Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

Спеціальність 05.23.04- Водопостачання, каналізація

УДК 628.1.16

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДГОТОВКА ВОДИ ДЛЯ ВИРОБНИЧИХ ПОТРЕБ СПИРТОВИХ ЗАВОДІВ (НА ПРИКЛАДІ ШПАНІВСЬКОГО ЗАВОДУ)

ЗОЩУК ВІТАЛІЙ

ОЛЕГОВИЧ

РІВНЕ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Орлов Валерій Олегович, Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри водопостачання та бурової справи.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Душкін Станіслав Станіславович, Харківська національна академія міського господарства МОН України, завідувач кафедри водопостачання, водовідведення і очистки води;

кандидат технічних наук, доцент Тугай Ярослав Анатолійович, Київський національний університет будівництва і архітектури МОН України, перший заступник директора інституту післядипломної освіти.

Захист відбудеться “ 14 ” березня 2008 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 47.104.01 в Національному університеті водного господарства та природокористування за адресою: 33028, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НУВГП за адресою:

33000, м. Рівне, вул. Приходька, 75.

Автореферат розісланий “ 11 ” лютого 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент В.П. Востріков

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. В останні роки спиртові заводи України працюють дуже не стабільно. Це пов'язано з тим, що постійно відбувається коливання рівня збуту продукції та труднощами в забезпеченні сировиною, в тому числі, із забезпеченням якісною водою. В країні є заводи з новим сучасним обладнанням, але багато заводів працюють за старими технологіями та на старому обладнанні, з високим ступенем насичення промислового майданчика оснащенням, дуже поступово йде технічне переобладнання виробництва, впровадження технологій підготовки води, не впроваджуються енергозберігаючі технології, практично відсутні системи автоматичного регулювання технологічних процесів.

Найчастіше на заводах використовується підземна вода з підвищеною концентрацією заліза та карбонатною жорсткістю, які негативно впливають на технологію виготовлення спирту. За сучасними нормами концентрація заліза у воді, яка використовується у виробництві, повинна бути меншою, ніж передбачалось наприкінці попереднього століття. Найбільша кількість води використовується на охолодження, а тому випадання солей карбонату кальцію на охолоджуючому обладнанні викликає зупинку виробництва для заміни або прочистки цього обладнання. Рекомендовані для підготовки води технологічні схеми є громіздкими та матеріалоємними. Отже одним із факторів покращення ефективності роботи галузі є використання відповідно підготовленої води на всіх стадіях виробництва. За даними вчених це, разом з іншими засобами, дозволить підвищити продуктивність праці та знизити собівартість продукції. Тому, розробка компактних та автоматизованих технологічних схем знезалізнення води і попередження випадання солей кальцію в теплообмінниках на спиртових заводах є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження проводились в рамках наукової тематики кафедри водопостачання та бурової справи Національного університету водного господарства та природокористування „ Розробка нових та вдосконалення діючих споруд для забору, очищення та транспортування води населених пунктів і підприємств” та госпдоговору № 3-45 „Розробка технології підготовки води для технологічної схеми спиртового заводу”

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування та удосконалення системи водопідготовки заводів спиртової промисловості на прикладі Шпанівського заводу.

Для досягнення поставленої мети задачі досліджень полягали:

- у здійсненні аналізу роботи систем водопідготовки на спиртових заводах і, в тому числі, на Шпанівському, вимог до води, яка використовується у виробництві;

- порівнянні структурних та технологічних показників цеолітової та пінополістирольної засипок в процесах знезалізнення води на них;

- обґрунтуванні методу магнітної обробки води для попередження випадання з'єднань карбонату кальцію на охолоджуючих пристроях;

- розробці системи гідроавтоматики для пінополістирольних фільтрів при знезалізненні води, створенні структурних та математичних моделей і, на їх основі, розробці методів розрахунку конструктивних та технологічних параметрів споруд знезалізнення води;

- розробці ефективної схеми водопідготовки для діючого Шпанівського заводу, комп'ютерних анімаційних, імітаційних моделей фільтрів, розрахункових програм для розрахунку гідроавтоматичних пінополістирольних фільтрів.

Об'єкт дослідження - процес водопідготовки на спиртових заводах.

Предмет дослідження - методи, апарати та споруди для знезалізнення та стабілізаційної обробки води на спиртових заводах.

Методи досліджень. В роботі використано комплексний метод досліджень, що включає фізичне та математичне моделювання процесів знезалізнення та магнітної обробки води, аналітичний метод розрахунку, експериментальний та розрахунково-аналітичний методи визначення параметрів споруд, числові методи математичного аналізу із застосуванням комп'ютерних програм. При плануванні та проведенні досліджень, розробці аналітичних залежностей, аналізі результатів досліджень використовувались методи гідравлічних розрахунків, математичної статистики, математичної обробки статистичних даних.

