CC BY
35
УДК 628.543
Ю. Ф. Коротков, И. А. Семин, О. В. Козулина, М. Г. Кузнецов
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУЙНЫХ БЕЗНАПОРНЫХ ФЛОТАТОРОВ
Ключевые слова: флотация; жидкие примеси; энергозатраты; энергоэффективность; энергосбережение; эффективность
очистки; аэратор.
Рассмотрен метод струйной безнапорной флотации и отмечены его преимущества перед механической, пневматической, вакуумной и напорной флотацией.
Keywords: flotation; liquid impurity; power inputs; power efficiency; power savings; efficiency of refining.
The method jet without a pressure flotations is considered and its advantages before mechanical, pneumatic, vacuum and pressure head flotation are noted.
В [1, 2] рассмотрены флотационные методы очистки загрязненных вод от твердых и жидких нерастворимых примесей, а также отмечены преимущества струйных безнапорных флотаторов (далее СБФ) перед механическими, пневматическими, вакуумными и напорными аппаратами.
Энергетическими характеристиками всякого аппарата для очистки воды являются суммарные энергетические затраты на прокачку через аппарат воды и на обработку ее газом, энергоэффективность и коэффициент энергосбережения.
В многосекционном СБФ суммарные энергозатраты составляют:
IЭ=Э + Э2 + Эг , (1)
где Э, Э2 - энергозатраты на прокачку через аппарат очищаемой и рециркуляцию части очищенной в этом аппарате воды, кВт;
Эг - энергозатраты на осуществление обработки газом очищаемой в аппарате воды, кВт.
В СБФ энергозатраты Эг, т.к. газ
доставляется в обрабатываемый объем воды вытекающими из сопел струями частично отбираемой на выходе из аппарата очищенной воды.
Согласно установленным нормативам, содержание жидких нерастворимых в сбрасываемой в водный бассейн очищенной воды не должно превышать 80 мг/ л и для достижения такого содержания примесей каждый
высокопроизводительный флотатор должен быть многосекционным. Это объясняется тем, что всплывание газовых пузырьков в больших объемах быстро обновляющих масс загрязненной воды происходит не достаточно быстро.
В многосекционном импеллерном или каком-либо другом напорном флотаторе энергозатраты на очистку вод можно рассчитать по формуле:
I Э' = Э1+ 1Э'г , (2)
где Э - энергозатраты на прокачку через флотатор очищаемой воды, кВт; 1 - число секций в аппарате;
Эг - энергозатраты на осуществление обработки
воды газом в одной секции, кВт.
Энергоэффективность флотатора
определяется по уравнению [3]:
Я
к =
I
(3)
где К - энергоэффективность или удельная производительность, м3/кВт-ч;
Я - производительность аппарата по загрязненной воде, м3/ч.
Необходимыми условиями при оценке сравниваемых вариантов флотаторов являются равенство их производительностей и одинаковое содержание жидких примесей в очищенной воде.
Если даже принять одинаковое количество секций в СБФ и другом каком-либо флотаторе, то при их одинаковой производительности и равном количестве секций энергоэффективность у СБФ
выше, потому что Э2 < 1Э'г .
Минимально достижимое содержание жидких примесей в очищенной воде составляет 40 мг/л у СБФ [2], тогда как у какого-либо другого флотатора - 60 мг/л. Эффективность очистки, рассчитанная по формуле [3], составляет 80% для СБФ и 70% для какого-либо другого флотатора при
Хн = 200 мг/л.
Энергосберегающую способность СБФ можно оценить соотношением:
Е =
IЭ
(4)
Так как IЭ < IЭ , то Е < 1 и СБФ
имеет более высокую энергосберегающую способность.
Эффективное насыщение жидкой фазы газом можно производить аппаратом [4], который выполнен в виде вертикально устойчивой в объеме обрабатываемой воды трубы с подтопленным нижним концом. Верхний конец трубы сообщен с газовым пространством. В трубе сверху установлено коаксиально расположенное сопло, из которого вытекает с большой скоростью вниз жидкостная струя. Эта струя вовлекает в совместное нисходящее движение газ и вталкивает его в виде мелких
частичек в жидкостной столб подтопленного участка трубы. При выходе газожидкостного потока из трубы в обрабатываемый объем воды газ из дисперсионного состояния переходит в дисперсное и в виде пузырьков всплывает вверх.
Выводы
1. Очистить воду в условиях небольшого времени контакта газовых пузырьков с водой до содержания в ней жидких нерастворимых примесей 40-50 мг/л возможно только в многосекционных аппаратах.
2. Наиболее эффективную очистку воды от жидких и мелких твердых примесей можно осуществить методом безнапорной флотации в многосекционном аппарате с обработкой воды в каждой секции очищенной газонасыщенной водой.
3. Безнапорные многоступенчатые флотаторы можно отнести к высокопроизводительным и высокоэффективным аппаратам, обеспечивающим наибольшую энергосберегающую способность по сравнению с механическими, пневматическими, вакуумными и напорными флотаторами.
4. Многосекционный СБФ не имеет движущихся частей, а его аэраторы просты в устройстве и работают на использовании энергии вытекающей из сопла жидкостной струи.
Литература
1. Козулина О.В. Флотационный метод очистки загрязненных вод / О.В.Козулина, М.Г.Кузнецов, Е.Ю.Ермакова, В.А.Моско // Вестник Казан. технол. унта. - 2011. №4. - С.160-165.
2. Ермакова Е.Ю. Рассчет количества ступеней в безнапорном флотаторе / Е.Ю.Ермакова, О.В.Козулина, А.А.Овчинников //Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. №20 - С. 205-208.
3. Кузнецов М.Г. Расчет энергоэффективности поршневого акустического нагнетателя газа / М.Г.Кузнецов, Р.А.Ермаков, Р.Г.Галиуллин, О.В.Козулина, А.А.Овчинников, В.М.Ларионов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - Т.15. №2 - С. 25-27.
4. Пат. №2356844 РФ. МПК С02И/24. Устройство для получения и подачи водогазовой смеси в объем обрабатываемой воды / Е.Ю.Ермакова, Н.А.Николаев. -2009. Бюл. №15.
© Ю. Ф. Коротков - к.т.н., доц. каф. «Оборудование пищевых производств», КНИТУ, [email protected]; И. А. Семин -ведущий инженер-технолог ФКП "ГосНИИХП"; О. В. Козулина - к.т.н., доц. каф. «Оборудование пищевых производств», КНИТУ; М. Г. Кузнецов - к.т.н., доц. той же кафедры.
© U. F. Korotkov - cand. tech. sci. the senior lecturer, chair «Equipment of edible productions», KNRTU, [email protected]; 1 A. Semin - senior engineer-technologist BFC "Gosniihp"; O. V. Kozulina - cand. tech. sci. the senior lecturer, chair «Equipment of edible productions», KNRTU; M. G. Kuznetsov - cand. tech. sci. the senior lecturer, chair «Equipment of edible productions», KNRTU.
