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 d
ср
= 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)
q
уд
– 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
/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. Сопротивление проходу воздуха через декарбонизатор определяется по формуле:
Σζ=25*h+40 (16)
Σζ=25*1.46+40=76.5 мм вод. ст.
Принято 2 дегазатора 1 рабочий и 1 резервный марки Б269 со следующими характеристиками: Нкр
=4 м, Qвоз
=7500 м3
/час, Qрасч
=300 м3
/час, D=2520 мм, f=5.0 м2
, Н=5.4 м, m=15180 кг.
После дегазаторов вода поступает в промежуточный бак с размерами 2 м x 2.4 м x 2 м, рассчитанный на 2 минуты пребывания воды.
Вывод:
пленочный дегазатор имеет значительную высоту и требует установки в помещении, так как зимой обмерзает, насадка забивается. Большая высота ведет к увеличению высоты здания, а значит к удорожанию строительства. Барботажный дегазатор не требует увеличения высоты здания. На станции обезжелезивания принят барботажный дегазатор с гравийной загрузкой.
Список использованной литературы
1. САНПиН 2.1.1074–01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. контроль качества.
2. СНиП 2.04.02–84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.
3. Лившиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб и доп., М., «Энергия», 1976.
4. Справочник по специальным работам / Под ред. Москвитина А.С./ – М.: Стройиздат, 1970 г.