Наукова новизна отриманих результатів:

- набув подальшого розвитку метод підготовки води на спиртових заводах, який включає знезалізнення води і попередження випадання карбонату кальцію;

- отримано експериментальні дані із структурних та технологічних показників цеолітової та пінополістирольної засипок;

- доведена доцільність використання пінополістирольних фільтрів з гідроавтоматикою для знезалізнення води, магнітної обробки води для попередження випадання карбонату кальцію;

- запропоновані математичні залежності для розрахунку пінополістирольних фільтрів з гідроавтоматикою та визначення товщини шару засипки в фільтрах.

Практичне значення отриманих результатів:

На основі проведених досліджень розроблений проект станції знезалізнення води на Шпанівському заводі, впроваджені магнітна обробка

води на цьому заводі, технологія знезалізнення на побудованій станції з пінополістирольними фільтрами в с. Нові Обіходи та в проекті станції знезалізнення комплексу ”Гряда” на озері Шацьк. Визначені основні параметри для розрахунку споруд знезалізнення води та гідроавтоматики, розроблені комп'ютерні анімаційні, імітаційні моделі та програма розрахунку фільтрів для знезалізнення води.

Особистий внесок здобувача:

Наукові результати, які є в дисертації, отримані особисто автором на основі виконаного аналізу технології виготовлення спирту, існуючих методів очистки та використання води на спиртових заводах. Автору належить розробка методики проведення досліджень, монтажу експерименталь-них установок та проведення самих експериментальних досліджень, обробка експериментальних даних. Разом з іншими авторами розроблені нові конструкції споруд та проекти нових станцій, технологічна схема підготовки води на Шпанівському заводі. На основі проведених досліджень розроблені анімаційні та імітаційні моделі фільтрів, розроблені комп'ютерні програми розрахунку споруд.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи і головні положення доповідались на Науково-практичній конференції Одеської державної академії будівництва та архітектури 2005р., Міжнародному Водному Форумі ”Аква-Україна 2006”, на 33-й науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської національної академії міського господарства 2006р., 2-й міжнародній науково-практичній конференції „ Вода, екологія, суспільство” Харківської національної академії міського господарства в 2006р., науково-практичних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Національного університету водного господарства та природокористування у 2006, 2007р.

Публікації. За результатами роботи опубліковано 13 друкованих праць у різних виданнях України, в тому числі 2 без співавторів і 9 у фахових виданнях, отримано патент України на споруду для очистки води.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, шести розділів і загальних висновків, 3 додатків, списку використаних літературних джерел з 142 посилань, містить 131 сторінку друкованого тексту, 34 таблиці, 58 рисунків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “СТАН ПИТАННЯ ПІДГОТОВКИ ВОДИ У СПИРТОВІЙ ПРОМИСЛОВІСТІ” наведені дані про підготовку води у спиртовій промисловості. Вода в технологічних процесах виготовлення спирту входить в склад виготовленої продукції; використовується для охолодження в усіх теплообмінних процесах; для виготовлення пари, для миття технологічного обладнання, тари, сировини.

В Україні на таких виробництвах найчастіше використовується артезіанська вода. В той же час, нині вже змінюються вимоги до води, яка використовується в спиртовому виробництві. Якщо раніше вода за концентрацією заліза повинна була відповідати питній якості, то зараз цей показник зменшується до 0,1 мг/л. Найбільша кількість води (приблизно 80%) використовується на охолодження і з цієї води не повинен випадати карбонат кальцію. Таким чином, підземну воду, в першу чергу, потрібно знезалізнювати та проводити заходи щодо попередження випадання карбонату кальцію.

Питаннями фільтрування води та знезалізнення займались такі вчені: Мінц Д.М., Николадзе Г.І., Олійник О.Я., Грабовський П.О., Гіроль М.М., Орлов В.О., попередженням випадання карбонату кальцію Душкін С.С., Найманов А.Я., Рябчиков Б.Є. та багато інших. Для знезалізнення води з невеликою концентрацією заліза можна використовувати спрощену аерацію з наступним фільтруванням через важку засипку (цеолітову) або плаваючу (пінополістирольну), а процес очистки слід максимально автоматизувати (використати гідроавтоматичні установки). Для попередження випадання карбонату кальцію можна використовувати пом'якшення, реагенту обробку, магнітну обробку тощо.

У другому розділі “ВИБІР НАПРЯМКУ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ” обраний напрямок досліджень, розроблені експериментальні установки та методики досліджень.

Для вирішення задачі моделювання конструкцій основних споруд водоочищення нами використовувався пакет програмного забезпечення 3D Max. Фрагменти імітаційної моделі пінополістирольного фільтра в процесі фільтрування і промивки показана.

