Рекуперация производственной воды

Производство асбестоцементных изделий мокрым и полусухим способами связано с расходованием большого количества воды. Особенно велик этот расход при мокром способе, когда изделия вырабатываются из асбестоцементной суспензии. Вода в этом случае нужна для осуществления следующих процессов:
приготовления и разжижения асбестоцементной суспензии, поступающей в ванны сетчатых цилиндров;
промывки сеток, сетчатых цилиндров и сукон формовочных машин в процессе их работы;
периодической промывки сеток сетчатых цилиндров и сукон в специальных мойках;
периодической поливки асбестоцементных изделий на складе твердения;
пополнения убыли воды в водных бассейнах и периодической ее смены.

Безвозвратно расходуется вода на периодическую промывку сетчатых цилиндров и сукон раствором соляной кислоты и периодическую поливку изделий на складе. Кроме этого, часть воды испаряется и уходит с отформованными асбестоцементными изделиями. В общем объеме безвозвратный расход воды составляет не более 1,5%. Это количество компенсируется добавлением свежей воды из водопровода.

В отработанной формовочными машинами воде содержится значительное количество асбеста и цемента, не уловленных сетчатыми цилиндрами. Чтобы использовать эту воду и возвратить находящиеся в ней асбест и цемент в производство, отработанную воду очищают в специальных емкостях, называемых рекуператорами. В них осаждаются частицы асбеста и цемента, которые затем поступают в аппарат для приготовления асбестоцементной массы и ковшовые мешалки, а осветленная вода используется для промывки сукон и сетчатых цилиндров формовочных машин.

Наибольшее количество воды требуется на приготовление и разжижение асбестоцементной суспензии и на промывку сеток сетчатых цилиндров и сукон формовочных машин в процессе их работы.

В главе «Формование асбестоцементных листов и труб» мы выяснили, как влияет на производительность формовочных машин и качество вырабатываемых изделий хорошая очистка сукна и сеток сетчатых цилиндров. Но хорошую очистку может обеспечить только промывка водой с минимальным (не более 0,05—0,08 г в 1 л) содержанием цемента и асбеста. Так очистить отработанную воду можно только в правильно рассчитанной системе рекуператоров, за которой ведется систематическое наблюдение.

Количество воды, расходуемой в единицу времени на приготовление и разжижение асбестоцементной суспензии, зависит от концентрации суспензии и производительности формовочных машин. Определим расход производственной воды, необходимой для работы трехцилиндровой листоформовочной машины. В расчетах будем исходить из средней производительности листоформовочной машины, достигнутой на заводах асбестоцементной промышленности.

Асбестоцементная суспензия, поступающая в ванны сетчатых цилиндров листоформовочной машины, состоит из 8—10% сухого вещества на 90—92% воды.

Часовой расход сырья (асбеста и цемента) на трехцилиндровой листоформовочной машине составит около 4000 кг/ч. Часть переработанного сырья возвращается обратно в производство в виде сырых обрезков и брака; средний процент возврата сырья составляет примерно 8%. Следовательно, в час в листоформовочную машину поступает около 40000/0,92 = 4350 кг сырья. Чтобы приготовить из этого количества сырья асбестоцементную суспензию той консистенции, которая необходима для листоформовочной машины, расходуется воды 4350/0,92 = 48 000 л/ч, или 800 л/мин.

Расход воды на промывку сетчатых цилиндров и сукна определяется диаметром и числом отверстий в промывных трубках и давлением в них воды. Расход воды в промывных трубках пропорционален второй степени диаметра отверстий и прямо пропорционален числу отверстий в трубке. Расход воды зависит и от давления в трубке. Но давление воды при одностороннем питании по мере продвижения ее в трубке повышается в связи с тем, что уменьшается скорость движения воды (переход кинетической энергии движения воды в потенциальную). В приближенных расчетах расхода воды можно принять среднюю величину давления воды в трубке.

В промышленности применяются промывные трубки с внутренним диаметром 2—2,5 дюйма, с диаметром отверстий 2 и 2,5 мм и расстояниями между последними от 5 до 10 мм. Среднее давление в трубках не превышает 15 м вод. ст., т. е. 1,5 ат (изб.).

