48555

Мембранные аппараты для очистки сточных вод. Конструкции, принцип действия и расчет тарельчатых абсорберов

Доклад

Производство и промышленные технологии

Вид уравнения для нахождения оптимальной скорости газового потока зависит от типа тарелки размеров элементов тарелки физикохимических свойств газа и жидкости и соотношения расходов фаз. Число тарелок в колонне находят по общей поверхности контакта фаз и рабочей площади одной тарелки: а также по числу единиц переноса для всей колонны и числу единиц переноса для одной тарелки. Гидравлическое сопротивление одной тарелки тарельчатого абсорбера складывается из сопротивления сухой тарелки сопротивления силы...

Русский

2013-12-17

562 KB

9 чел.

Мембранные аппараты для очистки сточных вод

Методы мембранного разделения, используемые в технологии очистки воды, условно делятся на микрофильтрацию, ультрафильтрацию, обратный осмос, испарение через мембраны, диализ, электродиализ. К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос и ультрафильтрация. Они основаны на фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель, но задерживающие растворенные вещества. В результате проведения этих процессов получают два раствора: один (концентрат) обогащен растворенными веществами, другой (фильтрат) обеднен ими.

Обратный осмос (гиперфильтрация) – процесс разделения растворов фильтрованием через мембраны, поры которых диаметром около 10  пропускает молекулы воды, но непроницаемы для гидратированных ионов солей или молекул недиссоциированных соединений. В основе метода лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор.

Ультрафильтрация – процесс разделения растворов веществ, содержащих высокомолекулярные вещества, мембранами, которые имеют поры диаметром 50…2000 .

Границы применения этих процессов по размерам отделяемых веществ: обратный осмос - dч = 0,0001…0,001 мкм; ультрафильтрация - dч = 0,001…0,02 мкм. Давление, необходимое для проведения процесса обратного осмоса 6…10 МПа, для процесса ультрафильтрации 0,1…0,5 МПа.

Аппараты для мембранных процессов подразделяют на четыре основных типа, различающихся способом укладки мембран: аппараты с плоскими мембранными элементами, с трубчатыми мембранными элементами, с мембранными элементами рулонного типа и с мембранами в виде полых волокон.

Аппараты с плоскими мембранными элементами широко применяют для очистки сточных вод. Они просты в изготовлении и сборке, но имеют невысокую удельную производительность. Основой этих аппаратов является мембранный элемент, состоящий из плоских (листовых) мембран, уложенных по обе стороны плоского пористого материала-дренажа, либо приготовленных непосредственно на его поверхности.

Аппарат с плоскими мембранами:

1 - мембранные элементы; 2 - фланец; 3 - направляющие штанги; 4 - опорные пластины;

5 - мембраны; 6 - проточное кольцо; 7 - замковое кольцо; 8 - заглушка; 9 - шланг; 10 - коллектор пермеата (фильтрата)

(конструкцию тарелок, число тарелок, устройства для ввода и распределения жидкости), оптимальные скорости газа и жидкости в абсорбере, гидравлическое сопротивление аппарата.

В расчетах процесса абсорбции используются уравнения материального и энергетического балансов.

Уравнение рабочей линии процесса массопередачи в противоточном колонном абсорбере имеет вид

.

При  = const рабочая линия в координатах  - прямая с тангенсом угла наклона к оси абсцисс, равным .

Взаимное расположение рабочей линии и линии равновесия при абсорбции

Связь между составами материальных потоков и отношением их расходов

.

Величина l, определяемая из этого уравнения, является  удельным расходом поглотителя (кг/кг инертного газа).

Диаметр тарельчатого колонного абсорбера определяется объемным расходом газа  и рабочей скоростью газа  в колонне:.

Вид уравнения для нахождения оптимальной скорости газового потока  зависит от типа тарелки (), размеров элементов тарелки (), физико-химических свойств газа и жидкости () и соотношения расходов фаз ():

.

