Eljárások és berendezések számítási módszerei. A folyamatok és berendezések számításának általános elvei

A problémák és a példák összeállítása a kurzus és a tíz kiadás több éves tapasztalata alapján történik oktatási segédlet K. F. Pavlova, P. G. Romankova, A. A. Noskova "Példák és problémák a kémiai technológia folyamatai és berendezései során." A könyv részeket tartalmaz: hidraulika alapjai, hidromechanika heterogén rendszerek, hőátadás, bepárlás és kristályosítás, tömegátadás és abszorpció alapjai, desztilláció és rektifikálás, extrakció, adszorpció és termikus szárítás. Az egyes fejezetek elején alapvető számítási képletek, majd a tipikus feladatok megoldására mutatnak be példákat; fejezetek véget érnek ellenőrzési feladatokat. Néhány fejezet részletes példákat és egyedi feladatokat tartalmaz a végén.
Felsőoktatási hallgatóknak oktatási intézmények valamint vegytechnológiai és gépészmérnöki szakok karai.

A HIDRAULIKA ALAPJAI.
Az áramló közegek - gázok, gőzök, cseppfolyósok vagy ezek keverékei - mozgása nyomáskülönbség jelenlétében történik. A folyadékok (folyadékok) mozgásához energiára van szükség a felemelkedéshez, a statikus nyomás létrehozásához, a folyadék átadásához kinetikus energia(az összköltség megfordítható összetevői), valamint a viszkózus folyadék rétegei között fellépő súrlódási erők leküzdésére irányuló áramlási munka költsége, amikor az áramlás kölcsönhatásba lép a csővezeték falaival, és olyan örvényekben, amelyek olyan helyeken alakulnak ki, ahol az áramlási sebesség vektora megváltozik. (fordulatok, tágulások, elzáró és szabályozó szelepek és így tovább.). A súrlódási erőkkel szembeni munkavégzés során elhasznált energia hő formájában visszafordíthatatlanul eloszlik.

Az alkalmazott hidraulika fő feladata a hidraulikus ellenállás és energiafelhasználás meghatározása viszkózus közeg mozgatásakor csővezetékekben és technológiai eszközökben.

A fajlagos (térfogatra vagy tömegre vetített) energiafelhasználás nagysága jelentősen függ az áramlási sebességtől, körülbelül a sebesség négyzetével arányosan növekszik (turbulens áramlási mód esetén), a mozgatott folyadék viszkozitásától, sűrűségétől, ill. a csővezetékek és készülékek belső felületének érdességére. Az áramló anyagok mozgatásához szükséges külső teljesítmény a mozgatott folyadék áramlási sebességével arányosan növekszik.

Tartalom
Előszó
1. fejezet A hidraulika alapjai

Példák
Ellenőrző feladatok
Példa egy csővezeték hidraulikus számítására

2. fejezet Inhomogén rendszerek folyadékmechanikája
Alapvető függőségek és számítási képletek
Gravitációs ülepítés Szűrés nyomáskülönbséggel

Fluidágyas hidrodinamika
Keverés folyékony közegben
Példák
Csapadék
Szűrés
Elválasztás centrifugális tehetetlenségi erő hatására
Fluidos ágy
Keverés folyékony közegben
Ellenőrző feladatok
Számítási példa dob vákuumszűrőhöz
Példa ciklon akkumulátor számítására
3. fejezet Hőátvitel
Alapvető függőségek és számítási képletek
Hővezetőképesség Hőleadás
Hőátadás felületi hőcserélőkben
Instabil hővezető képesség szilárd anyagokban
Mérsékelt és mély hűtés
Példák
Ellenőrző feladatok
Példák egyéni feladatokra
Példák hőcserélők számításaira
4. fejezet Párolgás. Kristályosodás
Alapvető függőségek és számítási képletek
Példák
Ellenőrző feladatok
Példa egy háromhatású elpárologtató berendezés számítására
5. fejezet A tömegtranszfer alapjai. Abszorpció
Alapvető függőségek és számítási képletek
Példák
Ellenőrző feladatok
Példák egyéni feladatokra
6. fejezet Desztilláció és rektifikálás
Alapvető függőségek és számítási képletek
Példák
Ellenőrző feladatok
Számítási példa tálcás desztillációs oszlophoz
7. fejezet Kivonás
Alapvető függőségek és számítási képletek Példák
Ellenőrző feladatok
8. fejezet Adszorpció
Alapvető függőségek és számítási képletek
Példák
Ellenőrző feladatok
9. fejezet Termikus szárítás
Alapvető függőségek és számítási képletek
Példák
Ellenőrző feladatok
Számítási példa dobszárítóhoz
Számítási példa fluidágyas szárítóra
Számítási példa görgős szárítóhoz
Válaszok a tesztproblémákra
Ajánlott olvasmány
Alkalmazások
Táblázatok
Diagramok és nomogramok.

Töltse le ingyenesen az e-könyvet kényelmes formátumban, nézze meg és olvassa el:
Töltse le a Methods for calculating process and apparatus of kémiai technológia, Romankov P.G., Frolov V.F., Flisyuk O.M., 2009 - fileskachat.com, gyorsan és ingyenesen letölthető.

Letöltés pdf
Az alábbiakban megvásárolhatja ezt a könyvet a legjobb áron, kedvezménnyel, kiszállítással Oroszország egész területén.

A fő folyamatok osztályozása

Az építőanyag-technológia fő folyamatainak osztályozása különféle jellemzők alapján történhet. Például a folyamatok sebességét meghatározó alaptörvényektől függően; szervezési mód szerint; a folyamatparaméterek időbeli változásaitól függően; a kölcsönható áramlások iránya szerint stb.

Így a folyamatokat az előfordulásukat jellemző mintázatoktól függően öt fő csoportra osztják.

Első csoport – mechanikai folyamatok, melynek alapja a kiindulási anyagokra gyakorolt ​​mechanikai hatás, amelyet a szilárd testek mechanikájának törvényei írnak le. A mechanikai eljárások közé tartozik a szilárd anyagok őrlése, az ömlesztett anyagok osztályozása (válogatása), a szilárd alkatrészek keverése és szállítása, valamint a termékek formázása.

Második csoport - hidromechanikai folyamatok, melynek sebességét a hidrodinamika – a folyadékok és gázok mozgásának tudománya – törvényei határozzák meg. Ide tartozik a folyadékok és gázok mozgása, keveredése, folyékony heterogén rendszerek szétválasztása gravitáció hatására ( gravitációs erők) és centrifugális (tehetetlenségi) erők (ülepítés, centrifugálás), valamint a szilárd anyagok folyadékban vagy gázban történő mozgása, szilárd szemcsés anyag fluidizálása.

Harmadik csoport - termikus folyamatok, melynek sebességét a hőátadás törvényei határozzák meg – a hő terjedésének tudománya. Ebbe a csoportba tartoznak a fűtési, párolgási, hűtési és kondenzációs folyamatok.

Negyedik csoport - tömegtranszfer(diffúzió)folyamatokat. E folyamatok sebességét az anyagok egyik fázisból a másikba való átmenet sebessége határozza meg, azaz. tömegtranszfer törvényei. NAK NEK diffúziós folyamatok magában foglalja az abszorpciót, rektifikálást, extrakciót, kristályosítást, adszorpciót stb.

Az építőanyag-technológiában a hő- és tömegtranszfer folyamatok általában egyidejűleg mennek végbe. Ebben a tekintetben gyakran egyesítik őket egy csoportba. Az ilyen, egymást kísérő folyamatok tipikus példája a szárítás.

Ötödik csoport - kémiai folyamatok anyagok átalakulásával és kémiai tulajdonságaik változásával kapcsolatos. Számos építőanyag gyártása az eredeti alkatrészek különféle kémiai átalakulásával jár. Ilyenek például a cementkötés során fellépő hidratációs reakciók, a mészgyártás során a dekarbonizációs reakciók, a szerves építőanyagok technológiájában a polimerizációs és polikondenzációs reakciók stb. Ezeknek a folyamatoknak a sebességét a kémiai kinetika törvényei határozzák meg.

Szervezési mód szerint Az építőanyagok technológiájának fő folyamatai periodikusra, folyamatosra és kombináltra oszlanak.

Eszközök, amelyekben időszakos működő folyamatok ciklikus mód. Egy ilyen folyamat minden szakasza egy helyen zajlik (kamra, készülék), de bent más idő. Példa erre a szilikátbeton autoklávos kezelése – egy tipikus kémiai folyamat, amelyet a tömegátadás (a kezdeti nedvesítés, majd a nedvesség elpárologtatása a folyamat végén) és a hőátadási folyamatok (az anyag felmelegítése és hűtése) bonyolít.

Az autokláv feldolgozási ciklusa a következő technológiai műveletekből áll: az autokláv töltése, a hőmérséklet emelése az autoklávban egyidejű nyomásnöveléssel, izoterm tartás, hűtés és kirakodás. A termékek a helyükön maradnak az autoklávozás során, és különböző időpontokban különböző hőmérsékleti hatásoknak vannak kitéve. Az autoklávozási ciklus végén minden technológiai művelet megismétlődik.

Folyamatos folyamatokátfolyó berendezésekben (létesítményekben) végzik a kiindulási anyagok folyamatos betöltésével és a feldolgozott termékek folyamatos kirakodásával. Az ilyen folyamatok minden szakasza ugyanabban az időben történik, de a készülék különböző helyein. Tipikus példa Ilyen eljárás lehet a klinker égetése forgókemencékben cementgyártás céljából.

A periodikus és folyamatos folyamatok egyértelműbb jellemzésére a következő fogalmakat és jelöléseket használjuk.

A folyamat időtartama (τ ) – a folyamat valamennyi szakaszának befejezéséhez szükséges idő, a kiindulási anyagok berakodásától a késztermék vagy félkész termék kirakodásáig.

A folyamat időszaka (t) – az adott tétel kiindulási anyagainak betöltésétől a következő tétel anyagainak betöltéséig eltelt idő. A folyamat időtartamának hányadosa osztva a folyamat időtartamával ( τ/t) nak, nek hívják folyamatfolytonosság foka (n). A kötegelt folyamat esetében a folyamat időtartama t ≥ τ, tehát a folytonosság mértéke n ≤ 1. Folyamatos folyamat esetén a folyamatperiódus t→ 0 és a folytonosság foka n →∞.

A folyamatos folyamatoknak jelentős előnyei vannak a periodikusakkal szemben: lehetőség van a berendezések specializálására a folyamat minden egyes műveletére (szakaszára), a folyamat időbeli stabilizálására, a termékminőség javítására, a szabályozás egyszerűségére és az automatizálás lehetőségére. Ezek az előnyök magyarázzák a folyamatos trendet a szakaszos folyamatoktól a folyamatos folyamatok felé.

Kombinált folyamatok vagy folyamatos folyamatot jelentenek, amelynek egyes szakaszait periodikusan hajtják végre, vagy olyan időszakos folyamatot, amelynek egy vagy több szakaszát folyamatosan hajtják végre. Ilyen folyamatok az építőanyag-technológiában is megtalálhatók.

A periodikus és a folyamatos folyamatok közötti különbség csak magának a folyamatnak a szervezési módjában és a hardver tervezésében van. A folyamat fizikai és kémiai lényege változatlan, és nem függ az egység kialakításától.

A folyamat paramétereinek időbeli változásától függően (sebesség, nyomás, anyagkoncentráció) vannak alapított(helyhez kötött) folyamatok , az egyes paraméterek értéke, amelyek időben állandóak, és bizonytalan (nem helyhez kötött) folyamatok, amelyek paraméterértékei időben változnak.

Által fókusz vannak egymásra ható szálak egyenes folyamatok, amikor a kölcsönhatásban lévő anyagok egy irányba mozognak a berendezésben (például pneumatikus szállítás) és ellenáramú olyan folyamatok, amikor a kölcsönhatásban lévő anyagok egymás felé mozognak (például mész égetésekor aknakemencékben).