Пересчитаем количество воды, необходимой для промывки сетчатых цилиндров и сукна листоформовочной машины, приняв диаметр отверстий d0 в промывных трубках равным 2 мм, расстояние между отверстиями 7,5 мм и среднее давление Я в трубке равным 15 м вод. ст.

В листоформовочных машинах с полезной шириной 1600 мм длина промывных трубок, на которой имеются отверстия, составляет около 1800 мм. Следовательно, число отверстий в такой трубке будет равно:

Секундный расход воды V в трубке рассчитаем по формуле

где — скорость истечения воды из отверстия в м/сек;
g — ускорение под влиянием силы тяжести, равное 9,81 м/сек2;
Н — гидродинамическое давление в трубке; — суммарная площадь
отверстий в трубке; Кр — коэффициент расхода, учитывающий сжатие вытекающей из отверстия струи жидкости (т. е. уменьшение ее сечения) и влияние трения струи о стенки отверстий, снижающее скорость истечения.

Для круглых отверстий в тонких стенках величина Кр = 0,62 ÷0,63.

Если подставить в эту формулу значение d0, выраженное в м, то секундный расход воды через одну промывную трубку выразится в м³:

На листоформовочной машине с тремя сетчатыми цилиндрами установлено три трубки для промывки сетчатых цилиндров и три трубки для промывки сукна — всего шесть промывных трубок.

Общий расход воды в листоформовочной машине на промывку сетчатых цилиндров и сукна составит 0,486 м³/мин · 6 = 2,9 м³/мин ≈ 175 м³/ч.

При уменьшении диаметров отверстий до 1,5 мм расход уменьшился бы до 1.64 м³/мин = 98,5 м³/ч, т. е. на 44%.

Осветленная в рекуператорах вода расходуется также и на распушку асбеста.

При часовом расходе асбеста и цемента 4000 кг, расход асбеста составит 600 кг/ч. На приготовление асбестовой суспензии с концентрацией 3,5% расход осветленной воды составит  17 000 л/ч = 17 м³/ч.

Всего на одну листоформовочную машину расход осветленной воды составит 175 м³/ч + 17 м³/ч = 192 м³/ч.

Следовательно, расход рекуперируемой воды определяется двумя операциями — приготовлением асбестоцементной суспензии и промывкой сукон сеток листоформовочной машины в процессе ее работы. Этот расход сведен в табл. 21, а на рис. 53 показано распределение воды по отдельным технологическим операциям (в процентах).

Таблица 21. Расход рекуперируемой воды при производстве листовых изделий

Операции	Расход в м3		в % (округленно)
	минутный	часовой
Приготовление асбестоцементной суспензии (исключая распушку асбеста) Промывка сеток и сукон в процессе работы листоформовочной машины и расход на распушку асбеста	0,52 3,2	31 192	13,9 86,1
Всего на один агрегат трехцилиндровой листоформовочной машины (округленно)	3,72	229	100

Рис. 53. Схема распределения производственной воды

Необходимость рекуперирования воды определяется следующими обстоятельствами.

В процессе фильтрации асбестоцементной суспензии вместе с отфильтрованной водой уносится до 8—10% сырья (преимущественно цемента). Технологический процесс наиболее благоприятно протекает при температуре воды 30—40° С.

В асбестоцементной суспензии, подводимой к ваннам сетчатых цилиндров листоформовочных машин, на каждый килограмм цемента приходится до 11 л, а при производстве асбестоцементных труб — до 25 л воды. Такого количества вполне достаточно для того, чтобы свежая вода полностью растворила весь имеющийся в цементе гипс, а это может привести к преждевременному схватыванию формуемых асбестоцементных изделий. Толстостенные трубы большого диаметра в этом случае нельзя будет снять с форматной скалки. Такое явление часто наблюдается на заводах при работе в первую смену после остановки машин на чистку, во время которой рекуператоры заполняются свежей водой. Поэтому для приготовления и разжижения асбестоцементной массы нужно использовать возвращаемую из производства и уже насыщенную гипсом воду.