Вихідна вода поступає у фільтрувальну колону 1 з повітрявідділювача 2, а фільтрат з баку 3 відводиться трубопроводом 11. По мірі забруднення засипки, рівень води у повітрявідділювачі та висхідній гілці промивного сифона 4 поступово піднімається і, досягнувши перегину сифона, вода починає переливатися через гребінь сифона з висхідної гілки у низхідну, наповнює нижній перегин труби 18 і далі, переливаючись через її верхній перегин, в каналізацію. На початковому етапі “зарядки” сифони 4 і 18 працюють не повним перерізом за принципом звичайного водозливу (йде пульсація), але поступово втрати напору в засипці досягнуть певного критичного рівня, різко збільшується витрата води в сифонах і вони заряджаються. Після цього починається промивка засипки об'ємом води з баку 3. Коли рівень води в баці 3 понизиться до нижнього краю повітряної трубки 5, відбувається зрив вакууму в промивному сифоні 4, промивка припиняється, установка автоматично переключається в робочий (фільтраційний) режим.

Фільтрувальні установки для визначення структурних показників цеоліту та пінополістиролу

монтувались з фільтрувальних прозорих колонок діаметром 200мм.

В третьому розділі “ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ ВОДОПІДГОТОВКИ ШПАНІВСЬКОГО ЗАВОДУ” досліджується система водопідготовки Шпанівського заводу. Існуюча схема водопостачання Шпанівського заводу - прямоточна, із частковим повторним використанням умовно-чистих вод. Вода в систему подається із свердловин без будь-якої очистки. Загальна потреба у воді становить 80 - 100 м3/год. Вода витрачається на замочування зерна для солоду, для приготування замісу, на охолодження конденсаторів і холодильників брагоректифікаційних колон, устаткування, для потреб хімводоочищення, для миття технологічного устаткування тощо. Для запобігання випадання карбонату кальцію в трубках охолоджувачів у воду вводився триполіфосфат натрію невеликою дозою і ефекту практично не спостерігалось.

Відбір води із різних точок системи дав такі фізико - хімічні показники (табл. 1). Вода в свердловинах не має постійних значень упродовж року, не відповідає вимогам до питної води за концентрацією заліза, кольоровістю, лужністю, інколи за загальною жорсткістю та концентрацією магнію, що призводить до заростання теплообмінників.

Таблиця 1 Результати фізико-хімічних аналізів артезіанської води Шпанівського заводу 12.04.2005 р.

№ п/п	Показник	Од. вим.	Свердловина №1	Свердловина № 2
1	рН	--	7,1	7,25
2	Лужність	мг-екв/дм3	6,48	5,9
3	Загальна жорсткість	мг-екв/дм3	7,7	7,4
4	Кальцій	мг/дм3	149,0	108,0
5	Магній	мг/дм3	21,1	25,3
6	Залізо (ІІ)	мг/дм3	1,65	0,8
7	Залізо загальне	мг/дм3	2,16	1,22
8	Хлориди	мг/дм3	15,4	30,9
9	Сульфати	мг/дм3	27,9	24,4
10	Сухий залишок	мг/дм3	380	498
11	Сірководень	мг/дм3	1,3	0,9
12	Кольоровість	град.	35	25
13	Індекс стабільності	--	1,02	1,04

Аналіз відкладень на поверхні трубопроводів, проведений в атестованій лабораторії кафедри водопостачання та бурової справи, показав, що приблизно 70 % відкладень представлено сполуками карбонату кальцію, 20% - заліза, 3% - магнію. За даними деяких дослідників осадженню карбонату кальцію в теплообмінниках може сприяти обробка води магнітним полем. Під впливом магнітного поля змінюються фізико-хімічні властивості водних розчинів і води. Для боротьби з накипоутворенням перед дефлегматорами були встановлені магнітодинамічні активатори МГДА типу КМ, які потребують подачі на них знезалізненої води. Встановлені у 2006р. магнітні прилади значно покращили роботу системи охолодження, але повністю не усунули накипоутворення. На магнітну обробку подавалась вода із неприпустимим підвищеним вмістом заліза, проте швидкість карбонатних відкладень зменшилась в скидній трубі до 16 г/(м2 доб), а в трубках дефлегматорів - 6 г/(м2 доб).

В четвертому розділі “ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСА ЗНЕЗАЛІЗНЕННЯ ВОДИ ШЛЯХОМ СПРОЩЕНОЇ АЕРАЦІЇ ТА ФІЛЬТРУВАННЯ” наведені теоретичні основи процесу знезалізнення шляхом спрощеної аерації та фільтрування. Процес знезалізнення підземних вод з невеликою концентрацією заліза полягає в окисленні двовалентного заліза киснем повітря, утворенням гідроксиду заліза та подальшим його вилученням із води на зернах фільтруючої засипки. Загальна математична модель знезалізнення води розроблена Олійником О.Я. та Кисельовим С.К.

На основі розробленої математичної моделі автори запропонували формулу для розрахунку мінімальної товщини засипки

L=,

де L - товщина шару фільтруючої засипки, м,

K - коефіцієнт, який враховує вплив каталітичних властивостей фільтруючої засипки на ефективність затримання домішок із води, год-1, в залежності від типу засипки він може приймати значення від 50 до 8 год-1;

[Fe]0 - концентрація заліза у вихідній воді, мг/л;

[Fe] - концентрація заліза в фільтраті, мг/л.