A folyamatok és berendezések gyakorlati számításai során általában a következő fő problémákat oldják meg:

1. Feltételek meghatározása egyensúlyi állapot rendszerek;

2. Az alapanyag költségének és az átvett késztermék vagy félkész termék mennyiségének számítása (anyagmérleg készítése);

3. A folyamat végrehajtásához szükséges energiafelhasználás meghatározása (energiamérleg készítése);

4. A készülékek optimális működési módjának kialakítása és főbb méreteinek megállapítása.

A feladatok megfogalmazásának sorrendje határozza meg a mérnöki számítások tartalmát és sorrendjét. Nézzük meg részletesebben az egyes feladatok tartalmát.

Első feladat. A számítás kezdeti szakasza az folyamatstatikai számítások és elemzések, azaz meghatározás rendszeregyensúlyi feltételek. Egy egyensúlyban lévő rendszer állapota idővel nem változik. Ahhoz, hogy egy ilyen rendszert kimozdítsunk az egyensúlyból, külső erőt kell rá kifejteni. A folyamat irányának meghatározása egyensúlyi rendszerekben hatása alatt külső erő A termodinamika két alapelvére támaszkodik: Le Chatelier – Brown elvÉs Gibbs fázisszabály.

Az első elv szerint az egyensúlyból kihozott rendszerben fellépő erők iránya külső erő, ennek az erőnek az irányával ellentétes. A Le Chatelier-Brown elven alapuló konkrét folyamatok figyelembevételével megállapítható, hogy milyen paramétereken kell változtatni ahhoz, hogy a rendszer állapota a gyártáshoz szükséges irányba változzon.

A Gibbs-fázisszabály egy rendszer összetevőinek száma közötti kapcsolatot fejezi ki k, fázisok fés annak szabadsági fokai s. A termodinamikai szabadsági fokok a termodinamikai egyensúlyi rendszer állapotának független paraméterei, amelyek bizonyos határok között változtathatók úgy, hogy a rendszerben meglévő összes fázis megmaradjon, és ne jelenjenek meg új fázisok.

A fázisszabály szerint a fázisok számának kapcsolata f, alkatrészek száma kés a termodinamikai szabadságfokok száma s a következő formában van:

s + f = k + n,

Ahol n- szám külső tényezők, amely befolyásolja az egyensúlyi helyzetet egy adott rendszerben.

A fázisszabály a következőképpen fogalmazódik meg: a rendszer szabadságfokai számának és a fázisok számának összege egyenlő a független komponensek számának és e rendszer egyensúlyát befolyásoló külső tényezők számának összegével.

A tömegátadási folyamatokkal kapcsolatban a rendszer egyensúlyát kizárólag a hőmérséklet és a nyomás befolyásolja külső tényezők. Ezért n=2és a fázisszabály a következő formában jelenik meg:

s = k - f + 2,

azok. egy egyensúlyi termodinamikai rendszer szabadságfokainak száma, amelyet a külső tényezők közül csak a hőmérséklet és a nyomás befolyásol, egyenlő a rendszer független összetevőinek számával mínusz a rendszer fázisainak száma plusz kettő.

A fázisszabály lehetővé teszi a rendszer egyensúlyát meghatározó változók számának megállapítását, amelyek tetszőlegesen választhatók. A fázisszabályból például az következik, hogy egy egykomponensű rendszer esetén (k = 1):

s = 3 - f,

azok. egy ilyen rendszer nem tartalmazhat háromnál több egyensúlyi fázist. Ilyen rendszer például a víz.

Mindhárom fázis (szilárd, folyékony, gáznemű) egyidejű létezésének lehetőségét egy ilyen rendszerben a fázisszabály szerint a szabadsági fokok hiánya határozza meg (a rendszer változó):

s = k - f + 2 = 1 - 3 + 2 = 0 .

Egy ilyen rendszer csak szigorúan meghatározott hőmérsékleti és nyomásértékeken létezhet (víz esetén t = 0,0075ºС és p = 4,579 Hgmm). E feltételek bármelyikének megváltozása az egyik fázis eltűnéséhez vezet, és a rendszer kétfázisúvá válik.

A legérdekesebb egykomponensű rendszer egy kétfázisú rendszer - folyékony és telített gőz. Ebben az esetben

s = k - f + 2 = 1 - 2 + 2 = 1,

azok. egy szabadságfok van, és a rendszer egyváltozatú. Következésképpen a fázisegyensúly megzavarása nélkül tetszőlegesen változtatható a hőmérséklet vagy a nyomás. Az ilyen rendszerekben a hőmérséklet és a telített gőznyomás közötti kapcsolat szigorúan egyértelmű. Ezért, amikor a gőz hőmérséklete változik, a nyomás egyidejűleg ennek megfelelően változik, és fordítva, amikor a nyomás változik, a hőmérséklet ennek megfelelően változik. Ezért minden folyadékra fel lehet építeni egy telített gőznyomás görbét.

Ha egy rendszer két vagy több komponensből áll, akkor helyzete és egyensúlya nemcsak a hőmérséklettől és a nyomástól függ, hanem mennyiségi összetétel fázisok A két fázisból álló kétkomponensű rendszernek a fázisszabály szerint két szabadságfoka van:

s = 2 - 2 + 2 = 2,

ami azt jelenti, hogy az ilyen rendszerekben két tényező - a hőmérséklet és a nyomás - egyidejű megváltoztatása lehetséges a fázisegyensúly megzavarása nélkül.

Ezen rendszerek egyensúlyi állapotának jellemzésére az egyik tényezőt állandónak tételezzük fel, majd a másik tényező és a fázisösszetétel közötti kapcsolat egyértelművé válik, i. állandó nyomáson minden hőmérsékleten és állandó hőmérsékleten mindegyik nyomás szigorúan meghatározott fázisösszetételnek felel meg.

Második feladat. A nyersanyagköltség és az előállított késztermék vagy félkész termék mennyiségének kiszámítása.

Ez a probléma az alapján van megoldva anyagmérleg. Az anyagi egyensúly a tömegmegmaradás törvényének alkalmazásán alapul. Általánosságban elmondható, hogy bármilyen telepítéshez a következőket írhatja:

Ahol ∑m n– össztömeg kezdő termékek; ∑m k – a végtermékek össztömege;

∑mn– a visszafordíthatatlan veszteségek össztömege.

Az anyagmérleget a folyamat egészére vagy egyes szakaszaira állítják össze; a rendszer egészére vagy annak egyik összetevőjére.

Példa. A szárítási folyamathoz az anyagmérleget mind a teljes szárításra szállított nedves anyagra, mind annak egyik összetevőjére vonatkozóan összeállítják: az abszolút szárazanyag tömegére vagy a szárítandó anyag nedvességtartalmára.

Hadd m 1– a szárításra átvett nedves anyag tömege, u 1– páratartalma;
m 2– szárított anyag tömege, u 2– páratartalma; W– az elpárolgott nedvesség mennyisége. A teljes anyagmennyiség anyagmérlegét írják fel a következő módon:

m 1 = m 2 + W.

Az abszolút szárazanyagra vonatkozó anyagmérleg, amely a szárítási folyamat során nem változik, a következőképpen alakul:

m abs.száraz = m 1 (1 – u 1) = m 2 (1 – u 2).

Harmadik feladat. A folyamat végrehajtásához szükséges energiafelhasználás meghatározása. Ezt a problémát fordítással oldják meg energia egyensúly.

Az energiamérleget az energiamegmaradás törvénye alapján állítják össze, amely szerint a folyamatba bevitt energia mennyisége megegyezik a felszabaduló energia mennyiségével. Az energiamérleg része a hőmérleg, amelyet általában a következő egyenlet fejez ki:

,

Ahol ∑Q N– a folyamatba bevitt hő; ∑Q к – eltávolított hő, amely a hőből eltávolított hőből áll végtermékekés hulladék hűtőfolyadékkal;

∑Qn- hőveszteség.

Ebben az esetben a bemenő hő egyenlő:

,

Ahol Q 1– a folyamatba a feldolgozott anyaggal bevitt hőmennyiség; Q 2– a hűtőfolyadék által szolgáltatott hőmennyiség; Q 3– fizikai vagy kémiai átalakulások hőhatása (ha a hő elnyelődik, akkor azelőtt Q 3 tegyen mínusz jelet).

A hőmérleg alapján meghatározzák a vízgőz és egyéb hűtőközegek fogyasztását, az energiamérleg adatok alapján pedig a folyamatra vonatkozó teljes energiafogyasztást.

Negyedik feladat. A készülékek optimális működési módjainak kialakítása és fő méreteinek megállapítása.

A fő méretek meghatározásakor a terület keresztmetszet folyamatosan a működési apparátus relációjából található

Ahol K– a készüléken átáramló közeg térfogata egységnyi idő alatt, m 3 /s;

w– a közeg lineáris sebessége (beállított vagy elfogadott), m/s.

Méret szerint S a berendezés egyik fő méretét például egy hengeres készülék esetében határozzák meg - az átmérőjét.

Munkamennyiség időszakosan a működési berendezést a következő képlet alapján számítják ki:

Ahol K- meghatározott teljesítmény, m 3 /s; τ – a folyamat időtartama, ideértve annak időtartamát, valamint a berakodásra, kirakodásra és egyéb segédműveletekre fordított idő, mp.

ahol az elválasztási tényező = 3,14; - a részecske forgási frekvenciája az áramlásból, s -1; - forgási sugár, m; - szabadesés gyorsulása m/s 2 ; = 9,81 m/s2.

Az érték a növekedéssel növekszik.

A ciklonok értéke százas nagyságrendű, a centrifugáké pedig ~ 3000. Ha > 3000, az eszközöket szupercentrifugáknak nevezzük.

3.7. Eszközök kiválasztása heterogén rendszerek szétválasztására

A felszerelés kiválasztásakor számos szempontot figyelembe kell venni. Először is szem előtt kell tartania az elválasztás minőségére vonatkozó követelményeket. Ez esetünkben elsősorban a levegő és a szükséges környezeti állapot biztosítását jelenti vízi környezet. Figyelembe kell venni a diszpergált részecskék koncentrációját, méretbeli eloszlását, a környezet agresszivitását, hőmérsékletét stb. Figyelembe kell venni az eszközök műszaki és gazdasági teljesítményét.

A gáztisztító berendezések teljesítményét elemezve látható, hogy a hatásfok növekedése általában az energiaköltségek és a készülékek méretének növekedésével jár. Például az elektromos leválasztók és zsákos szűrők jobb poreltávolító hatást biztosítanak kisebb gázsebességeknél, pl. nagyobb eszközök használatakor. A ciklonok és a Venturi gázmosók hatékonyabb elválasztást biztosítanak, minél nagyobb a hidraulikus ellenállásuk, pl. annál nagyobb az energiafogyasztás a gáz szivattyúzásához. Ezért minden esetben az adott körülmények figyelembevételével kell eszközt választania.

Az alábbiakban bemutatjuk a gáztisztító készülékek fő típusainak néhány átlagos jellemzőjét.

A gáztisztító készülékek főbb típusainak jellemzői

Eszközök	Maximális portartalom, C, kg/m 3	Porszemcsék mérete, dE µm, nem kevesebb	Tisztítási fok, %	Hidraulikus ellenállás, p, Pa
Porülepítő kamrák	Nincs korlátozva		30-40
Ciklonok	0,4		70-99	400-700
Akkumulátor ciklonok	0,1		85-95	500-800
Elektrosztatikus leválasztók	0,01-0,05	0,005	95-99	100-200
Zsákos szűrők	0,02		98-99	500-2500
Centrifugális gázmosók	0,05		90-95	400-800
Buborékoló porgyűjtők	0,3		80-99	500-1000
Venturi gáztisztítók	0,05		95-99	3000-7000

A tisztítás foka az elválasztási módszer hatékonyságának jellemzője gáznemű vagy folyékony közegben.

ahol és az extrahált anyag koncentrációja a gázban vagy folyadékban, az elválasztás előtt és után.

