Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Тогда Кц' = 2,0 + 1,5 854 7о,ззх х 1(1 — 0„59) 8,821" = 28,5. Коэффициент внешней массоот дачи: р, = !ч!ц'Ю,/а = = 28,5 1,17 10 '/(0,9 10 ') = = 37 10 ь м/с. В области сравнительно низких концентраций равновесная зависимость близка к линейной. Приближенно можно принять изотерму сорбционного обмена линейной с тангенсом угла наклона, равным Х'(С,,„)/(С ), где С,„— средняя концентрация ионов Иа' Ес можно найти в потоке как среднюю логарифмическую: С, -С„0,1-0,005 !в(С„/С„) !в(0,!/О,ОО5) =0032 / 3 Концентрация ионов Иа' в смоле, находящейся в равновесии с жидкостью, имеющей концентрацию С„, равна: Х'(С,) = 1,32 0,032/ /(1 + 2 0,032) = 0,040 кг/кг. Средний тангенс угла наклона равновесной зависимости: Г= Х(С )/С = 0,040/0,032= 1,25. Критерий Био: Р,А 37-10 0,45.10 ' р„Ю,Г 555,5-2,3.10 " 1,25 где Ю,=2,3 10 "м2/с; р„= ~,-'/(1-е,) =333,3/(1-0,4) = =555,5 кггм' 563 Глава 2.
Оборудование длл физико-химических методов очистки Полученное значение критерия ВГ показывает, что процесс ионного обмена протекает во внешне- диффузионной области. Среднее время пребывания частиц ионита в аппарате. Степень отработки зерна ионита сферической формы, находящегося в течение времени т в жидкой среде конценграцией С при ВГ -~ О, определяется следуюшим выражением: =1- ехр — ' где Մ— конечная концентрация ионов Ха' в катионите, кг/кг. Ввиду того что в цилиндрических аппаратах с псевдоожиженным слоем твердая фаза полностью перемешана, плотность распределения частиц ионита по времени пребывания определяется соотношением: Считая, что равновесная концентрация в ионите соответствует средней концентрации в потоке жидкости (С„), найдем среднюю по всему слою степень отработки ионита: 1-ехр — ' Х(С ) к х — ехр— Лр„Г ЗР,т„+Яр„Г (2.9) Конечную концентрацию ионов Ха+ в катионите найдем из материального баланса, определив предварительно минимальный и рабо- чий расход ионита, Минимальный расход находим из условия равновесия твердой фазы с раствором, покидаюшим аппарат: к'(С, -С„) Х (С„) 10(0,1-0,005) =146,2 кг/ч, 0,0065 где Х'(С„) = 1,32 0,005/(1+ 2 0,005) = = 0,0065 кг/кг.
Рабочий расход сорбента, по опытным данным, в 1,1 — 1,3 раза превышает минимальный. Приняв соотношение рабочего и минимального расходов равным 1,2, получим рабочий расход катионита: б, = 1,20„. = 1,2 146,2 = 175,4 кг/ч. Конечная концентрация катионита Х = 10(0,1 — 0,005)/175,4 = 0,0054 кг/кг Из уравнения (2.9) найдем среднее время пребывания частиц катион ита: Вр„ГХ„/Х (С„) 3Р„[1 — Х„/Х (С.)~ Подставив известные величины в уравнение (2.10), получим: 0,45 10 ' 555,5.0,0054/0,04 3(1-0,0054/0,04)3,7 10 ' =439,34 с Высота псевдоожиженного слоя ионита.
Объемный расход ионита 1„= В„/р„= 175,4/(3600 555,5) = = 8,77 10 ' м'/с. Объем псевдоожиженного слоя 1", = 1~т /(1 — е) = 8,77 10 ' х х 439,34/(1 — 0,59) = 0,094 м' '1асть И1, Осковиое ооорудоваиие доя очистки сточных вод Высота псевдоожиженного слоя Н, = !',/0,785,0~ = = 0,094/(О,?85 0,6') = 0,33 м. — Высота сепарационной зоны должна быть выше предельной, при которой возможно существование псевдоожиженного слоя. Предельная высота псевдоожиженного сля определяется уносом самых мелких частиц смолы КУ-2.
Минимальный размер частиц смолы КУ-2 составляет 0,3 мм, Скорость уноса определяется из уравнения: Ке = Аг/(18+ 0,61~/Аг). (2.11) При д= 03 мм Аг = !(0,3 10 ')'1000 (1333,3— 1000) 9 8Ц/(10-з)л = 88 28 Скорость уноса найдем из уравнения (2.11): !03 (18+0 61Щ2д) 0,3-10 ' 1000 = 0,0124 мыс.
Скорость уноса больше рабочей скорости: 0,0124 > 0,0098. Значение Ке, рассчитанное при с! = 0,9 и соответствующее скорости уноса, равно: Ке = 0,0124 О 9 1О-з 1000/!0-3 11 2 Порозность слоя, соответствующая Ке = 11,2, равна: е = 1(18 11,2 + 0,36 11,2~)/2384)"' = = 0,62. Высота слоя, соответствующая началу уноса: Н = 0,33 (1 — 0,59)/(! — 0,62) = 0,35 м.
