कण आकार बनाम इच्छुक ट्यूब सेटलर दक्षता: सीएफडी सिमुलेशन 80 माइक्रोन थ्रेसहोल्ड ढूँढता है

आप जानते हैं कि एक ट्यूब सेटलर निलंबित ठोस पदार्थों को हटा देता है। लेकिन क्या आप जानते हैं कि यह वास्तव में किन आकारों को हटा देता है - और कौन से आकार फिसल जाते हैं, भले ही टैंक कितनी अच्छी तरह डिज़ाइन किया गया हो? अनहुई प्रांत में एक वास्तविक 1,000 m³/d काउंटर के CFD सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने कणों के व्यवहार का मॉडल तैयार किया।30 से 120 माइक्रोमीटरवास्तविक परिचालन स्थितियों के तहत। परिणाम एक स्पष्ट सीमा है: 80 μm से नीचे, कण का आकार हटाने के लिए मुश्किल से ही मायने रखता है। 80 μm से ऊपर, दक्षता खत्म हो जाती है। यदि आपका कौयगुलांट उस सीमा से ऊपर फ्लॉक्स का उत्पादन नहीं कर रहा है, तो आपकी झुकी हुई नलिकाएं वह काम नहीं कर रही हैं जिसके लिए आपने भुगतान किया है।

सीएफडी - क्यों और यह टैंक क्यों

झुके हुए ट्यूब सेटलर्स पर अधिकांश अध्ययन प्रवाह पैटर्न - पर ध्यान केंद्रित करते हैं, टैंक आयामों को अनुकूलित करते हैं, मृत क्षेत्रों को कम करते हैं, वेग वितरण को सुचारू करते हैं। कुछ लोगों ने यह प्रश्न पूछा है कि प्रवाह की गुणवत्ता के लिए सबसे महत्वपूर्ण क्या है:एक विशिष्ट कण आकार वितरण को देखते हुए, वास्तव में क्या हटा दिया जाता है?क्योंकि विभिन्न व्यास के कणों में अलग-अलग निपटान वेग होते हैं, प्रभावशाली निलंबित ठोस पदार्थों का कण आकार वितरण सीधे टैंक द्वारा प्राप्त अवसादन दक्षता को नियंत्रित करता है।

इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसका उपयोग कियामानक k-ε अशांति मॉडल(प्रवाह क्षेत्र के लिए) के साथ युग्मितमिश्रण बहुचरण मॉडल(ठोस-तरल दो {{0}चरण व्यवहार के लिए) - एक संयोजन अच्छी तरह से {{2}एक ऑपरेटिंग ट्यूब सेटलर के अंदर अशांत, कण {{3}युक्त प्रवाह का अनुकरण करने के लिए उपयुक्त है।

परीक्षण का मामला एन्हुई प्रांत में एक वॉटरवर्क्स पर एक वास्तविक काउंटर {{0}करंट इंक्लाइन ट्यूब सेटलर था, जिसमें निम्नलिखित डिज़ाइन और ऑपरेटिंग पैरामीटर थे:

परिणाम 1: कण कहाँ केंद्रित होते हैं - और यह क्यों महत्वपूर्ण है

पाँच कण व्यासों का अनुकरण किया गया:30, 50, 80, 100, और 120 माइक्रोन. प्रत्येक के लिए, निलंबित ठोस पदार्थों के ऊर्ध्वाधर वितरण की जांच अलग-अलग ऊंचाइयों पर क्रॉस सेक्शन पर औसत मात्रा अंश को प्लॉट करके की गई (चित्र 2)।

एकाग्रता प्रोफाइल से तीन पैटर्न उभर कर आते हैं:

1. सभी कण आकार समान सामान्य प्रवृत्ति का अनुसरण करते हैं।सांद्रण का समग्र आकार {{0}बनाम{{1}ऊंचाई वक्र व्यास की परवाह किए बिना समान है। टैंक की भौतिकी - चार {{4} ज़ोन संरचना, प्रवाह पथ, अशांति पैटर्न - एक सामान्य एकाग्रता प्रोफ़ाइल लगाती है।

2. ट्यूब इनलेट (~1.5 मीटर ऊंचाई) पर, बड़े कणों की सांद्रता तेजी से बढ़ती है।यह संक्रमण क्षेत्र है जहां प्रवाह झुकी हुई नलियों में प्रवेश करता है। विक्षोभ और मिश्रण एक उच्च सांद्रता क्षेत्र बनाते हैं जो कण संपर्क और फ्लोक्यूलेशन को बढ़ावा देता है जो ठोस-तरल पृथक्करण के लिए एक सकारात्मक प्रभाव है। इस क्षेत्र में प्रवेश करने वाले कण जितने बड़े होंगे, सांद्रता स्पाइक उतना ही अधिक स्पष्ट होगा।

3. टैंक तल और बहिःस्राव क्रॉस-सेक्शन पर, कण का आकार परिणाम को संचालित करता है।कीचड़ क्षेत्र के पास, औसत आयतन अंश कण आकार - के साथ बढ़ता है और अधिक बड़े कण बाहर निकलते हैं और वहीं जमा होते हैं जहां उन्हें होना चाहिए। बहिःस्राव क्रॉस-सेक्शन पर, औसत आयतन अंशकम हो जाती हैजैसे-जैसे कण का आकार बढ़ता है - कम बड़े कण बाहर निकलते हैं। सहसंबंध स्पष्ट है:बड़े कण → अधिक व्यवस्थित → स्वच्छ प्रवाह.

