Процессы и аппараты защиты окружающей среды

Кафедра экологии и природопользования

КУРСОВАЯ РАБОТА

Процессы и аппараты защиты окружающей среды

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..3

1 Гравитационное осаждение частиц. Ионный обмен в растворах сточных вод. Термические методы кондиционирования осадков сточных вод…………..5

Гравитационное осаждение частиц…………………………………………5
- Гравитационные аппараты ………………………………………………....23
Ионный обмен в растворах сточных вод……………………..…………...25

1.2.1 Классификация ионообменных смол…………………………...……….....29

1.2.2 Ионнообменные установки………………………………………...……….43

1.3 Термические методы кондиционирования осадкой сточных вод…….….47

1.3.1 Установки для термической очистки осадков сточных вод……….……..55

2 Практическая часть…………………………….……………………………56

2.1 Очистка отходящих газов ……………………………..………………..56

2.1.1 Расчет пылевой камеры…………………...………………………………...58

2.1.2 Расчет циклона………………………………………………...…………….60

2.1.3 Расчет полого скруббера……………………………………………………61

2.2 Очистка сточных вод………………………………………………………..62

2.2.1 Расчет ионитного фильтра…………………...……………………………..64

Заключение…………………………………………………………………………66

Список использованных источников……………………………………………..67

Приложение А. Графическая часть……………………………………………….68

Введение

В современных условиях защита окружающей среды стала важнейшей проблемой, решение которой связано с охраной здоровья нынешних и будущих поколений людей и всех других живых организмов. Забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательства об охране Земли, ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, растительного и животного мира, но и в познании причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями природной среды.

Изменения в окружающей среде пока опережают темпы развития методов контроля и прогнозирования ее состояния. Научные исследования в области инженерной защиты окружающей среды должны быть направлены на поиск и разработку эффективных методов и средств снижения отрицательных последствий различных видов производственной деятельности человека (антропогенного воздействия) на окружающую среду.

Все антропогенные факторы, оказывающие нежелательное воздействие на окружающую среду, подразделяют на механические, химические, физические (энергетические) и биологические. К механическим факторам относят пылевые частицы в атмосферном воздухе, твердые частицы и разнообразные предметы в воде, инородные вещества в почве и некоторые другие, к химическим -газо- и парообразные, жидкие и твердые вещества (химические элементы и их соединения), поступающие в окружающую среду и взаимодействующие с ее компонентами. Физические факторы -это теплота, вибрация, шум, ультразвук, ионизирующие излучения и электромагнитные поля. К биологическим факторам относят виды микроорганизмов, появившиеся при участии человека и наносящие вред ему самому или живой природе.

Основной урон окружающей среде накосят сброс сточных вод, выбросы загрязняющих веществ (поллютантов) в атмосферу и накопление твердых отходов.

Сточные воды классифицируют ка хозяйственно-бытовые, атмосферные (или ливневые) и промышленные. По содержанию загрязняющих веществ, сточные воды разделяют на условно – чистые и загрязненные. Хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся в результате жизнедеятельности человека, относительно постоянны по составу - загрязняющие вещества примерно на 60 % органического происхождения, на 40 % - минерального. Обычно их направляют на городские (районные) очистные сооружения. Атмосферные (ливневые) сточные воды - результат стокаосадков с определенных территорий - поступают непосредственно в водные объекты или системы канализации. Состав стоков разнообразен, зависит от вида хозяйственных объектов на данной территории. Промышленные сточные воды образуются в результате водопотребления в различных технологических процессах. При этом около 90 % воды, использованной в производственном процессе, возвращается в водоемы с различной степенью загрязнения. Состав загрязняющих примесей зависит от вида производства и может быть чрезвычайно разнообразным.

Выбросы в атмосферу подразделяют на твердые, жидкие, газо-, парообразные и смешанные. Эффективный путь снижения вредных выбросов в атмосферу - внедрение малоотходны х производств и технологических процессов, повышение эффективности действующих установок очистки воздуха, внедрение замкнутых воздушных циклов с частичной рециркуляцией воздуха. Промышленные агрегаты должны быть оборудованы пыле- и газоулавливающими средствами. Однако 75 % вентиляционных установок выбрасывают удаляемые ими вредные примеси в зону аэродинамической тени производственных зданий, что обусловливает повышенную загрязненность воздушных бассейнов территорий промышленных площадок и создает дополнительный фон концентраций вредных примесей внутри производственных помещений. Среди источников загрязнений атмосферного воздуха городов и поселков следует выделить тепловые генерирующие станции, автомобильный транспорт, производства черной и цветной металлургии и др.

Развитие промышленных предприятий часто связано с увеличением объема твердых отходов, содержащих вредные вещества. Твердые отходы делят на бытовые, промышленные и смешанные. Проблема утилизации твердых отходов актуальна для различных отраслей. Многообразие твердых отходов определяет и разнообразные инженерные решения, используемые для их утилизации: переработка во вторичное сырье, термические методы обезвреживания, механические процессы измельчения и агломерации, компостированне после термического обезвреживании. Однако до сих пор значительное количество твердых отходов направляют на захоронение на специальных полигонах.

Из множества проблем, вставших перед человечеством в последние десятилетия, одной из важнейших является проблема чистой питьевой воды, которая в XXI веке по ряду причин резко обострилась. По данным Всемирной организации здравоохранения, почти 80% всех заболеваний вызваны именно некачественной питьевой водой, содержащей как примеси тяжелых металлов, так и бактерии большинства инфекционных болезней. При этом последствия употребления грязной воды могут наступить как немедленно, так и через несколько лет.

Гравитационное осаждение частиц. Ионный обмен в растворах сточных вод. Термические методы кондиционирования осадков сточных вод

1.1 Гравитационное осаждение частиц

Частицы аэрозоля осаждаются из потока загрязненного газа (воздуха) под действием силы тяжести. Осаждение под действием гравитационных сил происходит из-за различной кривизны траектории движения составляющих выброса (газов и частиц), вектор скорости, движения которого направлен горизонтально. Для этого необходимо создать соответствующий режим движения загрязненного газа в аппарате с учетом размера частиц, их плотности и т.д.

Осаждение, выделение в виде твердого осадка из газа (пара), раствора или расплава одного или нескольких компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. Осаждение из пара (десублимация) достигается понижением температуры (напр., при охлаждении паров йода возникают кристаллы йода) или химических превращений паров, к которому приводят нагревание, воздействие радиации и т.д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагревании паров летучих б-дикетонатов металлов в присутствии О₂ осаждаются пленки твердых оксидов металлов.[4]

Осаждение может протекать:

- под действием силы тяжести (гравитационное осаждение или седиментация);

- под действием центробежных сил (центробежное).

В системах гравитационного осаждения частиц должно выполняться следующее условие: время пребывания элемента потока частиц в осаждающем аппарате должно быть больше или равно времени осаждения частиц.

Фактором, ограничивающим процесс гравитационного осаждения частиц, является также турбулентный перенос (или турбулентная диффузия). Турбулентный перенос обычно вызван конвективными потоками, определяемыми либо разностью плотностей среды в объеме аппарата, либо последствиями ввода в аппарат и вывода из него рабочих потоков. Один из путей резкого повышения эффективности процесса гравитационного осаждения частиц заключается в сокращении высоты зоны разделения H. В некоторых конструкциях, так называемых тонкослойных отстойников высота зоны разделения в десятки и даже сотни раз меньше таковой для простого емкостного осадителя. Помимо этого, благодаря большому количеству пластин удается равномерно распределить рабочий поток по сечению аппарата, исключить конвективные течения, а в жидкости исключить турбулентное перемешивание частиц. Все вместе это ведет к постепенному вытеснению из практики традиционных емкостных отстойников. [3]

1.1.2 Гравитационные аппараты

Осаждение твердых частиц под действием силы тяжести называется отстаиванием. Отстаивание, в основном, применяется для предварительного грубого разделения неоднородных систем. Простейшим отстойником для пылей (запыленных газов) является отстойный газоход.

Установка вертикальных перегородок в газоходе приводит к возникновению инерционных сил, что способствует процессу осаждения твердых частиц. Запыленный газ подается непрерывно, а пыль из бункеров выгружаю.

Известно, что производительность отстойников прямо пропорциональна поверхности осаждения. Поэтому установка горизонтальных полок в пылеосадительной камере резко увеличивает производительность аппарата. Вертикальная отражательная перегородка обеспечивает равномерное распределение газа между полками. Степень очистки в таких камерах невелика и составляет 30 – 40 %, причем частицы размером 5 мкм и меньше вообще не отделяются.[5]

Пылеосадительные камеры.

Одним из простейших сепараторов твердых взвешенных частиц является пылеосадительная камера, где выпадение частиц пыли происходит под воздействием сил тяжести (эффект гравитационного осаждения частиц). Как правило, такой способ дополняется резким изменением направления и скорости потока для достижения инерционного эффекта и повышения, тем самым, эффективности пылеосаждения. Хотя стоит отметить, что эффективность пылеосадительных камер – невысокая.

В промышленности пылеосадительные камеры используются для предварительной обработки газов. Их применяют на первых уровнях систем газоочистки, для улавливания крупных фракций пыли (более 100 мкм) и снижения нагрузки на аппараты последующих ступеней. Ограждающие конструкции пылеосадительных камер выполняются стальными, кирпичными или железобетонными, в зависимости от требуемых размеров, они так же могут быть полыми или иметь рассекатели (перегородки), для достижения инерционного эффекта, как в жалюзийных пылеуловителях.[5]

Эффективность пылеосадительных камер во многом зависит от времени, которое частицы находятся внутри камеры, и от скорости пылевого потока. Скорость движения газов в пылеосадительных камерах составляет в среднем 0,2 - 1 м/с; в пылевых мешках – 1-1,5 м/с.

Стандартные конструкции пылеосадительных камер и пылевых мешков инерционного типа.

Основным минусами пылеосадительных камер являются их громоздкость (требуются большие производственные площади) и низкая эффективность очистки, хотя данные аппараты и отличаются низкими показателями гидравлического сопротивления. [18]

Многополочная пылевая камера.

Авторы изобретения Ф. Б. Лютин, Л. Н. Быховер, Н. А. Введенская, С. В. Герасимов и Л. А. Агуренкова.

Изобретение относится к устройствам для улавливания пыли и может быть использовано в металлургической и химической промышленности. Основным недостатком многополочной пылевой камеры является проблема удаления уловленной пыли с осадительной поверхности. Накопленную пыль с полок удаляют гребками через люки и бункер, промывают полки или, если они наклонены, периодически ударяют по ним. Иногда полки выполняют поворотными, поворот осуществляют вручную в момент разгрузки. Все это усложняет их эксплуатацию.

Целью изобретения является упрощение эксплуатации многополочной камеры.

Поставленная цель достигается тем, что в многополочной пылевой камере, содержащей корпус с полками, установленными на осях с возможностью поворота, последние снабжены стяжкой, соединяющей шарнирно полки между собой, и рычагом с противовесом, жестко установленным на одной из поворотных осей. Камера снабжена упорами, установленными в верхней части корпуса.

Крепление поворотных осей полок с эксцентриситетом более 25% при постоянном противовесе приводит к частому опрокидыванию полок, вызывающему механический износ аппарата и повышенную запыленность газа на выходе из камеры. Уменьшение эксцентриситета на величину менее 15% соответствует большему накоплению пыли на полках, обуславливающему также повышенный вынос пыли из камеры. Шарнирная связь полок между собой стяжкой обеспечивает одновременный поворот всех полок ряда. Упоры, установленные в корпусе, выполняют роль ограничителей при повороте полок вокруг основания и обстукивающего устройства, способствующего более полному удалению с них пыли. Рычаг с регулируемым противовесом обеспечивает возвращение полок в горизонтальное положение.
На чертеже изображена схема многополочной пылевой камеры.

Камера состоит из прямоугольного или цилиндрического корпуса 1, имеющего патрубок 2 для входа запыленного газа, упоры 3 и патрубок 4 для выхода очищенного газа, бункера 5 для уловленной пыли, горизонтальных полок 6, соединенных между собой стяжкой 7 при помощи шарниров 8 и установленных на осях 9 вращения, закрепленных на корпусе 1. Снаружи камеры на верхней оси каждого ряда полок неподвижно закреплен рычаг 10 с регулируемым противовесом 11.

Работа камеры осуществляется следующим образом.

Запыленный газ проходит через патрубок 2 между полками 6 и при этом обеспыливается. Очищенный газ через патрубок 4 выходит из аппарата. Полки 6 при накоплении определенного количества пыли на них, под действием веса пыли опрокидываются, ударяются об упоры 3, установленные на корпусе 1. В результате этого пыль ссыпается с полок 6 в бункер 5, после чего полки 6 под воздействием противовеса 11 возвращаются в горизонтальное положение. В зависимости от необходимой поверхности осаждения пылевая камера может быть выполнена из нескольких последовательно установленных рядов полок.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет механизировать удаление пыли из камер, т. е. сделать этот процесс непрерывным и, тем самым, существенно упростить их эксплуатацию и сократить эксплуатационные расходы. [17]

Вихревые пылеуловители.

Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока.
В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию трех струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии, а оттуда в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз, в кольцевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно полностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками.[17]

Рисунок:
а — соплового типа: б — лопаточного типа;

1 — камера; 2 — выходной патрубок; 3 — сопла; 4 — лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 — входной патрубок; 6 — подпорная шайба; 7 — пылевой бункер; 8 — кольцевой лопаточный завихритель.

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного газа или запыленные газы. Наиболее выгодным в экономическом отношении является использование в качестве вторичного газа запыленных газов. В этом случае производительность аппарата повышается на 40 — 65% без заметного снижения эффективности очистки.

Достоинства вихревых пылеуловителей по сравнению с циклонами:

- более высокая эффективность улавливания высокодисперсной пыли;

- отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей аппарата;

- возможность очистки газов с более высокой температурой за счет использования холодного вторичного воздуха;

- возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет изменения количества вторичного газа.

Недостатки:

- необходимость дополнительного дутьевого устройства;

- повышение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат (в случае использования атмосферного воздуха);

- большая сложность аппарата в эксплуатации. [18]

Динамические пылеуловители.

Очистка газов от пыли осуществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса тягодутьевого устройства. Динамический пылеуловитель потребляет больше энергии, чем обычный вентилятор с идентичными параметрами по производительности и напору.

Наибольшее распространение получил дымососпылеуловитель. Он предназначен для улавливания частиц пыли размером >15 мкм. За счет разности давлений, создаваемых рабочим колесом, запыленный поток поступает в «улитку» и приобретает криволинейное движение. Частицы пыли отбрасываются к периферии под действием центробежных сил и вместе с 8 — 10% газа отводятся в циклон, соединенный с улиткой. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки. Очищенные газы через направляющий аппарат поступают в рабочее колесо дымососа-пылеуловителя, а затем через кожух выбросов в дымовую трубу.[18]

Рисунок:
1- «улитка»;

– циклон;
3 – пылесборный бункер.

