τη μέθοδο καθαρισμού που είναι διαθέσιμη στο εργοστάσιο.
Γιατί τα αιωρούμενα στερεά αλλάζουν την εξίσωση μεταφοράς θερμότητας
Τα αιωρούμενα σωματίδια επηρεάζουν τη μεταφορά θερμότητας με δύο τρόπους. Πρώτον, αυξάνουν το αποτελεσματικό ιξώδες του ρευστού, παχύνοντας το θερμικό οριακό στρώμα στην επιφάνεια της πλάκας. Δεύτερον, εναποτίθενται απευθείας στην πλάκα, σχηματίζοντας ένα πορώδες, ανώμαλο στρώμα που προσθέτει θερμική αντίσταση και δημιουργεί τοπικά καυτά σημεία κάτω από παχύτερες εναποθέσεις.
Ο ρυθμός εναπόθεσης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των σωματιδίων, την ταχύτητα ροής στην πλάκα και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της πλάκας και του υγρού όγκου. Η υψηλή θερμοκρασία της επιφάνειας της πλάκας αυξάνει την εναπόθεση προάγοντας την καθίζηση των διαλυμένων ειδών και αναγκάζοντας τα σωματίδια να προσκολλώνται πιο ισχυρά στην καυτή επιφάνεια.
| Συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών | Σχετικό ιξώδες | Ποσοστό εναπόθεσης στο πιάτο | Χρόνος έως 2 mm Κλίμακα | Ασφαλής πυκνότητα Watt |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | Πολύ χαμηλά | >12 μήνες | 1,5–2,0 W/cm² |
| 0,5–1,0% (ελαφριά στερεά) | 1.1–1.3× | Χαμηλός | 6-10 μήνες | 1,2–1,4 W/cm² |
| 2–3% (μέτρια στερεά) | 1.3–1.8× | Μέτριος | 3-5 μήνες | 0,9–1,1 W/cm² |
| 4–6% (βαριά στερεά) | 1.8–2.5× | Ψηλά | 6-10 εβδομάδες | 0,6–0,8 W/cm² |
Ρυθμοί εναπόθεσης από δεξαμενές επεξεργασίας λυμάτων που λαμβάνουν μικτό νερό έκπλυσης επιμετάλλωσης και φωσφοροποίησης
Κατακόρυφη έναντι οριζόντιας τοποθέτησης στην υπηρεσία High-Στερεά
Ο προσανατολισμός της πλάκας καθορίζει εάν τα στερεά καθιζάνουν στην επιφάνεια ή αν ολισθαίνουν. Μια οριζόντια τοποθετημένη πλάκα παρουσιάζει μια μεγάλη επιφάνεια που βλέπει προς τα πάνω- όπου τα σωματίδια συσσωρεύονται λόγω της βαρύτητας. Το στρώμα απόθεσης μεγαλώνει από πάνω προς τα κάτω και η πιο παχιά συσσώρευση εμφανίζεται στην επάνω επιφάνεια όπου η ροή είναι πιο αδύναμη.
Μια κάθετα τοποθετημένη πλάκα παρουσιάζει μια μικρότερη οριζόντια διατομή-. Στερεά που κατακάθονται στην κορυφή της φλάντζας ή σε οριζόντια μέλη στήριξης δεν επικαλύπτουν την πλήρως θερμαινόμενη επιφάνεια. Η κατακόρυφη επιφάνεια της πλάκας υφίσταται κυρίως εναπόθεση με διάτμηση-και όχι καθίζηση λόγω βαρύτητας. Τα δεδομένα πεδίου από δεξαμενές λυμάτων δείχνουν ότι οι κατακόρυφα τοποθετημένες πλάκες συσσωρεύουν 40–60% λιγότερη απόθεση κατά την ίδια περίοδο λειτουργίας σε σύγκριση με τις οριζόντιες μονάδες.