A porülepítő kamrák és ciklonok tőke- és működési költségek szempontjából előnyösebbek más eszközökkel szemben, de csak a nagy részecskéket rögzítik. Ezért tanácsos önállóan használni őket kis teljesítményű létesítményekben a gázok nagy portól való tisztítására. Az ilyen típusú eszközöket gyakrabban használják a porgyűjtés első szakaszaként a gázok előzetes tisztítására elektromos leválasztók és zsákszűrők előtt, ventilátorok előtt, hogy megvédjék a lapátokat az eróziótól stb.

Az elektromos leválasztókban magas fokú gáztisztítás érhető el, beleértve a nagyon kis részecskéket is. Azonban gyakran megkövetelik előzetes felkészülés gázok, nem alkalmasak kis elektromos ellenállású részecskék leválasztására.

A zsákos szűrők bármilyen 1 mikronnál nagyobb méretű részecskék nagyfokú tisztítását biztosítják, de a forrásgáz alacsony portartalmával is képesek működni. Megkövetelik, hogy a hőmérsékletet bizonyos határokon belül tartsák. Tőkeköltség tekintetében a zsákos szűrők olcsóbbak, mint az elektromos porleválasztók, de üzemeltetési költségük magasabb.

A nedves tisztítóberendezések hatékonyan tisztítják a gázokat a közepesen finom portól. Alkalmazásuk akkor a legcélszerűbb, ha gázpárásításra van szükség. Ezek az eszközök meglehetősen egyszerűen gyárthatók, viszonylag olcsók, és alacsonyak az üzemeltetési költségek. Használatuk azonban nagy vízfogyasztással jár, és komoly védelmet igényel az eszközök korrózió ellen. Ha a diszpergált részecskék veszélyt jelentenek a környezetszennyezésre, további berendezésekre van szükség a folyadékfázistól való elválasztásukhoz.

A szuszpenziók leválasztásának legegyszerűbb eszközei az ülepítő tartályok. Alacsony tőke- és működési költségek jellemzik őket. Az alacsony hajtóerő miatt azonban az ülepítőtartályok terjedelmesek, és nehezen választják szét a kis részecskéket. A szuszpenziók előzetes leválasztásához ülepítő tartályokat célszerű használni magas tartalom szilárd fázisú, valamint a viszonylag nagy részecskéket tartalmazó szuszpenziók frakciókba sorolásához.

A hidrociklonok és centrifugák sokkal termelékenyebbek. Hatékonyan elválasztják a finom részecskéket. Ezek az eszközök, különösen a centrifugák azonban jóval drágábbak, és az üzemeltetési költségük is lényegesen magasabb. Nem alkalmasak koptató hatású részecskék leválasztására.

Hatékony mód A szuszpenziók szétválasztása szűrők és szűrőcentrifugák segítségével történő szűrés. Megvannak a feltételek az üledék formájában izolált szuszpendált szilárd fázis mosására és szárítására. Ezek az eszközök azonban drágák és nehezen működtethetők.

Kérdések az önkontrollhoz.

1. Milyen esetekben tanácsos porülepítő kamrát használni?

2. A tisztítás melyik szakaszában alkalmazzuk a szűrést?

3. Milyen esetekben használnak akkumulátor ciklonokat egy ciklon helyett?

4. Milyen alkalmazási területei vannak az elektrosztatikus leválasztóknak?

5. Miért nem tanácsos hidrociklonokat használni a víz megtisztítására a lebegő kvarcrészecskéktől?

6. Mely eszközök a bonyolultabb felépítésűek, a hidrociklonok vagy a centrifugák?

Téma 4. Abszorberek

A témával kapcsolatos anyag tanulmányozása után a hallgatónak ismernie kell az abszorpció hardveres kialakításának jellemzőit, képesnek kell lennie arra, hogy összehasonlító elemzés eszközöket, és indokolják azok alkalmazási körét.

A homogén rendszerek szétválasztására vonatkozó általános rendelkezések tárgyalásakor (1. témakör) az abszorpciós folyamat jellemzőit és alkalmazási körét veszik figyelembe.

4.1. Abszorber készülék

Az abszorpciós folyamat hatékonyságát nagymértékben meghatározza a fáziskontaktus felületének nagysága. Ezért az abszorbereknek fejlett (nagy) érintkezési felületet kell biztosítaniuk között folyékony fázis abszorbens és a gázfázis tisztítás alatt áll.

Ennek a felületnek a kialakításának módja szerint, amely közvetlenül kapcsolódik tervezési jellemzők az abszorbereket 4 fő csoportra osztják: a) film; b) fúvókák; c) korong alakú; d) permetezés. Ezek a csoportok az eszközök olyan alcsoportjait foglalják magukban, amelyek egy adott felületi forma megvalósítása során felépítésükben különböznek egymástól.

Az alábbiakban a 4 fő csoportba tartozó abszorberek egy-egy alapvető tervezési diagramját tárgyaljuk.

A filmabszorberekben a fáziskontaktus felület egy szilárd, általában függőleges fal mentén áramló folyadékfilm felülete. Az eszközök ebbe a csoportjába tartoznak: a) cső alakú abszorberek; b) síkpárhuzamos vagy lapos tömítésű abszorberek; c) abszorberek a folyadékfilm felfelé mozgatásával.

Egy síkpárhuzamos fóliafúvókával ellátott abszorber látható a 4.1.

Rizs. 4.1. Filmabszorber síkpárhuzamos

(levél) fúvóka:

1 – levélfúvóka csomagok; 2 – abszorbens elosztó berendezés.

Az 1. lapcsomagolás csomagjait függőleges lapok formájában egy oszlopba (abszorberbe) helyezzük. Lemezanyag: fém vagy műanyag, vagy keretre feszített szövet stb. Az abszorber felső részébe nedvszívó oldatot vagy vizet juttatunk egy 2 elosztóeszközön keresztül. Az elosztó berendezés biztosítja a lapfúvóka mindkét oldali egyenletes nedvesítését. Az elhasznált abszorbenst (abszorbert) a felvett szennyezőanyaggal együtt a készülék alsó szerelvényén keresztül távolítják el. A szennyezett gáz bejut a készülék alsó részébe, felfelé halad a lapok mentén, és a készülék felső fedelén található szerelvényen keresztül távozik. Ily módon az érintkező fázisok ellenáramlása valósul meg, amely lehetővé teszi a folyamat hajtóerejének állandó értékének fenntartását és a berendezés teljes terének hatékony kihasználását.

A fólia ellenáramú oszlopok az elárasztási sebességet meg nem haladó gázsebességgel működnek. Amikor az elöntési sebességet túllépik, a folyadék elkezd bejutni ellentétes irány, a készülék folyadékkal van megtöltve, amelyen keresztül gázbuborékok haladnak át. A gázsebesség további növekedésével a folyadék a gázzal együtt szabadul fel a készülék felső részén. Az elárasztás kezdetét a hidraulikus ellenállás meredek növekedése jellemzi. Az ellenáramú fóliaberendezésekben a megengedett gázsebesség (azaz az elárasztásig) meglehetősen magas - 3-6 m/s-ig. Ezen abszorberek hidraulikus ellenállása alacsony (gyakorlatilag nincs nyomásveszteség a helyi ellenállások leküzdésére). A készülékeket célszerű magas gáztermelési sebesség mellett használni. A helyreállítási arány alacsony.

A töltött abszorberek olyan oszlopok, amelyek szilárd anyagokkal vannak feltöltve különféle formák: úgynevezett hengerek, gyűrűk: kerámia Rushing gyűrűk, acél Raschig gyűrűk, kerámia és acél Pall gyűrűk; fából készült húrok (egymásba zárt lécek az élen), stb. A gyűrűk mérete: átmérő 15-100 mm, magasság 15-100 mm, vastagság - 0,5-10 mm. A fúvókát rendszeresen vagy ömlesztve töltik fel a tartórácsokra.

Az 1. töltetoszlopban (4.2. ábra, a, b) a 3. töltetet a 4 tartórácsokra helyezzük, amelyeken lyukak vagy rések vannak a gáz áthaladásához és a folyadék elvezetéséhez; ez utóbbi meglehetősen egyenletesen öntözi a 3 fúvókát a 2 elosztó segítségével, és vékony film formájában folyik le a fúvókatestek felületén:

Rizs. 4.2. Csomagolt abszorberek:

a – folyamatos tömítőréteggel; b – a fúvóka szakaszos terhelésével: 1 – test; 2 – folyadékelosztó; 3 – fúvóka;

4 – tartórácsok; 5 – folyadék újraelosztó;

6 - hidraulikus szelepek

Azonban a folyadék egyenletes eloszlása ​​a töltet teljes magasságában az oszlop keresztmetszetében általában nem érhető el. Az egyenetlenségek csökkentése érdekében a töltetet szakaszonként (3.16. ábra, b) töltik be az oszlopba, 4-5 készülékátmérő magasságban, de szakaszonként legfeljebb 3-4 m. A szekciók (csomagoló rétegek) közé folyadékelosztók 5 vannak felszerelve.

A töltött oszlopban lévő folyadék vékony film formájában áramlik át a töltőelemen, így a fáziskontaktus felület elsősorban a töltet nedvesített felülete. Amikor azonban folyadék áramlik a fúvóka egyik eleméből a másikba, a folyadékfilm tönkremegy, és új film képződik az alatta lévő elemen. A folyadék egy része patakok, cseppek és fröccsenések formájában átjut a fúvóka alul található rétegeibe.

A fúvóka felületének egy részét, főként azokon a helyeken, ahol a fúvókaelemek érintkeznek egymással, álló (pangó) folyadék nedvesíti. Ez a fő jellemzője a töltött oszlopokban történő folyadékáramlásnak, ellentétben a filmes berendezésekkel, ahol a folyadék filmáramlása a berendezés teljes magasságában történik. A fúvóka fő jellemzői közé tartozik a fajlagos felület a (m 2 / m 3) és a szabad térfogat ε (m 3 / m 3 ), ezek számértékei az adott fúvókák esetében a technológiai kézikönyvekben találhatók.

A csomagolt abszorberek különféle hidrodinamikai üzemmódokban működhetnek.

Az 1. mód – film – alacsony öntözési sűrűség és alacsony gázsebesség esetén jellemző. Ebben az üzemmódban a fúvókában visszatartott folyadék mennyisége gyakorlatilag független a gáz sebességétől.

2. mód – fagyasztó üzemmód. Amikor a fázisok ellenáramúak, a gáz és a folyadék közötti súrlódási erők növekedése miatt, amelyet a gázsebesség növekedése és az áramlás turbulenciája okoz, a folyadékot a gázáramlás gátolja a fázisok érintkezési felületén. Ennek eredményeként a folyadék áramlási sebessége csökken, filmjének vastagsága és a fúvókában visszatartott folyadék mennyisége nő. Függő üzemmódban a gázsebesség növekedésével a fúvóka nedvesített felülete növekszik, és ennek megfelelően nő a tömegátadási folyamat intenzitása. Fagyás üzemmódban folyadék örvénylése, kifröccsenése jelenik meg, pl. megteremtődnek a buborékolásra való átmenet feltételei. Mindez segít a tömegtranszfer intenzitásának növelésében.

