Розглянути конструкції дегазаторів та методику їх розрахунків

Д

Рис. 31. Схема вентилятора градирні:

1 – вентилятор, 2 – дерев'яна насадка; 3 – подача води: 4 – випуск повітря: 5 – розподільні сопла; 6 – відведення дегазованої води.

егазація передбачає видалення з води розчинених в ній газів, що повідомляють воді неприємні присмаки і запахи або що роблять її корозійний активній. До таких газів в першу чергу відносяться: сірководень, вуглекислота і кисень. Видалення з води сірководню обов'язково при використовуванні її для господарський - питної мети. Виділення з води вуглекислоти проводять при стабілізаційній обробці води, зм'якшуванні води Н–Na-катіонує, при іонітному знесоленні води, при знезалізненні води аерацією. Кисень витягують при підготовці води для казанів і систем гарячого водопостачання, а також для деяких виробництв.

Методи видалення газів з води підрозділяються на фізичні і хімічні, для видалення сірководню може бути використаний також біохімічний метод. Для більш швидкого протікання процесу дегазації води необхідно максимально розвивати поверхню зіткнення фаз вода–повітря.

Аерацію води можна здійснювати дощуванням, фонтануванням, пропусканням через градирні і застосуванням дегазаторів.

Дощування води проводиться за допомогою спеціальних пристосувань. В найпростішому випадку вони є дерев'яні з отворами ящиками, їх поміщають над приймальними резервуарами. Висоту падіння води в таких спорудах приймають в межах 2–3 м.

Ф

Рис. 32. Схема плівкового дегазатора

онтанування води проводять у відкритих залізобетонних або бетонних басейнах, над якими за допомогою спеціальних сопел розбризкується вода. Сопла встановлюють одиночний або групами (пучками) на розподільних трубах, до яких магістраллю підводиться оброблювана вода. За допомогою сопел окремі струмені води розпиляли і утворюють «факели», між якими протікає повітря. Швидкість надходження води з сопел повинна бути такою, щоб забезпечувати найбільший час перебування її в повітрі і якнайкращий ефект розпиленості. Кількість розбризкуваної води на 1 м² площі басейну приймають рівним 1 м³/год. Проектування бризкаючих басейнів для фонтанування води включає:

вибір типу сопел залежно від напору води і ступеня її забруднення зваженими речовинами, що дегазується;

визначення розмірів басейну і його конструювання;

складання схеми розташування сопел і розподільних трубопроводів за площею басейну;

гідравлічний розрахунок трубопроводів.

Градирні, вживані в деяких випадках для дегазації, за способом створення поверхні розділу повітря – вода діляться на краплинні, плівкові і бризкають, а за способом руху повітря – на баштові і вентилятори. Основними частинами градирень є: витяжна башта, розподільник води, зрошувальна система і збірний резервуар. В краплинних градирнях вода по всьому перетину розподіляється за допомогою лотків і жолобів. В днищах останніх є ряд отворів, в які вставлені трубки. По них вода поступає на розбризкуючи тарілки і потім у вигляді крапель стікає по дерев'яному, що складається з рейок, зрошувальному пристрою. В плівкових градирнях зрошувальна система утворена з вертикальних суцільних дерев'яних щитів, близько розташованих один до одного. По них у вигляді плівки стікає вода назустріч потоку повітря. В бризкаючих градирнях вода розпиляла над зрошувальною системою за допомогою сопел. Вентилятори, градирні мають примусове дуття або відсмоктування повітря. Вони є циліндровими резервуарами з піддоном і дірчастим помилковим дном, на якому розміщують насадку з керамічних кілець Рашига або дерев'яних рейок, так звану хордову насадку. Зверху через розподільний пристрій подається вода, знизу вдувається вентилятором повітря; випуск води з піддону проводиться через гідравлічний затвор. Габарити вентиляторів градирень значно менше в порівнянні з іншими типами градирень, а продуктивність вище.

Вживані у водопідготовчих установках для видалення з води розчинених газів апарати-дегазатори можуть бути наступних типів:

• плівкові, завантажені кільцями Рашига, кусковою насадкою або дерев'яної хордової, працюючі в умовах протитечії води і повітря, що подається вентилятором;

• барботажні з насадкою, з кілець Рашига або кусковий і подачею повітря повітродувкою;

• вакуумні з відсмоктуванням пари і газів вакуумом-насос, пара- або водоструминним ежектором.

Плівкові дегазатори з насадкою з кілець Рашига є різновидом вентиляторів градирень, їх застосовують при глибокому видаленні з води вуглекислоти і сірководню, а також при частковому видаленні вуглекислоти для знезалізнення води.

