книги из ГПНТБ / Кожинов В.Ф. Озонирование воды

По первому способу необработанный воздух охлаждается до 10°С путем пропуска его через теплообменник, имеющий два

6°С путем пропуска его через змеевик, погруженный в сосуд с

Рис. 54. Охлаждение воздуха

I — группа охлаждения; 2 — испаритель группы охлаждения

Оба эти способа позволяют извлекать сравнительно боль­ шое количество воды из обрабатываемого воздуха с помощью простой конденсации и без замораживания охладительных элементов. Кроме того, дегидратор получает воздух, обладаю­ щий постоянными физическими характеристиками. Это способст­ вует повышению эффективности обезвоживания, значительно снижает стоимость аппаратуры, уменьшает габариты установки и упрощает управление ею.

Комбинированный метод осушения при больших расходах воздуха позволяет легко получать точку росы порядка —50°С, что обеспечивает отличное проведение тихого разряда с опти­ мальной электрической отдачей.

5. ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Для решения практической задачи — получения сухого воз­ духа с максимально допустимым содержанием влаги 0,05 г/м3— следует рекомендовать комбинированный метод, т. е. сначала производить глубокое охлаждение воздуха на холодильной ус­ тановке, а затем завершающую осушку его на адсорберах. В качестве хладагента используется дифтордихлорметан, так на­ зываемый фреои-12. С помощью фреоновой холодильной уста­ новки можно понизить температуру воздуха с 30 до 2°С, чем достигается уменьшение его влажности с 35 до 5,6 г/м5, или с

4,4 до 0,7%. /

100

Холодильная установка позволяет получить еще более глу­ бокое охлаждение, но при условии обязательного периодическо­ го ее размораживания. Последнее необходимо производить в целях устранения обледенения проходов для воздуха, которое может вызвать прекращение действия установки. Поэтому, ох­ лаждение воздуха доводят только до температуры не'.ниже 2°С.

Схема действия холодильной установки представлена на рис. 55.

Рис. 55. Схема действия холодильной установки

Атмосферный воздух с помощью воздуходувки 1 засасывает­ ся в приемную камеру 2 трубчатого испарителя 3. Здесь про­ исходит охлаждение воздуха (но не ниже чем до 2°С). При движении воздуха над поверхностью воды во влагоотделителе 4 выпадает конденсат; отсюда влага периодически удаляется че­ рез выпуск 5. Далее осушенный и охлажденный воздух по тру­ бопроводу 6 направляется в адсорберы для завершения дегид­ ратации.

В трубчатом испарителе 3 воздух охлаждается вследствие испарения фреона-12. Этот газообразный хладагент бесцветен и безвреден и в сухом состоянии не взаимодействует с метал­ лами (кроме магниевых сплавов). Компрессор 7 засасывает из испарителя 3 пары фреона и сжимает их до давления конден­ сации, вызывая их нагревание, и нагнетает в трубчатый кон­ денсатор 8. Здесь пары фреона переходят в жидкое состояние, отдавая тепло циркуляционной воде, которая движется по трубкам конденсатора. Сжиженный фреон поступает в реси­ вер 9, где происходит его накопление. Отсюда фреон возвра­ щается через теплообменник 14 с помощью регулирующего уст­ ройства 10 в трубчатый испаритель 3. Регулирующее устройство смонтировано на специальном щите. Здесь размещается термо­

101

регулирующий вентиль 11 марки ТРВ-40, который позволяет поддерживать требуемый уровень жидкого фреона в испари­ теле 3 и предупреждает 'возникновение гидравлического уда­ ра, опасного для компрессора. Если необходимо остановить компрессор, автоматически включается соленоидный вентиль 12 марки СВФ-25 и прекращается подача жидкого фреона к термо­ регулирующему вентилю 12. На том же щите перед каждым терморегулирующим вентилем ставится фильтр-осушитель 13 для удаления влаги и очистки фреона с помощью силикагеля, размещенного в особой сетке.

Теплообменник 14 обеспечивает перегрев паров фреона пе­ ред поступлением их в компрессор 7. Это защищает компрес­ сор от попадания влажных паров фреона.

На выходе из испарителя в зависимости от степени перегре­ ва паров фреона терморегулирующие вентили автоматически подают жидкий фреон в трубчатый испаритель 3. Сюда подво­ дится также циркуляционный рассол, за счет тепла которого происходит кипение фреона и охлаждение рассола. Образующи­ еся пары фреона засасываются компрессором. 7, и весь цикл повторяется.