A gázsebesség további növekedését a 3. mód – emulgeálási mód – határozza meg. Amikor ez megtörténik, a folyadék felhalmozódik a fúvóka szabad térfogatában. A folyadék felhalmozódása addig megy végbe, amíg az áramló folyadék és az oszlopon keresztül felszálló gáz közötti súrlódási erő kiegyenlíti a fúvókában lévő gravitációs erőt. Ebben az esetben fázisfordítás vagy inverzió következik be: a folyadék folytonos fázissá, a gáz pedig diszpergált (fragmentált) fázissá válik. Hab képződik. A gázellátás gondos beállításával az emulgeálási mód a fúvóka teljes magasságában beállítható. Az emulgeálási mód megfelel a töltött oszlopok maximális hatékonyságának, ugyanakkor a berendezés hidraulikus ellenállása meredeken növekszik.

Függesztett és emulgeáló üzemmódban csak akkor tanácsos működni, ha a berendezés hidraulikus ellenállásának növekedése nem jelentős (például ha az abszorber nagy nyomáson működik). A legtöbb csomagolt abszorber film üzemmódban működik.

A lemezelnyelők általában függőleges hengerek - oszlopok, amelyek belsejében vízszintes válaszfalak - lemezek - vannak elhelyezve egymástól bizonyos távolságra az oszlop magassága mentén. A lemezek a fázis érintkezési felület (ellenárammal) és a folyadék és gáz ismételt kölcsönhatásának kialakítására szolgálnak. A tárcsás oszlopokban a tömegátadási folyamat főként tálcákon kialakított gáz-folyadék (hab) rendszerekben történik, ezért az ilyen eszközökben a folyamat lépésekben megy végbe, és a tárcsás oszlopok, ellentétben a csomagolt oszlopokkal (amelyekben a folyamat folyamatos) lépcsős eszközök csoportjába sorolják. Mindegyik lemezen, kialakításától függően, egy vagy másik fázismozgás tartható fenn: keresztáram vagy a folyadék teljes keverése.

A folyadék lemezről történő leeresztésének módszere alapján az ilyen típusú abszorbereket oszlopokra osztják lefolyószerkezettel ellátott tálcákkal és leeresztő eszközök nélküli tálcákkal (a folyadék rendezetlen elvezetésével).

Bármilyen kialakítású lemezek hatékonyságára a fő hatás az hidrodinamikai feltételek a munkájuk. Ezek a feltételek nagymértékben függenek a gáz sebességétől.

A gáz sebességétől függően a lemezeszközök 3 fő hidrodinamikai üzemmódja létezik:

1) buborék (vagy buborékos, a fázis érintkezési felülete kicsi);

2) hab: a fő fázis érintkezési felülete a buborékok felülete, a gázáram és a folyadékcseppek a gáz-folyadék rendszer fölé, amikor a gázbuborékok megsemmisülnek a buborékoló réteg elhagyásakor; a fázis érintkezési felülete a legnagyobb;

3) jet (injekciós) mód: a legtöbb buborék megsemmisül, kifröccsenést okozva; a fázis érintkezési felülete lényegesen kisebb, mint a habban. Hab mód a leginkább racionális rezsim lemezelnyelők működése.

A 4.1. táblázat mutatja a lemezek jellemzőit különféle típusok tervez.

A lemezek típusa	Előnyök	Hibák
Tálcák vízelvezető eszközökkel
Sapka	Jelentős gáz- és folyadékterhelési különbségek mellett működik	Bonyolult kialakításúak, fémet igényelnek, nagy a hidraulikus ellenállásuk, és a megengedett legnagyobb gázsebesség alacsony.
Szita	A készülék egyszerűsége, könnyű telepítés és javítás, alacsony hidraulikus ellenállás, nagy hatékonyság	Érzékeny a szennyeződésekre és üledékekre (eltömődés); Ha a gázellátás hirtelen leáll, vagy nyomása jelentősen lecsökken, akkor az összes folyadék kiürül a lemezekről, és a teljes oszlopot újra kell indítani.
Szeleptálcák	Hidrodinamikailag stabil, nagy hatásfok a gázterhelések széles tartományában.	Megnövelt hidraulikus ellenállás, bonyolult kialakítás.
Lemeztípus (jellemző a ejtős üzemmód, a gáz sebessége nagy: 20-30 m/s.)	Alacsony hidraulikus ellenállás, nagy megengedett terhelések folyadéknál és gáznál, alacsony anyagfelhasználás.	A hőellátás és -elvezetés bonyolultsága, alacsony hatásfok alacsony folyadékterhelés mellett.
Pikkelyes (egyenáramú fázisok)	Hasonló a lemezhez	Hasonló a lemezhez
Tálcák vízelvezető eszközök nélkül (a gáz és a folyadék ugyanazokon a réseken halad át, a folyadék az alsó lemezre „esik”, szigorúbb áramlási sebesség-választás szükséges)
Furat (lyuk átmérője 4-20 mm)	Egyszerű kialakítás és telepítés, alacsony hidraulikus ellenállás	A stabil működés tartománya jelentéktelen.
Rács (a 3–8 mm széles rések bélyegzettek)	Hasonló a perforálthoz	Hasonló a perforálthoz
Hullámos (hajlított), lyukakkal ellátott lapok	Megnövelt működési stabilitás	Nehéz a gyártás és a telepítés
Cső alakú (párhuzamos csövek sorozatából)	Akkor célszerű használni, ha hőt kell adni a folyadékhoz, vagy hőt kell eltávolítani belőle.	Nehéz gyártás és telepítés, nagy fémfogyasztás.

Az iparban szélesebb körben használják a szitaátvivő lemezeket, valamint a perforált és rácsos lemezeket, amelyek nem tartalmaznak lefolyószerkezeteket.

Tekintsük egy szitaátvivő lemezes oszlop kialakítását (4.3. ábra)

Rizs. 4.3. Az abszorber (oszlop) eszköze szitával

transzfer lemezek:

a – oszlop lemezekkel; b – két szomszédos lemez; 1 – lemezek; 2 – túlfolyó válaszfalak vagy csövek küszöbökkel; 3 - hidraulikus szelepek; 4 – oszloptest.

Az 1. tábla rendelkezik nagy szám 8-9 mm átmérőjű lyukak, amelyeken keresztül a gáz a lemez mentén áramló folyadékrétegbe kerül. Az 1. lemezen lévő folyadékszintet a 2 túlfolyó berendezések tartják fenn (ezek küszöbértékei).

Alacsony (elégtelen) gázsebességnél nyomása nem tartja meg a túlfolyási magasságnak megfelelő folyadékréteget és a folyadék a lemez furatain keresztül szivárog (részben „leesik”) az alatta lévő lemezre, ami jelentősen csökkenti az abszorpciós hatékonyságot. Ezért a gáznak bizonyos sebességgel kell mozognia, és elegendő nyomással kell rendelkeznie ahhoz, hogy legyőzze a folyadékréteg nyomását a lemezen, és megakadályozza a folyadék átáramlását a lemez lyukain. A szennyezett gázt a berendezés alsó részébe vezetik az utolsó lemez alatt; tisztított gázt távolítanak el a felső lemez felett. A tisztítandó folyadék a csatornán keresztül fentről lefelé halad.

A porlasztó abszorberekben a fázisok közötti érintkezés gázáramban lévő folyadék porlasztásával vagy fröccsenésével valósul meg. Ezeket az abszorbereket a következő csoportokra osztják: 1) üreges (fúvókás) permetező abszorberek, amelyekben a folyadékot cseppekbe permetezik speciális furatokkal ellátott eszközök - fúvókák - segítségével; 2) nagy sebességű közvetlen áramlású porlasztó abszorberek, amelyekben a folyadékporlasztás a gázáram mozgási energiája miatt történik; 3) mechanikus permetelnyelők, amelyekben forgó alkatrészek permeteznek folyadékot.

Más típusú abszorberekhez képest a mechanikus abszorberek kompaktabbak és hatékonyabbak, de sokkal összetettebb kialakításúak, és több energiát igényelnek a folyamat végrehajtásához. Ezért célszerű mechanikus permetelnyelőket használni olyan esetekben, amikor a fúvókákkal történő permetezés vagy a folyadékkal kölcsönhatásba lépő gáz valamilyen okból nem lehetséges.

Tekintsük részletesebben az üreges készülékek kialakítását, amelyeket a nedves levegő portól való tisztítására is használnak. Az üreges permetelnyelők diagramja az ábrán látható. 4.4.

Rizs. 4.4. Üreges permetelnyelők kialakítása:

a – függőleges, felső folyadékpermettel; b - függőlegesen, folyadékpermettel a készülék magassága mentén; c - vízszintes keresztárammal: 1 – ház; 2 – fúvókák; 3 - folyadékellátó eszköz; 4 – fröccsenő tartály; 5 – rácsok az egyenletes gázelosztáshoz.

Az üreges abszorberekben (üreges oszlopokban) a gáz alulról felfelé halad, és a folyadékot az 1. oszlop felső részében elhelyezett 2 fúvókákon keresztül táplálják be a szórópisztoly irányával általában felülről lefelé. Az ilyen abszorberek hatékonysága alacsony, ami annak köszönhető, hogy a gáz az oszlop magassága mentén keveredik, és keresztmetszete rosszul töltődik fel porlasztott folyadék fáklyával. Ennek a negatív hatásnak a csökkentése érdekében az üreges abszorberek permetezőfúvókáit gyakran több szinten szerelik fel (4.4. ábra, b). Ezeket az eszközöket a tervezés egyszerűsége, az alacsony költség, az alacsony hidraulikus ellenállás jellemzi, és erősen szennyezett gázok feldolgozására használhatók. Hátrányok: az alacsony hatásfok mellett a gázsebességnek alacsonynak kell lennie (max. 1 m/s), hogy elkerüljük a folyadék felszívódását, szükséges nagy sűrűségűeköntözés, nagy energiafogyasztás a permetező folyadékhoz. A jól oldódó gázok felfogására célszerű permetező üreges abszorbereket használni. Az egyenáramú fázisú, nagy sebességű, közvetlen áramlású permetező abszorberekben a gázsebesség akár 30 m/s és ennél is nagyobb lehet, ami növeli a tisztító hatást. Ez a fajta készülék tartalmaz egy Venturi-abszorbert, melynek fő része a 3. témakörben leírt Venturi-cső. A nagy sebességű abszorberekben függőlegesen van elhelyezve.

A fent tárgyalt oszlopos eszközöket más tömegtranszfer folyamatokhoz is használják, elsősorban rektifikációra és folyadék extrakcióra. Attól függően, hogy a technológiai paraméterek A folyamat végrehajtása során az oszlopberendezés méretei a következők: átmérő – 0,4 – 4,0 m; magasság 1-50 m, falvastagság: 10-24 mm.

Az abszorber szerkezeti elemeinek anyagának magasságát a fizika határozza meg - Kémiai tulajdonságok mi folyadék- és gázáramok lépnek kölcsönhatásba benne. A folyadék - szorbens - kiválasztását a gázok - szennyező anyagok - kémiai tulajdonságai határozzák meg. A 4.2. táblázat példaként mutatja be a leggyakoribb szennyező anyagokat levegő környezet tól től ipari termelésés felszívja őket vizes oldatok(víz) a környezettechnológiákban használt.

4.2. táblázat

Gázok - szennyező anyagok és ipari abszorbensek

A gáz légszennyező anyag	Abszorbens anyag kemiszorpcióhoz (vizes oldatok)
Ammónia (NH 3)	Víz: H2O
Nitrogén-oxidok (NOx)	Nátrium-hidroxid: NaOH Nátrium-karbonát - szóda: Na 2 CO 3 Vassók: FeCl 2 + FeSO 4
Kén-dioxid: SO 2	H 2 O Na 2 CO 3 NaOH Aromás aminok
Együtt: SO 2 +NO x	Na 2 CO 3
Szén-diszulfid: CS 2 Hidrogén-szulfid H 2 S Merkaptánok: RSH	NaOH Vas-szóda oldat: Na 2 CO 3 + FeSO 4
H2S	Arzén-szóda oldat: As 2 O 3 + Na 2 CO 3
Szén-monoxid: CO	Komplex réz-ammónium só réz-kloriddal és alumínium-kloriddal együtt:
Klór: Cl2	H 2 O NaOH szén-tetraklorid: CCl 4 titán-tetraklorid: TiCl 4

Megjegyzés: be termelési gyakorlat A táblázatban feltüntetett gáz-halmazállapotú szennyező anyagokhoz más abszorbenseket is használnak.

