Розглянути розрахунок адсорбційної установки

1. Визначають загальну площу F_заг, м², паралельно працюючих адсорберів:

F_заг= Q/v

де Q – витрата стічних вод, м³/год.

2. Знаходять число паралельно працюючих адсорберів:

N = F_общ/ F_адс

Де F_адс – площа поперечного перетину одного адсорбера; при необхідності транспортування адсорбера по залізниці F_адс приймається не більше 10 м², при виготовленні на місці експлуатації – не більше 20 м².

3. Определяют загальну висоту вугільного завантаження Н_общ, м, послідовно працюючих адсорберів;

Н_общ,=Нм +Н_р

де Нм – длина зони масопередачі, укладеної між шарами з С₀ і С_пр, м; С_пр – концентрація забруднень у воді, що контактує з відпрацьованим активним вугіллям, мг/л; С_пр – максимально допустима концентрація забруднень в обчищеній воді, мг/л.

Величину Н_м визначають експериментально на моделі адсорбера діаметром не 30 мм, заввишки 6–12 м при V = 4– 10 м/год або приймають Н не більше 12 м при V = 10 м/год і при доочистці води від С₀ = 250 мг/л до С_пр = 30 мг/л, вважаючи по ХПК. В тих же умовах при V – 4 м/ч орієнтовно можна прийняти Н = 5 м.

4. Резервну висоту вугільного завантаження Нр забезпечуючи необхідну якість доочистки в період вивантаження відпрацьованого вугілля і включення в роботу чистого сорбента, приймають не менше 20% Нм або визначають по формулі

Нр = ut.

де u – швидкість переміщення фронту проскакування (води з концентрацією Спр), м/ч; t – тривалість періоду перевантаження адсорберів, ч.

5. Величину u визначають експериментально за наслідками динамічних дослідів або орієнтовно по формулі

де  – порозність вугільного завантаження, рівна приблизно 0,5; a₀ – величина адсорбції, мг/г, рівноважна С₀ приймається за експериментальними даними. За відсутності таких даних орієнтовно приймають u – 2– 6 см/год.

6. Визначають число послідовно працюючих адсорберів (звичайно приймається не більше 3):

n=H_заг /H_адс

де Н_адс –высота вугільного завантаження в одному адсорбері, м.

7. Обчислюють тривалість фільтроциклу одного адсорбера Т_ф, ч, після закінчення початкового періоду роботи установки (1–3 доби) по формулі:

,

Розглянути стадії роботи йонітових фільтрів та приклади технологічних схем обробки води

Принципова схема роботи йонітового фільтра наведена на рис. 42.

Розглянемо стадії його роботи під час очищення води від розчинених домішок.

Д

Рис. 42. Стадії роботи йонітових фільтрів.

1 – початкова та промивна вода; 2 – регенераційний розчин; 3 – очищена вода; 4 – відведення відпрацьованого регенераційного розчину та промивної води; 5 – вода для спушування; б – відведення води для спушування

ля вилучення з води катіонів застосовують катіоніти, що перебувають у Н-, Nа- абоNН₄-формі. Очищення води від аніонів здійснюють за допомогою аніонітів в ОН-, НС0₃- або СІ-формі. Якщо спочатку катіоніт повністю перебував у Н-формі, то всі катіони, наявні у воді, після обміну на йони водню будуть затримані шаром катіоніту, а йони водню перейдуть у фільтрат, надаючи йому кислої реакції. При цьому кислотність фільтрату відповідатиме сумі концентрацій усіх катіонів, ще містились у воді до фільтрування. Якщо в цій воді є аніони НСОз, то значення рН фільтрату зумовлюється концентрацією аніонів НСО₃ і значенням першої константи дисоціації карбонатної кислоти. Наприклад, при =10^-3н рН фільтрату дорівнюватиме 5.

Якщо у воді до фільтрування аніонів НСОз немає, а сума концентрацій катіонів становить 10 ^-3 н, то рН фільтрату дорівнюватиме 3.

На практиці під час очищення води якість роботи Н-катіонітового фільтра контролюють за кислотністю або концентрацією катіона Nа⁺ у фільтраті, оскільки завдяки найменшій константі обміну ці йони рухатимуться по шару попереду всіх, а їх максимальна концентрація дорівнюватиме загальній концентрації катіонів у воді до фільтра. При наближенні концентраційного фронту катіонів Nа⁺ до нижніх шарів Н-катіонітового фільтра вони з'являються у фільтраті, і стадія роботи Н-катіонітового фільтра на цьому закінчується. Фільтр відключають при появі катіонів Nа⁺ у фільтраті в заданій концентрації.