| Προσανατολισμός τοποθέτησης | Συσσώρευση καταθέσεων | Συχνότητα καθαρισμού | Καλύτερη εφαρμογή |
|---|---|---|---|
| Οριζόντια,-με στραμμένη προς τα πάνω | Ψηλά | Συχνάζω | Δεν συνιστάται |
| Οριζόντια, στραμμένη προς τα κάτω- | Μέτριος | Μέτριος | Περιορισμένος χώρος |
| Κάθετη, παράλληλη προς τη ροή | Χαμηλός | Σπάνιος | Οι περισσότερες εφαρμογές |
| Κάθετη, κάθετη στη ροή | Μέτριος | Μέτριος | Δεξαμενές υψηλής-ροής |
Προσανατολισμός τοποθέτησης και η επίδρασή του στη συσσώρευση καταθέσεων
Εφέ φινιρίσματος επιφάνειας και γεωμετρίας πλακών
Μια λεία, γυαλισμένη επιφάνεια πλάκας μειώνει την αντοχή πρόσφυσης των εναποτιθέμενων στερεών. Τα σωματίδια που θα κολλούσαν σταθερά σε μια τραχιά επιφάνεια γλιστρούν πιο εύκολα όταν η ταχύτητα ροής αυξάνεται κατά τη διάρκεια των κύκλων ανάμειξης ή καθαρισμού της δεξαμενής. Οι γυαλισμένες επιφάνειες επεκτείνουν το μεσοδιάστημα καθαρισμού κατά 30–50% στο σέρβις υψηλών στερεών σε σύγκριση με τα τυπικά φινιρίσματα επιφανειών.
Το πάχος της πλάκας έχει επίσης σημασία. Μια παχύτερη πλάκα έχει μεγαλύτερη θερμική μάζα και ανταποκρίνεται πιο αργά στις αλλαγές ισχύος. Αλλά επίσης αντιστέκεται καλύτερα στη στρέβλωση και στις μηχανικές βλάβες. Στην υπηρεσία υψηλής-στερεών, όπου ο καθαρισμός μπορεί να περιλαμβάνει βούρτσισμα ή ξύσιμο, μια πιο παχιά πλάκα είναι πιο ανθεκτική.
Στρατηγικές ανάδευσης και καθαρισμού για στερεά-δεξαμενές
Η διακοπτόμενη ανάμιξη υψηλής-ταχύτητας είναι πιο αποτελεσματική από τη συνεχή ανάδευση χαμηλού-επιπέδου για σέρβις υψηλού-στερεών. Η περιοδική αύξηση της ταχύτητας ροής στην πλάκα στα 0,5–0,8 m/s καθαρίζει χαλαρές εναποθέσεις προτού σκληρυνθούν σε ένα ανθεκτικό στρώμα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με έναν ελεγχόμενο με χρονοδιακόπτη-επαγωγή ή μια ειδική αντλία ανάμειξης που ενεργοποιείται για 5–10 λεπτά κάθε ώρα.
Ο χημικός καθαρισμός στη θέση του απαιτεί ένα διάλυμα καθαρισμού που διαλύει τη συγκεκριμένη σύνθεση απόθεσης. Οι κλίμακες υδροξειδίου μετάλλου ανταποκρίνονται σε αραιό οξύ. Οι εναποθέσεις φωσφορικού ασβεστίου απαιτούν χηλικό παράγοντα ή ήπιο εμποτισμό με οξύ. Ένα πρόγραμμα καθαρισμού που βασίζεται σε ευρήματα επιθεώρησης-και όχι σταθερό ημερολόγιο-αποτρέπει τις εναποθέσεις να φτάσουν σε πάχος που οδηγούν τη θερμοκρασία της επιφάνειας της πλάκας στο εύρος υποβάθμισης.
| Μέθοδος Καθαρισμού | Αποτελεσματικότητα στα υδροξείδια μετάλλων | Αποτελεσματικότητα σε κλίμακες φωσφορικών αλάτων | Κίνδυνος για Plate | Προτεινόμενο διάστημα |
|---|---|---|---|---|
| Αραιώστε την κυκλοφορία του HCl | Ψηλά | Μέτριος | Χαμηλός | 4-8 εβδομάδες |
| Μουλιάστε σουλφαμικό οξύ | Μέτριος | Ψηλά | Χαμηλός | 6-10 εβδομάδες |
| Χηλίωση EDTA | Μέτριος | Ψηλά | Χαμηλός | 8-12 εβδομάδες |
| Υψηλή-πίδακας νερού | Ψηλά | Μέτριος | Μέτριος | 8-12 εβδομάδες |
| Μηχανικό βούρτσισμα | Ψηλά | Ψηλά | Ψηλά | Δεν συνιστάται |
Συστάσεις μεθόδων καθαρισμού από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων με θερμαντικές πλάκες
Πρακτικά βήματα προδιαγραφής για υψηλά-Στερεά λύματα
Ξεκινήστε με έναν χαρακτηρισμό στερεών. Η συνολική συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών, η κατανομή μεγέθους σωματιδίων και η σύνθεση ορυκτών καθορίζουν τον ρυθμό εναπόθεσης και την απαιτούμενη μέθοδο καθαρισμού. Μια απλή βαρυμετρική ανάλυση και μια ανασκόπηση της ανοδικής χημείας διεργασιών παρέχουν τις περισσότερες από τις απαραίτητες πληροφορίες.
