книги из ГПНТБ / Кожинов В.Ф. Озонирование воды

скоростей за счет движения ламинарных однонаправленных по­ токов. Следовательно, скорость перехода озона из тазовоздуш­ ной смеси в воду, т. е. весовое количество озона dG, растворяе­ мое за элементарный промежуток времени dv, можно выразить уравнением массопередачи

где k\ — коэффициент массопередачи, отнесенный к концент­ рации озона в жидкости, в см/сек;

Ср— равновесная концентрация озона в воде <в г/см3. Уравнение показывает, что скорость растворения озона в

воде возрастает с увеличением коэффициента массопередачи-/гь поверхности контакта фаз F и равновесной концентрации озо­ на в воде Ср.

Гомелла [16] при определении- -равновесной концентрации озона в воде Ср полагает необходимым учитывать влияние дав­ ления, Тогда

C,=R,C £ ,

где С — концентрация озона в газе; ра — атмосферное давление;

р — общее давление воды и газа в аппарате;

Rt — коэффициент распределения по формуле (8).

3.ДИФФУЗИЯ ПУЗЫРЬКОВ ОЗОНА В ТОЛЩУ воды

Впроцессе абсорбции озона водой можно различать три по­ следовательных этапа: 1) образование пузырьков; 2) подъем их

вводной толще; 3) разрыв пузырьков на поверхности воды. На первом этапе происходит непрерывное увеличение и обновление поверхности контакта фаз и скорость абсорбции весьма значи­

тельна. На втором этапе диффузия озона в толщу воды при постоянной ее глубине зависит от диаметра пузырька, скоростиего подъема и гидродинамических условий. Под этим общим определением следует понимать суммарную поверхность фаз, время пребывания пузырьков в контактной камере, равномер­ ность и интенсивность смешивания озоно-воздушной смеси с водой. Третий этап характеризуется абсорбцией непрореагировавшего озона в слое воздуха над поверхностью воды в кон­ тактной камере. Поскольку концентрация озона здесь мала, а поверхность контакта относительно невелика, абсорбция на этом этапе не имеет существенного значения.

В сравнительно ограниченный период времени практически невозможно обеспечить переход всего озона из пузырьков в во­ ду. Поэтому часть озона бесполезно теряется на выходе из контактных камер. Чем выше концентрация озона в озониро­ ванном воздухе, тем меньшими будут потери озона как по абсо­

110

d<0,1 мм поднимаются как твердые сферические частицы по закону Стокса; при d > 0,1 мм (число Рейнольда R e > l) ско­ ростьподъема пузырька отклоняется от скорости,- выражаемой законом Стокса, так как сопротивление при движении пузырь­

обретает форму сплющенного эллипсоида, короткая ось которо­ го расположена в направлении движения. Прямолинейный подъем пузырька заменяется движением его по спирали.

Скорость всплывания пузырьков диаметром 2—15 мм, по исследованиям Козлова и Мологина *, почти не зависит от диа­ метра и составляет 28—30 см/сек, что соответствует числу Re=700-p4500. Согласно рис. 58, наименьшие скорости всплы­ вания (24—(26 см/сек) наблюдаются при диаметре пузырька

2—4 мм.

Все ‘изложенное выше относится к условиям движения оди­ ночного пузырька. При .массовом всплывании пузырьки движут­ ся в стесненном состоявши. В начальный период это ведет к увеличению скорости перемещения пузырьков вверх по камере смешения. Затем вследствие уменьшения сечения камеры, за­ нятой жидкостью, возрастает сопротивление среды, что вызы­ вает тормозящее воздействие на скорость всплывания массы пузырьков.

По давным некоторых исследователей, константа скорости абсорбции вообще не зависит от размера пузырьков. Другие авторы пришли к неправильному выводу, что чем больше диа­ метр пузырька, тем лучше происходит процесс абсорбции. Од­ нако легко подсчитать, что если крупные пузырьки диаметром 12,7 мм составляют 1% общего их числа, а 99% пузырьков имеют диаметр 2,5 мм, то на долю 1% крупных пузырьков при­ ходится 5% объема газа, но только 20% площади соприкосно­ вения. Следовательно, значительно уменьшается поверхность контакта фаз и снижается массопередача.

Н. А. Матвеев еще в I960 г. показал, что с уменьшением диаметра пузырька улучшается процесс абсорбции и сокра­ щаются потери озона в атмосферу.

Проведенные широкие экспериментальные исследования по­ зволили Н. А. Матвееву [53] предложить расчетную формулу для определения коэффициента поглощения озона или, что то же, коэффициента полезного действия контактной камеры.

Формула Н. А. Матвеева имеет следующий вид:

• 4 = 1 — ( 1 + 0 , Ш ) 3 ;

р = - (0 ,1 13—0,0017^----- /- ^ 7Г- .