Пылеосадительная камера.

Изобретение относится технике пылеуборки и обеспыливания, может быть использовано в вакуумных системах уборки пыли. Технический результат - упрощение конструкции, а также стабильность в работе пылеосадительной камеры.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, стабильность в работе пылеосадительной камеры.

Цель осуществляется за счет того, что пылеосадительная камера содержит корпус, патрубок для подачи аэросмеси, патрубок для отвода воздуха, разгрузочное приспособление, камеру сепарации, по меньшей мере, одну поворотную створку с направляющими пластинами. Поворотная створка установлена с возможностью регулирования ее местоположения относительно патрубка для подачи аэросмеси посредством консоли, перемещаемой вдоль направляющих, при этом каждая направляющая пластина установлена на вертикальной оси и содержит регулировочное устройство и гайку для регулирования ее по высоте вдоль вертикальной оси и угла поворота относительно направления движения потока подаваемой аэросмеси.

На фиг.1 изображен общий вид устройства,

На фиг.2 - вид А,

На фиг.3 - схема возможного расположения направляющих пластин, вид сверху.

Пылеосадительная камера содержит корпус 1 с патрубком 2 входящей аэросмеси с направлением движения ее потока 2а, патрубок 3 отвода воздуха, разгрузочное приспособление 4, поворотную створку (не обозначено) с направляющими пластинами 5, камеру 6 сепарации. Каждая направляющая пластина 5 установлена на вертикальной оси 7, которая проходит через регулировочное устройство 8, гайку 9, консоль 10. Перемещение консоли 10 осуществляют по направляющим (не изображено).

Пылеосадительная камера работает следующим образом.

Перед подачей аэросмеси через патрубок 2 вручную настраивают местоположение поворотной створки (не обозначено) относительно патрубка 2 для подачи аэросмеси. Консоль 10 перемещают вдоль направляющих (не изображено) и закрепляют любым известным способом. Вручную регулируют положение по высоте каждой направляющей пластины 5. Для этого ослабляют гайку 9, вворачивают вертикальную ось 7 в регулировочное устройство 8, в консоль 10, в тело направляющей пластины 5 по направлению к разгрузочному приспособлению 4 - для подъема направляющей пластины 5 вверх, и выворачивают по направлению от разгрузочного приспособления 4 - для перемещения вниз направляющей пластины 5. Устанавливают угол поворота направляющей пластины 5 относительно направления движения потока 2а подаваемой аэросмеси, закрепляют гайкой 9.

Включают подачу азросмеси, при необходимости всю процедуру регулировки повторяют. При наличии н-количества поворотных створок (не обозначено) в устройстве регулировку проводят поочередно с каждой. [18]

Гравитационно-инерционный пылеуловитель

Изобретение предназначено для очистки воздуха от твердых частиц пыли в промышленности строительных материалов, на асфальтобетонных и железобетонных заводах и может быть использовано в горнодобывающей, перерабатывающей промышленности и других отраслях.

Гравитационно-инерционный пылеуловитель включает корпус, подводящий и отводящий патрубки, бункер, дополнительно снабжен двумя улитками, закручивающими пылегазовый поток, переходящими в подводящий патрубок, выполненный в виде изогнутого криволинейного канала, профилированными лопатками, установленными во входном отверстии корпуса с возможностью регулирования, отсекателями бункерной зоны уголкового типа, расположенными в шахматном порядке, отводящий патрубок снабжен статическим закручивателем потока из четырех скрепленных пропеллерообразных выпуклых лопастей и щелями - прорезями с отклоненными лопатками, имеющим возможность регулирования выходящего из пылеуловителя газового потока за счет регулирующего устройства, поворачивающего цилиндр, закрывающего при этом щели-прорези, и диафрагмой, расположенной над статическим закручивателем из четырех лопастей с возможностью регулирования с наружной стороны пылеуловителя. В устройстве повышается эффективность улавливания твердых частиц пыли в пылегазовых потоках.

Изобретение относится к очистке воздуха от твердых частиц пыли в промышленности строительных материалов, на асфальтобетонных и железобетонных заводах и может быть использовано для горнодобывающей, перерабатывающей промышленности и в других отраслях.

Сущность изобретения заключается в том, что гравитационно-инерционный пылеуловитель, включающий корпус, подводящий и отводящий патрубки, бункер, дополнительно снабжен двумя улитками, закручивающими пылегазовый поток, переходящими в спиральный подводящий канал, выполненный в виде изогнутого криволинейного конструктивного элемента, профилированными лопатками, установленными во входном отверстии корпуса с возможностью регулирования, отсекателями бункерной зоны уголкового типа, расположенными в шахматном порядке, отводящий патрубок снабжен статическим закручивателем потока из четырех скрепленных пропеллерообразных выпуклых лопастей и щелями-прорезями с отклоненными лопатками, имеющим возможность регулирования выходящего из пылеуловителя газового потока за счет регулирующего устройства, поворачивающего цилиндр, закрывающего при этом щели-прорези, и диафрагмой, расположенной над статическим закручивателем из четырех лопастей с возможностью регулирования с наружной стороны пылеуловителя.

Подводящий патрубок представляет собой изогнутый криволинейный спиральный канал, построение которого осуществляется таким образом: задается направляющая и условия изменения радиуса образующей и угла наклона плоскости окружности к направляющей, строятся аксонометрические оси, фиг. 1, чертится окружность радиусом r из центра o, затем центр осей переносится на расстояние, равное высоте входного отверстия в камеру, (1/3)h_камеры, в точку o₁, из нее строится вторая окружность, причем r = (n/2)cos ₁, где n - длина боковой стороны бункера, ₁ - угол между осью oo₁ и образующей бункера, далее по линий, являющейся средней (серединной), которая определяется между окружностями в сегменте o₁bc, затем параллельно первой окружности, называющейся направляющей строятся окружности, перпендикулярные направляющей, радиус которых изменяется в зависимости от величины сечения, по мере увеличения скорости от 5 до 20 м/с радиус окружности будет уменьшаться вплоть до входного отверстия улитки, расположенного на расстоянии (1/2)r от оси oo₁. Соединив точки плоскостей окружностей, получаем циклические поверхности, полученные с двух сторон камеры от двух улиток, соединяем прямой образующей и получаем изогнутый криволинейный подводящий канал, перед попаданием в подводящий канал пылегазовый поток вначале закручивается двумя улитками, а затем поднимается вверх к корпусу, по мере увеличения сечения патрубка, теряя свою скорость, за счет чего грубые частицы потока вместе с тонкими поднимаются в вихревом потоке, причем грубые частицы оказываются прижатыми к верхней стенке подводящего канала и при попадании в камеру способствуют оседанию более мелких частиц за счет сил ударных взаимодействий, т. Е. Попадая в верхнюю часть камеры, грубые частицы оседают за счет своей массы и ударяют по мелким, направляя их в бункерную зону, и тем что отводящий патрубок выполнен в виде статического закручивателя, где пылевые частицы закручиваются и опять возвращаются в зону осаждения.

Сущность изобретения поясняется чертежом:

Пылеуловитель содержит корпус 1, подводящий патрубок 2, две улитки 3, отводящий патрубок 4, статический закручиватель 5 из четырех скрепленных выпуклых пропеллерообразных лопастей 6, прорези-щели 7 с отклоненными лопатками 8, диафрагму 9, регулирующее устройство диафрагмы 10, профилированные лопатки 11 входного отверстия камеры 12, бункер 13, отсекатели бункерной зоны первого ряда 14 и второго ряда 15 уголкового типа.

Гравитационно-инерционный пылеуловитель работает следующим образом:

Пылегазовый поток подводится к корпусу 1 вначале через две улитки 3, здесь поток закручивается и поднимается вверх к корпусу через подводящий патрубок 2, выполненный в виде изогнутого криволинейного спирального элемента, с увеличением которого пылегазовый поток теряет свою скорость с 20 до 5 м/с, причем за счет такой скорости грубые частицы вместе с тонкими поднимаются в вихревом потоке. В камеру загрязненный поток поступает через отверстие 12, снабженное профилированными лопатками 11, благодаря им газовый поток равномерно распределяется по всему сечению гравитационно-инерционного пылеуловителя. Частицы, ударяясь о стенки нижних лопаток 11 падают вниз, а часть потока, прошедшая через верхние лопатки 11, поднимается в верхнюю зону гравитационно-инерционного пылеуловителя, фиг. 3. Причем лопатки 11 имеют возможность регулирования, и расстояния от оси регулирования до осей начала и конца лопаток напрямую зависят от их длины. За счет снижения скорости потока до 2...3 м/с крупные частицы, попавшие в верхнюю зону гравитационно-инерционного пылеуловителя, осаждаются и путем ударных взаимодействий способствуют осаждению более мелких частичек. Осажденные частицы попадают в бункерную зону 13, где расположены отсекатели бункерной зоны в шахматном порядке 14 и 15, задерживающие частицы пыли от вторичного уноса, фиг.

Эффективность улавливания пылевых частиц в гравитационно-инерционном пылеуловителе зависит от его конструкции, вида пыли, ее плотности, величины максимальной фракции улавливаемой пыли, производительности пылеуловителя и т. д.

Экономический эффект от использования пылеулавливающего аппарата зависит от количества и стоимости улавливаемого материала, а также экологических потерь, получаемых при загрязнении окружающей среды. [20]

Пылеуловитель

Изобретение относится к устройствам для отделения дисперсных частиц от газов или паров.

Пылеуловитель содержит корпус, внутри которого установлена обечайка, по меньшей мере, часть обечайки выполнена перфорированной. Щелевое сопло ввода загрязненного газа введено внутрь корпуса и присоединено в верхней части обечайки тангенциально к ее внутренней поверхности, при этом сопло направлено под углом к плоскости горизонтального сечения обечайки с ориентацией в сторону ее нижней части. К нижней части корпуса присоединен бункер для сбора пыли, а в верхней части корпуса выполнен выход очищенного газа. Пространство между корпусом и обечайкой предназначено для подъема очищенного газа и по объему больше, чем пространство внутри обечайки. Результат: повышение эффективности улавливания мелкодисперсной пыли.

Изобретение относится к устройствам для отделения дисперсных частиц от газов или паров с использованием гравитационных инерционных или центробежных сил с изменением направления очищаемого потока.

Известны устройства для очистки газов от пыли, в которых очистка происходит за счет использования инерционных сил. Привлекательность таких устройств заключается в том, что они конструктивно просты, однако эффективность очистки потока от пыли в этих устройствах не всегда достаточна.

В данной конструкции за перфорированным экраном не происходит резкого замедления потока, поэтому эта конструкция недостаточно улавливает легкие пылевые фракции. В предлагаемом изобретении решается задача повышения эффективности улавливания мелкодисперсной фракции пыли.

Заявляемый пылеуловитель содержит корпус, внутри которого установлена обечайка, по меньшей мере, часть обечайки выполнена перфорированной.

Щелевое сопло ввода загрязненного газа введено внутрь корпуса и присоединено в верхней части обечайки тангенциально к ее внутренней поверхности, при этом щелевое сопло направлено под углом к плоскости горизонтального сечения обечайки с ориентацией в сторону ее нижней части.

К нижней части корпуса присоединен бункер для сбора пыли. В верхней части корпуса выполнен выход очищенного газа.

Пространство между корпусом и обечайкой предназначено для подъема очищенного газа и по объему больше, чем пространство внутри обечайки.

Входной поток загрязненного газа поступает через щелевое сопло и «прилипает» к внутренней поверхности обечайки. Далее поток распространяется вдоль этой внутренней поверхности вниз по спирали. При прохождении загрязненного потока газа частицы загрязнений трутся о стенки обечайки, теряют механическую энергию и оседают вниз, собираясь в бункере для сбора пыли. Мелкодисперсная пыль, двигаясь вниз, также попадает в бункер. Газ проникает через перфорацию обечайки и выходит через выход очищенного газа, расположенный в верхней части корпуса. Очищение потока газа от пыли происходит также за счет того, что объем внутри обечайки, где движется запыленный поток меньше, чем объем между обечайкой и корпусом, где поднимается очищенный воздух. Поэтому скорость потока внутри обечайки выше, чем скорость поднимающегося к выходу очищенного воздуха, что препятствует проявлению эффекта «засасывания» пылевых частичек в объем между обечайкой и корпусом в отверстия перфорации.

Внутри обечайки может быть дополнительно установлен цилиндрический отражатель, который позволяет регулировать объем внутри обечайки, не изменяя ее диаметра и создавая необходимое соотношение объемов внутри обечайки и за ней. Кроме того, цилиндрический отражатель прижимает поток к стенке обечайки, улучшая условия торможения частичек пыли.

Дополнительно объем упомянутого бункера может быть изолирован от объема между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью обечайки, например, шайбой. Установка такой изоляции препятствует проникновению пыли из бункера в объем между обечайкой и корпусом, где поднимается очищенный газ.

Для более эффективной очистки запыленного потока внутри обечайки на внутренней поверхности обечайки могут быть выполнены карманы, ближайшая, в направлении входящего потока газа, стенка каждого из карманов выполнена в виде уступа.

На пути плоского вертикального потока газа на поверхности обечайки встречаются уступы. За каждым уступом возникает зона пониженного давления, благодаря чему плоский основной вертикальный поток согласно эффекту Коанда отклоняется к стенке обечайки, как бы "прилипает" к ней. За каждым уступом, в зоне пониженного давления, возникает вихревой циркуляционный поток. Благодаря такой конструкции поток запыленного газа все время располагается у внутренней стенки обечайки, совершая спиралевидное движение, опускаясь вниз. Формированию потока, опускающегося вниз обечайки, способствует расположение под углом к плоскости горизонтального сечения корпуса щелевого сопла, с ориентацией в сторону нижней части корпуса. При этом очищенный воздух проходит через отверстия перфорации в обечайки и с малой скоростью поднимается вверх.

Щелевое сопло может быть ориентировано под углом к плоскости горизонтального сечения обечайки в диапазоне углов 10-20°.

Такая конструкция пылеуловителя позволяет улавливать крупно и средне дисперсные частички пыли, но особенно эффективна для мелкодисперсных частичек пыли. Чем больше разность в объеме внутри обечайки и объеме между корпусом и обечайкой, тем ниже скорость подъема очищенного газа внутри последнего пространства и тем эффективнее очистка мелкодисперсной фракции.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведен общий вид пылеуловителя, на фиг.2 - сечение верхней части пылеуловителя, на фиг.3 - схема воздуха и пыли в пылеуловителе.