В качестве рассола используется раствор хлористого каль­ ция в воде. Рассол, приготовляемый в баке емкостью 6 м3, за­ сасывается и нагнетается специальным насосом. На трубопро­ воде, отводящем рассол из теплообменника 14, устанавливается небольшой уравнительный бачок. Для отделения масла, уно­ симого фреоном из компрессора 7, у трубчатого конденсатора 8 устраивается масляный фильтр 15.

6. РАСЧЕТ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА, ПОСТУПАЮЩЕГО В ОЗОНАТОРЫ

102

Атмосферный воздух засасывается через воздухозаборную шахту с жа­

ются).

Для иодачн атмосферного воздуха приняты водокольцевые воздуходувки марки ВК-12 производительностью по 10,05 м3/мин при давлении 1,5 ати и скорости вращения 960 об/мин с электродвигателями А-82-6 мощностью 40 кет каждый. Всего необходимо установить 28,5 :110,05—13 рабочие воздухо­

дувки н дополнительно одну резервную.

На всасывающем трубопроводе каждой воздуходувки устанавливается внсдииовый фильтр с пропускной способностью до 50 м3/мин, что вполне

удовлетворяет расчетным условиям.

Первая ступень осушки воздуха осуществляется с помощью фреонового холодильного агрегата. Атмосферный воздух охлаждается с 26 до 6°С вслед­ ствие испарения фреона-,12 (при температуре—<115°С).

Количество холода, необходимого для охлаждения воздуха,

Qox. B0 3 i= 'V '. возд7сА7=1710 -1,293 -0,241 -20=10 650 ккал/ч,

где Vox, возд. —количество охлаждаемого воздуха в м3/ч;

Количество влаги в воздухе q в общем виде определяют по формуле

q= a V,

где а — влагосодержание в воздухе при данной температуре в кг/м3 (при­

нимается по табл. 29).

■При значении t\ =2.6°С величина =0,02686 кг/м3, а при - значении

/;=6°С величина 0 2 = 0,007474 кг/м3. Тогда:

<7^—0,02686 -956 =25,7 кг/ч;

<72=0,007474-863=6,45 кг/ч.

103

Продолокение табл. 29

9ап= <7i—<72=25,7—6,45 = 19,25 кг/ч.

Количество холода, необходимого для охлаждения паров влаги в аппа-

того, принимаем один резервный агрегат той же марки. Вес каждого агре­

гата 1150 кг.

Подача рассола (см. рис. 55). Количество рассола хлористого кальция,

циркулирующего через кожухотрубный теплообменник, определяется по фор­ муле

телем мощностью 4,5 кет при скорости вращения 2900 об/мин.

Теплообменник. Поверхность теплообменника,, необходимого для охлаж­

104

Вторая ступень осушки воздуха. После охлаждения н осушки во фрео­

новом холодильнике воздух поступает на окончательную досушку в адсор­ беры автоматического действия марки АГ-50.

В настоящее время такие автоматические установки марки АГ-50 вы­ пускаются серийно Курганским заводом химического машиностроения. В со-

Ри'С. 56. Адсорбционная установка марки АГ-50

башни 1 и воздухоподогреватель 2. На рис. 56 показаны: вход воздуха на подогрев 3 и на осушку 4, выход сухого воздуха 5, сброс воздуха от реге­ нерации 6, продувка башни 7, вход охлаждающей воды 8 и сброс воды 9.

Как видно из рис. 56, установка АГ-50 оборудована двумя четыреххо-

'довыми кранами-переключателями. Кроме того, она имеет электропривод, блок электроустройств, щит управления автоматики и коммуникационные трубопроводы для воздуха и воды.

Количество осушаемого воздуха для трех рабочих озонаторов состав­

ляет Qох. возд - 3-450 = [1350 м3/ч.

105

Продолжительность рабочего цикла т адсорбции 'принимаем равной 8 ч.

Вес адсорбента Рад при равной высоте двух слоев загрузки — алюмогелем

исиликагелем — должен быть:

р_ kQox. п од " ( -л—</:!)100

=(267-0,25+188-0,22) / ■2-6°^ S— - 6 ) =17710 ккал.