4.2. Az abszorberek kiválasztásának alapelvei

Az ipar a 4.1. pontban leírtaknál szélesebb választékban gyárt abszorbereket. Egy adott folyamat végrehajtására az az optimális berendezés, amelynél a legmagasabbak a műszaki és gazdasági mutatók. Ugyanakkor 1 m 3 gáz feldolgozásának költségének minimálisnak kell lennie. A műszaki és gazdasági számítás megkezdése előtt ki kell választani azokat a legvalószínűbb eszközöket, amelyekkel ez a probléma sikeresen megoldható. konkrét feladat. Szükséges egy táblázat összeállítása: az abszorberek folyamatának feltételei - szerkezeti - technológiai mutatói. Több eszközt kell kiválasztani a későbbi műszaki és gazdasági számításokhoz és a végső optimális opció kiválasztásához. A korábban műszaki és gazdasági számításokhoz tervezett abszorbereket össze kell hasonlítani egymással a gyártás egyszerűsége, a fém és egyéb anyagok fogyasztása, a költség, a könnyű használat és egyéb mutatók.

Kérdések az önkontrollhoz.

1. Adja meg az abszorpciós készülékek osztályozását?

2. Ismertesse a tömött abszorberek optimális működési módját?

3. Milyen jellemzői vannak a tárcsás abszorberek hidrodinamikai üzemmódjainak? Milyen üzemmód az optimális a tárcsaelnyelők működéséhez?

4. Milyen esetekben vannak előnyei a permetelnyelőknek másokkal szemben?

5. Milyen folyadékokat használnak abszorbensként?

5. témakör: Adszorberek

Cél beállítás – tanítsa meg a tanulót az adszorbens kiválasztására a tisztítandó környezet paraméterei alapján; a hallgatónak ismernie kell az ioncserélők és katalizátorok környezettechnológiával kapcsolatos alkalmazási körét.

Az alacsony koncentrációjú extrahált anyagokat tartalmazó rendszerek kezelésére a legracionálisabb az adszorpció alkalmazása. Ebben az esetben az adszorpciós berendezés - adszorber működési ideje az adszorpció szakaszában megnő, mielőtt deszorpcióra váltana.

ahol az egyensúlyi adszorpciós kapacitás, kg/m 3, a gőz-gáz keverék sebessége a berendezés teljes keresztmetszetéhez viszonyítva, m/s;

A mezőgazdasági üzemek szennyvizének kezelése során a következő típusú biológiai tavakat használják széles körben: tavak az állati hulladékok teljes tisztítására; tavak a korábban biológiai tisztításon átesett szennyvíz utókezelésére; halastavak. A horgásztavakban és a biológiai tavakban használt víz szennyvíztisztító rendszerének diagramja az ábrán látható. 6.5.

Rizs. 6.5. Egy sertéstelepről származó szennyvíz tisztítási rendszere

horgász- és biológiai tavak:

1 – fogadótartály; 2 – elválasztó telepítés; 3 – biotermikus fertőtlenítés helye; 4 – függőleges ülepítő tartály; 5 – karantén konténerek; 6 – szennyvíz termikus fertőtlenítésére szolgáló berendezések; 7 – tároló tó; 8 – algató;

9 – rákféle tó; 10 – halastó; 11 – tó tiszta víz tárolása.

A disznóólakból a hígtrágyát gravitáció útján csatornákon keresztül az 1 befogadó tartályba vezetik, majd onnan a 2 leválasztó egységbe szivattyúzzák. A szilárd frakciót a 3 biotermikus fertőtlenítő helyen tárolják, majd szerves trágyaként használják fel. A folyékony frakciót a 4 ülepítő tartályba küldjük ülepítés és derítés céljából. Az ülepítő tartályból származó iszapot centrifugával víztelenítik, és szintén a 3. telephelyen tárolják. Az ülepítő tartály tisztított szennyvizét és a centrifugákból származó centrátumot (vízfrakciót) a 7. karanténtartályba küldik egy hétig érlelésre. Ezt követően a szennyvíz belép a tókaszkádból álló biológiai tisztítási láncba: 8. algató, 9. rák (takarmány)tó, 10. halastó és 11. tisztavíztároló tó.

A moszkvai régióban található kísérleti gazdaságban a kaszkád tavakban történő szennyvízkezelés hatékonyságát a táblázat jellemzi.

A tavak kaszkádjának tisztításának hatékonyságának jellemzői

Jegyzet. A coli titer az a minimális anyagmennyiség (víz, talaj stb.), amely 1-et tartalmaz coli; a vizsgált környezet fekális szennyezettségének mutatója.

A 7-es tároló tóban derített hulladékot tárolnak évszaktól függetlenül; Itt a szerves hulladékok mikroorganizmusok általi anaerob fermentációja megy végbe. A tároló tóból a részben mineralizált hulladék a 8-as algatóba folyik, amelyben a szerves anyagok egy része a fitoplankton táplálására kerül felhasználásra. A fitoszintézis következtében a szennyvíz oxigénnel gazdagodik, ami a szerves anyagok további bomlásához, tápanyagok felszabadulásához és a plankton algák felhalmozódásához vezet. A 9-es rákfélék tóban gazdag tápanyag-szubsztrát jelenléte miatt a kladoceránok és a kopólábúak (különösen a daphnia, a küklopsz), a férgek (különösen a forgófélék) és a rovarlárvák tömegesen fejlődnek halak táplálékaként. Ezt követően a rákos tóból élelmiszer zoobiomasszát és fitoplankton biomasszát tartalmazó szennyvíz kerül a 10-es halastóba, amely kedvező feltételeket biztosít a ponty (kárász) lárváinak és ivadékainak fejlődéséhez. A horgász- és biológiai tavakban megtisztított szennyvíz a 11-es tisztított vizű tóba kerül, amelyből a táblák öntözésére szolgál a víz. De egy ilyen rendszer nem biztosítja teljes felszabadulás patogén mikroorganizmusoktól.

A biokémiai szennyvíztisztítás területén új, optimálisabb rendszerek és struktúrák létrehozása terén számos ország kutatói folyamatosan végeznek tudományos fejlesztéseket.

Kérdések az önkontrollhoz.

1. Milyen összetételű az eleveniszap?

2. Mi a különbség az aerob és az anaerob szennyvízkezelési módszerek között?

3. Ismertesse az öntözőtáblák szerkezetét!

4. Ismertesse a biokémiai szűrők szerkezetét!

5. Ismertesse a levegőztető tartályokban lezajló folyamatokat?

6. Mik azok a rothasztók?

7. Miért célszerű az ipari és a háztartási vizet együtt tisztítani?

7. témakör Iszapkezelő rendszer

Cél beállítás – az iszapkezelő rendszerek főbb eszközeinek megismerése, melynek eredményeként a hallgató ismerje az egyes eszközök előnyeit és hátrányait, felhasználási területét.

A környezeti folyamatok eredményeként nagy tömegeküledékek, amelyek ártalmatlanítása vagy kezelése rendkívül fontos a bioszféra szennyezésének csökkentése érdekében. Ezek a műveletek nehézkesek, mert az üledékek különböző összetételűek és nagy mennyiségű folyadékot tartalmaznak. Így az elsődleges ülepítő tartályból kibocsátott iszap akár 95% vizet is tartalmazhat, ha gravitációs úton távolítják el. A csapadékot szárazanyag-tartalom jellemzi (g/l-ben vagy %-ban); hamumentes anyagtartalom (a szárazanyag tömeg százalékában), hamutartalom, elemi összetétel(nitrogén (N) tartalom, nehézfémek stb.), viszkozitás és folyékonyság, szemcseméret-eloszlás. Az üledékek hamutartalma: állott 50 – 57%, friss – 40 – 47%. Az elöregedett üledék nehézfém-tartalma több tíz százalék is lehet.

A csapadékot három csoportra osztják:

Az üledékek kezelésére és semlegesítésére különféle technológiai eljárásokat alkalmaznak, amelyeket az 1. ábra mutat be. 7.1.

rizs. 7.1. Iszapkezelési folyamat diagram

Az üledék tömörítését a szabad nedvesség eltávolítása érdekében végezzük; az iszapfeldolgozás valamennyi technológiai sémájának rendkívül fontos szakasza. Tömörítéskor átlagosan 60% nedvesség eltávolítható, az üledék tömege ~2,5-szeresére csökken. Az eleveniszapot a legnehezebb tömöríteni. Páratartalma ~99%, szemcséi kis méretűek és sűrűségűek, sűrű hidratáló héja van, ami megakadályozza a tömörödést.

A tömörítéshez gravitációs, flotációs, centrifugális és vibrációs módszereket alkalmaznak.

Gravitációs módszer a leggyakoribb, de nem túl hatékony. Főbb eszközök: függőleges és radiális ülepítő tartályok. A radiális típusú ülepítő tartályok jobb koncentrációt biztosítanak az eleveniszapban. A gravitációs tömörítés folyamatának fokozására használják koaguláció, amelynél a részecskék megnagyobbodása következik be. Szintén az eleveniszap tömörítésére használják a keverést, a szervetlen és szerves üledékek együttes tömörítését, valamint a termogravitációs módszert t = 80 ÷ 90 0 mellett. Ez utóbbi esetben az iszapszemcséket körülvevő hidratáló héj összeomlik, és tömörödnek.

Flotáció Az üledéktömörítési módszer a részecskék légbuborékhoz való tapadásán és az üledékrészecskék légbuborékokkal együtt történő lebegtetésén alapul. A nyomásos flotációt a gyakorlatban legszélesebb körben alkalmazzák. Ebben az esetben egy bizonyos mennyiségű, korábban levegővel telített, ~ 0,6 MPa nyomású vizet juttatunk az üledékbe. Amikor egy tartályba kerül, normál légköri nyomású ~0,1 MPa, levegő szabadul fel kis buborékok formájában. A felesleges eleveniszap tömörítésére szolgáló flotátor egy legfeljebb 12 m átmérőjű és legfeljebb 3 m mélységű hengeres tartály A berendezés felső részébe válaszfal van felszerelve, amely a tartályt flotációs (működő) és letelepedési zónák. A felesleges eleveniszapot felülről, a munkafolyadékot pedig alulról (felfelé) perforált radiális csöveken keresztül. A kapott keverék tartózkodási ideje a munkaterületen 40-60 perc. A légbuborékokkal telített eleveniszap felúszik, és speciális kaparóval a csúszdába kerül. A flotátor alsó részében (az ülepedési zónában) nagy, sűrű részecskék halmozódnak fel. Hidrosztatikus nyomás alatt távolítják el. 15 liter/1 kg aktíviszap szárazanyag fajlagos légáram mellett a tömörített iszap koncentrációja eléri az 50 kg/m 3 értéket, az eltávolított folyadék lebegő részecskéi tartalommal 60 mg/l-ig. A felesleges iszap tömörítése is a szervetlen üledékkel együtt történik, ezáltal csökken a keverék nedvességtartalma.

A csapadék stabilizálása a fizikai - kémiai jellemzők kicsapódás, elnyomja a baktériumok aktivitását. Az üledékek stabilizálásának célja az üledékek bomlásának megakadályozása, amelyet a rothadó baktériumok aktivitása segít elő.