Пылеуловитель содержит корпус 1, внутри которого установлена обечайка 2. Часть или вся площадь обечайки 2 выполнена перфорированной 10. Щелевое сопло 3 ввода загрязненного газа введено внутрь корпуса 1 и присоединено в верхней части обечайки 2 тангенциально к ее внутренней поверхности и направлено под углом А к плоскости горизонтального сечения обечайки 2. К нижней части корпуса 1 присоединен бункер 4 для сбора пыли. В верхней части корпуса 1 выполнен выход 5 очищенного газа. Пространство 6 между корпусом 1 и обечайкой 2 предназначено для подъема очищенного газа и по объему больше, чем пространство внутри обечайки 2. Внутри обечайки 2 по ее оси установлен цилиндрический отражатель 11. Пространство бункера 4 изолировано от пространства 6 между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью обечайки шайбой 7. Перфорация 10 обечайки 2 может быть выполнена различным образом, например, отверстия могут быть расположены в нижней части обечайки или по всей ее поверхности. Форма и направление отверстий относительно поверхности также может быть различной. Суммарная площадь отверстий в обечайке по отношению ко всей площади перфорированной поверхности обечайки регулируется в зависимости от характера запыленности газового потока, и может, например, составлять около 50% площади перфорированной поверхности обечайки. При подаче запыленного газа через щелевое сопло 3 с помощью нагнетающего вентилятора поток идет по касательной к внутренней поверхности обечайки 2, пылевые частицы тормозятся о внутреннюю поверхность и падают в бункер 4. Очищенный газ проникает через перфорацию 10 обечайки 2, поднимается в пространстве 6 и выходит через выход 5 очищенного газа. Скорость в объеме обечайки 2 и скорость газа, поднимающегося внутри пространства 6 между обечайкой и корпусом, может отличаться, например, в десять раз. Это позволяет в данной конструкции пылеуловителя очищать легкие фракции пыли, которые увлекаются потоком в бункер 4. Пыль из бункера не попадает в пространство 6, так как путь перекрыт шайбой 7. На внутренней поверхности обечайки 2 в более эффективном варианте его выполнения в обечайке 2 выполнены карманы 8, ближайшая, в направлении входящего потока газа, стенка каждого из карманов выполнена в виде уступа 9. Загрязненный газ подается через щелевое сопло 2 внутрь обечайки 2 с помощью нагнетающего вентилятора. Поток газа закручивается внутри обечайки 2 в снижающуюся спираль, при этом в зоне уступов 9 создается разряжение. Вихревые потоки в карманах 8 способствуют снижению скорости пылевых частичек, которые по образующим карманов 8 попадают в бункер 4. В этом случае пыль более эффективно улавливается в карманах 8. Очищенный газ также уходит через отверстия перфорации 10 в пространство 6 и поднимается вверх.

Формула изобретения

Пылеуловитель, характеризующийся тем, что содержит корпус, внутри которого установлена обечайка, по меньшей мере, часть обечайки выполнена перфорированной, щелевое сопло ввода загрязненного газа введено внутрь корпуса и присоединено в верхней части обечайки тангенциально к ее внутренней поверхности, при этом щелевое сопло направлено под углом к плоскости горизонтального сечения обечайки с ориентацией в сторону ее нижней части, к нижней части корпуса присоединен бункер для сбора пыли, а в верхней части корпуса выполнен выход очищенного газа, пространство между корпусом и обечайкой предназначено для подъема очищенного газа и по объему больше, чем пространство внутри обечайки.
Пылеуловитель отличающийся тем, что внутри обечайки дополнительно установлен цилиндрический отражатель.
Пылеуловитель отличающийся тем, что объем упомянутого бункера изолирован от объема между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью обечайки, например, шайбой.
Пылеуловитель отличающийся тем, что на внутренней поверхности обечайки выполнены карманы, ближайшая в направлении входящего потока газа стенка каждого из карманов выполнена в виде уступа.
Пылеуловитель отличающийся тем, что упомянутое щелевое сопло ориентировано под углом к плоскости горизонтального сечения обечайки в диапазоне углов 10-20°.

Наряду с механическими способами отделения применяют гидравлические способы очистки газа, в которых частицы отделяются пропусканием газа через различные масла. Наибольший интерес представляют комбинированные способы, основанные на различных принципах работы аппаратов, так как в них может быть достигнута высокая степень очистки 97% и более.

Гравитационные сепараторы бывают: вертикальные, горизонтальные и сферические.

К инерционным относят циклонные сепараторы и вихревые камеры. Смешанные сепараторы бывают: гравитационные с тангенциальным вводом, жалюзийнопленочные и др. При большом содержании жидкости широко применяют гравитационные вертикальные и горизонтальные сепараторы. Циклонные используют в качестве сепараторов первой ступени – каплеотделителей.

Для более полной очистки газа от жидкости используют горизонтальные жалюзийно-пленочные сепараторы с вертикальным расположением жалюзи. Гравитационные сепараторы имеют более высокие показатели по степени отделения жидкой и твердой фаз от газа, но являются металлоемкими. Циклонные – имеют невысокий коэффициент разделения, но небольшую металлоемкость.[12]

Гравитационные жалюзийно-пленочные сепараторы, несмотря на высокие металлозатраты и сложность изготовления имеют высокую степень очистки и эффективно работают в достаточно широком диапазоне расхода газа и жидкости, что делает их наиболее перспективными на газодобывающих предприятиях. Все применяемые сепараторы работают на безгидратном режиме. Для достижения высокой степени очистки газа схема сепарации может иметь две и более ступеней.

Для отделения газа от нефти наряду с широко применяемыми двухфазными сепараторами-трапами, применяют трехфазные гравитационные сепараторы для одновременного разделения газа, нефти, воды.

Гравитационные сепараторы могут быть вертикальными или горизонтальными. В вертикальном сепараторе поток движется снизу вверх, тяжелая фаза оседает по направлению, противоположному потоку газа. В горизонтальных сепараторах газ движется горизонтально, а тяжелая фаза - сверху вниз, перпендикулярно к потоку. После входа газа в аппарат движение его постепенно переходит от неравномерного к равномерному. Длительность этого перехода называется временем релаксации. Для обеспечения перехода от неравномерного движения к равномерному предусматривают зону выравнивания потока. По данным Гипрокаучука, в вертикальных сепараторах высота этой зоны рекомендуется не менее 0,6 м, в горизонтальных — длина зоны осаждения принимается не менее 3 м. [20]

(1 - входной патрубок; 2 -жалюзийный отбойник (вертикальный); 3 - патрубок для выхода газа; 4 -патрубок для вывода жидкости; 5 - инерционный отбойник; 6 - регулируемый завихритель; 7 - сборная емкость; 8- сетчатый отбойник; 9 - гравитационная секция; 10 - фильтрующая ступень). [18]

Вывод: Применение гравитационных аппаратов имеют как свои плюсы, так и свои минусы. Преимущества заключаются в том, что данные аппараты имеют простую конструкцию, низкую стоимость, малые эксплуатационные расходы, малую скорость движения газа через аппарат, малый необходимый перепад давления между входом и выходом аппарата, малые энергетические расходы, возможность улавливания твёрдых абразивных частиц.

К основным недостаткам можно отнести большие габариты данного оборудования, малую эффективность очистки

В связи с тем, что центробежная сила, действующая на пылевые частицы больше, чем гравитационная сила или сила инерции. Габариты центробежных аппаратов меньше, а эффективность выше, чем у гравитационных или инерционных аппаратов. Однако для центробежных аппаратов требуется большая скорость движения газопылевой смеси и, следовательно, большой перепад давлений между входом и выходом аппарата и большие энергетические расходы. Если в газе присутствуют твёрдые абразивные частицы, то перед центробежным аппаратом необходимо ставить гравитационный или инерционный аппарат.

1.2 Ионный обмен в растворах сточных вод

Ионным обменом называют обратимую химическую реакцию, в процессе которой активно происходит обмен ионами между раствором электролита и твердым веществом ионитом. Ионный обмен — это процесс извлечения из воды одних ионов и замены их другими. Процесс осуществляется с помощью ионообменных веществ — нерастворимых в воде гранулированных веществ, имеющих в составе кислотные или основные группы, способные заменяться положительными или отрицательными ионами. В качестве ионообменных материалов, называемых часто смолами, используются природные и синтетические вещества. [15]

Широкое применение ионообменных процессов в водоподготовке связано с большим расходом кислот и щелочей, идущих на регенерацию ионитовых смол. В связи с этим за последние годы были предложены различные приемы регенерации позволяющие сократить расход регенерирующих веществ.[7]

Учитывая многообразие осуществляемых ионообменных процессов, в настоящее время не представляется возможным предложить методику, которая полностью имитировала бы условия работы ионитового фильтра и одновременно позволяла бы в короткий срок определить измельчение смолы в заданный период ее эксплуатации.[6]

Используется очистка воды методом ионного обмена в водоподготовке для выборочного удаления ионов и для умягчения воды. Через специальные фильтры пропускается очищаемая вода. Количество фильтров можно менять в зависимости от требований к процессу очистки. Из воды методом ионного обмена удаляются ненужные ионы и обмениваются на такое же количество заменяющих их частиц. Вещества, которые участвуют в обмене, называются противоионами. Состоят они из матрицы (каркаса, находящегося в неподвижном состоянии) и фиксированных положительно заряженных частиц, которые вступают во взаимодействие с поступившими противоионами.

Ионная матрица может происходить из органических или неорганических веществ. От полярности заряда противоионов иониты разделяются на катиониты и аниониты. Ионит называется катиоионитом в результате реакций положительного заряда противоионов (насыщенность воды ионами водорода или металлов). Ионит будет относится к анионитам, если в воде находятся анионы (остатки кислот либо ионы OH гидроксильной группы). Эти вещества также характеризуются рабочей обменной мощностью и степенью избирательности.

Избирательность ионного обмена показывает высокую эффективность удаления некоторых противоионов при наличии конкурентов других типов. Чем больше атомный вес, чем заряд его выше, тем большая селективность (избирательность) к иониту будет проявлена. Это значит, что избирательность действующих веществ напрямую зависит от природы материала матрицы, типа концентрации противоионов и фиксированных ионов в функциональных группах. Но есть и исключения. Примером могут быть частицы, образующиеся малодиссоциирующими соединениями с фиксированными группами. Такими могут быть цеолиты с аммонием или слабоосновные частицы с карбонатами. Возможны дополнительно специальные взаимодействия, основанные на ситовом или на хелатном эффекте.

Происходит обращение селективности тогда, когда увеличивается концентрация раствора, 2-х зарядные атомы вытесняются однозарядными в процессе контакта с раствором, в котором содержатся эти однозарядные частицы в больших концентрациях. Обмен ионами за счет этого может полностью регенерироваться после необходимого насыщения ионами во время очистки воды. Если обмен типа – катионит, то материал промывается 5-6 процентным раствором кислоты, если ионит типа – анионит, то раствором щелочи. Можно использовать для промывки 10-12 процентный раствор любой соли. Ионит после восстановления снова очищает воду. Промывку можно осуществлять многократно, ионообменный фильтр может служить несколько лет. [19]

1.2.1 Классификация ионообменных смол

Внешне ионообменная смола похожа на скопление маленьких шариков, диаметр которых не превышает миллиметра. Материал для изготовления этих шариков – специальные полимеры. Если незнакомый с таким видом сред человек посмотрит на смолу, то он сможет легко спутать ее с рыбьей икрой. Но на самом деле перед ним предстанет материал, который имеет уникальное и полезное свойство. Смола для фильтра может задерживать ионы различных примесей (начиная от металлов и заканчивая солями жесткости), меняя их на безопасные и безвредные ионы других веществ. То есть, происходит обмен ионами. Этот процесс и дал название фильтрующей середе – ионообменная смола.

Ионообменные смолы — синтетические органические иониты — высокомолекулярные синтетические соединения с трехмерной гелевой и макропористой структурой, которые содержат функциональные группы кислотной или основной природы, способные к реакциям ионного обмена.

Ионообменные смолы представляют собой твёрдые полимеры, нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях. Они способны к ионному обмену в водных и водноорганических растворах.

Ионообменные смолы получают путем полимеризации или поликонденсации.

Ионообменные смолы относятся к следующим классам:

Катионнообменные смолы (катиониты) — содержат кислотные группы

Анионообменные смолы (аниониты) — содержат основные группы

Амфотерные ионообменные смолы — содержат одновременно и кислотные, и основные группы

Селективные ионообменные смолы — содержат комплексообразующие группы

Окислительно-восстановительные смолы — содержат функциональные группы, способные к изменению зарядов ионов

Кроме того, ионообменные смолы могут содержать группы различных классов, относясь к полифункциональным смолам.

По структуре матрицы ионообменные смолы делятся на:

Гелевые — микропоры имеют молекулярные размеры. Они представляют собой гомогенные поперечносвязанные полимеры. Фиксированные ионы равномерно распределены по всему объему полимера. Гелевые ионообменные смолы обладают высокой обменной емкостью, однако характеризуются невысокой скоростью обмена

Макропористые — размеры пор смолы имеют размеры в десятки нанометров. Имеют фиксированную систему пор и каналов, определяемую условиями синтеза. Обменная ёмкость таких смол меньше, чем гелевых при высокой скорости обмена

Ионообменные смолы в основном применяются:

- для умягчения и обессоливания воды в теплоэнергетике и других отраслях;

- для разделения и выделения цветных и редких металлов в гидрометаллургии;

- при очистке возвратных и сточных вод;

- для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки;

- для разделения и очистки различных веществ в химической промышленности;

- в качестве катализатора для органического синтеза.

Ионообменные смолы используются в котельных, теплоэлектростанциях, атомных станциях, пищевой промышленности (при производстве сахара, алкогольных, слабоалкогольных и других напитков, пива, бутилированной воды), фармацевтической промышленности и других отраслях.[8]

1.2.2 Ионнообменные установки

Ионообменная установка, комплекс устройств для выделения из растворов солей путем их сорбции ионообменными смолами.

Состоит обычно из катионитовых и анионитовых фильтров (вертикальные сосуды с дренажными устройствами, на которых помещены ионообменные смолы, и патрубки с вентилями); баков для десорбирующего и регенерирующего растворов; насосов; системы трубопроводов и контрольно-измерительных приборов. Имеются ионообменные установки с одним видом фильтров (либо катионитовые, либо анионитовые). Жидкость подается в катионитовый фильтр, где при контакте с катионитовой смолой ее ионы обмениваются на катионы, входящие в состав солей жидкости, в результате чего кислотность жидкости повышается. Когда катионитовая смола близка к насыщению, подача жидкости прекращается. Катионированная жидкость подается в анионитовый фильтр, в котором соли жидкости абсорбируются анионитовой смолой. Подача жидкости прекращается, когда в вытекающей из фильтра жидкости обнаруживаются соли. В винодельческой промышленности ионообменная установка обычно состоит из 3 катионитовых и 3 анионитовых фильтров. В установившемся режиме один из катионитовых и анионитовых фильтров находится, а работе, а 2 — на десорбции (анионитовый) и регенерации (анионитовый и катионитовый). Ионообменная установка используется при получении виннокислой извести из коньячной барды, диффузионного сока, дрожжей и обработке воды, используемой в паровых котлах.[12]

Ионнообменный фильтр

Изобретение относится к области обработки природных и сточных вод в ионообменных фильтрах, содержащих сыпучий (зернистый) фильтрующий материал, находящийся между проницаемыми неподвижными перегородками, а также к регенерации фильтрующего материала методом противотока. Техническим результатом изобретения является предотвращение потерь инертного материала путем исключения его выноса из полости фильтра и устранение забоев средств перегрузки ионообменного материала. Согласно изобретению в полости цилиндрического корпуса фильтра, находящегося в стадии реализации основного рабочего процесса, в месте расположения свободной зоны установлена горизонтальная решетка, ячейки которой выполнены с возможностью пропуска частиц ионообменной смолы и удержания частиц инертной смолы. В корпусе фильтра верхнее средство для перегрузки ионообменной смолы размещено ниже верхних смотровых окон, а выше этих окон оппозитно слою инертной смолы дополнительно выполнено средство для ее перегрузки. Горизонтальная решетка выполнена секционно-составной, а средства для перегрузки ионообменной и инертной смол выполнены в виде патрубков.

