Сравнительные расчеты дегазаторов для удаления растворенной углекислоты из подземной воды
Водоснабжение поселка Бобровского осуществляется из подземного источника. Подземные воды залегают на глубине до 40 м и по большинству качественных показателей удовлетворяют требованиям СанПиН /1/ за исключением содержания растворенного железа (5 мг/дм3), марганца (0.37 мг/дм3) и растворенной углекислоты (до 110 мг/дм3).
При наличии угольной кислоты в подземной воде более 40 мг/дм3, для достижения требуемого эффекта обезжелезивания и предотвращения коррозионных явлений в водопроводной сети, рекомендуется ее предварительно удалять /2/.
Удаление углекислоты из подземной воды предпочтительно осуществлять физическими методами: барботированием (пропуском воздуха через объем воды), разбрызгиванием (дробление) через насадки или отверстия, противоточным пропуском воды и воздуха через различного типа градирни.
Целью работы является сравнение двух вариантов дегазаторов: пленочного, с насадкой из керамических колец Рашига (рассчитанного по методике СНиП /2/), и барботажного с гравийной загрузкой.
Исходные данные: производительность станции обезжелезивания Q = 6790 м3/сут = 282.9 м3/ч, содержание углекислоты в исходной воде Сисх = 110 мг/дм3.
Расчет барботажного дегазатора с гравийной загрузкой.
При принятой загрузке дегазатора dср = 7.5 мм (f = 544 м2/м3), высоте слоя h = 1.2 м, продолжительности продувки t = 5 мин и удельном расходе воздуха q = 6 м3/м3 ожидаемое содержание углекислоты в воде после дегазатора, рассчитанное по формуле (1) составит:
(1)
qуд – удельный расход воздуха, м3/м3
t – продолжительность продувки воздухом, ч
h – высота слоя загрузки, м
Количество удаляемого газа:
(2)
Q – производительность дегазатора, м3/ч
СО2 нач – содержание углекислоты в исходной воде, кг/м3
СО2 кон – концентрация углекислоты после дегазатора, кг/м3
G = 282.9 ×(0.11 – 0.03022) = 22.57 кг/ч
Средняя движущая сила процесса десорбции:
(3)
Тогда площадь поверхности загрузки:
(4)
β – коэффициент десорбции принимается по графику рис. 2 [3]
Объем гравийного дегазатора:
(5)
f – удельная поверхность загрузки, м2/м3
F – площадь соприкосновения жидкой и газообразной фаз (площадь поверхности загрузки), м2
Размеры дегазатора приняты: h ´ а ´ b = 2 ´ 5.3 ´ 5.3 м.
Расход воздуха, подаваемый в дегазатор:
Qвоз=5*Qводы (6)
Qводы – расход воды, подаваемой на дегазатор, м3/ч
Qвоз=5*282.9=1414.5 м3/ч
По [4] приняты воздуходувки марки ТВ-42–1,4 1 рабочая и 1 резервная марки ТВ-42–1,4 производительностью 2500 м3/ч, n=2950 об/мин, m=3990 кг.
Расчет пленочного дегазатора с загрузкой из колец Рашига.
Количество удаляемого газа определяется по формуле:
(7)
Сисх и Свых – концентрация удаляемого газа соответственно в исходной воде и на выходе из дегазатора;
Qр – часовой расход воды, м3/ч;
Средняя движущая сила десорбции ∆Сср определяется по формуле:
(8)
Поверхность насадки (поверхность десорбции):
(9)
Кж – общий коэффициент десорбции, определяемый по рис. 5–10 [3]:
Необходимый объем насадки из колец Рашига:
(10)
204 – поверхность 1 м3 насадки из колец Рашига 25x 25 x 3 мм при беспорядочной загрузке, м2/м3
Площадь поперечного сечения дегазатора:
(11)
60 – оптимальная плотность орошения насадки, м3/(м2/ч)
Внутренний диаметр дегазатора:
(12)
→ D=2.5 м
Площадь дегазатора:
(13)
Высота слоя насадки из колец Рашига 25x25x3:
(14)
Расход воздуха, подаваемый в дегазатор:
Qвоз=b*Qрасч (15)
b – удельный расход воздуха при насадке из колец Рашига, принят 25 м3/(м2/ч) согласно [3] Qвоз=25*282.9=7072.5 м3/час.
Для нагнетания воздуха принято по [4] 2 воздуходувки 1 рабочая и 1 резервная марки ТВ-175–1,6, имеющие следующие характеристики: Q=10000 м3/час, n=3320 об/мин m=6380 кг. ............