Необходимость работы на оборотной воде определяется также тем, что содержащийся в свежей воде CO₂ вызывает карбонизацию гидрата окиси кальция, а это способствует образованию кристаллов СаСO₃ на сетках сетчатых цилиндров, сукнах, в насосах и стенках коммуникационных систем отработанной воды.

Все затруднения отпадают в процессе работы при «замкнутом цикле производственной воды», вода быстро насыщается гипсом и гидратом окиси кальция; не надо расходовать топливо на нагрев воды до температуры 30—40° С и при этом не теряется сырье.

Воду, отходящую от листоформовочной или трубоформовочной машин, нужно разделять на два потока, из которых первый должен содержать находящиеся в отработанной воде асбест и цемент, а второй — возможно более полно очищенную от асбеста и цемента воду. Первый будет использован для приготовления и разжижения асбестоцементной массы, а второй — для промывки сетчатых цилиндров и сукон листоформовочной и трубоформовочной машин, а также для замочки асбеста при обработке его бегунами и для распушки асбеста.

Для разделения отходящей от формовочных машин воды на два потока применяют рекуператоры, чаще всего такой, какой показан на рис. 54.

Рис. 54. Рекуператор

Отходящая от формовочной машины вода подается в центральную коническую расширяющуюся книзу трубу 1. Достигнув ее конца, вода разделяется на два потока.

Насыщенная осадками вода, предназначенная для приготовления асбестоцементной массы и ее разжижения, направляется в коническую часть рекуператора, из которой отбирается по трубе 8. Кран 7 служит для опорожнения рекуператора при его чистке или при длительной остановке формовочной машины, а также для периодического спуска осадка (продувки) в ковшовую мешалку. Кран 6 предназначен для отбора воды, идущей для приготовления асбестоцементной массы; на многих заводах для этих целей вода отбирается из трубопровода 8, что лучше, так как исключает необходимость периодической продувки. Остальная, большая часть воды, подлежащая осветлению, медленно поднимается, проходя кольцевое пространство 3, заключенное между цилиндрической стенкой рекуператора и центральной трубой. Достигнув верха рекуператора, вода сливается в кольцевой желоб 2, а из него поступает в сборник осветленной (очищенной) воды, в качестве которого обычно используется такой же рекуператор.

На некоторых заводах для смачивания асбеста, загруженного в бегуны, используют кран 4. Очистка воды от находящихся во взвешенном состоянии асбеста и цемента основана на разности в скоростях их падения в водной среде и подъема воды. Если скорость падения частиц превышает скорость подъема воды, то такие частицы выпадают в коническую часть рекуператора и вновь используются для производства изделий. При меньшей скорости падения они увлекаются восходящим потоком воды в сборник осветленной (очищенной) воды, и наличие их в этой воде определяет работу рекуперационной системы. В связи с тем что в воде есть частицы различной величины, скорость их падения в водной среде будет различна. Понятно, что увлекаются в сборник очищенной воды лишь наиболее дисперсные частицы.

Очистке воды способствует процесс агрегации (укрупнения) частиц сырья в результате их столкновения. Для ускорения этого процесса ВНИИСтроммаш предложил вводить в асбестоцементную суспензию полиакриламида из расчета 75—150 г полиакриламида на 1 т сухих твердых компонентов суспензии.

Полиакриламид вводят в виде водного раствора, для приготовления которого ВНИИСтроммаш запроектировал специальную мешалку. Полиакриламид, коагулируя частицы цемента и асбеста, не только облегчает их осаждение в рекуператорной воде, но и ускоряет процесс фильтрации асбестоцементной суспензии и массы в формовочных машинах.

Для хорошей промывки сетчатых цилиндров и, особенно, сукон нужно, чтобы содержание в одном литре воды твердой фазы (считая на сухое вещество) не превышало 0,08—0,05 г.

При каждом цикле оборотная вода охлаждается, и для поддержания требуемой температуры ее подогревают в сборнике осветленной воды паром, количество которого регулируется автоматически терморегулятором.

Люк 5 рекуператора служит для его очистки.