Таким чином, ефект знезалізнення збільшується при збільшенні висоти засипки та зменшенні швидкості фільтрування. Практично всі фільтри знезалізнення працюють в ламінарному режимі. Ламінарний режим (невисока швидкість фільтрування) описується лінійним законом Дарсі, з якого Д.М. Мінц отримав рівняння

,

де d - діаметр зерен;

m - поруватість засипки;

- в'язкість рідини;

- коефіцієнт форми зерна.

Звідси виходить, що максимальна швидкість фільтрування буде тим більше, чим більше пере-

пад тиску на одиницю товщини засипки, більше діаметр зерен засипки, менше коефіцієнт форми зерна і в'язкість води, більше поруватість засипки. За даними багатьох авторів, ламінарна швидкість фільтрування встановлюється в межах 10 м/год. Для відриву забруднень під час промивання засипок необхідна більш висока швидкість потоку. Для досягнення того самого відносного розширення засипки інтенсивність промивки (швидкість потоку) необхідна більша для більш важкої засипки, більш високої температури промивної води, меншого коефіцієнта форми зерна. За даними Кульського Л.А. забруднення по різному проникають в шар неоднорідної засипки, із збільшенням швидкості забруднення глибше проникають в шар неоднорідної засипки. При цьому фільтруюча засипка не повинна мати коефіцієнт неоднорідності вищий за два. При перевищенні цього значення буде значне розшарування засипки.

Для врахування перелічених показників формулу (1) пропонується представити у вигляді

L =,

де К1= d/d1- коефіцієнт, який враховує ефективність роботи в залежності від діаметра зерен засипки;

d -еквівалентний діаметр засипки, який забезпечує найкращий ефект очищення води ( може бути прийнятий 1…1,2мм);

d1- еквівалентний діаметр конкретної засипки, мм;

К2- практично дорівнює коефіцієнту форми зерна;

К3= 1/ - коефіцієнт, який враховує неоднорідність засипки,

- коефіцієнт (за даними інших авторів) є відношенням квадратів dек і d20 (відповідно, еквівалентний та середній діаметри першого шару засипки, який складає 20% від загальної товщини);

К4 - коефіцієнт, який враховує вплив фізико-хімічних властивостей води, домішок в ній та фільтруючої засипки на ефективність затримання домішок із води.

В п'ятому розділі “ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДЖЕННЯ УСТАНОВОК ДЛЯ ЗНЕЗАЛІЗНЕННЯ ВОДИ” наводяться лабораторні дослідження установок для знезалізнення води. В подальшому проводиться співставлення даних різних авторів і особисті дослідження по цеолітовій і пінополістирольній засипкам. Розмір зерна засипки безпосередньо пов'язаний з ефектом очистки, висотою засипки та швидкістю фільтрування. Гранулометричний склад засипки визначався шляхом просіювання зернистої засипки через калібровані сита. Сокирницький цеоліт поставляється з дрібними та крупними зернами. Дрібна засипка має за об'ємом d10 = 1,3мм; d80 = 2,90мм; коефіцієнт неоднорідності 2,23; крупна засипка має за об'ємом d10 = 1,82мм; d80 = 4,47мм; коефіцієнт неоднорідності 2,45; пористість за об'ємом складає: для піску m = 0,45, неподрібненого пінополістиролу m = 0,45, крупного цеоліту m = 0,4523.

Структурні показники фільтруючих засипок (пористість, коефіцієнт форми зерна, питома поверхня) наведені в таблиці 2.

Таблиця 2 Визначення коефіцієнта форми зерна

№ п/п	Еквівалентний діаметр, см	Швид-кість, см/с	Втрати напору, см	Товщина шару, см	Гідрав-лічний уклон	Коефіцієнт форми
Пісок
1	0,114	0,137	10,7	97	0,110	1,17
2	0,114	0,198	15,5	97	0,160	1,17
3	0,114	0,255	19,6	97	0,202	1,16
Не подрібнений пінополістирол
4	0,111	0,158	8,5	83	0,102	1,02
5	0,111	0,211	11,5	83	0,139	1,03
6	0,111	0,278	16,2	83	0,195	1,06
Крупний цеоліт
7	0,24	0,139	8	65	0,123	2,58
8	0,24	0,361	13	65	0,200	2,04
9	0,24	0,464	16	65	0,246	1,99