Число тарелок в колонне находят по общей поверхности контакта фаз  и рабочей площади одной тарелки : ,

а также по числу единиц переноса для всей колонны  и числу единиц переноса для одной тарелки :

.

Общую поверхность контакта фаз  определяют по основному уравнению массопередачи:

.

Гидравлическое сопротивление одной тарелки тарельчатого абсорбера складывается из сопротивления сухой тарелки , сопротивления силы поверхностного натяжения  и сопротивления газожидкостного слоя на тарелке :

.

Общее гидравлическое сопротивление тарельчатой колонны

.

Конструкции, принцип действия и расчет тарельчатых абсорберов

Тарельчатые абсорберы представляют собой вертикальные колонны, внутри которых размещаются на определенном расстоянии друг от друга по высоте горизонтальные перегородки-тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз (жидкость течет сверху вниз, а газ проходит снизу вверх) и многократном взаимодействии жидкости и газа.

Тарельчатые колонные абсорберы применяются для обработки больших объемов газовых выбросов при относительно малых расходах жидкости, а также для процессов, сопровождающихся колебаниями температуры. Их можно применять при обработке потоков с твердыми примесями или при выделении твердого осадка.

Тарельчатый абсорбер:

1 — тарелки; 2 корпус колонны; 3 — переливная трубка

Основное влияние на эффективность тарелок оказывают гидродинамические условия их работы. В зависимости от скорости газа различают три основных гидродинамических режима работы тарельчатых аппаратов: пузырьковый, пенный и струйный (или инжекционный).

По способу слива жидкости с тарелки абсорберы этого типа подразделяют на колонны с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных устройств.

К тарельчатым аппаратам со сливными устройствами относятся колонны с колпачковыми, ситчатыми, клапанными тарелками.

Колпачковые тарелки с газораспределительными колпачками, снабженными прорезями, устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости.

Ситчатые тарелки имеют большое число отверстий диаметром 2…8 мм, через которые проходит газ в слой жидкости на тарелке. Уровень жидкости на тарелке поддерживается переливным устройством. Ситчатые тарелки обладают более узким диапазоном работы по сравнению с колпачковыми.

Клапанные тарелки снабжаются подъемными клапанами по мере увеличения скорости газа в колонне, что обеспечивает неизменно эффективную работу тарелки.

В провальной тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия диаметром 10 мм или щели шириной 3…8 мм.

По степени очистки выбросов от газообразных загрязнителей все конструкции тарелок примерно равнозначны.

При проектировании абсорбера необходимо определить: диаметр аппарата и его высоту, размеры внутренних частей

Аппараты с трубчатыми мембранными элементами. Элементы в таком аппарате представляют собой пористые трубы (пластмассовые или керамические) с мелкопористой подложкой, на которую нанесены мембраны. Возможность очистки воды, содержащей взвешенные вещества, и удобство механической очистки мембран — основные достоинства таких аппаратов, недостаток — низкая плотность упаковки мембран (до 100 м23).

Трубчатые мембранные элементы:

а – с мембранами внутри трубки; б – с мембранами снаружи трубки;

в – комбинированная конструкция; 1 - трубка; 2 - мембрана; 3 - подложка; 4 - корпус

Аппараты с рулонными мембранными элементами. Такие аппараты целесообразно применять производительностью до 4 тыс. м3/сут. Аппараты с рулонными мембранными элементами имеют высокую удельную поверхность мембран (300…800 м23), малую металлоемкость.

Многослойный аппарат со спиральной рулонной упаковкой мембран:

I — ввод исходной воды; II — вывод концентрата; III — вывод фильтрата (пресной воды);

1 — мембраны; 2 — пористый или сетчатый материал для отвода фильтрата; 3 - поропласт для подвода исходной воды к мембранам; 4 — кожух; 5 — водонепроницаемые стенки дренажных слоев; 6 — коллектор фильтра

Аппараты с полыми волокнами. Эти аппараты нашли широкое применение для разделения растворов обратным осмосом и ультрафильтрацией. Мембраны в виде полых волокон для обратного осмоса обычно имеют наружный диаметр 45…200 мкм и толщину стенки 10…50 мкм, а для ультрафильтрации - соответственно 200…1000 и 50…200 мкм. В этих аппаратах вследствие малых диаметров волокон обеспечивается очень высокая удельная поверхность мембран - до 20…30 тыс. м23.

