Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Расчет и проектирование любого массообменного процесса начинаем с построения линии равновесия. Эта линия показывает зависимость равновесных концентраций вещества между фазами. Равновесие между фазами рассмотрим на примере адсорбции из раствора.

Пусть имеется две фазы - вода, подлежащая очистке и активированный уголь. Причем извлекаемое загрязнение в начале процесса находится только в воде и имеет определенную концентрацию с_о. После соприкосновения фаз в аппарате распределяемое вещество начинает переходить в активированный уголь. С момента появления распределяемого вещества в активированном угле начинается и обратный переход этого вещества в воду. Скорость обратного перехода будет увеличиваться по мере повышения концентрации извлекаемого вещества в активированном угле. В некоторый момент времени скорость перехода извлекаемого вещества из воды в активированный уголь и обратно станет одинаковой. При этом устанавливается, состояние равновесия между фазами и нет явного перехода вещества.

В состоянии равновесия существует определенная зависимость между концентрациями извлекаемого вещества в обеих фазах. Любой концентрации с_i данного вещества в воде соответствует равновесная концентрация этого вещества в активированном угле (а_i). Линия, изображающая равновесную концентрацию в активированном угле и воде называется линией равновесия. Для процесса адсорбции линия равновесия называется изотермой адсорбции.

адсорбционный очистка вода

Исходные данные к курсовой работе

1. Расход воды, поступающий на адсорбционную очистку Q=15500 м/ч

2. Начальная концентрация органических веществ в воде c_о=290 мг/дм³

3. Равновесная (конечная) концентрация загрязнений в очищенной воде c_к=15 мг/дм³

4. Коэффициент распределения К=1,28

1. Выбор технологической схемы адсорбционной очистки воды порошкообразным активированным углем (ПАУ)

Одним из наиболее перспективных адсорбентов, используемых для удаления из воды примесей и загрязнений, обусловливающих ухудшение органолептических показателей, является активированный уголь. Применение его обеспечивает возможность устранения почти всех привкусов и запахов воды, значительное улучшение технологических показателей обработки воды другими реагентами и, наконец, интенсификацию обеззараживания в результате сорбции простейших, бактерий и других микроорганизмов. При помощи активированных углей помимо веществ, ухудшающих вкус и запах воды, удаляются некоторые гербициды и инсектициды, вирусы и т.д.

Адсорбционная очистка воды ПАУ осуществляется путем интенсивного перемешивания воды с углем в течение определенного времени и последующего отстаивания ПАУ.

Зная К получим уравнение линии равновесия.

Зная ск рассчитаем ак:

а_к=К?ск=1,28?15=19,2 мг/г. (1.1)

1.1 Одноступенчатая прямоточная установка

При прямотоке взаимодействующие фазы движутся, в одном направлении и по пути движения происходит адсорбция. Концентрация органических загрязнений в воде будет уменьшаться от со до ск, а в адсорбенте увеличиваться от ао до ак

Из закона сохранения массы следует равенства количеств поступающих и выходящих из аппарата органических веществ. Запишем уравнение материального баланса процесса прямоточной адсорбции:

Q?co+q?ao=Q?ck+q?ak

Q(co-ck)=q(ak-ao)

(1.2)

г/дм³

Определим дозу АУ

(1.3)

Выведем формулу для определения

OB=OA+AB

ДDAB

ДDAO

(1.4)

г/дм³

Существенным недостатком прямоточных схем движения воды является высокий расход реагента, величина которого зависит от остаточной равновесной концентрации извлекаемого вещества на выходе из аппарата. Следовательно, чем выше требуемая степень очистки, т.е. ниже допустимая остаточная концентрация извлекаемого вещества в обработанной воде, тем меньше величина удельной адсорбции и больше доза АУ.

1.2 Установка с перекрестным движением АУ и воды

В такой установке вода последовательно проходит через аппараты с перемешиванием (адсорберы), а АУ непрерывно поступает в каждый из адсорберов. На различных ступенях очистки АУ отрабатывается в разной степени, и после отделения от воды в отстойнике направляется на регенерацию. Наиболее полно используется сорбционная емкость АУ в первом по ходу движения воды адсорбере.