Известен противоточный ионообменный фильтр. Он включает корпус, нижнее распределительное устройство, на котором уложен слой ионита, прижатого сверху плитой из поропласта. Плита приводится в движение вверх-вниз механизмом перемещения поршневого типа. Для снижения трения между плитой и корпусом фильтра установлена обечайка из пластмассы.

Недостатком данного устройства является его конструктивная сложность, связанная с наличием приводного механизма.

Данное устройство сложно в эксплуатации из-за необходимости проведения регенерации блокирующего и основного слоев ионита в существенно различающихся режимах. Кроме того, наличие трех сборно-распределительных средств конструктивно усложняет устройство и сопряжено с небходимостью герметизации их вводов, размещением крепежных элементов в полости корпуса, а наличие водяной подушки - это "омертвление" значительной части (не менее 30%) объема фильтра.

Данный противоточный фильтр включает полый корпус с цилиндрической боковой поверхностью и сферическими крышкой и днищем, размещенные в полости корпуса, верхнее и нижнее распределительные устройства, снабженные дренажными колпачками, слой фильтрующего (активного) материала - ионообменной смолы (занимающий более 80% объема фильтра), слой инертного материала с плотностью, меньшей плотности воды (плавающая загрузка), свободную зону (составляющую 5-10% объема фильтра) между слоями, выполненные в стенках корпуса смотровые окна для визуального контроля уровня ионообменной и инертной смол, верхний и нижний загрузочные люки - средства перегрузки для фильтрующего материала и выполненные в крышке и в днище корпуса патрубки для ввода и вывода обрабатываемой воды и регенерационного раствора.

По приведенным существенным признакам прототип и заявляемое изобретение совпадают.

Недостатком данного фильтра являются потери инертного материала. Они происходят во время гидроперегрузок ионообменной смолы, осуществляемых для ее периодической обратной промывки и для технического обслуживания фильтра. Эта перегрузка (в отмывочный аппарат) сопровождается захватом массой ионообменной смолы зерен инертной смолы и выносом ее из полости фильтра. Следствие этого - необходимость улавливания и восполнения массы инертного материала и, зачастую, возникновение забоев трубопроводов из-за склонности легкого инертного материала концентрироваться в переходных участках. Все это усложняет в техническом и экономическом аспектах использование фильтров, выполненных в соответствии с техническим решением-прототипом.

Задачей, решаемой изобретением, являлось обеспечение экономичности и упрощение использования фильтров, создаваемых согласно этому изобретению.

Техническим результатом изобретения является предотвращение потерь инертного материала путем исключения его выноса из полости фильтра и предотвращение забоев средств перегрузки ионообменного материала.

Получение технического результата обеспечивается предлагаемым изобретением. Ионообменный противоточный фильтр, выполненный в качестве примера воплощения изобретения, включает цилиндрический полый корпус со сферическими крышкой и днищем, установленные в полости корпуса верхнее и нижнее распределительные устройства, расположенные между последними слой ионообменной смолы, слой инертной смолы с плотностью, меньшей плотности воды, свободную зону между упомянутыми слоями, выполненные в стенке корпуса верхние и нижние смотровые окна для визуального контроля уровней ионообменной и инертной смол, верхнее и нижнее средства для перегрузки ионообменной смолы, а также выполненные в крышке и в днище средства для ввода и вывода обрабатываемой воды и регенерационного раствора. Согласно изобретению в верхней части свободной зоны при рабочем цикле фильтра, под нижней поверхностью слоя инертной смолы установлена горизонтальная решетка, ячейки которой выполнены с возможностью пропуска частиц ионообменной смолы и удержания частиц инертной смолы, при этом верхнее средство для перегрузки ионообменной смолы размещено ниже верхних смотровых окон, а выше этих окон, оппозитно слою инертной смолы, дополнительно выполнено средство для ее перегрузки.

Изобретение, кроме упомянутого, характеризуется тем, что горизонтальная решетка выполнена секционно-составной, а средства для перегрузки ионообменной и инертной смол выполнены в виде патрубков.

Предлагаемое изобретение:

фиг. представлен противоточный ионообменный фильтр, главный (фронтальный) вид с разрезом;

Ионообменный противоточный фильтр выполнен в виде полого цилиндрического корпуса 1 со сферическими крышкой 2 и днищем 3. В полости корпуса 1 закреплены верхнее 4 и нижнее 5 распределительные устройства с дренажными колпачками 6. Между внутренними поверхностями названных устройств размещены слой активной ионообменной смолы 7, например катионит марки КУ-2-8 (могут быть использованы смолы зарубежного производства Dowex, Lewatit, Amberlit, Amberjet) - в виде зерен диаметром 0,3-1,2 мм, занимающий 80-90% объема фильтра, и слой инертного материала 8 - в виде зерен (гранул) с наибольшим размером 3,0-5,0 мм из полипропиленовой или полиэтиленовой смолы. Плотность этих зерен меньше плотности воды. Этот слой занимает до 10% объема фильтра. Между слоями ионообменной и инертной смол имеется свободная зона 9, объем которой составляет до 5% объема фильтра (узкая зона свободного пространства высотой до 100 мм). Позиционирование слоев указано при использовании фильтра в рабочем цикле - ионировании нисходящего потока воды (по основному функциональному назначению фильтра). В свободной зоне 9, предпочтительно в верхней ее части и под нижней поверхностью слоя инертной смолы, установлена горизонтальная решетка 10 из нержавеющей проволоки диаметром 0,5 мм. Ячейки решетки в представляемом варианте осуществления изобретения выполнены прямоугольной формы размером 2х2 мм. Для обеспечения возможности монтажа-демотажа решетки 10 через люк обслуживания (не показан) фильтра она выполнена секционно-составной из рамочных секторовидных секций 11, жестко соединенных между собой по смежным кромкам посредством стандартных крепежных элементов 12, например, резьбового типа (болты, шпильки). Решетка 10 аналогичными элементами закреплена на полки 13, установленные со стороны внутренней поверхности на стенке корпуса 1. Центральная часть решетки 10 может быть дополнительно закреплена к верхнему 4 и/или к нижнему 5 распределительным устройствам. При конструировании решетки должен быть соблюден принцип: ее элементы конструкции должны занимать ("омертвлять") не более 20% площади проходного сечения корпуса фильтра. При таком соотношении указанных площадей гидравлическое сопротивление аппарата остается в рациональных пределах. С фронтальной стороны корпуса фильтра выполнены окна: верхние 14 и нижние 15 для визуального контроля уровней ионообменной и инертной смол. Кроме того, в стенке корпуса 1 выполнены средства для перегрузки ионообменной смолы в виде патрубков верхнего 16, расположенного ниже верхних окон 14, а именно не выше поверхности слоя ионообменной смолы, и нижнего патрубка 17, размещенного выше нижнего распределительного устройства 5. Оппозитно слою 8 в корпусе 1 выполнено средство для перегрузки инертной смолы в виде патрубка 18. Упомянутые средства перегрузки могут быть выполнены и в виде люков, как у прототипа. Патрубковое исполнение предпочтительнее, т. к. позволяет осуществить сообщение фильтра с внешней трубопроводной системой при минимальном количестве переходных элементов. В крышке 2 и днище 3 выполнены патрубки 19 и 20 для ввода и вывода обрабатываемой воды и регенерационного раствора.

Противоточный фильтр работает следующим образом. При рабочем (штатном) цикле обработки в ионообменном фильтре (стадия истощения смолы) вода подается нисходящим потоком через патрубок 19, верхнее распределительное устройство 4 с дренажными колпачками 6, далее проходит через слой инертной смолы 8 и горизонтальную решетку 10. Наличие последней с указанным размером ячеек позволяет исключить мигрирование частиц легковесной инертной смолы, внедрение ее в массу ионитной смолы и предотвратить упомянутые негативные последствия. Кроме того, наличие решетки 10 позволяет увеличить распределительную функцию, организовать устойчивый горизонтальный фронт движения обрабатываемой воды через слой смолы 7. Обработанная вода собирается нижним распределительным устройством 5 с дренажными колпачками 6 и выводится из фильтра через патрубок 20 к потребителю. В режиме регенерации истощенной ионитной смолы раствор реагента подается в обратном направлении (в противоток) относительно направления ионообменной обработки воды - через патрубок 20. Раствор проходит последовательно нижнее распределительное устройство 5 с дренажными колпачками 6, слой ионообменной смолы 7, горизонтальную решетку 10, слой инертной смолы 8 и поступает в верхнее распределительное устройство 4. При этом частицы активной смолы проникают через решетку 10 и прижимаются к слою инертной смолы 8 и распределительному устройству 4 (происходит зажатие слоя смолы), а свободная зона 9 мигрирует в нижнюю часть фильтра. Отработанный регенерационный раствор выводится из фильтра через патрубок 19. По окончании регенерации производят вытеснение раствора реагента при том же направлении потока.В режиме отмывки ионообменной смолы направление потока отмывочной воды задается так же, как при регенерации - снизу вверх. После отмывки ионита проводится осаждение слоя ионита и осуществляется новый рабочий цикл обработки воды. По проведении определенного количества циклов обработки воды, регенераций и отмывок регенеранта в верхней части слоя 7 ионообменной смолы накапливаются загрязнения (грубо- и мелкодисперсные примеси) и возникает необходимость ее очистки. Для этого верхний патрубок 16 соединяют гибким трубопроводом с емкостью обратной промывки (не показаны) и подают воду через верхнее распределительное устройство 4. Инертная смола прижимается к решетке 10 и удерживается ею, а ионообменная смола 7 потоком воды выносится из полости фильтра и поступает в емкость обратной промывки. Благодаря наличию решетки 10, выполненной с возможностью удержания зерен инертной смолы и пропускания зерен ионообменной смолы, заявленному позиционированию этой решетки, упомянутому позиционированию верхнего патрубка для перегрузки ионита, а также наличию и упомянутому размещению дополнительного патрубка для перегрузки инертной смолы обеспечивается возможность раздельной перегрузки ионитной и инертной смол. Этим достигается получение технического результата, выражающегося в исключении потерь инертной смолы, забоев средств перегрузки, операций по восполнению слоя инертной смолы, и таким образом обеспечивается улучшение технико-экономических условий использования фильтра. Дополнительными преимуществами изобретения, достоверность получения которых может быть установлена опытным путем, могут быть, во-первых, увеличение полноты использования ионообменной смолы в рабочем цикле за счет распределяющего воздействия, оказываемого решеткой, на поток подаваемой на обработку воды и уменьшения тем самым скважинного и пристенного эффектов. Во-вторых, это ускорение отмывки зерен смолы от примесей за счет интенсификации гидродинамического процесса, сопряженного с увеличением скорости потока, вследствие уменьшения (перекрытия) проходного сечения фильтра телом решетки. Причем интенсивной отмывке подвергается наиболее загрязненный верхний слой ионита, к тому же испытывающий дополнительное механическое воздействие при мигрировании через решетку.

Формула изобретения

1. Ионообменный фильтр, включающий цилиндрический полый корпус со сферическими крышкой и днищем, установленные в полости корпуса верхнее и нижнее распределительные устройства, расположенные между последними слой ионообменной смолы, слой инертной смолы с плотностью, меньшей плотности воды, свободную зону между упомянутыми слоями, выполненные в стенке корпуса верхние и нижние смотровые окна, верхнее и нижнее средства для перегрузки ионообменной смолы, а также выполненные в крышке и в днище средства для ввода и вывода обрабатываемой воды и регенерационного раствора, отличающийся тем, что в свободной зоне в верхней ее части и под нижней поверхностью слоя инертной смолы при рабочем цикле фильтра установлена горизонтальная решетка, ячейки которой выполнены с возможностью пропуска частиц ионообменной смолы и удержания частиц инертной смолы, при этом верхнее средство для перегрузки ионообменной смолы размещено ниже верхних смотровых окон, а выше этих окон оппозитно слою инертной смолы дополнительно выполнено средство для ее перегрузки.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что горизонтальная решетка выполнена секционно-составной.

3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что средства для перегрузки ионообменной и инертной смол выполнены в виде патрубков.[18]

Установка для ионообменной очистки воды

Изобретение относится к очистке воды с использованием ионообменных установок и может быть использовано в области водоподготовки, конденсатоочистки и очистки сточных вод на тепловых электростанциях и котельных, а также на станциях приготовления питьевой воды, на предприятиях химической промышленности и других отраслях для приготовления технологической воды или очистки конденсата.

Известна установка для ионообменной очистки воды, традиционно применяемая в настоящее время, содержащая параллельно включенные ионитные фильтры, коллекторы для подвода исходной воды и вывода очищенной воды, подключенные к фильтрам через соответствующие запорные арматуры, коллектор для подвода промывочной воды, подключенный к нижнему распределительному устройству каждого фильтра через запорную арматуру, коллектор для подвода регенерационного раствора, подключенный к верхнему распределительному устройству каждого фильтра через запорную арматуру, и отводящий коллектор, подключенный к нижнему и верхнему распределительным устройствам каждого фильтра через соответствующие запорные арматуры.

Данная установка характеризуется большим количеством запорной арматуры, приходящейся на каждый фильтр и сложностью в управлении. Для каждой технологической операции по восстановлению обменной емкости ионитов, загруженных в фильтр ( взрыхление, пропуск регенерационного раствора, отмывка), требуется большое количество переключений запорной арматуры, что обуславливает менее надежную работу установки в целом. Кроме того, для монтажа такой установки необходимо большое количество коллекторов и трубопроводов. Наиболее близким техническим решением является установка для ионообменной очистки воды, содержащая по крайней мере один фильтр, загруженный слоем ионита, коллекторы для ввода обрабатываемой воды и вывода очищенной воды, подключенные к каждому фильтру через соответствующие запорные арматуры, два отводящих коллектора, снабженных на выходе запорными арматурами, обеспечивающими сброс отработанных потоков в дренаж, и подключенных соответственно к верхнему и нижнему распределительным устройствам каждого фильтра через соответствующие запорные арматуры, и источники промывочной воды и регенерационного раствора с подводящими магистралями. Подводящая магистраль промывочной воды через запорные арматуры подключена к двум отводящим коллекторам. В качестве источника промывочной воды использована обрабатываемая вода, подаваемая из сответствующего коллектора.