Такі ж дегазатори з дерев'яною хордовою насадкою використовують в тих випадках, якщо продуктивність установки не перевищує 150 м³/год.

Барботажниє дегазатори застосовують для глибокою видалення вуглекислоти на установках з продуктивністю не більше 20 м³/год. Вакуумні дегазатори з насадкою з кілець Рашига використовують при глибокому (0,01–0,05 мг/л) або частковому (0,3–0,5 мг/л) знекиснення води, а також при сумісному видаленні вуглекислоти і кисню.

Плівкові дегазатори (рис. 32) є циліндровими резервуарами, в нижню частину яких поступає повітря. Назустріч ньому по насадці стікає вода, що дегазується. Насадка розташовується на проміжному днищі, виготовленому з дірчастого листа або у вигляді зварної рами з куткової сталі.

Діаметр отворів або величина прозорів в днищі приймається 20 мм Відстань від дна дегазатора до проміжного днища повинна дорівнювати 600 мм В місці виходу води з дегазатора влаштовується гідравлічний затвор, висота якого на 20% більше максимального напір, створюваного вентилятором. Вода, що поступає на дегазацію, розподіляється по перетину апарату за допомогою розподільної плити, розміщеної над насадкою на висоті 150 мм В плиті укріплюють 48 патрубків для відведення води, що підносяться над поверхнею плити на 100 мм, і 8 патрубків для виходу повітря заввишки 400 мм Патрубки для виходу повітря забезпечуються відбивними ковпаками. Відстань від розподільної плити до кришки дегазатора приймається рівним 500 мм Підведення води знаходиться в центрі кришки. Діаметр труби для відведення повітря визначається, виходячи з швидкості руху повітря в ній 5–6 м/сек.

Як насадка в дегазаторах застосовують кільця Рашига 25X25X3 мм (ГОСТ 748–67), гравій і кокс. Характеристика цих матеріалів приведена в табл. 5.

Таблиця 5. Характеристика насадок для дегазаторів

Матеріал насадки	Середній розмір в мм	Кількість шматків в 1 м2	Питома поверхня насадки в м; м3	Вага насадки в кг/м3
Гравій круглий Кокс кусковий Те ж >> >> Кільця Рашига	42 43 41 29 24 25X25X3 35Х 5X4	14400 14000 12250 27700 64800 64000	80,5 77,0 86.0 110.0 120.0 204,0 140,0	- 455 585 660 600 532

Густина зрошування насадки водою приймають: при глибокому видаленні з води вільної вуглекислоти або вільного сірководню – 60 м³/м²год;

при частковому видаленні вільної вуглекислоти для знезалізнення води – 90 м³/м² год;

Витрата повітря складає в м³/м³ води:

При глибокому видаленні вільної вуглекислоти 15

При глибокому видаленні вільного сірководню 12

При частковому видаленні вільної вуглекислоти 4

При використовуванні в дегазаторах хордової насадки густину зрошування приймають рівній 40 м³/м²год і витрата повітря - 20 м³/м³ води. Основні параметри таких дегазаторів приведені в табл. 3.3. Опорою для щитів насадки служить постамент у вигляді кільця заввишки 600 мм Зазор між зовнішньою поверхнею кільця і внутрішньою поверхнею корпусу дегазатора приймають рівним 10 мм Щити насадки розділяють по висоті дерев'яними кільцями або палітурками завтовшки 50 мм

При розрахунку плівкових дегазаторів з протитечією води і повітря поверхню насадки F в м² визначають по рівнянню:

(1.1)

G – кількість газу, що видаляється, з води в кг/год;

Рср – середня сила десорбції, що рухається, в кг/м³;

K_ж – загальний коефіцієнт десорбції в м/год.

Кількість видаленого газу G в кг/год визначають на підставі початкових даних по формулі

(1.2)

де q _рік – витрата води в м³/год;

Свх – концентрація газу в початковій воді в мг/л;

Свих – залишкова концентрація газу у воді після дегазатора в мг/л.

Таблиця 6. Основні параметри дегазаторів з дерев'яною насадкою

Продуктивність в м3/год	Внутрішній діаметр корпусу в мм	Розмір дошок насадки в мм	Величина зазорів між дошками в ряді в мм	Площа поверхні насадки в одному щиті з урахуванням ребер жорсткості в м	Середній еквівалентний діаметр насадки в мм
10 15 20 30 40 50 75 100 150	55 690 805 980 1130 1260 1550 1790 2190	50x13 50X13 50x13 50X13 50X13 80X13 80X13 80X13 80X13	20 20 20 20 20 40 40 40 40	1,02 1,48 1,99 2,92 3.85 4,03 6,16 8,15 12,01	0,078 0,078 0,078 0,078 0,078 0,104 0,104 0,104 0,104

Примітка. Одним щитом слід рахувати два ряди дошок, що скріпляють ребрами жорсткості.

