Дослідження інтенсифікації флотаційного процесу в флотаційному пристрої. Характеристика дисипативно-сорбційну моделі масопереносу розчинних забруднень. Гідродинамічні показники циклонного флотатора. Параметри масопереносу і гідродинаміки у флотаторі.
Аннотация к работе
Глобальні масштаби фільтрування водоймищ, звідки деколи отримується вода, є причиною повсюдного виникнення біологічного забруднення та, звязаного з ним, погіршення якості природних вод. Розвиток водорості до ступеня “цвітіння” води супроводжується інтенсивним розвитком бактеріофлори, в тому числі патогенної, вміст котрої доходить до 32% від біомаси водорості. На водопровідних станціях в технології очищення води використовують процес хлорування води, що викликає появу ряду низько концентрованих, однак, досить шкідливих хлорорганічних сполук. Для одержання якісної води треба удосконалити систему очищення води на станціях водопідготовки та доочищати технологічну та водопровідну воду на підприємствах та в побуті. Ні один з існуючих способів очищення води не дозволяє мати воду, котра відповідала б вимогам державного стандарту по якості очищення.В змішувачі в турбулентному газорідинному потоці з обєму рідини забруднення переносяться до поверхні бульбашок. Для розчинених забруднюючих речовин швидкість переносу забруднень залежить від властивостей фаз та швидкості дисипації енергії. На основі відомих моделей оновлення поверхні контакту фаз та дисипативної моделі масовіддачі вирішено диференційне рівняння переносу маси розчиненої забруднюючої речовини з глибини рідини до поверхні бульбашок в прямоточному газорідинному змішувачі. За умови, коли забруднення не заповнюють монопрошарком повністю поверхню бульбашок, одержано рівняння, за допомогою якого можна визначити залежність змінення концентрації ?С забруднень в обємі рідини: В розвиток відомої дисипативної моделі масовіддачі була одержана залежність для визначення ? в змішувачі: Де: ? - поправний коефіцієнт; Виконано теоретичні дослідження змінювання ?С в обємі рідини флотатора від часу перебування ? рідини при різних швидкостях дисипації енергії, змінення співвідношення витрат фаз G/L, а також змінення ?С від питомої поверхні контакту фаз.Розроблена експериментальна установка для дослідження якості очищення повітря, яке надходить у флотатор. Одержані експериментальні залежності Wo та L від тиску Р води перед флотатором, коефіцієнта гідравлічного опору ? флотаторів від Wo, газоутримання ? від Р, коефіцієнта виносу ? від зміни тиску в патрубку видалення забруднень, коефіцієнта гідравлічного опору ?ц циклона від швидкості Wt газорідинної суміші в тангенціальному патрубці циклона. В експерименті доведено, що в розроблених конструкціях ежекційно-циклонних пристроїв можна підтримувати високий газовміст потоку при зміні тиску води від 0,02 до 0,15 МПА. При зміні тиску води від 0,02 до 0,15 МПА на вході у флотатор ступінь очищення води була 35-45%. На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень розроблено ежекційно-циклонні флотатори “Водопад” та “Флотатор” для доочищення води, які можуть бути використані для водосистем з тиском від 0,03 до 0,3 МПА.Виявлено, що для очищення води доцільно використовувати флотаційне та озонофлотаційне обладнання, при використанні якого додатково не забруднюється навколишнє середовище та очищується вода від різних забруднень при малих енерговитратах. В результаті аналізу конструкцій флотаційних пристроїв розроблена їх класифікація та визначено метод інтенсифікації процесу очищення води шляхом реалізації ежекційно-циклонного варіанту пристрою, в якому процес масопереносу забруднень з обєму рідини до поверхні бульбашки та виділення пінокрапельного потоку забруднень прискорюється на 1-2 порядки порівняно з процесом в відомих барботажних пристроях. Вперше розроблена дисипативно-сорбційна модель масопереносу розчинних забруднень з обєму рідини до поверхні бульбашки в прямоточному газорідинному потоці, в якому враховано вплив гідродинаміки потоку та фізичних властивостей фаз. Вперше розроблена математична модель руху бульбашки в циклонному флотаторі, в якій враховано вплив на процес фізичних властивостей середовища та розмірів пристрою. Експериментально встановлені основні закономірності змінення витрат рідини та коефіцієнта гідравлічного опору ежекційно-циклонного пристрою, газоутримання потоку в ежекційному змішувачі, витрат забруднюючої рідини в циклоні, коефіцієнта гідравлічного опору циклону, діаметра бульбашок в ежекційному змішувачі, концентрації забруднень в обємі рідини флотатора, а також впливу очищення повітря при барботажі через розчин солі.
План
. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ
Вывод
1. Проведено аналіз методів очищення води. Виявлено, що для очищення води доцільно використовувати флотаційне та озонофлотаційне обладнання, при використанні якого додатково не забруднюється навколишнє середовище та очищується вода від різних забруднень при малих енерговитратах. Розповсюджені флотаційні пристрої мають суттєві недоліки - великі габарити та матеріалоємкість.
