ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2024
Просмотров: 150
Скачиваний: 1
введенного за это время свежего адсорбента, через регу лирующее устройство в вершине конусного днища выво дят насыщенный уголь. Благодаря равенству скоростей выведения «мертвого» слоя из колонны и подачи свеже го адсорбента в верхнюю часть ее, распределение зон
Рис. 28. Дозаторы для отвода отработанного уг ля из колонн с движу щимся слоем сорбента.
фильтрующего слоя адсорбента в целом по высоте ко лонны остается неизменным, и колонна работает непре рывно без остановок на регенерацию.
Скорость перемещения работающего слоя, если адсор бент в колонне неподвижен,
где Со — исходная концентрация адсорбированных ве ществ; w — средняя скорость воды в фильтре; а0— ди намическая емкость адсорбента.
С этой же скоростью должен дозироваться свежий адсорбент и отводиться из колонны адсорбент, насыщен ный загрязнениями.
Устройство для выпуска отработанного угля из ко лонны представляет собой двухклапанный объемный дозатор (рис. 28, а), у которого при открытом верхнем
107
клапане закрыт нижний и наоборот. Для этой цели мо жет применяться также вращающийся пробковый кран (рис. 28, б). Насыщенный уголь выгружается в прием ник, где производится его регенерация (например, уголь, насыщенный фенолами, может высыпаться в ванну с раствором щелочи или с органическим экстрагентом) либо поступает на фильтр и затем на установку для ре
генерации.
Высота движущегося слоя угля на участке между вводом потока воды в слой и верхней границей слоя должна быть не меньше длины работающего слоя Lp. Ввиду того что положение работающего слоя в колонне фиксировано по высоте столба адсорбента (ввод свежего угля производится в эквивалентных дозах количеству выведенного отработанного угля), обеспечение большой резервной зоны оказывается в установках с движущимся
слоем излишним.
Если конструкция колонны обеспечивает выведение отработанного угля без нарушения плотности упаковки зерен угля на работающем участке, то длина работаю щего слоя в неподвижном и движущемся слоях практи чески одинакова. Ома может быть приближенно вычис лена по формуле.
Lp |
_ |
g |
(28) |
|
SßACcp’ |
||
|
|
|
где g — количество поглощенного вещества в единицу времени; S — площадь поперечного сечения слоя; ß— коэффициент массопередачи; АСср — средняя движущая сила адсорбции. Движущей силой адсорбции называют разность концентраций раствора в начальный момент и при наступлении адсорбционного равновесия, т. е. (Со— Сравн); от этой разности зависит скорость адсорб-- ции. Величина АСср неодинакова на различных участках слоя. При небольших концентрациях загрязнений в сточ ной воде (на линейном участке изотермы адсорбции)
108
она может быть приближенно вычислена как среднее логарифмическое из величии движущей силы на концах
слоя адсорбента
(29)
ДСі
либо как среднее арифметическое значение (если д£3< 2)
При относительно высоком содержании в сточной воде высокодисперсных взвесей, заиливающих адсор бент, а также в тех случаях, когда адсорбент рацио нально применять не в виде крупных зерен, на которых равновесие устанавливается относительно медленно, а в виде мелкой крупки (частиц размером 0,5—1 мм), ра ционально осуществлять адсорбцию из потока жидкости
псевдоожиженным слоем адсорбента.
Псевдоожижение слоя наступает при повышении скорости потока жидкости или газа, проходящего снизу вверх, до такой величины, при которой зерна расширив шегося слоя начинают интенсивно и беспорядочно пере мещаться в объеме слоя, сохраняющего в целом постеянную для данной скорости высоту. Естественно что плотность заполнения зернами объема псевдоожиженно го слоя меньше, чем плотность заполнения объема не подвижного слоя. Отношение объема пустот между зер нами (пористости) в псевдоожиженном слое ко всему объему того же количества зернистого материала назы вается относительной пористостью е и является важней шим фактором эффективности работы псевдоожижен ного слоя сорбента:
(30)
109
где у пс _ объем псевдоожиженного слоя; Ѵч — объем
частиц материала, образующего слой.
Для неподвижного слоя шарообразных частиц (или частиц неправильной, но не вытянутой формы) е^ОД, независимо от диаметра частиц. Если расширение слоя бесконечно велико, так что частицы адсорбента выно сятся потоком из колонны, то е= 1. Между этими двумя значениями в и существует псевдоожиженное состояние, при котором слой в целом приобретает текучесть; отдель ные зерна его беспорядочно перемещаются в простран стве, а зеркало слоя напоминает зеркало слабокипящей вязкой тяжелой жидкости, не смешивающейся с водой. Иногда псевдоожиженный слой в зависимости от интен сивности движения частиц в нем и характера «вскипа ния» на отдельных участках поверхности слоя называют также «взвешенным», или «кипящим».
Вцилиндрической колонне относительная пористость
епсевдоожиженного слоя может быть заменена относи тельным расширением слоя H/Hq (здесь Н высота псевдоожиженного, а Но — высота неподвижного слоя). Существует определенная критическая скорость потока
шКр, при которой неподвижный слой частиц данных раз меров и плотности переходит в псевдоожиженное состоя ние. С дальнейшим увеличением скорости Н/Н0 растет и при Н/Но -> со поток уносит частицы из аппарата. Эта скорость уноса шун является второй границей скоростей потока, при которых существует псевдоожиженное со стояние. С увеличением НІНо все больше вещества про скакивает с потоком вдоль слоя, не приходя в непосред ственный контакт с адсорбентом, иначе говоря, усили вается влияние продольной диффузии растворенного вещества в слое. Поэтому для обеспечения полного по глощения вещества из раствора высота псевдоожижен ного слоя должна быть больше, чем неподвижного слоя
адсорбента.