Az eleveniszap stabilizálásának módjai:

Szerves anyagok mineralizációja, ᴛ.ᴇ. átalakításuk szervetlen vegyületekké, megvalósítási módok: anaerob metán fermentáció, aerob stabilizálás, hőkezelés, biotermikus bomlás;

A környezet aktív reakciójának megváltoztatása (a pH 10-11-re való emelésével, lúgok, mész bevitelével 60 0 C-ra emelve a hőmérsékletet);

A savas mikroorganizmusok elpusztítása hevítéssel (pasztőrözés, hőkezelés, termikus szárítás);

Az üledékek dehidratálása (nedvesség eltávolítása szűréssel és bepárlással);

Mikroorganizmusok fejlődését gátló vegyszerek bevezetése (kémiai módszerek).

Az aerob stabilizálás drágább, mint az anaerob stabilizálás. Legfeljebb (80 ÷ 100) · 10 3 m 3 /nap termelékenységű szerkezeteknél célszerű aerob stabilizálást alkalmazni. Az aerob vagy anaerob stabilizáció időtartama 7-12 nap.

A hőkezelés során az üledéket 170 ÷ 200 0 hőmérsékleten tartják 1 órán keresztül. Ezenkívül az üledék stabilizálása érdekében (-5) ÷ (-10) 0 C hőmérsékleten 1-2 órán keresztül lefagyasztják.

Az üledék stabilizálásának kémiai módszerei közé tartozik például a folyékony fázisú oxidáció levegő oxigénjével ~ 50 0 C hőmérsékleten.

A stabilizáció az üledékek fizikai és kémiai jellemzőinek megváltozása mellett a következőkkel járhat:

Az üledékek vízhozamának javítása (aerob stabilizálás, hőkezelés, mész bevezetése);

Térfogatcsökkentés (szűrés, bepárlás, szárítás).

Melléktermékek kinyerése (metán az anaerob emésztés során)

Részleges vagy teljes semlegesítés (kezelés mésszel és egyéb vegyszerek, fermentáció, hőkezelés);

Trágyázási tulajdonságok javítása (kezelés mésszel, ammóniával)

A környezet aktív reakciójának megváltoztatásával ᴛ.ᴇ. pH változás.

Az üledék kondicionálását az üledékek szerkezetének és vízcsatlakozási formáinak változása miatt az ellenállás csökkentése és a vízáteresztő tulajdonságok javítása érdekében végzik. A kondicionálást reagens és nem reagens módszerekkel végezzük. A reagens anyagok koagulánsok vagy flokkulálószerek. Koagulánsok az üledék kondicionálásához: alumínium- és vassók. Az üledék kondicionálására szolgáló flokkulálószerek: poliakrilamid, polikovasav stb. A flokkulálószerek oldható polimerek, általában polielektrolitok. Magas szervesanyag-tartalmú üledékeknél (hamutartalom 25 ÷ 50%) csak kationos pelyhesítőket célszerű használni; az 55–65% hamutartalmú iszapnál kationos és anionos flokkulálószereket kell kombinálni; A 65-70%-os hamutartalmú üledékekhez anionos flokkulálószerek javasoltak. A koaguláció során a megnagyobbodott lebegő részecskék leülepednek, majd ülepítéssel vagy szűréssel elválasztják őket. A koaguláció javítja az iszap vízleadó tulajdonságait. A flokkuláció eredményeként a lebegő részecskék laza pelyhes aggregátumokat - pelyhesedéseket - képeznek. A flokkuláció a koaguláció egyik fajtája. Az iszap flokkulálás utáni víztelenítése szűréssel és centrifugálással történik.

A flokkulálószerek felhasználása lényegesen kevesebb, így a kezelés költsége körülbelül ~30%-kal csökken.

Az üledékek kondicionálására szolgáló reagensmentes módszerek közé tartozik a hőkezelés (lásd fent), a fagyasztás, amelyet késleltetés követ, a folyadékfázisú oxidáció (lásd fent) és a besugárzás.

Az iszap dehidratálása általában megelőzi a hőkezelést.

Az iszaptelepek minden oldalról földsáncokkal körülvett telkek (udvarok). A helyek munkamélysége 0,7-1 m A talajnak jó szűrőképességűnek kell lennie. Ha a talajvíz nagy mélységben van, akkor az iszapágyakat természetes talajra építik. Ha a talajvíz legfeljebb 1,5 m mélységben fordul elő, a szűrletet speciális vízelvezető csövön keresztül távolítják el. Néha, ha a talaj szűrőképessége gyenge, mesterséges alapot készítenek. A terület területe az üledék mennyiségétől és szerkezetétől, a talaj tulajdonságaitól és az éghajlati viszonyoktól függ. Az iszapvizet kezelő létesítményekbe küldik. A meleg éghajlatú területeken a 10 · 10 3 m 3 / napnál nagyobb kapacitású tisztítóberendezések esetében felszíni vízelvezető helyek vannak felszerelve. A Οʜᴎ 4-8 lelőhelyből álló kaszkádban helyezkednek el.

Az iszaptömörítők 2 m mélységig vízálló falakkal és fenékkel készülnek. Működési elvük a lemaradás során az üledék leválasztásán alapul. A folyadékot rendszeres időközönként eltávolítják különböző mélységek az üledékréteg felett, és az üledéket speciális berendezéssel távolítják el.

Az iszap mechanikus víztelenítése során átlagosan 80%-a eltávolítható vákuumszűrőkkel, 90%-a tárcsás szűrőn, %-a szűrőprésekkel. teljes szám mechanikusan kötött víz. A vákuumszűrők termelékenysége a legmagasabb. Az alacsony iszapállóságú és alacsony összenyomhatóságú szűrőprések alkalmazása még alacsonyabb nedvességtartalom elérését teszi lehetővé. A vibrációs szűrők nem nyomásszűrők. A Οʜᴎ egy ferdén elhelyezett merev rezgő válaszfal (fémháló), amelyen keresztül az üledék szűrhető. 30 - 50 Hz rezgési frekvenciával, 10 g-ig terjedő gyorsulással (ahol g = 9,81 m/s 2 - szabadesési gyorsulás) és 0,6 - 0,8 mm amplitúdóval az eleveniszap 93 - 97%-os páratartalomig sűrűsödik. és elegye az elsődleges ülepítő tartályok üledékével 5-30%-os szárazanyag-tartalmú szűrlettel eltávolítva akár 86-88%. A hatékonyabb iszapvíztelenítés érdekében előkezeljük őket kémiai reagensek: égetett mész - CaO és vas-klorid - FeCl 3.

A centrifugák előnye az egyszerűség, a költséghatékonyság, a könnyű kezelhetőség és a feldolgozott iszap alacsony páratartalma. A víztelenítéshez elsősorban csavarcentrifugákat használnak, amelyek termelékenysége az elsődleges ülepítő tartályokból származó iszap feldolgozásakor 8-30 m 3 / h, fermentált iszap esetében pedig 12-40 m 3 / h. A fajlagos energiafogyasztás 1 m 3 feldolgozott iszapra számítva ~ 3 kWh. Figyelembe véve az üledék szerkezetétől és összetételétől való függést, annak nedvességtartalma centrifugálás után 50-80% között mozog. A következő technológiai sémák alkalmazása javasolt centrifugákkal: 1) az elsődleges ülepítő tartályokból származó nyers üledék és az eleveniszap elkülönített centrifugálása; 2) az elsődleges ülepítő tartályokból származó üledékek centrifugálása, majd a centrátum aerob emésztése.

Az üledékek víztelenítésére olyan szeparátorokat is ajánlhatunk, amelyek a tömörítetlen fölösleges eleveniszap sűrítését biztosítják 4 kg/m3 kezdeti koncentrációval 55-72 kg/m3 koncentrációig. A centrifugát szeparátorokban is víztelenítik. A szeparátor munkateste egy forgó tengely pengékkel (bordákkal) és álló lemezekkel. Az elválasztott folyadékban a lemezközi térben lebegő részecskék két erő hatásának vannak kitéve: az egyik a tengely felé irányul (középpont felé), a másik pedig azzal ellenkező irányban - a periféria felé. Ennek eredményeként részecskék rakódnak le a ferde lemezek belső felületén. A lecsapódott üledék a perifériára csúszik, ahonnan elhagyja a készüléket. A megtisztított folyadék (koncentrátum) a forgástengely felé halad, a készülék központi részébe, és egy speciális csövön keresztül távozik. A pengékkel ellátott tengely nagy forgási sebessége biztosítja az 1 mikronnál kisebb átmérőjű részecskék felszabadulását a centripetális erő hatására, amikor a folyadék és a szilárd fázis sűrűsége közötti különbség több mint 3%. Következésképpen a szuszpenziók folyadékleválasztókon történő vékonyrétegű szétválasztása kiküszöböli a centrifugák fő hátrányát: a centrifuga által a szuszpendált részecskék nagymértékű eltávolítását. A mechanikus iszapvíztelenítésre szolgáló egyes berendezésekkel kapcsolatos információk a 3. részben találhatók.

A mechanikus iszapvíztelenítő rendszerek az alapkészülékeken túl az iszap víztelenítésre és szállításra való előkészítésére szolgáló segédberendezéseket is tartalmaznak.

Az iszap hőkezelése magában foglalhatja annak szárítását

(t = 350 ÷ 800 0 C), égés (t = 600 ÷ 800 0), pirolízis (t = 700 - 900 0).

Fontos megjegyezni, hogy a szárításra kovektív (intenzív gázáramú) szárítókat használnak: dobos, ellensugaras, fluidágyas, permetezős.

Szárítószerként füstgázokat, túlhevített gőzt és forró levegőt használnak. A füstgázok a leggyakrabban használtak.

Széleskörű használat A víztelenített szennyvíziszap termikus szárítására dobszárítókat használtak. Egy 1 - 3,5 m átmérőjű és 6 - 27 m hosszú szárítódob 3 - 40 0 ​​-os szögben van felszerelve. A dob 1,5-8 ford./perc sebességgel forog. Az üledék egyenletes elosztása érdekében a fúvókák a dob belsejében vannak felszerelve. A megszáradt anyagot szállítószalag távolítja el. Ciklonban és gázmosóban történő tisztítás után a füstgázok a légkörbe kerülnek. Az üledék nedvességtartalma szárítás előtt 80%, szárítás után 30 – 35%. A szárítók nedvességtartalma 0,3-15 t/h. Fajlagos hőfogyasztás 4600-5000 kg 1 kg elpárolgott nedvességre. A dobszárítók hátránya a terjedelmességük, ebből adódóan a magas fémfogyasztás, a magas tőke- és üzemeltetési költségek.

Manapság az ellenfúvókákkal ellátott szárítókat széles körben használják. A kiszáradt iszapot szállítószalagon vezetik be a szárító fogadó kamrájába, és a kiszáradt iszap egy részét visszavezetik oda. A keveréket csavaros adagolók (spirális kiemelkedésű tengelyek) egyenletesen osztják el a gyorsítócsövekbe, ahová az égésterek fúvókáiból (speciálisan profilozott keskeny csatornákból) kilépő forró gázok nagy sebességgel (100 - 400 m/s) jutnak be. Az üledéket a gázáram felfogja és a szárítókamrába dobja. A szárítókamrában mindkét áramlás összeütközik, ami az üledékszemcsék őrlődését, a hő- és tömegátadás összfelületének növekedését eredményezi, ami fokozza az üledék kiszáradását. A szárítókamrából a gázszuszpenzió bejut egy szeparátorba - egy ciklonba vagy multiciklonba, ahol az üledék teljesen megszárad, és egyidejűleg elválasztják a gázszuszpenziót. Az üledék a ciklon kúpos fenekének alsó nyílásán keresztül a késztermék bunkerbe kerül, a gáz pedig a ciklon hengeres testének felső nyílásán keresztül a csővezetéken keresztül a gázmosóba kerül tisztítás céljából. Az ellensugaras szárítók termelékenysége 3 – 5 t/h elpárolgott nedvesség. Fajlagos testfogyasztás ~ 3,8 · 10 9 J 1 kg elpárolgott nedvességre. Az iszap páratartalma a kamra bejáratánál 60 ÷ 65%, a kamra kimeneténél 30-35%.