Недостатками данной установки являются отсутствие возможности гибкого управления последней при периодических химических промывках различных слоев ионита и распределительных устройств из-за отсутствия восходящей подачи потока регенерационного раствора в ионитный фильтр, а также зависимость от единственного источника промывочной воды (обрабатываемая вода). Дополнительно к недостаткам вышеуказанной установки относится сброс всех отработанных регенерационных (кислота, щелочь) потоков непосредственно в дренаж без предварительной их нейтрализации на соответствующей установке.

Целью изобретения является создание установки для ионообменной очистки воды, позволяющей обеспечивать взаимозаменяемую подачу в отвод потока регенерационного раствора через каждый из отводящих коллекторов в зависимости от требуемой нисходящей или восходящей подачи вышеуказанного потока в фильтр. При этом сохраняется возможность аналогичной взаимозаменяемой подачи промывочной воды через каждый из отводящих коллекторов при нисходящей или восходящей подаче этого потока в фильтр. Таким образом обеспечивается гибкое управление установкой. Кроме того, решаются также экологические проблемы за счет подачи отработанных регенерационных растворов на предварительную нейтрализацию.

Указанная цель достигается тем, что установка для ионообменной очистки воды содержит по крайней мере один ионообменный фильтр, коллекторы для ввода обрабатываемой воды и вывода очищенной воды, подключенные к каждому фильтру через соответствующие запорные арматуры, два отводящих коллектора, снабженные на выходе запорными арматурами и подключенные к верхнему и нижнему распределительным устройствам каждого фильтра через соответствующие запорные арматуры, дренажный трубопровод, соединенный с отводящим коллектором, подключенным к нижнему распределительному устройству фильтра, и источники промывочной воды и регенерационного раствора с подводящими магистралями, причем подводящая магистраль регенерационного раствора снабжена запорной арматурой, а подводящая магистраль промывочной воды через запорные арматуры подключена ко входам двух отводящих коллекторов, к подводящей магистрали регенерационного раствора и снабжена дополнительной запорной арматурой, расположенной по ходу подающего потока до места соединения с подводящей магистралью регенерационного раствора, а выходы отводящих коллекторов подключены к магистрали подачи отработанных потоков на нейтрализацию. Кроме того, дренажный трубопровод снабжен запорной арматурой, а место соединения его с отводящим коллектором, подключенным к нижнему распределительному устройству, расположено по ходу отводящих потоков до размещенной на выходе из этого коллектора запорной арматуры.

На чертеже представлена схема установки для ионообменной очистки воды.

Установка содержит три ионообменных фильтра 1, 2, 3, коллекторы 4, 5 для ввода обрабатываемой воды и вывода очищенной воды соответственно, подключенные к фильтру 1, 2, 3 через соответствующие запорные арматуры 6, 7, два отводящих коллектора 8, 9, снабженных на выходе запорными арматурами 10, 11 и подключенных к верхнему и нижнему распределительным устройствам 12, 13 соответствующих фильтров 1, 2, 3 через соответствующие запорные арматуры 14, 15, и источники промывочной воды 16 и регенерационного раствора 17 с подводящими магистралями 18, 19. Подводящая магистраль промывочной воды 18 подключена ко входам двух отводящих коллекторов 8, 9 через соответствующие запорные арматуры 20, 21, а также к подводящей магистрали регенерационного раствора 19 с запорной арматурой 22 и снабжена дополнительной запорной арматурой 23, расположенной по ходу подающего потока до места соединения с подводящей магистралью 19 регенерационного раствора. Выходы отводящих коллекторов 8, 9 подключены к магистрали 24 подачи в бак-нейтрализатор (на чертеже не показан). Отводящий коллектор 9, подключенный к нижнему распределительному устройству 13 каждого фильтра, соединен с дренажным трубопроводом 25, снабженным запорной арматурой 26. Установка работает следующим образом. Обрабатываемую воду по коллектору 4 подают в ионитные фильтры 1, 2, 3 через запорную арматуру 6 и верхнее распределительное устройство 12, пропускают через слой ионита, загруженный в корпус фильтра. Очищенную воду отводят из ионитных фильтров 1, 2, 3 через нижнее распределительное устройство 13 и запорную арматуру 7 в коллектор очищенной воды 5. При проскоке удаляемых ионов выше допустимого предела ионитные фильтры поочередно отключают на регенерацию. Для этого вначале проводят взрыхление слоя ионита путем подачи промывной воды из источника 16 в одноименную магистраль 18 через запорную арматуру 23, далее в отводящий коллектор 9 и нижнее распределительное устройство 13 фильтра через запорные арматуры 21, 15. Отвод отработанной промывочной воды, содержащей отмывочные загрязнения, производят через верхнее распределительное устройство 12 фильтра, запорную арматуру 14, отводящий коллектор 8, запорную арматуру 10 в магистраль отвода 24. При этом источником промывочной воды может быть обрабатываемая, очищенная и другая вода. По окончании взрыхления ионита осуществляют его регенерацию, которую производят путем подачи раствора реагента из источника 17 в магистраль 19, отводящий коллектор 8 и верхнее распределительное устройство 12 фильтра через запорные арматуры 22, 20, 14. Отвод отработанного регенерационного раствора из фильтра осуществляют через распределительное устройство 13, отводящий коллектор 9, магистраль подачи 24 в бак-нейтрализатор и запорные арматуры 15, 11. После пропуска раствора реагента осуществляют отмывку ионита от продуктов регенерации путем подачи отмывочной воды в магистраль 19 с последующим прохождением потока в направлении аналогично процессу регенерации. Для случая использования ионитных фильтров 1-3 по противоточной технологии (для примера по технологии АПКОР) их регенерацию производят поочередно путем подачи регенерационного раствора из источника 17 в магистраль 19, отводящий коллектор 9 и нижнее распределительное устройство 13 фильтра через запорные арматуры 22, 21, 15. Отвод отработанного регенерационного раствора из фильтра осуществляют через верхнее распределительное устройство 12, отводящий коллектор 8, магистраль 24 подачи в бак-нейтрализатор и запорные арматуры 14, 10. Последующую отмывку после пропуска регенерационного раствора производят отмывочной водой, подаваемой в магистраль 19, с последующим прохождением потока в направлении аналогично процессу регенерации.
При необходимости опорожнения фильтров (в случае ремонта) их дренирование производят через дренажный трубопровод 25 с запорной арматурой 26. Подключение подводящей магистрали промывочной воды 18 ко входу двух отводящих коллекторов 8, 9 позволит исключить возможность образования застойных зон регенерационных растворов в вышеуказанных коллекторах.

Таким образом, заявленная установка для ионообменной очистки воды позволяет обеспечивать взаимозаменяемую подачу и отвод потока регенерационного раствора через каждые из отводящих коллекторов в зависимости от требуемой восходящей или нисходящей подачи вышеуказанного потока в любой фильтр, что крайне необходимо при периодических химических промывках различных слоев ионита (восстановление обменной емкости, органоемкости и т.п.) и распределительных устройств от загрязнений (заиливание, загипсование и т.п.)

При этом обеспечивается гибкое управление установкой, упрощается автоматизация технологических процессов.

Дополнительно необходимо отметить, что разные фильтры данной установки могут работать как в противоточных так и в параллельноточных режимах, что наиболее актуально при реконструкции обессоливающих установок, работающих по традиционной параллельноточной технологии ионного обмена, и переводе их на противоточную технологию в условиях безостановочной эксплуатации действующего оборудования.[18]

Дренажно-распределительное устройство ионообменного фильтра

Изобретение относится к области очистки жидкостей путем ионного обмена и может быть использовано для всех типов H, Na катионитных и песчаных фильтров систем химической водоподготовки на тепловых станциях и промышленных предприятиях.

Известно дренажное устройство ионообменного фильтра, содержащее выходной патрубок с закрепленным на нем коллектором, снабженным лучевыми дренажными стальными трубами, расположенными в плоскости оси коллектора. При этом поверхность каждой дренажной трубы по всей длине имеет перфорации в виде отверстий и винтовую канавку, на которую для образования фильтрующих щелей заданного размера навивается стальная профильная проволока.

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции фильтрующего элемента, обусловленная необходимостью использования для получения фильтрующих щелей требуемого размера жесткого каркаса с определенным диаметром перфорационных отверстий, винтовой канавки определенного шага, а также проволоки определенного профиля. Такая конструкция затрудняет получение точных фильтрующих щелей с микронными размерами и, следовательно, снижает возможность достижения высокой точности фильтрации и пропускной способности фильтрующего элемента при различных режимах работы. Любое изменение параметров устройства, например, коэффициента живого сечения, связано со значительными конструктивными и технологическими переделками. Кроме того, конструкция дренажного устройства, расположенная в одной плоскости, не обеспечивает эффективного использования всего объема ионообменной смолы в ионообменных фильтрах с оживальной формой днища.
Известно также дренажное устройство, содержащее фильтрующие элементы, выполненные из стальных труб с рядами фильтрующих щелей, образованных электроэрозионной, механической или лазерной обработкой.

Недостатком указанных устройств являются большие размеры стенок дренажных и фильтрующих щелей (более 0,4 мм). Кроме того, кромки щелей, получаемых электронно-лучевой или лазерной обработкой, имеют большую шероховатость в виде трудноудаляемых заусенцев. Применение дренажных устройств аналогичной конструкции в ионообменных фильтрах не установлено.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является нижнее распределительное устройство водоподготовительных фильтров, содержащее горизонтальный коллектор, прикрепленные к нему по боковым образующим распределительные трубы и присоединенные к трубам по нижней их образующей посредством втулок дренажные колпачки. Втулки дренажных колпачков выполнены длиной, увеличивающейся от периферии к центру фильтра.

Недостатком указанного устройства является ограничение числа втулок с дренажными колпачками и длинами, эквидистантными профилю днища фильтра в различных сечениях, которые одновременно можно установить на распределительных трубах, и, следовательно, уменьшение плотности и равномерности фильтрующего слоя, особенно для ионообменных фильтров с днищем оживальной формы, что снижает эксплуатационные характеристики фильтров.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик ионообменных фильтров.

Для достижения указанной цели предлагается дренажно-распределительное устройство ионообменного фильтра, содержащее выходной патрубок с закрепленными на нем коллекторами, снабженными лучевыми распределительными трубами, и колпачковые фильтрующие элементы, присоединенные к распределительным трубам посредством патрубков, имеющих различную длину для обеспечения равного удаления фильтрующих элементов от донной части фильтра, в котором новым по отношению к прототипу являются установка коллекторов под углом к оси выходного патрубка; установка лучевых распределительных труб, размещенных в плоскостях поперечных сечений коллекторов под углом к оси коллектора; выполнение фильтрующих элементов съемными; выполнение каждого фильтрующего элемента в виде трубчатого патрона, содержащего основание с отверстиями под ключ и резьбовым отверстием под стопорный винт, фильтрующую сетку и верхний колпачок; выполнение фильтрующей сетки в форме тонкостенной трубы с перфорацией в виде сотовых отверстий, а верхнего колпачка в форме тонкостенной торовой оболочки с перфорацией в виде сотовых отверстий,

Сущность изобретения поясняется ниже с помощью общего вида дренажно-распределительного устройства ионообменного фильтра на фиг:

Дренажно-распределительное устройство 1 смонтировано в нижней крышке 2 с дном овальной формы ионообменного фильтра, состоящего из корпуса 3, в который загружена ионообменная смола 4, и верхней крышки 5 с входным патрубком 6.Дренажно-распределительное устройство 1 содержит выходной патрубок 7, к которому под углом 77 градусов к его оси прикреплены сваркой четыре коллектора 9, к каждому из которых под углом 15 градусов к горизонтальным осям X его поперечных сечений прикреплены по скользящей посадке лучевые распределительные трубы 9 с патрубками 10, образующими угол 15 градусов с вертикальными осями Y поперечных сечений коллектора 8, имеющими различные длины L в соответствии с оживальной формой донной части ионообменного фильтра и несущими на резьбе съемные колпачковые фильтрующие элементы 11.Колпачковый фильтрующий элемент 11 представляет собой цельносварной трубчатый патрон, состоящий из основания 12 с внутренней резьбой, отверстиями под ключ 13 и резьбовым отверстием 14 для контровки закрепления, фильтрующей сетки 15 и верхнего колпачка 16. Основание 12, фильтрующая сетка 15 и верхний колпачок 16 выполнены из коррозионно-стойкого никелевого сплава, например нержавеющей стали, и соединены с применением электронно-лучевой (плазменной) или лазерной сварки. Фильтрующая сетка 15 выполнена в форме тонкостенной трубы с толщиной стенки 0,5 мм и перфорацией в виде сотовых отверстий 17 диаметром 0,15-0,3 мм и шагом 0,7 мм, получаемых гальванической или электроэрозионной обработкой. Верхний колпачок 16 выполнен в форме тонкостенной торовой оболочки с толщиной стенки 0,5 мм и перфорацией в виде сотовых отверстий 18 диаметром 0,25 мм, получаемых гальванической или электроэрозионной обработкой.Предлагаемое дренажно-распределительное устройство работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость (вода) поступает во входной патрубок 6 верхней крышки 5 ионообменного фильтра, проходит через слой ионообменной смолы 4, где очищается от растворенных в ней химических соединений Cu и Mg, и далее отфильтрованная от зерен ионообменной смолы и механических примесей в фильтрующих сотовых щелях 17, 18 фильтрующих элементов 11 поступает через лучевые распределительные трубы 9 в коллекторы 8, а затем в выходной патрубок 7 нижней крышки 2.

Выполнение дренажно-распределительного устройства с угловым расположением коллекторов, лучевых распределительных труб и патрубков с фильтрующими элементами в совокупности с длинами патрубков, эквидистантными профили донной части фильтра, и трубчатой формой фильтрующих элементов позволяет создать более плотное фильтрующее поле, эквидистантное профилю, например оживальному, донной части ионообменного фильтра, что повышает эффективность использования объема ионообменной смолы в придонной части фильтра.

Выполнение фильтрующей сетки в форме тонкостенной трубы с перфорацией в виде сотовых отверстий микронных размеров обеспечивает оптимальные прочность и коэффициент живого сечения для любых режимов работы.

Выполнение верхнего колпачка в виде торовой тонкостенной оболочки с перфорацией в виде сотовых отверстий микронных размеров позволяет увеличить общую площадь живого сечения фильтрующего элемента на 12% по сравнению со сплошным колпачком, а также улучшить гидродинамические характеристики фильтрующего элемента - получить оптимальные градиенты скоростей обтекания, исключить застойные зоны, характерные для колпачков плоской формы, а также уменьшить скорости обтекания по сравнению со сферическими колпачками.

В целом предлагаемая конструкция фильтрующего элемента обеспечивает дву-трехкратный запас общей площади живого сечения фильтрующего элемента к площади его входного отверстия, а также допускает многократное (до 10) увеличение запаса живого сечения без конструктивных и технологических переделок только за счет удлинения фильтрующей части, - что невозможно для колпачковых фильтрующих элементов чичевицеобразной формы или элементов с использованием перфорированного каркаса с навитой профильной проволокой.