1.2.1 Двухступенчатая схема очистки

На каждую ступень обработки подается одинаковое количество АУ, т.е. q1=q2

q=q1+q2

;

Д1=Д2

Д=Д1+Д2

Определим дозу:

Д1=ctgб1

Д2=ctgб2

ctgб1=ctgб2

б1=б2

г/дм³ (1.6)

г/дм³ (1.7)

Д=2,65+2,65=5,3 г/дм³

Определим дозу расчетным способом

1 ступень: Q?co+q1?ao=Q?c1+q1?a1

Q(co-c1)=q1?a1

2 ступень:Q?c1+q2?ao=Q?cк+q2?aк

Q(c1-cк)=q2?aк

Получим выражения для определения дозы:

OC=OB+BC

ДDBC ;

ДDBO ;

OC=OB+OBtgвctgб=OB(1+tgвctgб)

OB=OA+AB

ДEAB ;

ДEAO ;

OB=OA+OAtgвctgб=OA(1+tgвctgб)

OC=OA(1+tgвctgб)²

г/дм³ (1.8)

г/дм³ (1.9)

Д1Кс1=со-с1

с1(Д1К+1)=со

мг/дм³ (1.10)

а1=с1?К=66,03?1,28=84,52 мг/г (1.11)

1.2.2 Трехступенчатая схема очистки

q₁=q₂=q₃

Д₁=Д₂=Д₃

Д=Д₁+Д₂+Д₃

Определим дозу:

Д₁=ctgб₁

Д₂=ctgб₂

Д₃=ctgб₃

г/дм³ 1.12)

г/дм³ (1.13)

г/дм³ (1.14)

Д=Д₁+Д₂+Д₃=1,32+1,32+1,32=3,96 г/дм³ (1.15)

Определим дозы АУ расчетным способом:

1 ступень: Q?co+q1?ao=Q?c1+q1?a1

Q(co-c1)=q1a1

2 ступень: Q?c1+q2?ao=Q?c2+q2?a2

Q(c1-c2)=q2a2

3 ступень: Q?c2+q3?ao=Q?cк+q3?aк

Q(c2-cк)=q3aк

Получим выражения для определения Д

OD=OC+CD

ДECD

ДECO

OD=OC+OCtgвctgб=OC(1+tgвctgб)

OC=OB+BC

ДFBC ;

ДFBO

OC=OB+OBtgвctgб=OB(1+tgвctgб)

OD=OB(1+tgвctgб)²

OB=OA+AB

ДKAO

AK=AO?tgв

OB=OA+OAtgвctgб=OA(1+tgвctgб)

ДFBC; ДFBO

г/дм³ (1.16)

г/дм³ (1.17)

Уравнение материального баланса для 2 ступени

Д₁?Кс₁=с_о-с₁

с₁(Д₁К+1)=с_о

г/дм³ (1.18)

а₁=К?с₁=1,28?107,82=138 мг/г (1.19)

Д₂?Кс₂=с₁-с₂

с₂(Д₂К+1)=с₁

г/дм³ (1.20)

а₂=К?с₂=1,28?40,09=51,32 мг/г (1.21)

1.3 Установка с противоточным движением АУ и воды

Сорбент, насыщенный веществом до состояния равновесия 1-й концентрации может адсорбировать еще некоторое количество вещества, если его поместить в более концентрированный раствор того же вещества.

Принцип работы противоточной установки заключается в том, что свежий АУ подается в аппарат с мешалкой последний ступени очистки. Туда же поступает вода из отстойника предпоследней ступени. Свежий АУ вступает в контакт с водой, прошедшей частичную адсорбционную очистку, и доочищает ее до нужной концентрации. Из этого аппарата АУ и очищенная вода поступают в отстойник последней ступени, где происходит разделение АУ и воды. АУ подается из отстойника последней ступени в аппарат с мешалкой предпоследней ступени, где адсорбент отрабатывается до более высокого уровня.