A permetező szárítókat nagyon nedves iszap szárítására használják. Az 50 - 80 g/l koncentrációjú előszárított eleveniszapot a szárító felső részébe vezetik, ahol a gázok a kemencéből 350 0 C-on lépnek be. Az iszapot nagy sebességgel szárítják 8 -os nedvességtartalomig. 10%. A gázokat akkumulátoros ciklonban tisztítják. A kiszáradt iszap pneumatikus vezetéken, ciklonon keresztül jut be a bunkerbe. A szárító termelékenysége 2-15 t/óra elpárolgott nedvesség.

Az égés az iszap térfogatának 80-100-szoros csökkenéséhez vezet. A füstgázok CO 2 -t és vízgőzt tartalmaznak. Az égetés előtt az iszapot előkészítik, hogy csökkentsék annak nedvességtartalmát (lásd a fenti 6.1. ábrát és a magyarázatokat). A folyamat megszervezésénél figyelembe veszik az üledékek toxicitását.

A legegyszerűbb égési szerkezetek a talajba fektetett 0,75 m mély és legfeljebb 1 m széles árkok (fémrudakkal ellátott rácsok) az aljától 0,4 m magasságban helyezkednek el. A rácsok alá éghető anyagot, a tetejére hulladékot helyeznek. A nedves csapadékot száraz szeméttel keverik. Átlagosan 1 kg hulladék elpárologtatásánál rendkívül fontos az 5,4 · 10 6 J/kg, a szerves tömeg elégetéséhez pedig - több mint 25 · 10 6 J/kᴦ.

Kemencében elégetve vannak következő szakaszaiban: melegítés, szárítás, illékony anyagok lepárlása, éghető rész elégetése és kalcinálás a szénmaradványok elégetésére. A fő hőmennyiséget és az idő nagy részét az iszap fűtésére és szárítására fordítják. A következő típusú tüzelőkemencéket különböztetjük meg: fluidágyas kemencék, több tüzelős kemencék, dobkemencék, ciklonkemencék, porlasztókemencék.

A fluidágyas kemence levegőeloszlású rostélyos henger. A rostélyon ​​0,8-1 m vastag homokréteg található, a homokszemcseméret 0,6-2,5 mm. A fluidizált réteg akkor jön létre, amikor gázokat fújnak át az elosztó rácson. A kemencébe betáplált üledéket intenzíven összekeverik forró homokkal és elégetik. Az égési folyamat nem tart tovább 1-2 percnél. Az ilyen típusú kemence diagramja az ábrán látható. 7.2.

Rizs. 7.2. Folyóágyas kemence diagramja:

1 – sűrű homokfázisú zóna; 2 – zúzott fázis zóna:

homok + üledék; 3 – test; 4 – ciklon; 5 – keringtető cső

anyag; 6 – gázelosztó hálózat.

A több tüzelős kemencék teste hengeres, átmérője 6-8 m. A kemence égéstere 7-9 vízszintes tűzhelyre van felosztva. Alatta a kemence szerkezeti eleme található, amelyre a hőkezelésre szánt anyagokat helyezik. A kemence közepén egy függőlegesen forgó üreges tengely található, amelyre sugárirányban a gereblye-berendezések vannak felszerelve. Az iszapot a kemence felső kamrájába táplálják, és az egyes kandallókban lévő lyukakon keresztül lefelé halad. A felső kamrákban az üledék kiszárad, a középső kamrákban ég. Ezeket a kemencéket a könnyű karbantartás és a stabil működés jellemzi, a feldolgozott üledék mennyiségének és minőségének ingadozásával, valamint alacsony porelszívással.

A ciklon- és porlasztókemencéket folyékony vagy finom szilárd üledékek porlasztásos állapotban történő elégetésére használják. A ciklon kemence sematikus diagramja az ábrán látható. 7.3.

Rizs. 7.3. Ciklon kemence diagram:

1 – gázfúvó; 2 – hordalékellátó berendezés; 3 – kemencetest.

A füstgázokat gázfúvóval vezetik be a kemencébe, ahol forognak és együtt mozognak az üledékszemcsékkel. Az üledéket a 2-es készüléken keresztül tápláljuk be.

A legtermelékenyebbek a ciklonkemencék és a fluidágyas kemencék.

A kemencék hátrányai: 1) több tüzelős kemencék - alacsony fajlagos hőterhelés, forgó elemek jelenléte a magas hőmérsékletű zónában, magas tőke- és működési költségek; 2) permetezés - alacsony termelékenység, nehezen kezelhető, magas tőkeköltségek; 3) ciklon - rendkívül fontos nagy teljesítményű porgyűjtő eszközök és berendezések felszerelése a salak (szilárd égési maradék) kiürítésére;

4) fluidágyas - a részecskék egyenetlen eloszlása ​​a rétegben, a porgyűjtés rendkívüli jelentősége.

Az iszapégető rendszer a fő berendezésen - a kemencen kívül - tartalmazhat: a) hőcserélőt, ahová az égés után a füstgázok belépnek, és ahol levegővel hűtik; b) ciklon (multiciklon) a szilárd részecskék füstgáztól való elválasztására;

c) ciklonokat követő nedves gázmosók;

2) egy cső a tisztított gáz légkörbe juttatására; e) ülepítő tartály abszorbens víz és szilárd részecskék leválasztására; e) szűrők, például az olajteknős víz szűrésére.

Különbséget tesznek az égés és a pirolízis között. A pirolízist magas hőmérsékleten, oxigén hiányában végezzük, ᴛ.ᴇ. ebben az esetben a hulladék elégetése nem történik meg. A pirolízis a molekulák monomerekké és más egyszerűbb szerves vegyületekké bomlásához vezet, amelyek kémiai szintézisekben használhatók fel. A piralízis (szerves anyagok többatomos molekuláinak egyszerűbb szerves anyagokra való bomlása) eredményeként két alapvető terméktípust kapunk: 1) szilárd anyagok; 2) kokszolókemence gázok. Lehűlés után a kokszolókemence-gázt két részre osztják: a) pirolízis kondenzátum, amely különféle kátrányszerű és olajos anyagok összetett folyékony keverékéből áll; b) a kondenzáció után visszamaradt pirolízisgáz.

A pirolízis gázfázisában jelen vannak még: hidrogén-szulfid, szerves kénvegyületek, hidrogén-cianid és hidrogén-halogenidek. A polikondenzált szénhidrogének nagy koncentrációban lehetnek jelen a szilárd pirolízistermékekben. Így a hulladékpirolízis nem tekinthető környezetbarátnak.

Iszap hőkezelési termékeinek hasznosítása: hamu további felhasználása be mezőgazdaságés építőanyag gyártásban, in útépítés(magas nehézfém-tartalommal, 3% felett); adszorbensek előállítása: kiindulási anyag aktív szén előállításához. A mérgező szennyeződések semlegesítése és a fémtartalom csökkentése után megengedett az üledékkezelő termékek műtrágyaként történő felhasználása: hamu, ásványi sók, komposzt. A környezettechnológiai termékek környezeti minőségének folyamatos ellenőrzése szükséges.

Kérdések az önkontrollhoz.

1. Milyen módszerek és eszközök vannak az iszap víztelenítésére?

2. Milyen típusú centrifugákat használnak az iszap víztelenítésére?

3. Milyen típusú szűrőket használnak az iszap víztelenítésére?

4. Mi a különbség az iszap hőkezelésének folyamatai: az égés és a pirolízis között?

8. témakör. Szilárdhulladék-feldolgozó rendszerek és szerkezetek

Cél beállítás– a 8. kötet anyagának tanulmányozása után a hallgatónak ismernie kell a termelésben a szilárd hulladék feldolgozására szolgáló alapkészülékek (4-5. veszélyességi osztályok) alaprajzait.

A szilárd hulladékok (SW) jelentős tömegeinek felhalmozódása számos iparágban a megfelelő nyersanyagok feldolgozásának meglévő technológiai szintjének és az átfogó felhasználásuk elégtelenségének köszönhető.

8.1. A szilárd hulladékok forrásai és osztályozása

A szilárd hulladék előfordulását az ipari termelésben az ábra diagramja szemlélteti. 8.1.

A T.O. kialakulásának konkrét okai. különböző.

A T.O. fő forrásai:

Bányászati ​​vállalkozások

Kohászati ​​gyártás

Termikus erőművek(TPP)

Szénelőkészítő vállalkozások

Vegyipari vállalkozások

Gépipari vállalkozások

Lakásgazdaság.

Ma nincs általánosan elfogadott osztályozása a T.O. ipar. Iparágak szerint osztályozzák őket: kohászati ​​hulladékok, üzemanyag-ipari hulladékok, vegyipari és egyéb iparágak hulladékai. Létezik egy ágazaton belüli besorolás bizonyos iparágakra. Például a vegyiparban kénsav, szóda, foszforsav és más iparágakból származó hulladékok vannak. Vannak még veszélyességi fok szerinti osztályozások (lásd az „életbiztonság” tudományág menetét), űrtartalom, felhasználási fok, értékmutatók, hatás szerint. környezet, gyúlékonyság, a berendezésre gyakorolt ​​hatás stb.

Az üzemanyag-hulladék fajtáinak sokfélesége, az azonos nevű hulladékok összetételének jelentős különbsége megnehezíti az ártalmatlanításukat, ami számos konkrét esetek rendkívül fontos az egyedi megoldások megtalálása. Ennek ellenére kiemelhetjük a TO feldolgozásának és tárolásának leggyakoribb módjait.

8.2. Szilárd hulladék újrahasznosítása

A zúzást és őrlést széles körben használják a bányászati ​​hulladékok feldolgozásában, a kohászati ​​vállalkozások salakjainak, a használaton kívüli gumiipari termékeknek, a foszfogipsz lerakóknak, a fahulladéknak, egyes műanyagoknak, hulladék építőanyagoknak és másoknak a feldolgozására. A kemény és törékeny anyagok aprítása zúzással, hasítással és ütközéssel történik; kemény és viszkózus - zúzással és koptatással. Az anyagok aprítása általában száraz módszerrel (víz használata nélkül), míg a finom őrlés gyakran nedves módszerrel (víz felhasználásával) történik. A nedves őrléssel nem keletkezik por, és megkönnyíti a zúzott termékek szállítását.

Az aprítás és őrlés eredményét a zúzás, őrlés mértéke határozza meg, amely megegyezik az anyagdarab őrlés előtti átlagos jellemző D méretének és az őrlés (zúzás) utáni darab átlagos jellemző d méretének arányával.

Az átlagos jellemző méret meghatározása speciális módszerekkel történik.

Figyelembe véve az eredeti és a zúzott anyag legnagyobb darabjainak méretétől való függést, megközelítőleg a következő csiszolási típusokat különböztetjük meg - táblázat. 8.1.

A folyamatok és eszközök számítása általában a következő fő pontokat tartalmazza: a) a rendszer határ-, vagy egyensúlyi állapotának feltételeinek meghatározása; b) a nyersanyag-felhasználás és az előállított termékmennyiségek, valamint a szükséges energia (hő) és hűtőközeg-fogyasztás mennyiségének kiszámítása; c) az eszközök optimális működési módjának és munkafelületének meghatározása; d) a készülékek fő méreteinek kiszámítása.