Нова цеолітова засипка, в порівнянні з піском і пінополістиролом має більший коефіцієнт форми зерна, достатньо високу пористість. При цьому вона з часом набухає і достатньо швидко стирається. За рік експлуатації цеоліту на Сарненській станції знезалізнення зерна стерлись і мали гладку овальну поверхню подібну до зерен піску і його винос досягав 20%. Коефіцієнт неоднорідності цеолітової засипки заводського виготовлення, як і ефективний діаметр значно більші, ніж рекомендовані для інших засипок значень. Промивається цеолітова засипка достатньо швидко, а відносне розширення при відмивці можна приймати не більше 15% , але “грають” тільки верхні тонкозернисті шари. Початкові втрати напору в чистій, незаробленій засипці найбільші в піску і найменші в неподрібненому пінополістиролі. Ефект знезалізнення на пінополістирольній засипці діаметром 0,5…1мм був вищий, ніж на заводському цеоліті. Про що свідчила в два рази більша тривалість фільтроциклу і більш висока якість фільтрату. На виробничому пінополістирольниму фільтрі в с. Нові Обіходи забезпечувалось зниження концентрації заліза з 2мг/л до 0,08мг/л.

Дослідження процесу знезалізнення та промивки проводились на гідроавтоматичних установ-

ках з імпульсною трубкою (у інших авторів) та без неї. На тривалість зарядки промивного сифона впливає діаметр сифона та наявність імпульсної трубки перегин графіків відбувається при швидкості фільтрування 10м/год.

Зменшення діаметра промивного сифона відповідно зменшує тривалість зарядки. В установках без імпульсної трубки час зарядки приблизно в два рази менший, ніж з імпульсною трубкою. Із збільшенням швидкості фільтрування) зменшується час зарядки сифона (похибка не перевищує 2%).

Важливим в установках без імпульсної трубки є висота допоміжного сифона трубчастого гідрозатвору. Тривалість пульсації зменшується при більших швидкостях фільтрування. При висоті гідрозатвору 27...28 см гідроавтоматична установка працює в оптимальних умовах (рис. 6). Промивка фільтра відбувається вчасно при досягненні граничних значень втрат напору, в інших умовах промивний сифон не заряджається і не переводить установку в режим промивки. Швидкість фільтрування в ході довготривалої пульсації зменшується. При однаковій висоті гідрозатвору, але різних швидкостях фільтрування, граничні втрати напору, при яких фільтрувальна установка переходить в режим промивки, однакові.

Під час пульсації інтенсивність промивки незначна і становить 0,1-0,3 л/с*м2. Максимального значення набуває інтенсивність на початку промивки, а потім дещо знижується. Середня інтенсивність промивки фільтруючої засипки 9…14 л/(с·м2 ).

В шостому розділі “РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВОДОПІДГОТОВКИ СПИРТОВИХ ЗАВОДІВ” наводяться рекомендації щодо проектування споруд водопідготовки.

Розглядалось два варіанти схем водопідготовки:

1. напірні з цеолітовою засипкою та катіонообмінні фільтри;

2. пінополістирольні фільтри з гідроавтоматикою та магнітні установки.

Вартість споруд за першим варіантом складає 287,175 тис. грн., за другим - 110,003 тис.грн. Тобто, другий варіант значно дешевший і пропонується для впровадження. За цим варіантом вода із свердловин потрапляє на верхній поверх технологічної будівлі на гідроавтоматичні пінополістирольні фільтри. Знезалізнена вода збирається в баках і самопливом перетікає у технологічні колектори (рис.7). На водопіднімальних трубах, які йдуть від колектора охолоджувальних потреб до дефлегматорів та конденсаторів встановлюються магніто-динамічні активатори для попередження випадання карбонату кальцію.

На основі проведених досліджень необхідна площа фільтрів із врахуванням пульсації і передпусковим режимом промивного сифона, м2 може бути визначена наступним чином

,

де Q - корисна продуктивність станції, м3/доб;

Т - тривалість роботи станції протягом доби, год;

V- розрахункова швидкість фільтрування в нормальному режимі, м/год;

nпр = 2...3 - кількість промивок за добу;

- інтенсивність промивки, л/(см2); t1 - тривалість промивки, год;

t2- тривалість простою фільтра в зв'язку із промивкою, (0,17 год),

к- коефіцієнт, який враховує зниження швидкості фільтрування під час пульсації;

t3 - тривалість пульсації

Інтенсивність промивки фільтра площею fф, яку може забезпечити промивний сифон діаметром D може бути визначена за виразом

Iпр= - ,

де h - перевищення перегину сифону над рівнем води в надфільтровому просторі, м;

H - різниця рівнів в надфільтровому просторі та гідрозатворі, м;

- гідравлічний коефіцієнт тертя;

Vр.н. - розрахункова швидкість фільтрування при нормальному режимі, яка згідно проведених досліджень повинна бути в межах 10 м/год;

- сума коефіцієнтів місцевих опорів по всій довжині сифону.

Інтенсивність промивки з одного боку повинна бути такою, щоб забезпечувати достатню ступінь відмивки засипки, яка залежить від густини гранул та їх крупності, а, з другого боку, згідно формули (5) залежить від конструктивних параметрів. цеолітовий знезалізнення вода охолоджуючий

Занадто велика висота промивного сифона зменшує інтенсивність промивки. Тому, на основі досліджень і рекомендованих нормами граничних втрат напору в пінополістирольній засипці, перевищення перегину промивного сифона над рівнем води в надфільтровому просторі слід призначати в межах 1,2...2м.