Отделение АУ от воды производится в отстойниках предпоследней ступени, откуда осветленная вода поступает в аппарат с мешалкой последней ступени, а задержанный АУ подается в аппарат с мешалкой 1-й ступени. Т.о. очищенная вода проходит все ступени, а АУ движется в обратном направлении, достигает при выходе на регенерацию из отстойника 1-й ступени высокой степени отработки.

1.3.1 Двухступенчатая схема очистки

(1.22)

(1.23)

(1.24)

Определим дозу расчетным способом

1 ступень: Q?c_o+q?a_к=Q?c₁+q?a₁

Q(c_o-c₁)=q(a₁-a_к)

2 ступень: Q?c₁+q?a₀=Q?c_к+q?a_к

Q(c₁-c_к)=qa_к

Установка: Q?c₀+q?a₀=Q?c_к+q?a₁

Q(c₀-c_к)=qa_к

Получим выражения для определения дозы

OC=OA+AB+BC=OA+AB+KL

ДEKL ;

ДEKF ;

OC=OA+AB+KFtgвctgб=OA+AB+ABtgвctgб= OA+AB(1+tgвctgб)

ДEKL ;

ДEKF ;

OC=OA+OAtgвctgб(1+tgвctgб)=OA+OA(tgвctgб+ tg²вctg²б)

(1.25)

1,6384Д²-1,28Д-18,33=0

Диск.=b²-4ac=1,28²-4?1,6384?(-18,33)=121,76

г/дм³

(1.26)

мг/дм³ (1.27)

а₁=К?с₁=1,28?72,33=92,58 мг/г (1.28)

1.3.2 Трехступенчатая схема очистки

Определим дозу

Д₁=Д₂=Д₃=Д

г/дм³ (1.29)

г/дм³ (1.30)

г/дм³ (1.31)

г/дм³ (1.32)

1 ступень: Q?c_o+q?a₂=Q?c₁+q?a₁

Q(c_o-c₁)=q(a₁-a₂)

2 ступень: Q?c₁+q?a_к=Q?c₂+q?a₂

Q(c₁-c₂)=q(а₂-a_к)

3 ступень: Q?c₂+q?a_о=Q?c_к+q?a_к

Q(c₂-c_к)=qa_к

Установка: Q?c₀+q?a₀=Q?c_к+q?a₁

Q(c₀-c_к)=qa₁

Из выражения для определения дозы АУ имеет вид:

(1.33)

2,0971Д³+1,6384Д²+1,28Д-19,333=0

Воспользуемся значением Д

мг/дм³ (1.34)

а₁=К?с₁=1,28?127,5=163,2 мг/г (1.35)

мг/дм³ (1.36)

а₂=К?с₂=1,28?50=64 мг/г (1.37)

1.4 Сравнение дозы АУ для различных установок

№	Тип установки	Дозы АУ, г/дм3
		Д	Д1	Д2	Д3
1.	Прямоточная одноступенчатая	14,32	-	-	-
2.	Перекрестная -двухступенчатая -трехступенчатая	5,30 3,96	2,65 1,32	2,65 1,32	- 1,32
3.	Противоточная -двухступенчатая - трехступенчатая	2,97 1,70	2,97 1,70	2,97 1,70	- 1,70

Таким образом, наиболее совершенной с точки зрения расхода активированного угля и качества очищенной воды является трехступенчатая установка с противоточным движением фаз

1.5 Расчет трехступенчатой установки с противоточным движением фаз

Рабочий объем аппаратов с перемешиванием на каждой ступени очистки определяется по формуле:

, м³ (1.38)

где Q-расход обрабатываемой воды м³/сут

t-время пребывания воды в АУ в аппаратах одной ступени

м³

Из опыта эксплуатации аппаратов с мешалками известно, что объем одной камеры смешения должен быть не более 100-120 м. Примем камеру размерами 4,3?4,3?4,3? м объемом 80м³

 шт. (1.39)

Принимаем 2 камеры по 80м³

После каждой ступени аппаратов смешения происходит отстаивание АУ в радиальных отстойниках.

