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

15 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

11076. Предмет безопасности жизнедеятельности. Основные понятия, термины и определения. Классификация опасных и чрезвычайных ситуаций 19.14 KB
  Предмет безопасности жизнедеятельности. Основные понятия термины и определения. Классификация опасных и чрезвычайных ситуаций Безопасность жизнедеятельности это область научных знаний изучающая общие опасности угрожающие человеку и разрабатывающая соответ
11077. Классификация основных форм деятельность человека 26.88 KB
  Труд целенаправленная деятельность человека на удовлетворение своих культурных и социально-экономических потребностей. Характер и организация трудовой деятельности человека оказывают существенное влияние на изменение функционального состояния организма человека. ...
11078. Понятие комфортных условий трудовой деятельности 21.75 KB
  Понятие комфортных условий трудовой деятельности Условия в которых трудится человек влияют на результаты производства – производительность труда качество и себестоимость выпускаемой продукции. Производительность труда повышается за счет сохранения здоровья чел...
11079. Загрязнение регионов техносферы токсическими веществами 29.54 KB
  Загрязнение регионов техносферы токсическими веществами Регионы техносферы и природные зоны примыкающие к очагам техносферы постоянно подвергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое кол
11080. Воздействие вредных веществ на человека и среду обитания 32.39 KB
  Воздействие вредных веществ на человека и среду обитания Для создания нормальных условий труда необходимо обеспечить не только комфортные метеорологические условия но и необходимую чистоту воздуха. Вследствие производственной деятельности в воздушную среду пом
11081. Общая классификация чрезвычайных ситуация. Общая характеристика чрезвычайных ситуаций природного характера, классификация 24.79 KB
  Общая классификация чрезвычайных ситуация. Общая характеристика чрезвычайных ситуаций природного характера классификация Всю совокупность возможных чрезвычайных ситуаций целесообразно первоначально разделить на конфликтные и бесконфликтные. К конфликтным пр...
11082. Геофизические и геологические чрезвычайные ситуации 18.25 KB
  Геофизические и геологические чрезвычайные ситуации Землетрясения Это подземные толчки и колебания поверхности Земли вызванные естественными причинами главным образом тектоническими процессами или иногда искусственными процессами взрывы заполнение водохра
11083. Метеорологические и агрометеорологические чрезвычайные ситуации 155.5 KB
  Метеорологические и агрометеорологические чрезвычайные ситуации Опасное метеорологическое явление – это природное явление возникающее в атмосфере под действием различных природных факторов или их совокупности могущее оказать поражающее воздействие на людей орга
11084. Морские гидрологические, гидрологические и гидрогеологические чрезвычайные ситуации 18.85 KB
  Морские гидрологические гидрологические и гидрогеологические чрезвычайные ситуации Морские гидрологические опасные явления Тропический циклон циклон образовавшийся в тропических широтах атмосферный вихрь с пониженным атмосферным давлением в центре. В отличи...