Для анімаційного зображення елементів пінополістирольного фільтра та гідроавтоматичної установки використовувався пакет програмного забезпечення 3D Max. Установки малих розмірів і продуктивностей пропонується влаштовувати круглими в плані з накопичувальною ємкістю у верхній частині, а більш потужні установки повинні мати три прямокутні секції, кожна з яких має свій промивний сифон. Промивний сифон включається в роботу при досягненні граничних втрат напору в одній із секцій і переводить цю секцію в режим промивки. Дві інші секції продовжують працювати в режимі фільтрування і поповнюють надфільтровий простір чистою водою В програмі розрахунку фільтрів передбачено експортацію даних в табличний редактор EXCEL, в якому присутні умовні позначення для кожного параметру та формули розрахунку. При цьому програма сама забезпечує підбір стандартних діаметрів труб при рекомендованих швидкостях потоку.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі удосконалення методів та технічних засобів підготовки води для спиртової промисловості, яке виконане шляхом наукового обґрунтування раціональних параметрів процесу знезалізнення води та попередження випадання карбонату кальцію при застосуванні пінополістирольних фільтрів, магнітної обробки води і врахуванні умов та вимог роботи технологічного обладнання спиртових заводів, що дозволяє отримувати воду необхідної якості з меншими затратами матеріально-технічних ресурсів.

1. Аналіз літературних джерел і власні дослідження показали, що для водопостачання спиртових заводів використовується підземна вода із вмістом заліза до 5мг/л, до 80% води використовується на охолодження обладнання, воду слід знезалізнювати і попереджати випадання осадів солей жорсткості на поверхнях теплообмінників.

2. Обґрунтована доцільність знезалізнення вихідної води спрощеною аерацією та фільтруванням через різнотипні засипки і додаткової обробки води для охолодження в магнітодинамічних активаторах.

3. За результатами теоретичних досліджень запропонована математична залежність визначення товщини шару засипки в фільтрах знезалізнення води із врахуванням параметрів фільтрування, неоднорідності засипки, коефіцієнта форми зерна і крупності зерен.

4. Експериментально визначено, що новий цеоліт має коефіцієнт форми зерна вище двох, але швидко стирається, коефіцієнт неоднорідності заводської цеолітової засипки - 2,23…2,45, відносне розширення при промивці - до 15%, але “грають” тільки верхні шари.

5. Проведені експериментальні дослідження показали технологічну і економічну перевагу пінополістирольних фільтрів над цеолітовими.

6. Розроблені та досліджені установки знезалізнення з пінополістирольними фільтрами та системою гідроавтоматики, швидкість фільтрування на цих установках рекомендується до 10м/год.

7. Основним елементом гідроавтоматичної установки є промивний сифон, який заряджається після певного періоду пульсації через нього витрат вихідної води. Для зарядки промивного сифона на кінці його встановлюється гідрозатвор з висотою між перегинами в межах 27см.

8. На основі досліджень побудовані імітаційні та анімаційні моделі пінополістирольних фільтрів, розроблена програма їх розрахунку на ЕОМ з метою оптимізації їх розмірів, отримані математичні залежності розрахунку фільтрів з умовою пульсації при обладнанні їх системою гідроавтоматики.

9. Розроблена технологічна схема водопідготовки для спиртових заводів, в склад якої входять гідроавтоматичні пінополістирольні фільтри для знезалізнення та магнітні установки для попередження випадання карбонату кальцію.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Орлов В.О., Мартинов С.Ю., Зощук В.О., Мінаєва Н.Л., Кусковець С.Л., Абрамович С.І. Підготовка питної води на пінополістирольних фільтрах в сільських населених пунктах. // Вісник одеської державної академії будівництва та архітектури”, №19. - Одеса, 2005. - С. 144- 149. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у обробці експериментальних даних).

2. Орлов В.О., Зощук В.О., Абрамович С.І. Порівняння структурних показників зернистих засипок. // Вісник НУВГП, вип. 3(31). - Рівне, 2005. - С.315-322. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у розробці методики і проведенні експериментальних досліджень).

3. Орлов В.О., Мартинов С.Ю., Гордієнко Ю.І., Зощук В.О. Підготовка питної води за технологічними схемами з пінополістирольними фільтрами. // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури, вип. 6 (54). - Макіївка , 2005. - С.150-155. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у представлені результатів досліджень за технологічними схемами).

4. Орлов В.О., Мартинов С.Ю., Зощук В.О., Полукєєв М.І., Абрамович С.І. Знезалізнення підземної води на фільтрах з цеолітовою засипкою. // Збірник наукових праць НУВГП “Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво”, вип. 30. - Рівне, 2005. - С.207...213. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у розробці методики і проведенні експериментальних досліджень).

