Расчеты дегазаторов для удаления углекислоты из подземной воды

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 С_исх = 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

СО_{2 нач} – содержание углекислоты в исходной воде, кг/м³

СО_{2 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:

Q_воз=5*Q_воды (6)

Q_воды – расход воды, подаваемой на дегазатор, м³/ч

Q_воз=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)

С_исх и С_вых – концентрация удаляемого газа соответственно в исходной воде и на выходе из дегазатора;

Q_р – часовой расход воды, м³/ч;

Средняя движущая сила десорбции ∆С_ср определяется по формуле:

(8)

Поверхность насадки (поверхность десорбции):

(9)

К_ж – 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:

Q_воз=b*Q_расч (15)

b – удельный расход воздуха при насадке из колец Рашига, принят 25 м³/(м²/ч) согласно [3] Q_воз=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: Н_кр =4 м, Q_воз=7500 м³/час, Q_расч=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.