Гальваническая и электроэрозионная обработка фильтрующих щелей позволяет получить низкую шероховатость их кромок по сравнению с электронно-лучевой (плазменной) или лазерной обработкой.[10]

Вывод: Метод ионного обмена может использоваться для очистки сточных вод многих химических производств: электрохимических (от ионов тяжелых металлов, цианидов и др.), синтетических волокон (от ионов цинка и др.), азотных удобрений (от аммиака, меди и др.), коксохимических (от тиосульфатов, роданидов и др.), искусственных и естественных изотопов (от радиоактивных веществ) и т.д. Ионообменное извлечение металлов из сточных вод позволяет рекуперировать ценные вещества с высокой степенью извлечения. Ионный обмен - это процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, называются ионитами. Метод ионного обмена основан на применении катионитов и анионитов, сорбирующих из обрабатываемых сточных вод катионы и анионы растворенных солей. В процессе фильтрования обменные катионы и анионы заменяются катионами и анионами, извлекаемыми из сточных вод. Это приводит к истощению обменной способности материалов и необходимости их регенерации [8].

Анализируя данный метод, я пришла к выводу, что он имеет как свои плюсы, так и свои минусы. Некоторые Достоинства данного метода, Возможность очистки до требований ПДК, Возврат очищенной воды до 95% в оборот, Возможность утилизации тяжелых металлов, возможность очистки в присутствии эффективных лигандов. Недостатки метода необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, растворителей, органики, взвешенных веществ, большой расход реагентов для регенерации ионитов и обработки смол, необходимость предварительного разделения промывных вод от концентратов, громоздкость оборудования, высокая стоимость смол, образование вторичных отходов-элюатов, требующих дополнительной переработки повторно.

1.3. Термические методы кондиционирования осадков сточных вод

Термическому кондиционированию перед обезвоживанием подвергаются органические осадки городских и промышленных сточных вод, прошедших биологическую очистку. К методу термического кондиционирования относятся тепловая обработка, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание (последнее в основном для кондиционирования осадков водопроводных станций).

Тепловая обработка является одним из перспективных методов кондиционирования. Она применяется для кондиционирования осадков городских и промышленных сточных вод с зольностью 30-40 %. В технологических схемах, завершающихся стадией обезвоживания, ее преимущества, помимо подготовки осадков к обезвоживанию, состоят в обеспечении надежной стабилизации и полной стерилизации осадков.

Варианты этого метода, предназначенные для обработки органических осадков городских сточных вод, получили в последние годы широкое распространение за рубежом. В отечественной практике тепловая обработка осадка находится в стадии освоения и внедрения (Ново-Люберецкая станция аэрации Москвы).

Сущность метода тепловой обработки состоит в нагревании осадков до температуры 150-200°С и выдерживании их при этой температуре в закрытой емкости в течение 0,5—2 ч. В результате такой обработки происходит резкое изменение Структуры осадка, около 40 % сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает водоотдающие свойства. Осадок после тепловой обработки быстро уплотняется до влажности 92—94 %, и его объем составляет 20—30 % исходного.

Уплотненный осадок легко обезвоживается на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах. Причем производительность 1 м² этих аппаратов, как правило, выше, а влажность обезвоженного осадка ниже, чем при реагентной обработке. В среднем эти значения составляют соответственно 25—30 кг/ч (65— 70%) для вакуум-фильтров и 10-15 кг/ч (40-50 %) для фильтр-прессов. Отделенная на стадиях уплотнения и обезвоживания вода, вследствие распада органического вещества Осадка, содержит большое количество растворенных- веществ с химической потребностью кислорода (ХПК) около 10 кг на 1 м³. Эта вода обычно возвращается на аэрационные очистные сооружения, что вызывает необходимость увеличения их мощности на 10—15 %. При этом общая стоимость обработки осадка с учетом дополнительных затрат на очистку отделенной воды оказывается на 25—30 % ниже, чем стоимость обработки осадка по схеме "сбраживание — реагентная обработка - механическое обезвоживание".

Рис. Технологическая схема тепловой обработки по методу Портеуса

1 - подача исходного осадка; 2 - резервуар-накопитель; 3 - насос высокого давления; 4 - теплообменник; 5 - подача пара; 6 - реактор; 7 - выпуск парогазовой смеси; 8 - устройство для снижения давления: 9 - уплотнитель; 10 - насос; 11 - обезвоживающий аппарат; 12 - отделенная вода (на очистку)

Впервые тепловая обработка была предложена в 1912-1914 гг. в Великобритании, однако тогда этот метод не получил распространения. Практическое внедрение его, относящееся к 1935 г., осуществил английский инженер Портеус, который получил несколько патентов и организовал специализированную фирму. Первые установки наибольшей производительности были построены в г.г. Лутон, Горсхем, Галифакс (Великобритания). Массовое внедрение обработки осадков началось в основном в 50—60 гг. и продолжается до настоящего времени.

Существуют различные схемы, т.е. различные конструктивные оформления процессов тепловой обработки (тепловая обработка с догревом осадка острым паром, схема с догревом осадка промежуточным теплоносителем и т.д). Принципиальная схема тепловой обработки по методу Портеуса представлена на рис.

Тепловая обработка осуществляется в теплообменниках и реакторах. В теплообменниках происходит нагрев исходного осадка горячим осадком, прошедшим обработку. Применяются, как правило, многосекционные теплообменники типа "труба в трубе". Их устанавливают в большинстве случаев в закрытом помещении, однако существует несколько примеров расположения их на открытом воздухе. Минимальный диаметр внутренней трубы 80 мм, наружной — 150. Секции теплообменников расположены горизонтально, реже вертикально.

Общая длина труб теплообменников для установки производительностью 18—20 м³/ч составляет около 320 м. Такая установка имеет примерно 90 поворотов на 180°. Время пребывания осадка в теплообменниках составляет 5—10 мин.

Рис. Технологическая схема процесса жидкофазного окисления

1 - подача исходного осадка;

2 - приемный резервуар;

3 - питательный насос;

4 - насос высокого давления;

5, 6 - теплообменники;

7 - реактор; 8 - сепаратор;

9 - турбина; 10 - компрессор

Жидкофазное окисление (метод Циммермана) получило распространение за рубежом в последние 40 лет. Метод наиболее широко применяется в США. Его сущность заключается в окислении органической части осадка кислородом воздуха при высоких температуре и давлении. Эффективность процесса оценивается глубиной окисления органической части осадка (снижением ХПК осадка). Эта величина зависит в основном от температуры обработки. Для окисления на 50 % необходима температура около 200°С, на 70 % и более — 250--800°С. Две трети действующих в настоящее время установок работают при температуре 300°С и давлении 21 МПа (210 кгс/см²), одна треть — при температуре 100—200°С и давлении 1,8-2,4 МПа (18-24 кгс/см²).

Окисление осадка сопровождается выделением тепла. При влажности осадка около 96 % выделенного тепла достаточно для самоподдержания температурного режима и основная энергия затрачивается на подачу сжатого воздуха.

Технологическая схема процесса жидкофазного окисления представлена на рис:

Смесь осадка первичных отстойников и избыточного активного ила поступает по трубе 1 в приемный резервуар 2, где предварительно нагревается до 40— 50°С. Нагретый осадок питательным насосом 3 подается в насос высокого давления 4, который перекачивает его через последовательно установленные теплообменники 5 и 6 в реактор 7. В напорный трубопровод насоса подается сжатый воздух от компрессора 10. На входе в реактор температура паровоздущной смеси составляет около 240°С.В реакторе в течение 0,5—0,7 ч происходит интенсивное окисление органического вещества осадка кислородом воздуха. При этом выделяется дополнительное тепло, в результате температура осадка повышается до 300°С. Горячая смесь продуктов окисления, воздуха и золы удаляется из реактора через теплообменник 6 в сепаратор 8. В теплообменнике смесь частично охлаждается поступающим на обработку осадком.В сепараторе происходит отделение от жидкой фазы осадка газов, которые выбрасываются в атмосферу или используются в турбогенераторе 9 для приведения в действие компрессора 10, подающего воздух в систему.

Зарубежный опыт показал, что турбогенераторы работают с низким КПД (около 30 %), и их применение эффективно на установках большой производительности (около 150—200 т/сут сухого вещества осадка), когда расход энергии на сжатие воздуха крайне высок.

В тех случаях, когда тепло отходящих газов не утилизируется, экономичнее применение более низких параметров обработки. Горячий осадок из сепаратора проходит теплообменник 5 и далее резервуар 2, отдавая тепло осадку, поступающему на обработку.

Охлажденный осадок, поступая в уплотнитель, отстаивается в течение 4 ч. Сливная вода (ХПК 5—6 кг/м³) сбрасывается в аэротенки, а уплотненный осадок влажностью 95 % подается на иловые площадки или механическое обезвоживание. Производительность вакуум-фильтров по осадку составляет 40—50кг/(м²- ч). Влажность обезвоженного осадка -около 60 %.

Тепловое оборудование сильно подвержено коррозии и требует применения сталей специальных марок. Систему периодически (один раз в 3—4 мес) промывают сначала раствором щелочи (5 %- ный раствор едкого натрия), а затем слабым (0,5 %- ным) раствором кислоты.

Дополнительно тепла на нагрев осадка в процессе работы установки, как правило, не требуется. Установка разогревается паром лишь в период запуска.[9]

1.3.1 Установки для термической очистки осадков сточных вод

Способ очистки сточных вод меламинных установок

Изобретение относится к способам очистки сточных вод меламинных производств. Заявленный способ включает предварительную термическую обработку содержащих триазины сточных вод. При этом на этапе предварительной термической обработки пары конденсируются из газовой фазы, а жидкая фаза после этапа предварительной термической обработки подвергается термическому гидролизу, при котором NH₃ удаляется из полученной жидкой фазы, содержащей H₂O, CO₃ и NH₃. Заявленное устройство содержит необходимые технологические элементы для осуществления способа - устройство для предварительной термической обработки с теплообменником, устройство для конденсации паров, устройство для термического гидролиза, устройство для удаления аммиака из жидкой фазы, получаемой на стадии термического гидролиза. Технический результат заявленных изобретений включает компенсирование изменений в составе сточных вод, обеспечивающих эксплуатирование систем производства меламина и станции очистки сточных вод в постоянном и безопасном режиме. Кроме того, с помощью этапа предварительной термической обработки снижается нагрузка на последующий этап термического гидролиза.

Способ производства меламина можно разделить на две категории. Это некаталитические процессы при высоком давлении, при которых меламин получают в жидкой фазе при давлении > 70 бар. В каталитических процессах при низком давлении меламин синтезируется при приблизительно атмосферном давлении и получается в газовой фазе.

Общее для всех способов получения меламина состоит в том, что получаемый необработанный меламин после стадии синтеза должен затем очищаться, так как содержит побочные продукты. Для разложения побочных продуктов неочищенный меламин обычно обрабатывается в присутствии воды, потому что побочные продукты переходят в раствор в воде при определенных условиях. Таким образом, сточные воды, загрязненные веществами, содержащими азот, получаются на различных этапах работы меламинной установки. Эти ингредиенты в сточных водах представляют собой главным образом циклические азотные соединения в форме триазинов, таких как меламин, уреидомеламин, циануровая кислота или оксоаминотриазины (ОАТы), такие как аммелин или аммелид. В дополнение к этому в зависимости от уровня установки могут присутствовать различные количества ациклических азотных соединений, например мочевины, а также карбонаты и ионы натрия или аммония.

Такие загрязненные воды должны очищаться для удаления этих ингредиентов до того, как они могут сливаться.

Другое средство обработки сточных вод меламинных установок состоит в обработке сточных вод в термической установке для обработки сточных вод (ТАА), в которой содержащие триазины ингредиенты сточных вод гидролизуются в жидкой фазе при высоком давлении и высокой температуре с получением CO₂ и NH₃. Там кристаллизационные маточные растворы меламинной установки нагреваются до 180-250°С в закрытом сосуде при автогенном давлении системы и выдерживаются в течение 20-120 мин. В результате меламин и ОАТ ингредиенты разлагаются.

Общей чертой рассмотренных способов является то, что они являются одноэтапными процессами, причем использующиеся гидролизные устройства по давлению, температуре и времени выдержки рассчитываются под определенное постоянное качество и количество сточных вод. При нормальной работе меламинной установки получается желаемая степень разложения ингредиентов. Однако как только возникают рабочие состояния, в которых сточные воды отличаются по концентрации и типу компонентов, не удается получить требующуюся степень разложения.

Целью изобретения является предложение способа очистки сточных вод меламинной установки, не имеющего рассмотренных недостатков.

Настоящее изобретение предлагает способ очистки сточных вод меламинной установки, который характеризуется следующими признаками:

- содержащие триазины сточные воды проходят через этап предварительной термической обработки для формирования газовой фазы и жидкой фазы, затем

- пары газовой фазы, полученные на этапе предварительной термической обработки, конденсируются, и

- жидкая фаза, полученная на этапе предварительной термической обработки, подвергается обработке на этапе термического гидролиза, и NH₃ удаляется из получающейся жидкой фазы, содержащей Н₂О, CO₂ и NH₃.

Преимущество двухэтапного способа очистки заключается в том, что этап предварительной термической обработки позволяет варьировать условия, при которых получаются сточные воды различного состава, который следует учитывать. На этапе предварительной термической обработки некоторые ингредиенты сточных вод, например мочевина, уже существенно разлагаются на NH₃ и CO₂. Такие содержащие мочевину сточные воды получаются, например, в процессе начала работы или прекращения операций меламинной установки. Когда такие сточные воды направляются прямо на термический гидролиз без предварительного этапа, рабочий режим всей установки должен быть настроен на изменение условий для того, чтобы обеспечить требующуюся степень разложения ингредиентов сточных вод. Для этого необходим высокий уровень управления и отслеживания процесса во всех ситуациях, когда работа отклоняется от нормальных условий.

При наличии этапа предварительной термической обработки выше по потоку по отношению к гидролизу сточных вод в соответствии с настоящим изобретением, как было неожиданно обнаружено, возникает возможность компенсировать изменения сточных вод до такой степени, что сточные воды, подающиеся для термического гидролиза, всегда имеют существенно одинаковый состав, в целом не зависящий от состояния установки. Это позволяет работать меламинной установке и установке по очистке сточных вод в непрерывном и безопасном режиме.

Дополнительное преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что на этапе предварительной термической обработки циклические азотные соединения уже частично разлагаются, и поэтому требуется меньшее время выдержки для остаточного разложения на последующем этапе гидролиза.

Таким образом, преимущественно, по меньшей мере, 15 мас.% сточных вод превращаются на этапе предварительной термической обработки в газовую фазу, содержащую N₂ O, CO₂ и NH₃, и обрабатываются отдельно, благодаря чему облегчается последующий этап гидролиза в отношении количества жидкости, которое следует обрабатывать. Оставшаяся часть сточных вод получается как содержащая триазины жидкая фаза.