परिणाम 2: 80 माइक्रोन दहलीज

निष्कासन दक्षता η को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

जहां सी_{प्रवेश}प्रभावशाली एसएस सांद्रता (किग्रा/वर्ग मीटर) और सी है_{दुकान}प्रवाहित एसएस एकाग्रता (किलो/एम³) है।

चित्र 3 दी गई प्रभावशाली स्थितियों (295 mg/L SS, 1,050 kg/m³ घनत्व, 0.02001 Pa·s चिपचिपापन) के तहत निष्कासन दक्षता और कण व्यास के बीच संबंध दिखाता है। वक्र रैखिक नहीं है - इसमें एक स्पष्ट घुटना है।

डेटा से दो व्यवस्थाओं का पता चलता है:

इसका कारण हाइड्रोलिक है: 80 माइक्रोमीटर से नीचे के कणों का स्थिरीकरण वेग इतना कम होता है कि ट्यूबों में ऊपर की ओर प्रवाह उन्हें बाहर ले जा सकता है, भले ही टैंक कितनी अच्छी तरह डिज़ाइन किया गया हो। 80 μm से ऊपर, निपटान वेग एक चौड़े अंतर से ऊपर की ओर वेग से आगे निकल जाता है, और निष्कासन प्रभावी हो जाता है। 80 μm सीमा इस टैंक की ज्यामिति और परिचालन स्थितियों (40 मिमी ट्यूब व्यास, 60 डिग्री झुकाव, 0.1 मीटर/सेकेंड इनलेट वेग) - के लिए विशिष्ट है लेकिन सिद्धांत मोटे तौर पर लागू होता है:प्रत्येक ट्यूब सेटलर में एक महत्वपूर्ण कण आकार होता है जिसके नीचे निष्कासन खराब होता है, और वह आकार ट्यूबों में ऊपर की ओर वेग से निर्धारित होता है.

आपके संयंत्र के लिए इसका क्या अर्थ है?

1. कौयगुलांट खुराक का एक लक्ष्य है, और यह 80 माइक्रोन है।चार्ज को निष्क्रिय करने और कणों को पाटने से परे जमावट और फ्लोक्यूलेशन - का उद्देश्य महत्वपूर्ण आकार से परे फ्लॉक्स को बढ़ाना है जहां ट्यूब सेटलर उन्हें पकड़ सकता है। जार परीक्षण से यह पुष्टि होनी चाहिए कि आपके गठित फ्लॉक्स आपके विशिष्ट टैंक ज्यामिति के लिए सीमा व्यास से अधिक हैं।

2. यदि आपका प्रवाह गंदला है और फ्लोक का आकार सीमा से नीचे है, तो ट्यूब समस्या नहीं हैं - फ्लोक्यूलेशन चरण है।अधिक ट्यूब जोड़ने या ऊपर की ओर वेग को कम करने से मामूली मदद मिलेगी। लेकिन वास्तविक समाधान अपस्ट्रीम है: बड़े, सघन कणों का उत्पादन करने के लिए बेहतर फ़्लोक्यूलेशन जिसे मौजूदा ट्यूब पकड़ सकते हैं।

3. महत्वपूर्ण आकार टैंक विशिष्ट है।इस सिमुलेशन में 0.1 मीटर/सेकेंड इनलेट वेग के साथ 60 डिग्री पर 40 मिमी ट्यूब के लिए 80 माइक्रोन पाया गया। एक छोटा ट्यूब व्यास, एक सपाट कोण, या कम ऊपर की ओर वेग दहलीज को नीचे की ओर स्थानांतरित कर देगा - जिसका अर्थ है कि छोटे कण हटाने योग्य हो जाते हैं। यही कारण है कि ट्यूब ज्यामिति और हाइड्रोलिक लोडिंग केवल डिज़ाइन पैरामीटर नहीं हैं; वे सीधे न्यूनतम कण आकार निर्धारित करते हैं जिसे आपका सेटलर संभाल सकता है।

4. सीएफडी सिमुलेशन एक व्यावहारिक डिजाइन उपकरण है, अकादमिक अभ्यास नहीं।यहां उपयोग किया गया k-ε + मिश्रण मॉडल संयोजन, किसी भी टैंक ज्यामिति और परिचालन स्थिति के लिए, कण आकार-निष्कासन दक्षता वक्र की भविष्यवाणी कर सकता है। निर्माण या रेट्रोफिटिंग से पहले, सिमुलेशन उस प्रश्न का उत्तर दे सकता है जो अनुभवजन्य डिजाइन नियम नहीं दे सकते:क्या यह टैंक मेरे कच्चे पानी के कणों को हटा देगा?