Булатов М.А. - Комплексная переработка многокомпонентных жидких систем, страница 2

C|_z=0 = С_о и C|_z=L = C_f преобразуем к виду

( 3.18 )

Граничные условия

θ|z=o = 1; θ|z=L - F, ( 3.19 )

где Ре = (UL/D_э); М = Б/(1+Д); F = Бθ_е/(1+Д)

Б = kг f L²/D_э; θ_f= C_f/C_o; θe = С_е/(1 + Д) ( 3.20 )

Решение уравнения (3.18) с учетом граничных условий (3.19) и критериев (3.20) имеет вид;

При значительных начальных пересыщениях соединений кальция, образующегося в результате химических реакций (3.1)-(3.8), (величина [θ_f - F/M] стремится к нулю) уравнение (3.21) может быть упрощено и записано в виде (при Z = 0,5);

( 3.22 )

Согласно уравнению (3.22) для увеличения степени очистки (снижения величины C_f) необходимо стремиться к уменьшению равно­весной концентрации кристаллизующегося компонента, повышению константы k_r скорости роста кристаллов при заданной величине удельной поверхности затравочных кристаллов и интенсивности про­дольного перемешивания.

С возрастанием концентрации H₂SiF₆ в исходном растворе с 0,2 до 1 мас.% равновесная концентрация фтор-ионов в нейтрализован­ном растворе увеличивается почти в два раза (табл. 3.2). При этом по мере повышения концентрации H₂SiF₆ мольные отношения F^- и СаО приближаются к составу CaF₂. Остаточное содержание ионов фтора в сточной воде после нейтрализации зависит от степени гидролиза H₂SiF₆. С увеличением концентрации кислоты степень ее гидролиза уменьшается, что не способствует образованию CaF₂.

Увеличение концентрации СаСОз (выше 20% от стехиометрического количества) практически не оказывает влияния на остаточную кон­центрацию ионов фтора в очищенной воде (рис.3.3). Повышение темпе­ратуры также существенно не влияет на процесс нейтрализации.

Оптимальными параметрами процесса нейтрализации являются:

концентрация H₂SiF₆ в исходной воде не более 1 мас.%; количество СаСО₃ не выше - 20 мас.% сверх стехиометрического; величина рН = 6- Остаточное содержание фтора при этом будет составлять 20-25 мг/л. На рис. 3.4 показана схема установки для нейтрализации фторсодержащих сточных вод мелом.

Последующая нейтрализация сточных вод известковым способом при pН=10-12 позволяет снизить содержание фтор-ионов в воде до 12-20 мг/л.

Для сокращения расхода извести рекомендуется проводить про­цесс нейтрализации в две стадии; сначала мелом (до рН=6-7), затем известковым молоком (до рН = 11). Промежуточное осветление сточных вод дает возможность снизить содержание ионов фтора в сточной воде до 8-10 мг/л.

Рис. 3.3. Зависимость концентрации фтор-иона в нейтрализованной воде от расхода СаСО₃.

Концентрация H₂SIF₆ в исходном растворе, % :

1 - 0,21; 2 - 0,4; 3 - 0,62;

4 - 1,06; 5 - 2,11 [14]

На рис. 3.1. представлена схема статического реактора-смесите­ля, в котором сточная вода смешивается с раствором реагента (из­вестковым молоком) и протекают химические реакции (3.5)-(3.8), приводящие к кристаллизации малорастворимых солей кальция из раст­вора. Основными конструктивными параметрами, подлежащими определе­нию, являются длина реакционной зоны L и диаметр аппарата d_a. Предполагается, что смешение сточной воды с раствором химического реагента происходит практически мгновенно и концентрация Со крис­таллизующегося компонента на выходе из зоны смешения равномерно распределена по сечению канала. Как указывалось ранее, распределе­ние концентрации C(z) кристаллизующегося компонента по длине реак­ционный зоны может быть рассчитано из соотношения (3.22), полученого

Таблица 3.2

Данные опытов по нейтрализации фторсодержащих сточных вод суспензией мела [16]

в результате решения системы уравнений диффузионной модели. Предварительно, при заданной величине степени очистки η и началь­ной концентрации С_о кристаллизующегося компонента рассчитывают концентрацию C_f на выходе из реакционной зоны. Затем определяют величину M и из соотношения (3.20) рассчитывают длину реакционной зоны L.

При числе

(3.23)

где Re_ц - критерий Рейнольдса (центробежный); R_пп- радиус пере­распределителя потока, обеспечивается гидродинамический режим, предотвращающий дробление образующихся твердых частиц примеси.

Используя геометрические размеры распределительного устройс­тва, определяют линейную скорость движения раствора вдоль оси ка­нала. Затем при заданной объемной производительности смесителя

Рис. 3.4. Принципиальная технологическая схема установки для нейтрализации фторсодержащих сточных вод мелом:

1,6- бункеры; 2 - транспортер; 3 - склад мела, 4 - грейферный кран; 5 - сборник-усреднитедь; 7 - реактор; 8 - вентилятор

определяют площадь его поперечного сечения и диаметр d_a. В приложе­нии приведен технологический расчет реактора-смесителя с учетом

затравочных кристаллов, присутствующих в очищаемом водном раство­ре.

Принципиальная технологическая схема установки нейтрализации фторсодержащих сточных вод с использованием известкового молока представлена на рис. 3.5. Обработанную в реакторе 7 сточную воду подают на осветление в кристаллизатор-отстойник 1, после чего очи­щенную воду направляют на повторное использование или доочищают и сбрасывают в водоем с содержанием фтор-ионов менее 1,0 мг/л. Шлам из кристаллизатора-отстойника подвергают сгущению в гидроциклоне 5 и классификации в гидроциклоне 6. Часть ретурного шлама, содержащего