Общая площадь отстойников на каждой ступени равна:

, м² (1.40)

К-коэффициент объемного использования отстойников зависит от его типа К=0,45

U_o-скорость осаждения частиц АУ U_o=1 мм/с

, м²

Количество отстойников равно:

шт. (1.41)

f_отст - площадь одного отстойника

Принимаем отстойник d=18м

Время пребывания угольной суспензии в отстойниках:

(1.42)

2. Расчет адсорберов с неподвижной гранулированной загрузкой

Площадь загрузки адсорбционной установки:

, м² (2.1)

V-скорость потока принимается не более 12 м/ч

, м²

Число параллельно работающих адсорберов:

, шт. (2.2)

f_ads-площадь одного адсорбционного аппарата

Принимаем фильтр d=3,4 м

шт.

Принимаем 8 параллельно работающих линий адсорберов d=3,4м

f_ads=9,1 м² при скорости фильтрации:

м/ч (2.3)

При выключении одного адсорбера скорость фильтрования на остальных не должна увеличиваться более чем на 20%

м/ч (2.4)

Количество последовательно работающих адсорберов в каждой линии:

, шт (2.5)

H_ads-высота сорбционной загрузки в одном фильтре 2,5м

H_tot-общая высота сорбционного слоя

H_tot=Н₁+Н₂+Н₃, м (2.6)

где Н₁- высота сорбционного слоя в метрах, в которой за период t_ads адсорбционная емкость сорбента исчерпывается до степени Кsb=0,7 (заданная степень исчерпывания емкости сорбента), т.е. высота загрузки выгружаемой из адсорбера.

Н₂- высота загрузки сорбционного слоя, обеспечивающая работу установкт до концентрации с_к в течении времени t_ads , т.е. высота загрузки обеспечивающая очистку

Н₃-резервный слой сорбента рассчитанный на продолжительность работы установки в течении времени перегрузки или регенерации слоя сорбента Н₃=Н₁

Определим ориентировочные величины Н₁, Н₂ и Н₃

, м (2.7)

где -ориентировочная продолжительность работы установки до проскока принимаемым 24 часа

-насыпная плотность сорбента 0,45 г/см³

Д_sb-доза АУ выгружаемого из адсорбера при коэффициенте исчерпания емкости Кsb

, г/дм³ (2.8)

-максимальная сорбционная емкость АУ измеряется в мг/г может быть определена графически или расчетным способом.

г/дм³ (2.9)

По формуле 2.8 определим Д_sb:

г/дм³

По формуле 2.7 определим Н₁^ор:

м

Принимаем Н₁=1м, тогда Н₃=1м

Определим Н₂^ор:

, м (2.10)

Д_sb^max-максимальная доза АУ

, г/дм³ (2.11)

По формуле 2.10 определим Н₂^ор:

, м

Принимаем Н₂^ор=7м, тогда по формуле 2.6 определим H_tot

H_tot=1+7+1=9м

N_ads находим по формуле 2.5:

шт

Т.о. требуемая степень очистки может быть достигнута непрерывной работой 8 параллельно работающих линий адсорберов по 4 последовательно установленных адсорбера, из которых один резервный находится в режиме перегрузки.

Продолжительность работы адсорбционной установки до проскока при одном адсорбере в процессе перегрузки:

, ч (2.12)

Е - поразность сорбента

(2.13) -кажущаяся плотность сорбента г/см³

ч

Объем загрузки 1 адсорбера:

м³ (2.14)

Величина сухой массы угля в каждом адсорбере:

т (2.15)

Поразность - выражает долю свободного пространства между частицами адсорбента в единице объема занятого слоем адсорбента.

Истинная плотность-это отношение массы материала к его объему (исключая объем пор).

Насыпная плотность-отношение массы материала к определенному его объему при нормированном уплотнении.

Кажущаяся плотность-отношение массы материала, к его объему включая поры.

Список использованной литературы

Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Водоснабжение и канализация. - Х., 2001.

Душкин С.С. Интенсификация реагентных методов очистки воды. - К.: Вища школа, 1991.

Кедров В.С. Водоснабжение и канализация. - М., 1984.

СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М., 1985.

Размещено на Allbest.ru