Все системы обратного осмоса требуют предварительной обработки исходных сточных вод для снижения их мутности, цветности, щелочности и жесткости.

Для расчета необходимой поверхности  мембран аппаратов проточно-непрерывного действия, нужно знать расход исходной сточной воды , концентрацию загрязнения  и требуемую концентрацию конечного раствора xк (или фильтрата — очищенной воды ук).

Обратноосмотические и ультрафильтрационные аппараты используют для непрерывной и периодической работы в прямоточных, циркуляционных, одноступенчатых и многоступенчатых схемах потоков исходного раствора (сточной воды) и фильтрата (очищенной воды).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10725. Проектирование системы автоматического регулирования, которая впоследствии была смоделирована в системе MatLab 938.36 KB
  ВВЕДЕНИЕ Важнейшей отраслью промышленности Украины является черная металлургия. От объема производства и качества металла зависит развитие народного хозяйства. Продукция предприятий черной металлургии составляет весомую долю в экспортной политике государства.
10726. Наводнения конца XX в 111.5 KB
  Наводнения конца XX в. Наводнения сопутствуют человеческому обществу с древнейших времен. До наших дней дошли сведения о катастрофических разливах Хуанхэ в 2297 г. до н.э. и на Ниле примерно 3 тыс. лет назад. Но если ранее эти стихийные бедствия были чрезвычайно редкими то за...
10727. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К МЕНЕДЖМЕНТУ ПРЕДПРИЯТИЯ 64 KB
  Системный подход к менеджменту предприятия Содержание Организация как система и объект управления. Принципы системного подхода. Обеспечение системы управления. Комплексная система управления предприятием. 1.Организация как система и объект...
10728. Разработка сумматора-умножителя 213.7 KB
  Умножение закодированного двоично - четверичного множимого на два разряда в дополнительных кодах. Преобразование множителя производится для исключение из процесса умножения диады 10 и 11 множителя
10729. Проблема человека и его свобода в философии 93.5 KB
  Проблема человека и его свобода в философии Проблема человека занимает важнейшее место в философии. Что такое человек Что составляет его сущность Каково его место в мире и в обществе Дисциплина отвечающая на эти вопросы получила название философская антропология....
10730. Структура и динамика процесса познания 77.5 KB
  Структура и динамика процесса познания Философия традиционно выделяла в акте человеческого познания два его различных вида: чувственное перцептивное и рациональное. Первый самоочевидно связан с деятельностью наших органов чувств зрения слуха осязания и пр.. Втор
10731. Практика и познание. Роль и место практики в познавательном процессе 47 KB
  Практика и познание. Практика – это материальное освоение общественным человеком окружающего мира активное взаимодействие человека с материальными системами. В ней люди преобразуют и создают материальные вещи опредмечивая свои сущностные силы. Опредмечивание и ...
10732. ЭКСПЛУАТАЦИЯ, РЕМОНТ И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 3.98 MB
  ЭКСПЛУАТАЦИЯ РЕМОНТ И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Эксплуатация ремонт и монтаж технологического оборудования: методические указания и контрольные задания для студентов специальности 136 08 01 специализации 136 08 01 01 Машины и аппараты легкой промышленности
10733. Инженерная геодезия. Геодезические разбивочные работы, исполнительные съемки и наблюдения за деформациями сооружений 3.44 MB
  Инженерная геодезия. Геодезические разбивочные работы исполнительные съемки и наблюдения за деформациями сооружений Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета 2007 Пособие соответствует государст...