106

Р 'ал и .P'chji— веса алюмогеля н силикагеля в одной башне, -соответственно равные 267 и 188 кг;

С\ и с2—теплоемкости алюмогеля н силикагеля (см. табл. 28), соответствен­ но равные 0,25 и 0,22 ккал/кг-град\

i а— ^температура адсорбента в период регенерации в °С;

t возд— температура подогретого воздуха на входе в адсорбер в °С.

где Р м— вес металла, равный 1200 кг; см— теплоемкость металла, равная 0,12 ккал/кг-град.

Расход тепла на нагрев и испарение влаги, выделяющейся при регене­

Расход тепла Qa на -нагрев и испарение этой влаги составляет:

С23=(7„л(г+Д^)=44(540+100)=28 160 ккал,

107

Фильтр представляет собой конусообразный стакан .из металлической сет­ ки. В качестве фильтрующего материала попользуется войлочная ткань. Мо­ гут быть применены и другие конструктивные типы аппаратов аналогичного назначения.

'Необходимая поверхность фильтрации в пылевом фильтре

п — число одновременно действующих адсорберов.

Г л а в а VI

СМЕШИВАНИЕ ОЗОНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ВОДОЙ

1. ТЕХНОЛОГИЯ СМЕШИВАНИЯ ВОДЫ С ОЗОНИРОВАННЫМ ВОЗДУХОМ

Для обеспечения действия озона на воду необходима аппа­ ратура, позволяющая быстро и с минимальной стоимостью осуществить полное смешивание больших расходов воды и озо­ нированного воздуха.

В настоящее время применяются следующие основные спо­ собы смешивания озоно-воздушной смеси с водой, а именно:

1)барботирование с помощью пористых или перфорирован­ ных диффузоров;

2)инжекция с помощью гидравлического эмульсатора;

3)механическая инжекция с помощью ротационного эмуль­ сатора.

-Кроме того, практикуется метод так называемого косвенно­ го смешивания озоно-воздушной смеси с водой.

Наиболее простой и экономичный способ смешивания ос­ новывается на диффузии мельчайших пузырьков озона непо­ средственно в самой толще воды. Поэтому нужно создать ус­ ловия для наилучшего контакта между газом и водой. Раньше полагали, что для эффективного рассеивания пузырьков воз­ духа в воде -следует применять прокладки из щебня, перфори­ рованные диски и другие устройства, аналогичные по своему рассеивающему действию. Все это оказалось совершенно из­ лишним, так как пузырьки озонированного воздуха не слива­ ются друг с другом. Выходя в бесчисленном количестве из

108

диффузора в контактную камеру, пузырьки рассеиваются в во­ де, совершая вращательные движения, и никогда не соединяют­ ся между собой.

Объем пузырьков возрастает по мере их восхождения снизу вверх по контактной камере, вследствие того что давление во­ ды в ней постепенно убывает. Однако количество озона в объе­ ме пузырька по мере его подъема уменьшается, и к тому вре­ мени, когда пузырьки доходят до поверхности воды, весь со­ державшийся в них озон уже поглощен водной средой. Переход массы озона происходит путем диффузии через поверхность со­ прикосновения озонированного воздуха с жидкостью. Таким об­ разом, необходимо максимальное развитие поверхности кон­ такта воды и озоно-воздушной смеси.

'Современные методы расчета перехода вещества из газовой фазы в жидкую основаны на пленочной теории диффузии. Со­ гласно теории, по обе стороны поверхности соприкосновения образуются неподвижные пленки i(диффузионные слои), кото­ рые отделяют поверхность от основной массы соответствующей фазы. При этом делается допущение, что в основной массе фазы концентрации постоянны и изменения их происходят только в диффузионной пленке.

2. ОБМЕН МЕЖДУ ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗАМИ

'В соответствии с пленочной теорией диффузии общее уравне­ ние массопередачи показывает, что количество абсорбирован­ ного газа прямо пропорционально поверхности и продолжитель­ ности контакта фаз, участвующих в процессе.

Уравнение массопередачи для одного пузырька может быть представлено в виде

С и Св — объемная концентрация озона соответственно в -газе и обрабатываемой воде в г/см3;

'Коэффициент массопередачи в формуле можно записать в виде

k, = D j z ,

где D — коэффициент диффузии в см2/сек; z — толщина пленки в см.

Поттер предложил теорию граничных слоев, учитывающих их гидродинамическое состояние и возникающее распределение

109