0 ,2 5 - -Д _

1 «Известия АН ССОР. Отдел технических наук», 1951, № 8.

112

С увеличением диаметра пузырька коэффициент насыщения озона г|

если нельзя достигнуть тонкого рассеивания озона диффузорами, приходится увеличивать высоту контактной камеры до 5—6 м. Удлинять продолжитель­ ность контакта более 7—10 мин не следует, так как это не оказывает суще­

ственного влияния на значение коэффициента т). В рассматриваемом примере продолжительность контакта составляет:

5. КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ БАРБОТАЖНОЙ КОНТАКТНОЙ КАМЕРЫ

В прежних' установках рассеивание озона осуществлялось фильтросными пластинами, заделанными в специальные коро­ ба. Последние размещались по дну контактных камер. Прак­ тика показала, что при использовании фильтросмых плит не­ редко возникают осложнения. Так, Б. Л. Вахлер [22] отмечает, что в начале эксплуатации Чаеов-Ярской станции происходили нарушения контурного и поперечного уплотнения фильтросных плит. Это вызывало потери озона и привело к замене фильтрос­ ных плит пористыми трубками внутренним диаметром 70 мм и наружным диаметром 120 мм при длине каждого звена 700 мм. Условный диаметр пор составляет 100 мк. Размеры контактной камеры в плане 1,7X5 м, и, таким образом, площадь ее попе­ речного сечения равна 10,5 м2. Высота слоя воды Н = 4,9 м. По дну камеры уложены в три ряда 1'5 звеньев труб ((по пять труб з каждом ряду).

114

Рис. 59. Перфорированные карборундные трубки для диф­ фузии озона в воду

Интересно отметить, что на американской станции Белмонт первоначально также были применены фильтросные плиты, но из-за частых .нарушений плотности стыковых швов их заменили дырчатыми карборундными трубами. Пропускная способность отверстий в трубах 76 л/мин озонированного воздуха на 1 дц- поверхностп при потере напора 5 см. Внутренний диаметр труб 76 мм, наружный 114 мм, длина звена 915 мм. Способ монтажа этих труб-диффузоров ви­

тавляла 5,65 м. Следовательно, трубки-диффузоры рассеивали озон пузырьками диаметром не более 2,5—3 мм, как это сле­ дует из табл. 30.

На рис. 61 изображены детали фильтросных труб — керами­ ческих блоков, изготовляемых Кучиноким заводом керамиче­

•115

завода керамических изделий 1(см. рис. 61), имеющие поры раз­ мером 60—ilOO мк и действующие в оптимальном режиме дис­ пергирования при интенсивности -распыления ау = 19,7-р -25,6 м*/м*-ч [55].

Необходимая -общая площадь всех распыливающих элемен­ тов контактной камеры барботажного типа

Рис. 62. Контактная камера -круглого в плане сечения

w — интенсивность .распыления на единицу площади по­ ристых распылителей -в ж3/ж2-ч. - (

Количество .распыливающих элементов

ИУобщ-Уэ,

где fэ — площадь одного элемента.,

Металлокерамические распылительные трубы следует -распо­ лагать по дну контактных камер на расстоянии 0,4 ж между осями, а керамические трубы — на расстоянии 0,-5 ж. При такой компоновке барботажные факелы соединяются между собой на высоте 2 ж, и далее весь объем контактной камеры заполняется пузырьками. В первой зоне также происходит циркуляция, вы­

117

званная разностью удельных весов воздушно-водяной смеси в объеме факела и воды.

Высоту слоя воды 'над 'распылителями следует принимать равной # = 4+--5 м. Продолжительность пребывания воды в кон­ тактной камере должна быть не менее 5 мин.

Пример. Рассчитать контактную камеру бар’ботажного типа для следую­

500имных расстояниях между осями 0,5 м. Тогда длина камеры

При вводе озона в контакт с водой способом барботировання количе­ ство подаваемого воздуха не находится в жесткой зависимости -от количе­ ства обрабатываемой воды. Это позволяет регулировать подачу воздуха. Производительность воздуходувок обычно подбирают так, чтобы, включая в действие одну, две или три воздуходувки, можно было изменять отно­ шение газовой смеси к объему обрабатываемой воды. Значения этих отно­ шений обычно принимают разными 0,25; 0,5 или 1. В данном примере

118

6.ДРУГИЕ СПОСОБЫ ВВОДА ОЗОНА В КОНТАКТ С ВОДОЙ

ИВЫБОР МЕТОДА ИХ СМЕШИВАНИЯ

Ввод озона в контакт с водой способом барботирования озоно-воздушной смеси по системе Торичелли. Этот метод мо­ жет осуществляться в^напорной контактной камере, конструк­ ция которой предложена Торичелли (г. Берн, Швейцария,

рис. 64),

119