Ezek a feladatok határozzák meg a számítások tartalmát és sorrendjét. A kezdeti szakasz a folyamatstatika számítása és elemzése, azaz. egyensúlyi adatok figyelembevétele, amelyek alapján meghatározzuk az áramlás irányát és a folyamat lehetséges határait. Ezen adatok felhasználásával megtalálják a folyamatparaméterek határértékeit, amelyek szükségesek a hajtóerejének kiszámításához. Ezután anyag- és energiamérlegeket állítanak össze a tömeg- és energiamegmaradás törvényei alapján. Ezután kiszámítják a folyamat kinetikáját, amely meghatározza annak előfordulási sebességét. A kiválasztott optimális üzemmódban a hajtóerő sebességére és nagyságára vonatkozó adatok alapján meghatározható a munkafelülete vagy térfogata. A felület vagy térfogat méretének ismeretében meghatározzák a készülék fő méreteit.

Anyagi egyensúly. A tömegmegmaradás törvénye szerint a bejövő anyagok ∑G H mennyiségének meg kell egyeznie az anyagok mennyiségével ∑G K, az eljárás eredményeként kapott: ∑G H = ∑G K. A gyakorlatban azonban elkerülhetetlenek az anyagok visszafordíthatatlan veszteségei, majd mat. egyensúly: ∑G H = ∑G K +∑G P

Anyagi egyensúly a folyamat egészére vagy annak egyes szakaszaira készültek. Mérleg a folyamatban részt vevő összes anyagra, és csak az egyik anyagra, a többkomponensű keverékre készíthető. Például a szárítási folyamat anyagmérlegét mind a szárításra szállított teljes nedves anyagra, mind annak egyik összetevőjére - az abszolút szárazanyag mennyiségére vagy a szárítandó anyag nedvességtartalmára - állítják össze. A mérleg időegységenként, például 1 óránként, vagy naponként (vagy időszakos folyamatban egy műveletenként) a kezdeti vagy végtermékek egységnyi mennyiségére vonatkoztatva készül.

Az anyagmérleg alapján kerül meghatározásra a termékhozam, amely alatt a kapott termékmennyiség maximumhoz viszonyított arányát értjük, százalékban kifejezve, azaz. elméletileg lehetséges. A termékhozamot általában a felhasznált nyersanyag egységére számítják. Ha többféle nyersanyag létezik, akkor a hozamot bármelyikhez viszonyítva fejezzük ki.

Felhívjuk figyelmét, hogy a kiindulási anyagok gyakorlati felhasználása általában meghaladja az elméleti mennyiséget, mivel kémiai reakciók nem folyik ki teljesen, a reagáló anyagok veszteségei lépnek fel (a berendezés szivárgása miatt stb.)

Energia egyensúly. Ez a mérleg az energiamegmaradás törvénye alapján készül, amely szerint a folyamatba bevitt energia mennyisége megegyezik a felszabaduló energia mennyiségével, azaz. energia beáramlás egyenlő a kiáramlásával. A kémiai technológiai folyamatok végrehajtása általában különféle energiafelhasználással jár - mechanikai, elektromos stb. Ezek a folyamatok gyakran együtt járnak a rendszer entalpiájának megváltozásával az anyagok aggregált állapotának megváltozása miatt (párolgás, páralecsapódás, olvadás stb.). BAN BEN kémiai folyamatok A folyamatban lévő reakciók termikus hatása nagyon fontos lehet.

Az energiamérleg része a hőmérleg, amelyet általában az egyenlet fejez ki ∑Q H =∑Q К + ∑Q П

Ebben az esetben a hőbevitel mennyisége ∑Q H = Q 1 +Q 2 +Q 3

Ahol Q 1 - a kiindulási anyagokkal bevitt hő; Q 2- a kívülről szolgáltatott hőmennyiség, például a készüléket fűtő hűtőközeggel; Q 3- fizikai vagy kémiai átalakulások termikus hatása (ha a folyamat során hő nyelődik el, akkor ez a tag negatív előjellel lép be).

Az eltávolított hő mennyisége∑ K K a végtermékekkel eltávolított hőből és a hűtőközeggel (például a hűtőközeggel) együtt eltávolított hőből áll.

Az energiamérlegben a hő mellett minden energiafajta bevételét és fogyasztását is figyelembe veszik, például a költségeket mechanikus energia folyadékok mozgatására vagy gázok tömörítésére és szállítására.

A hőmérleg alapján meghatározzák a gőz-, víz- és egyéb hűtőközeg-fogyasztást, és az energiamérleg-adatok alapján meghatározzák a folyamatra vonatkozó teljes energiafogyasztást.

A folyamatok és eszközök intenzitása. A kémiai technológiai folyamatok elemzéséhez és kiszámításához az anyag- és energiamérleg adatokon túl a folyamatok, berendezések intenzitásának ismerete szükséges.

Minden alapfolyamat (hidrodinamikai, termikus, tömegátadás) csak valamilyen hajtóerő hatására mehet végbe, amelyet hidromechanikai folyamatoknál a nyomáskülönbség, hőátadási folyamatoknál a hőmérsékletkülönbség, tömegátadási folyamatoknál pedig a különbség határozza meg. anyagkoncentrációban.

Első közelítésként feltételezhetjük, hogy a folyamat eredménye, amelyet például a mennyiséggel jellemez M Az átadott anyag vagy hő arányos a hajtóerővel (általában: Δ ), idő τ és némi érték A , amely magában foglalja a folyamat intenzitását. Ez az érték lehet a munkafelület, amelyen keresztül az energia vagy a tömeg áthalad, a munkatérfogat, amelyben a folyamatot végrehajtják, stb. Ezért bármely folyamat egyenlete általános formában bemutatható:

M= K∙A Δ∙τ(1)

Arányossági tényező NAK NEK jellemzi a folyamat sebességét, és így a kinetikai együtthatót, vagy a folyamat sebességi együtthatóját (hőátbocsátási tényező, tömegátadási tényező stb.) jelenti. Együttható NAK NEK tükrözi mindazon tényezők hatását, amelyeket az egyenlet jobb oldalán szereplő mennyiségek nem vettek figyelembe, valamint a valós folyamat minden eltérését ettől az egyszerűsített függőségtől.

Az intenzitás alatt egy folyamat megértse az időegységre és mennyiségi egységre eső eredményét A , azaz az egységnyi munkafelületen keresztül időegység alatt átvitt energia vagy tömeg mennyisége

Ennek megfelelően az érték NAK NEK tekinthető a folyamat intenzitásának mérőszámának - intenzitás egységnyi hajtóerőre. A folyamat intenzitása mindig arányos a hajtóerővel Δ , és fordítottan arányos az ellenállással R , amely a kinetikai együttható (például hidraulikus ellenállás, hőellenállás, tömegátadási ellenállás stb.) reciproka. Így az (1) egyenlet a következő formában is kifejezhető: M= A Δ∙τ / R (2)

Az (1) vagy (2) egyenletből az egyenletben szereplő ismert fennmaradó mennyiségek felhasználásával meghatározzuk a berendezés szükséges munkafelületét vagy munkatérfogatát, vagy egy adott felületre vagy térfogatra meghatározzuk a folyamat eredményét.

Meg kell különböztetni a folyamat intenzitásától a készülék térfogati intenzitása- a teljes térfogat egységére eső intenzitás. A térfogati intenzitás növekedésével a készülék mérete csökken, és a gyártásához szükséges anyagok fogyasztása csökken. A térfogati intenzitás azonban csak bizonyos mértékig szolgálhat a készülék tökéletességének mérőszámaként. Ezt azzal magyarázzák a készülék térfogati intenzitásaösszefüggésben van a folyamat intenzitásával, de a folyamat sebességi együtthatójának növekedésével az intenzitása általában csak egy bizonyos határig nő. A sebességtényező ezen érték feletti növekedése gyakran a hajtóerő csökkenésével jár együtt, ami a folyamat intenzitásnövekedésének megszűnéséhez vezethet.

Egy eszköz kialakításának vagy működési módjának értékelésekor az eszköz műszaki és gazdasági jellemzőinek döntő jelentőséggel kell bírniuk. Az optimális eszköz (vagy működési módja) az lesz, amely a legalacsonyabb költséggel biztosítja a kívánt eredményt.

A folyamat megvalósításának költsége tőkeköltségből és működési költségekből áll.

A készülékek fő méreteinek meghatározása. Az (1) egyenlet segítségével kiszámítjuk egy folyamatosan működő berendezés fő méreteit. Ha ismert az egységnyi idő alatt a készüléken átáramló közeg térfogata és V sec és lineáris sebessége be van állítva w , majd a keresztmetszeti terület S a készülék a következő arányból található:

S=V sec/ w

Méret szerint S határozza meg a készülék egyik fő méretét, például egy hengeres készülék esetében - átmérőjét D. A másik fő méret az munkamagasság(vagy hossza). Az (1) egyenletből keresse meg a berendezés vagy felület munkatérfogatát F , szükséges a folyamathoz. Tudva F és a függőséget kihasználva F = a∙V , Ahol A a készülék térfogategységére jutó felület (fajlagos felület), munkatérfogatát számítjuk ki. Méret szerint V határozza meg a magasságot H , összefüggést alkalmazva V=SH . Munkamennyiség V Az időszakosan működő berendezést egy adott termelékenység és a folyamatperiódus szorzataként határozzuk meg τ mp. beleértve magának a folyamatnak az időtartamát, valamint a be-, kirakodásra és egyéb segédműveletekre fordított időt.

Folyamatok és eszközök modellezése, optimalizálása. A folyamatok és berendezések tanulmányozása az ipari termelés léptékében és körülményeiben bonyolult, időigényes és költséges. Ebből a szempontból nagy jelentősége van modellezés - a folyamatok mintázatainak tanulmányozása olyan modellek segítségével, amelyek lehetővé teszik a kapott eredmények kiterjesztését minden, a vizsgálthoz hasonló folyamatra, függetlenül az apparátus méretétől.

Általános elvek szimulációk következnek a hasonlóság elméletéből. Ennek az elméletnek a követelményei szerint a következő modellezési szabályokat kell betartani:

1) szükséges, hogy a folyamatokat a modellben és magában a munkakészülékben (az eredetiben) azonosnak kell leírni differenciál egyenletek;

2) a modellnek geometriailag hasonlónak kell lennie az eredetihez;

3) számértékek elsődleges és peremfeltételek, méretnélküli formában kifejezve, mert a modellnek és az eredetinek egyenlőnek kell lennie;

4) szükséges, hogy a folyamatot befolyásoló fizikai és geometriai mennyiségek minden dimenzió nélküli komplexuma (hasonlósági kritérium) egyenlő legyen a modell és az eredeti minden hasonló pontján.

Ha az utóbbi feltétel nem teljesíthető, és a folyamat lefolyása kevéssé függ bizonyos hasonlósági kritériumoktól, akkor a közelítő modellezés során figyelmen kívül hagyjuk a modellben és az eredetiben való egyenlőséget.

A folyamatok modellezése a fizikailag eltérő jelenségeket leíró azonos egyenletforma matematikai analógiája alapján is elvégezhető. Használata számítógépes technológia matematikai modellezés lehetővé teszi a legtöbb kutatásának jelentős felgyorsítását összetett folyamatok kémiai technológia.

A végső szakasz a folyamatok modellezése azok optimalizálása, a folyamat optimális feltételeinek kiválasztása. Ezeknek a feltételeknek a meghatározása az optimalizálási kritérium kiválasztásával függ össze, amely számos paraméter optimális értékétől függhet (például hőmérséklet, nyomás, extrakciós fok stb.) A paraméterek között általában összetett kapcsolat van , ami nagyon megnehezíti egyetlen olyan kritérium kiválasztását, amely átfogóan jellemzi a folyamat hatékonyságát. A feladat egy szélsőérték (minimális vagy maximum) megkeresése. objektív funkció, kifejezve a kiválasztott optimalizálási kritérium értékének az azt befolyásoló tényezőktől való függését.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete