5 Визначаємо ефективність очищення

= = 0,999 = 99,9 %.

Практична робота 6 Розрахунки технології і апаратів екстракції

Мета роботи – набуття навичок розрахунків апаратів екстракції для очищення стічних вод.

Основні положення

Екстракція – це вибіркове вилучення компонента з рідини за допомогою рідкого розчинника. Екстракція припускає взаємну нерозчинність фаз. Фазу, що очищається, називають рафінадом (Р). Фазу, яка збагачується забруднюючою речовиною (ЗР), називають екстрагентом (Е) – до контакту, і екстрактом - після контакту. Однією з умов процесу екстракції є достатня різниця густин фаз, і вони відповідно у схемах позначаються: ВФ – важка фаза (як правило, Р); ЛФ – легка фаза (як правило, Е).

Завдання до практичної роботи

Розрахувати екстракційний апарат очищення стічних вод від забруднюючих речовин за вхідними даними. Накреслити схему апарата екстракції з конструкційними.

Таблийя 6.1 – Вхідні дані

Забрудню-юча речовина	Екстра-гент	ρл, кг/м3	m	Qсв, м3/год	Свх, мг/м3	Свих, мг/м3
Саліцилова кислота	Толуол	790	126	110	10	0,4

Розрахунок.

1 Фактор екстракції

,

де С_вх і С_вих – вхідна й необхідна вихідна (ГДК) концентрація забруднюючої речовини в стічній воді.

Ψ = - 1 = 24

2 Об'ємна витрата екстрагента, м³/год:

,

де – витрата стічної води, м³/год;

m – коефіцієнт розповсюдження.

Q_є = * 110 = 20,9 м³ /с

3 При вхідному чистому екстрагенті концентрація речовини, що витягується, в екстракті С_е, мг/л:

= = 50,4 мг /л

4 Необхідний ступінь екстракції

= = 0,96

5 Площа поперечного перерізу апарата S, м²:

,

де , – витрата стічної води й eкстрагента, м³/с;

w – швидкість потоку, м/с (у розрахунках брати w= =0,02 м/с).

S = = 1,81

6 Діаметр колони d, м:

= = 1,51

7 Висота колони (з конструкційних міркувань) Н, м:

H=7d = 7 * 1,51 = 10,6

8 Висота відводу ВФ (із рівняння сполучених посудин) h, м:

,

де ρ_л і ρ_в – густини ЛФ і ВФ. У нашому випадку за густину ВФ береться густина води: ρ_в =1000 кг/м³;

h_л і h_в – висоти ЛФ і ВФ;

Припускаючи, що Н = h_л+h_в, можна задати h_л або h_в (наприклад, h_л =Н/7) і розрахувати висоту виводу ВФ.

h_л = = = 1,5;

h_В = H - h_л = 10,6 – 1,5 = 9,1;

h = * 1,5 + 9,1 = 10,3.

Рисунок 6.1 - Схема апарата екстракції

Практична робота 7 Розрахунки електрокоагулятора

Мета роботи - закріплення теоретичних знань і набуття навичок з розрахунку електрокоагулятора для очищення стічних вод.

Основні положення

Коагуляція - процес укрупнення дрібних дисперсних частинок у результаті їх взаємодії з коагулянтами, які у воді утворюють пластівці гідроксидів металів. Пластівці вловлюють частинки, накопичують їх і осідають під дією сили тяжіння. Як коагулянти застосовують солі алюмінію (сульфат алюмінію, хлорид алюмінію), заліза (хлорид заліза) та їх суміші. Їх витрата становить 0,1-5 кг/м³ стічних вод.

Електрокоагуляція – процес утворення нерозчинних гідроксидів у стічній воді під дією електричного поля. Електрокоагулятор (рис. 7.1) оснащений блоком електродів зі сталі або сплавів алюмінію. На електроди подається постійна напруга 12-24 В, при цьому струмове навантаження становить 250-4000 А. Під дією електричного поля дисперсні системи коагулюють із гідроксидами заліза або алюмінію, що переходять у воду з електродів і випадають в осад.

Незважаючи на значну витрату електроенергії, електрокоагуляційне очищення стічних вод дозволяє перейти на зворотне водопостачання, тому що при цьому ефективність очищення становить 0,9-0,95, вода практично повністю очищається від бактерій. Це приводить до збільшення терміну використовування води у технологічному процесі, виключає шкірні захворювання обслуговуючого персоналу.

Завдання до практичної роботи

Розрахувати електрокоагулятор за наведеними даними

Таблиця 7.1 – Вихідні дані.

Q, м3/год	n	B, м	τ, хв	h, м	h1, м	h2, м	a, м	c, м	b, м
30	7	1,9	5	0,95	0,10	0,30	0,05	0,02	0,007

Розрахунок.

1 Корисний об’єм електрокоагулятора V, м :

V= n·Q·τ,

де n – кількість електрокоагуляторів (не менше 2);

Q – витрати стічної води, м³/год;

τ – тривалість обробки стічної води, год. Оптимальна тривалість обробки становить τ =1–5 хв.

V = = 17,5м²;

2 Загальна висота електрокоагулятора Н, м:

Н=h+h₁+h₂,

де h=0,8–1 м – робоча висота шару рідини;

h₁=0,05–0,1 м – висота шару піни;

h₂=0,2–0,3 м – висота бортів електрокоагулятора над рівнем піни.

Н = 0,95 + 0,10 + 0,30 = 1,35 м;

3 Загальна кількість електродів m, шт.:

,

де В – ширина установки, м;

а = 0,05 м – відстань від стінки установки до крайнього електрода;

c = 0,01–0,02м – відстань між електродами;

b = 0,005–0,008 м – товщина електрода.

m = = 66 шт.

4 Площа одного електрода f, м²:

f=(L - 0,1)·h,

де L – поперечний розмір установки, м: L=V/( В·h·n).

L=17,5/(1,9*0,95*7) = 1,38 м

f = (1,38 – 0,1) * 0,95 = 1,21 м²

5 Загальна маса електродної системи М, кг:

М= f·m·b·ρ,

де ρ – густина матеріалу електродів, кг/м. Густина сталі (заліза) ρ = 7900 кг/м³, густина алюмінію ρ =2700кг/м³.

М = 1,21*66*0,007*2700=1509 кг

6. Визначаємо силу струму I, А:

I= k·Q

де k – питома кількість електрики, що необхідна для розчинення металу електродної системи, А·год/м³. Для сталевих електродів k = 73,4 А·год/м³, для алюмінієвих k = 55 А·год/м³.

I= 55*30 = 1650 А

7 Витрата матеріалу електродів G, г/м³:

G= k·γ·N,

де γ =0,4 – коефіцієнт виходу по струму;

N – електрохімічний еквівалент металу, г/ А·год. Для сталі (заліза) N=0,695 г/А·год, для алюмінію N=0,336 г/А·год.

G = 55 * 0,4 * 0,336 = 7,39 г / м³;

8 Тривалість роботи електродної системи τ_д, діб:

,

де β=0,8–0,9 – коефіцієнт використання електродної системи;

– добова витрата стічної води м³/доб.: Q_доб,= Q·τ_год, де τ_год – тривалість роботи апарата за 1 добу, год/добу.

Q_доб = 30 * 24 = 720 год.

τ_д = = 241 діб.

Рисунок 7.1 -Схема електрокоагулятора

1 – корпус; 2 – електроди; 3 – джерело живлення.

Практична робота 8