У разі використання Na-катіонітових фільтрів контролюють, як правило один з основних технологічних показників – жосткість, яка спочатку знижується, потім триматиметься на рівні можливостей аналітичного визначення, а далі почне зростати, коли концентраційний фронт йонів твердості наблизиться, до нижніх шарів йоніту.

У процесі роботи йонітового фільтра під час переходу йоніту з однієї форми в іншу відбувається зменшення діаметра його часточок, внаслідок чого порозність шару йоніту зменшується, а гідравлічний опір зростає. Крім того, при баторазовому стисканні та розширенні в ході експлуатації йоніти з малою осмотичною міцністю стають дрібнішими. ЦІ часточки, потрапляючи в проміжки між зернами завантаження фільтра, також спричинюють зменшення порозності шару та збільшення його гідравлічного опору. Тому після завершення стадії роти здійснюють спушування фільтруючого шару, внаслідок якого відбувається перебудова шару йоніту з щільного в більш пухкий і одночасно вибувається подрібнені часточки.

Для відновлення здатності відпрацьованого йоніту до обміну йонів після спушування здійснюють регенерацію. Тривалість стадії регенерації завжди менша порівняно зі стадією роботи; чим більша різниця в часі перебігу цих стадій, тим краще з технологічного погляду організовано процес очищення.

Після закінчення регенерації виконують відмивання йонітів. У процесі відчування з йонітів видаляються як продукти регенерації, так і регенеруючі агенти. Як правило, процес відмивання йоніту розпочинають безпосередньо після пропускання регенеруючого агенту, коли частина останнього ще залишається у фільтрі. Процес відмивання (промивання) контролюють за концентрацією регенеруючого агенту у промивній воді.

Режим кожної операції слід вибирати таким чином, щоб забезпечити потрібну якість очищеної води. Крім того, мають бути забезпечені надійність та економічність роботи установки очищення. З метою оптимізації режиму роботи йонітових фільтрів потрібно виконати розрахунки їх роботи. Одним з основних показників, що характеризують процес фільтрування на йонітових фільтрах, є швидкість пропускання оброблюваної води через вільний переріз фільтра, тобто швидкість фільтрування. Як свідчить досвід експлуатації йонітових фільтрів, зазвичай застосовують такі швидкості фільтрування (v), м/год:

Nа-катіонітовий фільтр І ступеня 20-30

Н-катіонітовий фільтр у схемі Н-Na-катіонування 10-20

Н-катіонітовий фільтр з неповною ("голодною") регенерацією 10-20

Н-катіонітовий фільтр у схемі часткового знесолення 10-20

Nа-катіонітовий фільтр II ступеня 40

Н-катіонітовий фільтр І ступеня 30

Н-катіонітовий фільтр II ступеня 50

ОН-аніонітовий фільтр І ступеня 20

ОН-аніонітовий фільтр II ступеня 20

Як випливає з цих даних, швидкість фільтрування для II ступеня йонування приймають вищою, ніж для І. Це допустимо, оскільки початкова концентрація забрудників С₀ у воді, що надходить на II ступінь, менша, ніж у воді, яка надходить на І ступінь. За заданої потужності даного ступеня йонування Q (м³/год) обчислимо необхідну площу фільтрування:

S=Q/v_ф

Після визначення потрібної площі фільтрування за характеристиками стандартних фільтрів (площа одного фільтра. S, м² та діаметр d, м) вибираємо кількість фільтрів п, які перебувають у роботі на даному ступені йонування. З урахуванням визначеної кількості фільтрів обчислимо справжню швидкість фільтрування:

V_ф=Q/Sn

Максимальна висота шару йоніту у фільтрі обмежується типорозмірами стандартних йонітових фільтрів та гідравлічним опором фільтруючого шару Тому за потреби мати висоту більшу, ніж типорозмір фільтра, використовують два або більше ступенів. Для фільтрів різного типу приймають таку висоту шару, м:;

Nа-катіонітовий фільтр І ступеня 2.5

Н-катіонітовий фільтр у схемі Н-Nа-катіонування 2.5

Н-катіонітоеий фільтр з неповною ("голодною") регенерацією 2.5

Н-катіонітовий фільтр у схемі часткового знесолення 2.5

Н-катіонітовий фільтр І ступеня 2.5

ОН-аніонітовий фільтр І ступеня 2.5

Nа-катіонітовий фільтр II ступеня 1.5

Н-катіонгговий фільтр II ступеня 1.5

ОН-аніонітовий фільтр II ступеня 1.0