5. Орлов В.О., Зощук В.О., Абрамович С.І. Визначення структурних показників цеолітової засипки. Программа и тезисы докладов ХХХІІІ НТК Харьковской национальной академии городского хозяйства. - Харьков, 2006. - С.134...136. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у проведенні експериментальних досліджень).

6. Зощук В.О., Орлов В.О. Мартинов С.Ю. Підготовка води на Шпанівському ЕЗХЕ. // Вісник НУВГП, вип.2(34)-Рівне, 2006.- С.136-142. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у наведенні результатів досліджень схеми водопостачання, розгляді нових можливих схем).

7. Орлов В.О., Мартинов С.Ю., Зощук В.О. Знезалізнення підземних вод України. ІУ Міжнародний Водний Форум ”Аква-Україна 2006” К.: 2006. - С.157-160. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у представлені результатів досліджень за технологічними схемами).

8. Зощук В.О. Порівняння гідроавтоматичних установок з пінополістирольними фільтрами // Вісник НУВГП, вип. 4(36), ч.1, Рівне. 2006. - с.221-226.

9. Орлов В.О., Зощук В.О. Проектування основних споруд водопідготовки з використанням ЕОМ. // Збірник “Коммунальное хозяйство городов ”, вып. 74, К.: Техника, 2007.- С. 99....105. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у розробці та впровадженні комп'ютерних програм).

10. Орлов В.О., Зощук В.О. Пінополістирольні фільтри з системою гідроавтоматичного управління. - Збірник наукових праць. “Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво”, вип. 31, Рівне, НУВГП, 2007. - С. 395…401. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у проведенні експериментальних досліджень).

11. Орлов В.О., Зощук В.О. Інженерний розрахунок гідроавтоматичної установки з пінополістирольним фільтром для знезалізнення води. // Науково-технічний збірник. Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки, вип.8, К.: КНУБА, 2007. - С.47…54. (Особистий внесок Зощука В.О. полягає у представленні та вирішенні математичної моделі).

12. Зощук В.О. Визначення висоти імпульсного сифона в гідро автоматичній установці. // фільтрами // Вісник НУВГП, вип. 1(37), Рівне. 2007. - с.159-164.

13. Пат. на корисну модель 13509 України, МКИ С02F 1/64. Гідроавтоматична фільтрувальна установка: Пат. на корисну модель 13509 України, МКИ С02F 1/64; Орлов В.О., Мартинов С.Ю., Зощук В.О., Мінаєва Н.Л. Абрамович С.І. - № u200505931; Заявл. 16.06.2005; Опубл. 17.04.2006, бюл. №4. - 5с.

АНОТАЦІЯ

Зощук В.О. Підготовка води для виробничих потреб спиртових заводів (на прикладі Шпанівського заводу). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - Водопостачання, каналізація - Національний університет водного господарства та природокористування, Рівне, -2007.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної проблеми підготовки води для потреб заводів спиртової промисловості.

Приведені результати теоретичних і експериментальних досліджень процесу знезалізнення підземних вод з невеликою концентрацією заліза, які використовуються на більшості спиртових заводів України, та боротьби з накипоутворенням в охолоджуючих пристроях цих заводів. Експериментально визначено структурні показники нового цеоліту. Проведені експериментальні технологічні дослідження показали перевагу пінополістирольних фільтрів над цеолітовими. Розроблені та досліджені установки знезалізнення з пінополістирольними фільтрами та системою гідроавтоматики, визначені основні параметри цієї системи.

На основі досліджень побудовані імітаційні та анімаційні моделі пінополістирольних фільтрів, розроблена програма їх розрахунку на ЕОМ з метою оптимізації їх розмірів, отримані математичні залежності розрахунку фільтрів з умовою пульсації при обладнанні їх системою гідроавтоматики, для попередження випадання карбонату кальцію пропонується магнітна обробка. Розроблена технологічна схема водопідготовки на спиртових заводів в умовах, в першу чергу, реконструкції заводів.

Ключові слова: концентрація заліза, карбонат кальцію, пінополістирол, цеоліт.

Зощук В.О. Подготовка води для производственных целей спиртовых заводов (на примере Шпановского завода). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - Водоснабжение, канализация - Национальный университет водного хозяйства и природопользования, Ровно, - 2007.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы подготовки воды для нужд заводов спиртовой промышленности.