Обычно сточные воды меламинной установки содержат триазины, например оксоаминотриазины аммелин и аммелид, меламин, мелам, цианомеламин, уреидомеламин, циануровую кислоту, а также аммиак, диоксид углерода, мочевину и, возможно, NaOH в различных количествах.

Сточные воды главным образом получаются при кристаллизации меламина и фильтрации меламина в меламинной установке и преимущественно имеют существующие там значения рН и температуры. Преимущественно это сточные воды с температурой до около 60°С и рН около 12. Сточные воды также преимущественно предварительно нагреваются до около 150-250°С, прежде чем они подаются на этап предварительной термической обработки.

Предпочтение отдается сточным водам, которые получаются в результате вакуумной кристаллизации и фильтрации меламина. Особое преимущество отдается сточным водам, которые получаются при кристаллизации маточного раствора ниже по потоку после вакуумной кристаллизации. При кристаллизации маточного раствора все еще содержащийся меламин существенно выкристаллизовывается из маточного раствора, полученного после кристаллизации меламина. Получающийся при этом практически свободный от меламина раствор направляется в установку очистки сточных вод и там очищается.

Температура и величина давления на этапе предварительной термической обработки могут изменяться в широких пределах. В то время как температура устанавливается в зависимости от типа и количества теплоносителя, давление в устройстве зависит от скорости протекания реакции испарения и реакций разложения, а также от давления паров продуктов реакций.

Преимущественно температура на этапе предварительной термической обработки равняется 140-250°С, более преимущественно 180-220°С.

Также преимущественно давление на этапе предварительной термической обработки составляет 5-50 бар, более преимущественно 15-30 бар.

В таких условиях как испарение сточных вод, так и разложение отдельных ингредиентов проходит так эффективно, что размер устройства можно удерживать в небольших пределах. В указанных диапазонах температуры и давления можно оптимизировать использование тепла паров предварительной термической обработки, например, в форме рабочего пара в соответствии с местными условиями.

Преимущественно водяной пар используется в качестве теплоносителя, особенно пар высокого давления. Пар получается в существенных количествах на любой меламинной установке, при этом открывается возможность использовать пар любого уровня давления, даже, например, в форме пара умеренного или низкого давления.

Главным назначением этапа предварительной термической обработки является компенсация различий состава сточных вод путем разложения некоторых ингредиентов, которые особенно часто появляются в случае особых рабочих условий меламинной установки. Эти ингредиенты часто являются циклическими азотными соединениями, например мочевиной, которые получаются в увеличенном количестве при начале или завершении операций. В связи с этим существенно, чтобы содержащая триазины жидкая фаза после предварительной термической обработки имела только <1 мас.%, более преимущественно 0,5 мас.%, ациклических азотных соединений. В этом отношении последующий этап термического гидролиза упрощается в материальном отношении до такой степени, что он может проходить практически всегда при постоянных условиях.

Время выдержки содержащих триазины сточных вод на этапе предварительной термической обработки преимущественно составляет 0,5-2 часа, более преимущественно 1-1,5 часа.

Одновременно с разложением ингредиентов сточных вод на этапе предварительной термической обработки происходит переход части сточных вод в газообразную фазу. Чем больше та часть сточных вод, которая переходит в газовую фазу, тем лучше. Значительное содержание газовой фазы означает, что большое количество воды испаряется из сточных вод и что многие побочные продукты разлагаются еще на этапе предварительной термической обработки. Преимущественно, по меньшей мере, 50 мас.% сточных вод переходит в газообразную фазу, содержащую H₂O, CO₂ и NH₃ . В таком случае возможно значительное сокращение объемов загрузки жидкости и твердых материалов на следующем этапе термического гидролиза.

Газовая фаза, формирующаяся на этапе предварительной термической обработки, удаляется, а пары конденсируются. После того как этот этап завершается, тепло может быть получено от водяного пара. В зависимости от местных условий использования пара возможно, например, отводить пар умеренного давления или пар низкого давления и возвращать его в меламинную установку. Такой возврат тепла улучшает общий баланс пара меламинной установки.

Конденсированные пары этапа предварительной термической обработки состоят преимущественно из H₂O, CO₂ и NH₃. Они могут возвращаться в установку по производству мочевины или в меламинную установку.

Преимущественно CO₂ и NH₃ удаляются из конденсированных паров. Для этого могут использоваться известные способы, например, с помощью отгонки водяным паром. В результате получается чистая вода, которая может возвращаться в меламинную установку как технологический конденсат. При этом, по меньшей мере, часть свежей воды может сберегаться.

Благодаря испарению и разложению части ингредиентов получаемая на этапе предварительной термической обработки жидкая фаза содержит практически только соединения, которые плохо разлагаются. Это в основном триазины в форме ОАТов аммелина и аммелида, а также меламин.

Эта содержащая триазины жидкая фаза подается на этап термического гидролиза, на котором триазины разлагаются существенно в жидкой фазе при высоком давлении и высокой температуре с получением H₂ O, CO₂ и NH₃.

Преимущественно термический гидролиз происходит при температуре 200-260°С и давлении 30-100 бар. Обычно температура на этапе термического гидролиза выше, чем температура на этапе предварительной термической обработки, и поэтому следует подавать тепло для нагревания содержащей триазины жидкой фазы на этапе гидролиза. Это может осуществляться, например, подачей водяного пара как теплоносителя в устройство для гидролиза, при этом обычно тепло передается в косвенной форме.

Чем выше температура на этапе термического гидролиза, тем быстрее протекает разложение ингредиентов сточных вод и выше давление, которое требуется для поддержания реакционной смеси в жидкой фазе.

Термический гидролиз преимущественно осуществляют, по меньшей мере, в одном горизонтальном устройстве. Преимущественный вариант этапа термического гидролиза и устройства для гидролиза описываются, например, в DE 10229103 А1. Возможно также использовать для термического гидролиза несколько устройств, соединенных последовательно.

На этапе термического гидролиза получают жидкую фазу, содержащую N₂O, СО₂ и NH₃. NH₃ успешно удаляется из этой жидкости с помощью отгонки водяным паром, и в связи с этим Н₂О, не содержащая NH₃, может удаляться со дна отгонного устройства. Пар, обогащенный NH₃, возвращается в установку по производству меламина или в установку по производству мочевины.

В особом случае, когда рабочая стадия процесса в установке по получению меламина протекает в присутствии NaOH, нижняя фаза с большим содержанием N₂ O выпускается. Она содержит, среди прочих составляющих, карбонат натрия, и поэтому не может возвращаться в процесс производства меламина.

В изобретении также предлагается устройство для осуществления способа в соответствии с этим изобретением. Это устройство характеризуется в пункте 21 формулы изобретения.

Устройство содержит:

- по меньшей мере, одно устройство для предварительной термической обработки, имеющее внутренний или внешний теплообменник и разделительное устройство;

- по меньшей мере, одно устройство для конденсации паров, получаемых на этапе предварительной термической обработки;

по меньшей мере, одно устройство для термического гидролиза;

- по меньшей мере, одно устройство для удаления NH₃ из жидкой фазы, получаемой на этапе термического гидролиза.

Способ очистки сточных вод в соответствии с настоящим изобретением позволяет осуществлять очистку сточных вод, получающихся в результате любого процесса производства меламина, простым и эффективным путем.

На чертеже показан пример одного из воплощений способа в соответствии с настоящим изобретением.

Содержащие триазины сточные воды меламинной установки подаются на этап 1 предварительной термической обработки с использованием внешнего теплообменника 2. Газовая фаза, содержащая H₂O, NH₃ и CO₂, удаляется на этапе предварительной термической обработки 1 и конденсируется в парогенераторе 3 с помощью конденсата водяного пара. При этом получается водяной пар умеренного давления, который возвращается в меламинную установку.

Жидкая фаза после этапа 1 предварительной термической обработки поступает для термического гидролиза 4, где ингредиенты сточных вод разлагаются с помощью пара высокого давления в горизонтальном устройстве для гидролиза. Жидкая фаза, содержащая Н₂ О, CO₂ и NH₃, подается в отгонное устройство 5, где NH₃ и CO₂ удаляются с помощью отгонки водяным паром низкого давления. Со дна отгонного устройства 5 получается очищенная сточная вода. [17]

Теплообменник типа труба в трубе

Изобретение относится к теплообменникам типа «труба в трубе» и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых, геотермальных и атомных энергоустановках. Однако недостатком этих теплообменников является невысокая поверхность теплообмена, что снижает эффективность работы. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение монтажно-демонтажных работ, интенсификация теплообмена, а также снижение затрат на очистку внутренней поверхности теплообмена от твердых отложений.

Теплообменник работает следующим образом:

Среда межтрубного пространства подводится в теплообменник через патрубок 3 тангенциально к внутренней трубе 2, завихряясь за каждой трубой 5, и выводится через патрубок 4. Другая среда протекает по внутренней трубе 2 вдоль турбулизатора 6 и одновременно протекает параллельно по трубам 5, что увеличивает поверхность теплоотдачи для среды, протекающей по трубе 2. Подвод и отвод среды во внутренней трубе осуществляется через патрубки 8 и 9. Выполнение цилиндрических ребер по всей длине в виде прямых труб 5 и закрепление их на трубной доске 10 обеспечивает:

1)упрощение монтажно-демонтажных работ;

2)снижение общего гидравлического сопротивления;

3)снижение затрат на очистку внутренней поверхности труб от твердых отложений.[20]

Наиболее распространенным методом термического обеззараживания является пастеризация, предложенная Луи Пастером еще в 1860-х гг. Данный метод обычно используется для консервирования пищевых продуктов. На очистных сооружениях водоотведения он применяется следующим образом: первичный осадок и избыточный ил нагреваются в резервуаре для обеззараживания до температуры 65°C–100°C. Время обработки при 65°C составляет 30 минут, при 70°C – 25 минут, при 80°C – 10 минут. Условия пастеризации (температура и время обработки) регламентируются национальными нормами.[4]

Установка для пастеризации осадка в Кохтла-Ярве (Эстония)

Вывод: Одной из главных задач улучшения состояния природной среды является внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов на промышленных предприятиях. При очистке сточных вод предприятий наиболее сложной проблемой является обработка осадков, относящихся к труднофильтруемым суспензиям коллоидного типа.

Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения шлама с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы до 80%. Выбор метода обработки осадка обусловлен технико-экономическим расчетом. Вследствие этого часть сточных вод сбрасывается в водные объекты без соответствия нормативным показателям. Таким образом, очевидна проблема, связанная с нарастающим антисанитарным состоянием водных источников, а также необходимость решения экологических, экономических и технологических задач по очистке сточных вод и обработке осадков очистных сооружений.

2 Практическая часть

2.1 Очистка отходящих газов

Для улавливания пыли могут быть применены аппараты, действие которых основано на использовании различных способов сепарации частиц из газового потока.

Устройства, работа которых основана на использовании силы тяжести − пылевые камеры, газоходы. Эти устройства в условиях электролизных цехов мало применимы, так как для снижения скорости отходящего газа пришлось бы резко увеличивать диаметр газоходов, а при больших скоростях в пылевых камерах и газоходах могут оседать только крупные частицы, что приведет к невысокой степени очистки отходящего газа.

Аппараты, основанные на использовании центробежной силы − циклоны, также не могут быть использованы в условиях электролизного цеха из-за большого объема отходящих газов. Кроме того, циклоны эффективно отделяют только крупные частицы (более 10 мкм). Тем не менее эти аппараты достаточно успешно работают в цехах анодной массы для очистки пыли в отходящих газах от прокалочных печей. При этом значительная часть мелкой пыли не улавливается.

Устройством, используемым для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах является скруббер. Назначение - улавливание из отводимых газов,от печей пыли, возгонов и оксидов селена, теллура, свинца и других элементов. Очистка газов от примесей с помощью скрубберов относится к мокрым способам очистки. Этот способ основан на промывке газа жидкостью (обычно водой) при максимально развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Данный метод позволяет удалить из газа частицы пыли, дыма, тумана и аэрозолей (обычно нежелательные или вредные) практически любых размеров. [11]

2.1.1 Расчет пылевой камеры

Пылевые камеры представляют собой конструкции прямоугольного сечения, выполненные из металла или бетона (кирпич). При входе в пылевую камеру скорость пылегазового потока резко уменьшается за счет увеличения площади поперечного сечения в пылевой камере. Скорость газа составляет 1-2 м/с, при этом частицы пыли в условиях ламинарного движения под действием силы тяжести движутся вниз и выпадают на дно камеры. Диаметр осаждаемых частиц зависит от конструктивных параметров пылевой камеры. Главным условием эффективной работы пылевой камеры является то, что время осаждения частиц должно быть меньшим времени проскока частиц через длину пылевой камеры вместе с газовым потоком.

Пылевые камеры имеют размеры длиной L = 25-40 м, a=8-12 м, b= 10-20 м. Из-за больших размеров пылевые камеры используют также для охлаждения пылегазовых потоков.

Эффективность пылевой камеры по улавливанию частиц размером 20-50 мкм, составляет 35 – 40%.

При выполнении данного расчета требуется определить размер пылевой камеры для осаждения частиц требуемого размера. При этом принимается, что давление газа в камере составляет 20 ^оС и давление газа близко к атмосферному.

Вначале определяем скорость витания частиц w_вит. Для этого используется формула

(2.1.1.1)

где d – наименьший диаметр улавливаемых частиц, м; ρ – плотность пыли, кг/м³; g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²; μ – динамическая вязкость газов, Н∙с/м².

Площадь основания пылевой камеры рассчитывают по формуле

(2.1.1.2)

где V-объем газа, проходящего через камеру, м³/с, определяется площадь основания пылевой камеры.

По известной горизонтальной скорости газа в камере w_г определяют площадь вертикального сечения пылевой камеры

(2.1.1.3)

Ширина и высота пылевой камеры обычно выбираются близкими по значению. В случае квадратного сечения а = b и

а = b = (S_в)^0,5. (2.1.1.4)

И, наконец, определяют длину пылевой камеры L, пользуясь уравнением

L = S_осн/b (2.1.1.5)

L = 25,35 / 2,4145=10,49 м

Общие исходные данные для расчета:

Скорость запыленного газа по сечению камеры – 1,0 м/с;
Вязкость газа – 18,2∙10^-6Н∙с/м²;
Расход газа–21000,0 м³/час;
Наименьший диаметр частиц - 60∙10⁶ м;
Плотность пыли – 2200,0 кг/м³;
Концентрация пыли на входе– 3,04 г/м³;
Эффективность очистки– 0,86.

2.1.2 Расчет циклона

При расчете циклона определяются его геометрические размеры, при которых происходит улавливание пыли размером более 5 мкм.

Вначале определяем размеры входного патрубка и выходной трубы циклона исходя из того, что скорость газового потока на входе в циклон, т.е. скорость во входном патрубке должна находиться в пределах 20…25 м/с.

Тогда площадь сечения входного патрубка и выходной трубы определяются по формуле

S = V/ w (2.1.2.1)

где V – расход газа через циклон, м³/с; S – площадь сечения входного патрубка и выходной трубы, м²; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.