Επιλέξτε την πυκνότητα watt από την πραγματική συγκέντρωση στερεών. Για 2–3% αιωρούμενα στερεά, είναι κατάλληλο ένα όριο 0,9–1,1 W/cm². Πάνω από 4% στερεά, μειώνεται σε 0,6–0,8 W/cm². Αυτές οι τιμές προϋποθέτουν κάθετη τοποθέτηση και περιοδική ανάμειξη υψηλής{10}ταχύτητας. Η οριζόντια τοποθέτηση απαιτεί περαιτέρω μείωση 20–30%.
Καθορίστε μια γυαλισμένη επιφάνεια πλάκας. Το πρόσθετο κόστος είναι μέτριο και η επέκταση στο διάστημα καθαρισμού είναι σημαντική. Βεβαιωθείτε ότι η δεξαμενή έχει επαρκές βάθος για κάθετη τοποθέτηση με τουλάχιστον 75 mm κάλυψη υγρού πάνω από το θερμαινόμενο τμήμα. Εάν το βάθος είναι ανεπαρκές, εξετάστε πολλές μικρότερες πλάκες αντί για μια ενιαία μεγάλη μονάδα.
Εγκαταστήστε παρακολούθηση ροής και διακοπή{0}}υψηλής θερμοκρασίας. Στην υπηρεσία υψηλών-στερεών, ένα βουλωμένο φίλτρο ή μια αποτυχημένη αντλία ανάμειξης μπορεί να ρίξει την ταχύτητα ροής κάτω από το ασφαλές όριο εντός ωρών. Ένας διακόπτης ροής και ένα όριο θερμοκρασίας επιφάνειας πλάκας 15–20 βαθμών πάνω από την κανονική θερμοκρασία λειτουργίας παρέχουν προστασία από την ταχεία υπερθέρμανση που ακολουθεί την απώλεια ροής.
Όταν οι τυπικές πλάκες δεν μπορούν να φιλοξενήσουν το φορτίο στερεών
Οι δεξαμενές επεξεργασίας λυμάτων με υψηλές συγκεντρώσεις στερεών και περιορισμένο περιφερειακό χώρο συχνά δεν μπορούν να φιλοξενήσουν τυπικές πλάκες θέρμανσης στις πυκνότητες watt που εμποδίζουν την ταχεία ρύπανση. Μια ισχύς 6 kW στα 0,8 W/cm² απαιτεί 7.500 cm² επιφάνειας πλάκας-περισσότερα από όσα παρέχει μια μεμονωμένη πλάκα εντός των τυπικών διαστάσεων της δεξαμενής.
Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση πλάκας θέρμανσης με μεγάλη επιφάνεια, χαμηλή πυκνότητα watt και γυαλισμένη επιφάνεια αντιμετωπίζει τη βασική αιτία της ρύπανσης που σχετίζεται με τα στερεά-. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τη συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών, τα χαρακτηριστικά σωματιδίων, τις διαστάσεις της δεξαμενής, τη μέθοδο ανάμειξης και την απαιτούμενη ισχύ. Για εγκαταστάσεις με πολλαπλές δεξαμενές επεξεργασίας λυμάτων, αυτή η-συγκεκριμένη προσέγγιση εφαρμογής μειώνει την υπερθέρμανση που σχετίζεται με τις εναποθέσεις-και επεκτείνει το διάστημα μεταξύ των απαιτούμενων καθαρισμών.