Значення середньої рушійної сили десорбції Р_ср залежить від вмісту газу, що видаляється, у воді і повітрі. Враховуючи, що рівноважна концентрація газу, що видаляється, у воді визначається його концентрацією в повітрі, величину Рср в г/м³ можна обчислити, використовуючи формулу

(1.3)

де С_р.вх і С_р.иіх --рівноважні концентрації газу, що видаляється, у воді при вході її в дегазатор і при виході в г/м³.

При проектуванні звичайно залишковий вміст газів в г/м³ у воді (С_віх) після різного типу дегазаторів приймають в межах:

Вуглекислота 3 – 10

Кисень 0,01-0,5

Сірководень 0,1.

Для спрощення розрахунків величини Р_ср доцільно користуватися даними графіків, наданих на рис. 33.

При частковому видаленні вуглекислоти в процесі знезалізнення Р_ср знаходять, використовуючи залежність

(1.4)

Значення коефіцієнта десорбції К_ж через рідинний прикордонний шар, в основному що чинить опір масообміну, залежить від відносної швидкості води і повітря в апараті, температури і коефіцієнта дифузії газу, що видаляється. Його величину для різних типів десорберов, щільностей зрошування і температур знаходять, використовуючи графіки, приведені на мал. 32. У разі видалення сірководню, величину К_ж обчислюють по формулі

109,9 (1.5)

де f –площа поперечного перетину дегазатора в м²;

SH₂О₂ –розчинність сірководню у воді в кг/м³атм. При даній температурі і парціальним тиску 1 ат її величина може бути визначений з наступних даних:

t⁰C 15 20 25

S_SH2 5,95 4,45 3,45

Рис. 33. Графік для визначення середньої рушійної сили десорбції при С_вих:

1 -3;2-5;3- 10; 4 - 3; 5-5; 6- 10; 7- 0,01; в - 0,05; 9 - 0,1; 10-0,5; 11-0,1 мг/дм³

–видалення С0₂ в контактних дегазаторах;

--------------- – видалення Н₂S у плівкових дегазаторах;

-×-×-×-×-×-×-×-×-× – видалення О₂ у вакуумних дегазаторах;

-××-××-××-××-××-×× – видалення С0₂ у вакуумних

Рис. 34.Графік для визначення загального коефіцієнта десорбції:

1, 11, 14 – з кільцями Рашига; 2 – з коксом (24 мм); 3,10 – з гравієм (42 мм); 4 –з коксом (29 мм); 5, 8 –з коксом (41 мм); в, 9 – з коксом (43 мм); 7 – вуглекислого газу; 12 – 3 дерев'яною хордовою насадкою заввишки 0,078 м; 13 – з дерев'яною хордовою насадкою заввишки 0,104 м; 15 – кисню

–видалення С0₂ в контактних дегазаторах;

--------------- – глибоке видалення СО₂ в плівкових дегазаторах;

--------- – видалення газів в вакуумних дегазаторах;

------ – часткове видалення С0₂ в плівкових дегазаторах

У випадку застосуванні і дегазаторі дерев'яної хордової насадки внутрішня його поверхня також бере участь в розвитку межі розділу фаз. Ця поверхня складає приблизно 7,5% поверхні насадки. Тому кількість щитів насадки знаходять шляхом розподілу площі насадки, яку приймають рівній F (1–0,075), на площу поверхні одного щита. Висота робочої частини дегазатора в мм визначається по рівнянню

H_н = 2n(h+)-h (1.6)

де n – кількість щитів насадки;

h – висота між рядами дошок і між щитами в мм;

 – товщина дошок насадки в мм.

Продуктивність вентилятора розраховують, виходячи з приведених вище питомих витрат повітря.

Необхідний натиск визначають, враховуючи наступні його втрати: в насадці з кілець Рашига – 30 мм вод. ст. на 1м висоти шару при глибокому видаленні вуглекислоти і 15 мм вод ст. на 1 м висоти шару при частковому видаленні вуглекислоти; в насадці дерев'яної, хордової - 10 мм на 1 м висоти дегазатора; в розподільній плиті – 10 мм вод. ст.; в різних місцевих опорах приблизно 15–20 мм вод. ст.