На спиртовых заводах бражка перегоняется в ректификационных колонах в спирт. Колоны устанавливаются в высотных зданиях. Вода на заводах входит в состав продукции, используется для приготовления бражки, мытье сырья и оборудования. Наибольшее количество воды используется на охлаждение оборудования - дефлегматоров и конденсаторов. В результате литературного обзора установлено, что на производственные нужды спиртовых заводов подается, в большинстве случаев, вода с концентрацией железа до 5 мг/л и положительным индексом стабильности. С учетом того, что качество производственной воды должно по содержанию железа как минимум удовлетворять питьевому качеству, необходимо исходную воду обезжелезивать, а для охлаждения оборудования проводить ее обработку по предупреждению выпадения карбоната кальция. По предложению ведущего специалиста в этой отрасли Рябчикова Б.Е., в технологической схеме подготовки воды следует использовать упрощенную аэрацию с последующим фильтрованием на напорных и катионообменных фильтрах. По экономическим показателям такая схема очень дорогая и сложная в эксплуатации. Нами предлагается значительно более простая схема. Предлагается для обезжелезивания использовать метод упрощенной аэрации с последующим фильтрованием на безнапорных гидроавтоматических пенополистирольных фильтрах, для предотвращения выпадения карбоната кальция устанавливаются магнитные установки.

Для обоснования схемы проводилось сравнение использования пенополистирольной и цеолитовой загрузок Сокирницкого завода в фильтрах обезжелезивания, соответственно безнапорных и напорных. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса обезжелезивания подземных вод с небольшой концентрацией железа. На основе теоретических исследований предложена математическая зависимость для определения толщины слоя загрузки в фильтрах обезжелезивания с учетом неоднородности загрузки, коэффициента формы зерна и крупности зерен загрузки. Экспериментально определены структурные показатели нового цеолита. Коэффициент неоднородности заводского цеолита достаточно большой и составляет порядка 2,5, коэффициент формы зерна цеолита - больше двух, пористость- больше 0,45. Однако цеолит сильно набухает и, как ранее другими авторами определено для дробленого керамзита, быстро истирается. То есть, через полгода - год эксплуатации он практически стает таким же как песок. При промывке цеолита расширяются только верхние мелкозернистые слои. Проведенные технологические исследования показали, что пенополистирольные фильтр с крупностью зерен 0,5…1мм по сравнению с фильтрами из Сокирницкого цеолита имеют большую продолжительность фильтроцикла и обеспечивают более высокое качество фильтрата. Разработаны и исследованы установки обезжелезивания с пенополистирольными фильтрами и системой гидроавтоматики, определены основные параметры этой системы. Основным элементом такой гидроавтоматической системы является промывной сифон, для более быстрой зарядки которого ранее использовались импульсные трубки. Во всех случаях промывной сифон заряжается только после продолжительной пульсации через него исходной воды. Исследования показали, что от импульсных трубок можно отказаться и продолжительность зарядки промывного сифона уменьшится. На конце промывного сифона устанавливается трубчатый гидрозатвор. Расстояние между перегибами такого гидрозатвора должно лежать в пределах 27см.

На основе исследований построены имитационные и анимационные модели пенополистирольных фильтров, разработана программа их расчета на ЭОМ с целью оптимизации их размеров, получены математические зависимости для расчета фильтров с условием пульсации при оборудовании их системой гидроавтоматики, Разработана технологическая схема водоподготовки на спиртовых заводах в условиях, в первую очередь, реконструкции заводов. В схеме исходная вода подается на верхний этаж производственного здания, где проходит через гидроавтоматический пенополистирольный фильтр. Далее спускается по трубам в коллекторы различного технологического назначения. Из коллектора охлаждения вода по соответствующим трубам поднимается к дефлегматорам и конденсаторам, предварительно проходя через магнитные установки. Стоимость такой технологической схемы более чем в 2,5 раза меньше, чем предлагается Рябчиковым Б.Е.

Ключевые слова: концентрация железа, карбонат кальция, пенополистирол, цеолит.

Zoschuk V.O. Preparation of water for the production necessities of alcoholic factories (on the example of Shpaniv factory). - manuscript.

Dissertation on receiving of scientific degree of candidate of engineering sciences on specialty 05.23.04 - Watersupply and canalization - National university of water management and natural recourses use, Rivne, - 2007.

Dissertation work is devoted to the decision of actual issue of preparation of water for the factories' necessities of alcoholic industry. Theoretical and experimental researches of iron extraction process of underground water with tiny concentration of iron which are used on the majority alcoholic factories of Ukraine, and fight against cal formation in the cooling devices of these factories are presented. Experimentally proved structural indexes of new zeolite. Conducted experimental technological researches showed the advantage of cellular polystyrene filters above zeolite one. Developed and explored iron extracting constructions with cellular polystyrene filters and system of hydroautomatics basic parameters of this system are defined.

On the basis of researches simulation and animation models of cellular polystyrene filters are built, program of their calculation on computer. With the purpose of optimization of their sizes is developed, mathematical dependencies of filter calculations with the condition of pulsation at the equipment by the hydroautomatic system are offered, for warning of carbonate of calcium fall magnetic treatment is proposed. Technological system waterpreparation on alcoholic factories in terms, above all things, reconstruction of factories is developed.

Key phrases: concentration of iron, carbonate of calcium, cellular polystyrene, zeolite.

Размещено на Allbest.ru