S = 23200/(36000∙20) = 0,32 м²

Входной патрубок в сечение представляет собой прямоугольник (квадрат) со стороной а, величина которой равна

a = S^0,5 (2.1.2.2)

a = (0,32)^0,5= 0,57 м

Выходная труба имеет радиус, равный

R₁ = (S/π)^0,5 (2.1.2.3)

R₁=(0,32/3,14)^0/5 = 0,31м

После вычисления радиуса выходной трубы можно расcчитать радиус корпуса R₂, задавшись размерами улавливаемых частиц пыли d_min.

Размер корпуса вычисляется по формуле

R₂=d²*π*ρ*n*w/(9*μ) + R₁(2.1.2.4)

где μ – вязкость газа, 18,2*10^-6 Н*с/м²; R₂- радиус корпуса циклона, м; R₁- радиус выходной трубы, м; ρ – плотность пыли, кг/м³; n – число кругов (оборотов), которое совершает газовый поток в циклоне; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.

Если радиус корпуса циклона R₂получается больше 0,8м, то для очистки в данном случае необходимо использовать батарею циклонов, то есть несколько циклонов, включенных параллельно.

При расчете количества циклонов в системе очистки необходимо проводить расчет увеличивая последовательно число циклонов. То есть вначале нужно рассчитать размеры циклона при количестве циклонов в батарее до 2. При этом объем отходящих газов делиться на 2 и для данного объема производят расчет R₂. Если радиус получается в пределах R₂= 0,3…0,8 м, то расчет на этом заканчивают. Если радиус получают больше 0,8 м, то объем отходящих газов делят на 3 и снова проводят расчет и т.д.

Длина циклона выбирается из расчета D = 4 R

Общие исходные данные:

Скорость газа на входе – 20 м/с;
Динамическая вязкость газа – 18,2∙10^-6Н∙с/м²;
Расход газа – 23200,0м³/час
Диаметр частиц пыли- 14∙10^-6м
Плотность пыли – 2100,0 кг/м³

6. Число оборотов потока газа n – 2.

2.1.3 Расчет полого скруббера

При расчете полого скруббера необходимо рассчитать его геометрические размеры, расход поглотительной жидкости, массу уловленной пыли.

При заданном расходе газа можно рассчитать площадь сечения скруббера по известному уравнению

S = Q_г/v (2.1.3.1)

где S – площадь сечения скруббера, м²; Q_г – расход газа, м³/с; v – скорость сечения аппарата, м².

S = 21000/3600 = 5,83 м

Так как скруббер представляет собой цилиндрическую конструкцию, то ее диаметр равен

D = (4S/π)^0,5(2.1.3.2)

D=((4∙5,83) / 3,14)^0,5= 2,73 м

Высота скруббера определяется по соотношению

H = kD(2.1.3.3)

где k = 3…5.

Н = 5∙2,72 = 13,6

Расход поглотительной жидкости необходимо производить, исходя из ее расхода на 10000 м³ газа. Для вывода расчетной формулы необходимо воспользоваться пропорцией

На 10000 м³ газа расходуется объем жидкости q

На Q_г расходуется Q_ж,.откуда

Q_ж = Q_г∙q/1000 (2.1.3.4)

где Q_ж– расход поглотительной жидкости, м³/с.

Q_ж= (21000∙1,7)/1000∙3600 = 0,00357м³/с.

При поглощении пыли жидкостью образуется пульпа, то есть раствор, содержащий твердую фазу (суспензия). Отработанный раствор очищается фильтрованием, из него удаляется твердая фаза и он используется повторно.

Масса уловленной пыли m рассчитывается по формуле

m = C∙Q_г∙η (2.1.3.5)

где C = концентрация пыли в исходном газе, г/м³; η – эффективность улавливания пыли скруббером.

m = (3,91∙21000∙0,75) /3600 = 17,10 кг

Тогда концентрация твердой фазы в пульпе будет равна

А = m/Q_ж(2.1.3.6)

А = 17,10/0,00357 = 4791

Исходные данные для расчета полого скруббера:

Расход газа - 21000м³/час;

Скорость газа – 1 м/с;

Расход жидкости на 10000м³ газа – 1,7;

Концентрация пыли в газе – 3,91 г/м³;

Соотношение H/D - 5;

Эффективность очистки – 0,75.

2.2 Очистка сточных вод

Очистка сточных вод - комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.

Современная очистка сточных вод подразумевает полное или максимально возможное удаление загрязнений, примесей и вредных веществ. Бесспорно, в наши дни методы очистки сточных вод полностью зависят от имеющегося характера загрязнений, а также от вредности содержащихся в сточных водах примесей, и в каждом отдельно взятом случае оптимальный метод подбирается в индивидуальном порядке.[2]

2.2.1 Расчет ионитного фильтра

При расчете ионитного фильтра задаются объемом ионита, его обменной емкостью и площадью сечения фильтра. Рассчитываются объем очищенной воды, время работы фильтра до его регенерации, расход очищаемой воды через фильтр (производительность фильтра), изменение в составе очищаемой воды.

Скорость фильтрования воды через ионитный фильтр выбирается 0,1…0,15 м/мин. Тогда производительность ионитного фильтра определяется по формуле

Q = W∙S= 0,25∙π∙D²∙W ( 2.2.1.1)

где Q – производительность ионитного фильтра, м³/мин; W – скорость прохождения сточных вод через ионитный фильтр, м/мин; S –площадь сечения фильтра, м²; D – диаметр ионитного фильтра, м.

Q = 0,25∙3,14∙(1,6)²∙0,1 = 0,2 м³/мин

Объем очищенных сточных вод за один рабочий цикл (до регенерации) определяется по формуле

V_св = q∙V_и∙d/(10⁶∙C) = q∙h∙S∙d/(10⁶∙C) (2.2.1.2)

где V_св–объем очищенных сточных вод за один рабочий цикл, м³; q –адсорбционная (обменная) емкость ионита, ммоль/кг; V_и– объем ионита, м³; d – насыпная плотность ионита, кг/м³; C – эквивалентная концентрация ионов в сточных водах, моль/л; h – толщина (высота) слоя ионита,м.

V_св = (1000∙2∙2,009∙800) / (10⁶∙0,021) = 0,103

Время работы ионитного фильтра между регенерациями (время рабочего цикла) определяется по формуле

t_раб = V_ст/(60∙Q) (2.2.1.3)

где t_раб – продолжительность рабочего цикла, час.

t_раб = 0,103/ (60∙0,2) = 0,8 ч

При этом масса извлеченных из сточных вод загрязняющих ионов равна

m = M∙V_св∙d∙q/(10⁶∙n) (2.2.1.4)

где m – масса извлеченных ионов, кг; M – молярная масса иона, г/моль;

n – заряд иона.

По окончании рабочего цикла необходимо производить регенерацию ионита. Объем регенерационного раствора составляет 2…3 объема ионита. При регенерации происходит замена извлеченных из сточных вод ионов на ионы регенерационного раствора, а извлеченные из сточных вод ионы с поверхности ионита переходят в регенерационный раствор.

m = (107,86∙0,103∙800∙1000) / (10⁶∙2) = 9926 г = 4,4 кг

Расход чистого химического реагента, пошедшего на одну регенерацию определяется по формуле

m_R = 1000∙V_R∙A∙ρ/100% (2.2.1.5)

где m_R –масса реагента, кг; V_R– объем регенерационного раствора, м³;

A – процентная концентрация реагента в регенерационном растворе;

ρ –плотность регенерационного раствора, кг/м³.

m_R = (1000∙8,03∙8∙0,002) / (100) =1,2 кг

После проведения регенерации ионитный слой промывается от регенерационного раствора. Для этого через фильтр сверху вниз подается чистая (промывочная вода) вода в количестве 3…4 объема ионита. При этом регенерационный раствор, содержащий извлеченные ионы поступает на дальнейшую переработку; из него могут быть извлечены загрязняющие ионы, которые в этом случае представляют уже ценное химическое сырье.

Объем регенерационного раствора определяется по формуле

V_рег = 2∙V_и = 2∙0,25∙π∙D²∙h (2.2.1.6)

V_рег = 2∙0,25∙3,14∙2∙(1,6)² = 8,0384

Объем промывочной воды после регенерации ионита составляет

V_пр = 3∙V_и= 3∙0,25∙π∙D²∙h (2.2.1.7)

При этом остатки регенерационного раствора и промывочный раствор содержат извлеченные ионы. Поэтому целесообразна дальнейшая переработка этих растворов, так как из них могут быть извлечены загрязняющие ионы, которые в этом случае представляют уже ценное химическое сырье.

V_пр = 3∙0,25∙3,14∙ (1,6)²∙2 = 12,05

Общие данные для расчета:

Скорость движения сточных вод через фильтр – 0,1 м/мин;
Объем регенерационного раствора – 2∙V_и;
Концентрация реагента в регенерационном растворе – 8%;
Толщина слоя ионита – 2 м;
Обменная емкость ионита – 1000,0Ммоль/кг;
Диаметр фильтра – 1,6 м;
Плотность ионита– 800,0 кг/м³;
Извлекаемый ион–Ag⁺;
Концентрация иона – 0,031 Моль/л;

10.Регенерационный реагент – NaCl.

Заключение

В улучшении качества воздушной среды городов и поселков большое значение имеют архитектурные и планировочные решения, установление санитарно-защитных зон предприятии, учитывающих закономерности диффузионного рассеивания загрязнений. Вместе с тем производственные выбросы должны подвергаться очистке от вредных веществ и пылевидных частиц.

Проблема снижения пылевых выбросов при условии рациональной технологии и правильной эксплуатации пылеулавливающих устройств может быть решена, если для каждого конкретного случаи можно будет обоснованно выбрать такой пылеуловитель, который с минимальными затратами с учетом эффекта рассеивания пыли и атмосфере обеспечит уменьшение концентрации твердых частиц в воздушном бассейне промышленной площадки и населенных мест до предельно допустимых значений. Для этого используют различные фильтрующие аппараты, циклоны , электрофильтры, аппараты мокрой очистки и т.д.

Для извлечении газообразных примесей вентиляционных выбросов большое распространение получили гравитационные методы. Гравитационный метод позволяет решить задачи глубокой очистки технологических и отходящих промышленных газов, содержащих разнообразные вредные вещества. Если правильно выбраны технологический регламент, схема и аппаратура процесса, примесь может быть удалена этим методом практически полностью. Кроме того, наряду с очисткой отходящих промышленник газов, гравитационный метод позволяет еще улавливать и возвращать в технологический процесс некоторые ценные вещества, например растворители.

Один из путей резкого повышения эффективности процесса гравитационного осаждения частиц, заключается в сокращении высоты зоны разделения H. В некоторых конструкциях, так называемых тонкослойных отстойников, высота зоны разделения в десятки и даже сотни раз меньше таковой для простого емкостного осадителя. Помимо этого, благодаря большому количеству пластин удается равномерно распределить рабочий поток по сечению аппарата, исключить конвективные течения, а в жидкости исключить турбулентное перемешивание частиц. Все вместе это ведет к постепенному вытеснению из практики традиционных емкостных отстойников.

Обменивающиеся ионы называются противоионами. Иониты состоят из неподвижного каркаса — матрицы и функциональных групп — фиксированных ионов, которые жестко прикреплены к матрице и взаимодействуют с противоионами. В зависимости от знака заряда противоионов иониты делят на катиониты и аниониты. Если противоионы заряжены положительно, то они являются катионами (например, ионы водорода Н⁺ или ионы металлов), ионит называют катионитом. Если противоионы заряжены отрицательно, то есть являются анионами (например, ион гидроксила ОН - или кислотные остатки), ионит называют анионитом.

Избирательность ионного обмена показывает высокую эффективность удаления некоторых противоионов при наличии конкурентов других типов. Чем больше атомный вес, чем заряд его выше, тем большая селективность (избирательность) к иониту будет проявлена. Это значит, что избирательность действующих веществ напрямую зависит от природы материала матрицы, типа концентрации противоионов и фиксированных ионов в функциональных группах. Но, есть и исключения. Примером могут быть частицы, образующиеся малодиссоциирующими соединениями с фиксированными группами. Такими могут быть цеолиты с аммонием или слабоосновные частицы с карбонатами. Возможны дополнительно специальные взаимодействия, основанные на ситовом или на хелатном эффекте.

Термическая очистка сточных вод заключается в полном окислении при высокой температуре (сжигании) органических примесей с получением газообразных продуктов сгорания и твердого остатка. При этом необходимо испарение громадного количества воды, что связано с большим расходом топлива, пара, электроэнергии. Термические процессы очистки сточных вод могут осуществляться в выпарных аппаратах различных видов. Они описаны в курсе процессы и аппараты химической технологии и в специальной литературе. В результате термической обработки пары воды могут быть возвращены в оборотную систему, органические соединения сгорают и остается твердый остаток - сухие соли. Термические методы водоподготовки чаще всего используют для очистки сильно минерализованных стоков нефтехимических и нефтеперерабатывающих .

Список использованных источников

Техника защиты окружающей среды / Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С.: Учебник для вузов. 2 –ое изд., перераб. и доп. – М.:Химия. 1989. – 512 с.:ил.;
Охрана окружающей среды: Учеб.пособие для техникумов. / Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин Н.В. – М.: Химия, 1991. – 224с.: ил.;
Мильштейн Л.М. Нефтегазопромысловая сепарационная техника, 1991, 241 с;
Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти, 1977, 273 с;
Сахабутдинов Р.З. Особенности формирования и разрушения водонефтяных эмульсий на поздней стадии разработки нефтяных месторождений, 2005, 335 с;
Мелешко В.П. Теория и практика сорбционных процессов, 1966, 255 с;
Химическая энциклопедия в 5 томах. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1990. — Т. 2. — 671 с;
Пальгунов П.П. Сумароков М.В. - Утилизация промышленных отходов;
Основы химических производств: Учеб. пособие для вузов / Б.Е. Абалонин, И.М. Кузнецова, Х.Э. Харлампиди; под ред. Б.Е. Абалонина – М.: Химия, - 472 с.: ил.;
Станция обеззараживания воды (RU 2459768);
Эластичный материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений (RU 2364963);
wikipedia.ru;
fpst-klg.kalg.ru/page9.html;
saveplanet.su;
8a.ru/print/24563.php;
luehr-filter.de/adsorbery-s-podvizhnym-sloem.htm.
http://www.findpatent.ru/
http://ovode.net/hw76.php
http://www.bwt.ru/useful-info/?ELEMENT_ID=828
http://www.freepatent.ru/patents/2400431

Скачать: kursovaya-stepanov.rar

Категория: Курсовые / Курсовые по экологии

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Привет студент

Процессы и аппараты защиты окружающей среды

КУРСОВАЯ РАБОТА

Процессы и аппараты защиты окружающей среды

Установка для ионообменной очистки воды

Дренажно-распределительное устройство ионообменного фильтра

6. Число оборотов потока газа n – 2.

Привет студент