Дегазатори барботувального типу залежно від залишкової концентрації газу, що видаляється, можуть бути односекційними або двохсекційними (мал. 34). В останньому випадку вода проходить послідовно через обидві секції розташовані одна над іншою. Необхідний об'єм робочої частини дегазатора при цьому ділиться порівну між секціями. Повітря, що поступає в дегазатор, також розділяється на два рівні потоки і поступає паралельно в кожну секцію. Висота повітряного простору над шаром води в секціях повинна бути не менше 0,5 м. Для подачі повітря використовуються повітродувки РМК.-1 і РМК.-2. Діаметри і трубопроводів визначаються, виходячи з швидкості повітря 7–10 м/сек.

Повітророзподільну плиту виготовляють з вініпласту або органічного скла; діаметр отворів для проходу повітря рівний 2 мм, крок отворів – 10 мм У отвору для виходу повітря з дегазатора влаштовується відбивний щиток. Для розбризкування води застосовують дірчасті стакани із заглушеним дном. Діаметр отворів в них для проходу води 10 мм Сумарна площа отворів для розбризкування води повинна дорівнювати половині перетину трубопроводу, що підводить. Витрату води на одиницю площі барботувального дегазатора приймають рівним 60 м³/м² год. Питома витрата, повітря при барботуванні 10 м³/м³ води. Основні параметри барботувальних дегазаторів приведені в табл. 7

Рис. 35. Схема барботувального дегазатора:

а – розріз; б – план; в – схема.

	Рис. 36. Графік для визначення коефіцієнта десорбції в барботувальних дегазаторах.
	Рис. 37. Графік залежності температури кипіння води від тиску.

Робочий об'єм дегазаторів барботувального типу в м³ визначають по формулі

(1.7)

де К_о – коефіцієнт десорбції, віднесений до одиниці об'єму в 1/год, значення його знаходять з графіка, приведеного на рис. 34. Величини G і Р_ср знаходять по формулах (1.2) і (1.3).

Вакуумні дегазатори дозволяють значно інтенсифікувати і підвищити ефективність видалення газів з води. Розрізняють вакуумні дегазатори без підігріву і з підігрівом води. Останні застосовують в тих випадках, коли необхідна глибока дегазація, а вакуумний пристрій не забезпечує пониження тиску до такого, яке відповідає точці кипіння води при даній температурі або близьке до нього (рис. 37).

Таблиця 7. Розрахункові дані для барботувальних дегазаторів

Продуктивність дегазатора в м3/год	Площа поперечного перетину в м2	Внутрішній діаметр дегазаторів в плані в мм	Кількість отворів діаметром 2 мм на повітророзподільній плиті
5 10 15 20	0,083 0,167 0,250 0,333	290х290 410х410 500х500 580х580	830 1670 2500 3330

Для вільного витікання води з вакуумних дегазаторів (рис. 38) їх встановлюють над збірним резервуаром на такій висоті, щоб тиск води в трубопроводі, що відводить, перевищував величину вакууму в апараті. Зменшити цю висоту можна за рахунок відсмоктування води насосом.

Площу поперечного перетину вакуумних дегазаторів визначають, приймаючи густину зрошування насадки 50 м³/м² год.

Ї

Рис. 38. Вакуумний дегазатор.

1 – подача води; 2 – відсмоктування газів; 3 – розподільна тарілка; 4 – насадка; 5 – відведення дегазаторної води; 6 – місце установки водомірного скла.

х завантажують кільцями Рашига або дерев'яною насадкою. Поверхня завантаження визначається по формулі (3.1). Що входить у формулу величиниG по рівнянню (3.2); K_ж - з графіків приведених на рис. 34 і 33.

Продуктивність вакуумного пристрою для відсмоктування паро-газової суміші V в м³/год обчислюють, використовуючи наступну залежність:

при видаленні з води кисню

; (1.8)

при видаленні з води вуглекислоти

; (1.9)

де Gк і Gу – кількості кисню або вуглекислоти, що видаляються з води в кг/год; обчислюються вони по формулі (3.2); t –температура води в °С;

p_к і p_у – парціальний рівноважний тиск кисню і вуглекислоти у воді виходить з дегазатора в атм.

Останні величини підраховуються на підставі формули

, ат (1.10)

де S – розчинність кисню або вуглекислоти у воді в г/м³ ат при даній температурі і парциальном тиску газу 1 ат.

Розрахований по формулах (3.8), (3.9) об'їм парогазової суміші приводиться до нормальних умов (t = 0°С і р=1 ат) по рівнянню

, м³ /год

де р – тиск парогазової суміші при температурі в дегазаторі.