2. В результаті аналізу конструкцій флотаційних пристроїв розроблена їх класифікація та визначено метод інтенсифікації процесу очищення води шляхом реалізації ежекційно-циклонного варіанту пристрою, в якому процес масопереносу забруднень з обєму рідини до поверхні бульбашки та виділення пінокрапельного потоку забруднень прискорюється на 1-2 порядки порівняно з процесом в відомих барботажних пристроях. До того ж, застосування водоповітряного ежектора дозволяє зменшити електроенергетичні витрати.
3. Вперше розроблена дисипативно-сорбційна модель масопереносу розчинних забруднень з обєму рідини до поверхні бульбашки в прямоточному газорідинному потоці, в якому враховано вплив гідродинаміки потоку та фізичних властивостей фаз. Одержано теоретичні залежності та виконано розрахунки масопереносу в прямоточному газорідинному потоці. Для встановлення рівновісної концентрації забруднень в воді при заданих параметрах процесу і перепаді тиску газорідинного потоку близько 0,1 МПА достатньо часу змішування порядку секунди, що в сотні раз менше, ніж в відомих флотаційних пристроях. Отримана залежність для розрахунку діаметра бульбашки газу в турбулентному потоці та залежність швидкості підняття бульбашки від її діаметра.
4. Вперше розроблена математична модель руху бульбашки в циклонному флотаторі, в якій враховано вплив на процес фізичних властивостей середовища та розмірів пристрою. Отримані залежності для розрахунку конструктивних розмірів циклону. Вперше отримані та розвязані чисельним методом рівняння руху бульбашок в закрученому потоці. Розроблена методика та програма розрахунку на ЕОМ гідравлічної характеристики циклонного флотатора.
5. Експериментально встановлені основні закономірності змінення витрат рідини та коефіцієнта гідравлічного опору ежекційно-циклонного пристрою, газоутримання потоку в ежекційному змішувачі, витрат забруднюючої рідини в циклоні, коефіцієнта гідравлічного опору циклону, діаметра бульбашок в ежекційному змішувачі, концентрації забруднень в обємі рідини флотатора, а також впливу очищення повітря при барботажі через розчин солі. Експериментально підтверджена адекватність одержаної теоретичної залежності для розрахунку зміни концентрації розчинених забруднень в обємі рідини при проходженні її через ежекційно-циклонний пристрій.
6. Розроблено конструкції та технічні умови на ежекційно-циклонні флотаційні пристрої “Водопад” та “Флотатор” для доочищення води. Час перебування води в запропонованих флотаторах на декілька порядків меньший, ніж у відомих барботажних флотаторах. Ступінь доочищення водопровідної води у флотаторах від іонів важких металів, СПАР, бактерій становив 30-70% та 30-85% відповідно у “Водопаді” та “Флотаторі”.
7. Розроблено методику та програму розрахунку на ЕОМ циклонного флотатора. інтенсифікація гідродинамічний флотатор
8. Експериментально знайдено основні характеристики лампового генератора озону та експериментально доказано суттєвий вплив озону на покрашення якості доочищеної води в ежекційно-циклонному пристрої.
9. На основі виконаних досліджень та розробок вирішено наукову проблему, що сприяє рішенню народногосподарської задачі - удосконалення пристроїв для очищення води.
Список литературы
1. Ермакова Е.П., Юшко В.Л. Диссипативно-сорбционная модель флотационного прямоточного смесителя// Вопр. химии и хим. технологии. - 1998. - №4. - C. 60-62.
2. Ермакова Е.П., Юшко В.Л. Математическая модель циклонного флотатора // Вопр. химии и хим. технологии. - 1999. - №2. - C. 57-59.
3. Ермакова Е.П., Санин Ф.П. Исследования движения пузырька газа в закрученном потоке //Вопр. химии и хим. технологии. - 1999. - №4. - C. 57-59.
4. Ермакова Е.П. Применение эжекционно-циклонных флотационных аппаратов // Химия и технология воды. - 2000. - Т. 22, №6. - C. 643-653.
5. Заявка на винахід №2000010308. Україна, МПК 7 С02F1/24. Пристрій для доочищення рідини / П.П. Єрмаков, О.П. Єрмакова (Україна). - від 19.01.2000.
6. Сегай А.М., Ермакова Е.П., Костюк В.А., Розработка высокоэффективных реакторов озонирования воды и внедрения их на Днепровской водопроводной станции Киева// Материалы IV Междунар. научно-техн. конф. “Питьевая вода-98”. - Одесса: Астропринт. - 1998. - C. 125-127.
7. Ермаков П.П., Ермакова Е.П., Калинин А.Е. Вода-проблемы и пути решения// Тезисы докладов III Всеукраин. научно-практ. конф. “Современная техника очистки воды”. - Днепропетровск: Пороги. - 1997. - C. 18-21.
8. Ермакова Е.П., Яриз В.А., Ермаков П.П. Новая техника очистки воды // Тезисы докладов III Всеукраин. научно-практ. конф. “Современная техника очистки воды”. - Днепропетровск: Пороги. - 1997. - C. 21-24.
9. Ермакова Е.П., Яриз В.А. Эжекционно-циклонная флотация// Тезисы докладов III Всеукраин. научно-практ. конф. “Современная техника очистки воды”. - Днепропетровск: Пороги. - 1997. - C. 48-49.