Для достаточной сепарации частиц примем высоту слоя на ЗО % больше Н, т.е. Н= 1,3 - 0,35 = 0,46 м. Объем псевдоожижснного слоя и его высоту также можно определить интегрированием уравнения массопередачи, записанного для пссвдоожиженного слоя бесконечно малой высоты. Такой подход дает следующую расчетную формулу для объема псевдоожиженного слоя: С, -С (Х„) К С„- С'(Х.) ' где К вЂ” объемный коэффициент массопередачи, с ' С учетом того, что лимитирующее сопротивление массопередачи сосредоточено в жидкой фазе, получим: К„= !3,а = !),(1 — е)6/сК = 37 10 вх х(1 — 0,59)б/(0,9 1О ') = 0,101 с ' Величину С(Х„) определим из уравнения изотермы: С'(Х„) = 0,054/(1,32 — 2 0,0054) = = 0,0041 кг/мэ С учетом найденных величин К и С'(Х„) получим па основе уравнения массоперсдачи объем псевдоожижснного слоя ионита: 10 0,1- 0,0041 1в 3600 0,101 0,005- 0,0041 = 0,126 м' Эта величина на ЗО % превышает найденный ранее объем псевдоожиженного слоя (0,094 м').
В случае односекционной колонны следует отдать предпочтение первому методу, учитывающему различие времени пребывания частим ионита в аппарате, хотя и у этого метода есть недостаток, заключающийся в том, что концентрация жидкой фазы принимается средней по всему объему слоя.
Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очистки 3.4. Экстракциоииое оборудование Экстракционный метод применяется для очистки сточных вод от органических примесей (фенола, нитропродуктов). Использование метода экстракции экономически целесообразно при значительных концентрациях извлекаемых веществ или их высокой товарной ценности, а также при обработке высокотоксичных сточных вод, когда не приемлемы либо не осуществимы другис известные методы. При экстракции происходит извлечение из сточных вод растворенных в ней веществ с переходом их в другую не смешивающуюся с водой жидкость — э к стра гент. Исходные сточные воды и экстрагент приводят в тесный контакт.
В результате взаимодействия фаз получают экстракт (раствор извлеченных веществ в экстрагенте) и рафинат (остаточный водный раствор), из которого в той или иной степени полноты удалены экстрагируемые компоненты. Полученную смесь экстракта с рафинатом отделяют друг от друга отстаиванием, иногда центрифугированием. После разделения извлекают целевые продукты из экстракта и регенерируют экстрагент из рафината. Экстрагент должен обладать следующими свойствами: иметь хорошую экстрагирующую способность по отношению к извлекаемому веществу, т.е, высокий коэффициент распределения; обладать определенной селективностью — способностью экстрагировать из сложной водной системы одно вещество или группу; отличаться малой растворимостью в воде; заметно отличаться плотностью от плотности воды, что обеспечивает быстрое и полное раз- деление фаз; иметь температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества, что обеспечивает легкость их разделения; не взаимодействовать с экстрагируемым веществом, материалом аппаратуры и подвергаться заметному гидролизу; иметь небольшую теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снижать расходы пара и охлаждающей воды; обладать возможно меньшей огне- опасностью, взрывоопасностью и токсичностью; иметь низкую стоимость.
При очистке сточных вод в качестве экстрагентов обычно применяют органические растворители (бензол, четыреххлористый углерод, бутилацетат и др.), Извлекаемое при экстракции вещество распределяется между экстрагентом и водой таким образом, что устанавливается динамическое равновесие, характеризуемое коэффициентом распределения: К= СГС., где С, и С, — концентрация вещества в экстрагенте и в воде в момент равновесия. Эффективность процесса экстракции зависит от следующих факторов: величины поверхности взаимодействия между фазами, градиента концентрации извлекаемого вещества, скорости взаимного перемещения фаз, продолжительности контакта.
Чем выше эти показатели, тем больше возрастают скорость процесса и полнота очиЭкстракция может осуществляться в одну или несколько сту- Часть 1'П. Основное оборудование для очистки сточных вод пеней. При одноступснчатой (однократной) экстракции исходный раствор и экстрагент перемешивают в смесителе, после чего смесь передают в сепаратор-отстойник, где происходит разделение с образованием двух слоев — экстракта и рафината. Затем экстракт направляют на регенерацию.
При таком однократном взаимодействии при длительном времени контактирования могут быть получены близкие к равновесным составы экстракта и рафината. Степень извлечения вещества при однократной экстракции является низкой. В практике очистки сточных вод наиболее часто применяется многоступенчатая противоточная экстракция (рис. 2.53). Исходные сточные воды и экстрагент поступают с противоположных сторон. Конечный экстракт удаляется из первой ступени установки, а очищенные сточные воды (рафинат) — из последней ступени.
При этом на последней ступени сточные воды, наиболее обедненные удаляемым компонентом, взаимодействуют со свежим экстрагентом, а на первой ступени исходные сточные воды — с близким к насыщению удаляемым компонентом (экстрактом). Рис. 2.53. Схема противоточной многосту- пенчатой зкстракции: 1 — исходные сточные воды; 2 — окстрактор; 3 — отстойник; 4 — очищснныс сточные воды (рафинат); 5 — зкстрагент; 6 — конечный зкстракт Благодаря этому достигается высокая средняя движущая сила процесса и более полная очистка сточных вод.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