Из описанного следует, что оптимальными условиями
ПО
адсорбции вещества из потока раствора псевдоожижен ным слоем являются: а) наименьшее отношение Н/Н0, обеспечивающее достаточное псевдоожижение для того, чтобы высокодисперсная взвесь проносилась с потоком жидкости через слой, существенно в нем не накапли ваясь; б) возможно более высокая дисперсность зерен адсорбента, при которой скорость фильтрования сточ ных вод через псевдоожиженный слой еще не слишком мала; в) достаточная высота псевдоожиженного слоя для компенсации продольной диффузии растворенного
вещества с потоком.
На практике установлено, что наименьшим расшире нием слоя является HIНо = 1,5. При этом для активиро ванного угля оптимальные размеры частиц лежат в пре делах 0,25—0,75 или 0,25—1,0 мм, что отвечает скорости потока воды для большинства углей 7—10 м3/м2 • ч. Более мелкие частицы уносятся из колонны при незначи тельных скоростях потока и установки с псевдоожижен ным слоем таких частиц невыгодны из-за малой произ водительности. ГІри крупных зернах угля скорость псев доожижения очень велика (например, для зерен угля КАД, имеющих размеры 1—3 мм, wKP при Н/Но = 1,5 достигает 35—40 ж3/.м2' ч) и за небольшое время пребы вания раствора в слое не успевает установиться динами ческое равновесие (длина работающего слоя Lp в таких условиях сильно возрастает).
В настоящее время для очистки сточных вод псевдо ожиженным слоем активированного угля применяются четыре типа адсорберов (рис. 29). Из них только цилин дрический одноярусный адсорбер освоен в промышлен ных условиях, а конический, или пирамидальный, и ци линдрический многоярусный аппараты испытаны пока лишь в опытных установках. Устройство всех четырех типов аппаратов понятно из рисунка.
Цилиндрический одноярусный адсорбер (рис. 29, а) представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя
111
Рис. 29. Адсорберы для очистки сточных вод псевдоожи женным слоем активированного угля:
а — цилиндрический одноярусный; б одноярусный с выносным смесителем; в -г- конический одноярусный; г — трехъярусный с пере ливными трубками.
часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, равный 1,5—2 диаметра основной колонны. У борта этого рас ширенного участка аппарата приварен кольцевой желоб для отвода из колонны очищенной воды. Нижняя часть колонны соединена при помощи фланцев с коническим днищем, имеющим центральный угол в зависимости от диаметра колонны, равный 30—60°. Непосредственно над коническим днищем установлена распределительная ре шетка с отверстиями 5—10 мм и шагом отверстий около 10 мм, на которую загружается крупка активированно го угля с размером частиц 0,25—1,0 мм и преимуществен ным содержанием фракции 0,5—0,75 мм. Высота непо движного слоя крупки угля составляет 2,5-—2,7 м. Сточ ная вода подается в нижнюю часть аппарата через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу. Скорость подачи воды должна обеспечивать относительное расширение слоя #/#о = 1,5—1,6.
Уголь подается из бункера с автоматическим дозато ром — шайбовым или автоматическими весами (на ри сунке не показаны) — в верхнюю расширенную часть колонны через направляющую воронку. Верхний уро вень воронки превышает уровень кольцевого желоба на 150—200 мм. Диаметр воронки на уровне зеркала воды DB должен не менее чем в 3 раза превышать диаметр нижнего узкого отверстия воронки. Длина воронки рав на 0,5—1 м. Пропускная способность воронки рассчиты вается исходя из того, что через 1 см2 нижнего сечения может быть подано 5—6 кг угля за 1 ч.
При описанном методе дозировки необходимо, чтобы крупка активированного угля хорошо смачивалась во дой и не всплывала на поверхность воды в воронке. Этим требованиям отвечает активированный антрацит. Дру гие угли могут дозироваться в виде суспензии после предварительного замачивания с целью вытеснения из них воздуха. Для подачи такой суспензии нужны спе циальные насосы.
113
В силу того, что в аппарат непрерывно вводится све жий адсорбент, масса загрузки, а следовательно, и вы сота слоя Н возрастает при сохранении постоянного для данной скорости потока отношения Н/Но. Для фиксации высоты слоя избыток угля отводится непрерывно из ко лонны при помощи переливной трубы, вваренной в кор пус адсорбера на уровне зеркала псевдоожиженного слоя, и собирается в специальной емкости с коническим днищем — углеуплотнителе.
В углеуплотнителе уголь оседает на дно и периоди чески либо непрерывно через кран в днище выводится под напором столба жидкости в адсорбере в виде кон центрированной пастообразной суспензии на регенера цию. Накапливающиеся постепенно крупные куски угля и породы собираются в подрешеточном пространстве и периодически удаляются через нижний патрубок конус
ного днища.
Для повышения равномерности обмена угля в аппа рате на высоте около 0,5Я в колонну вварена дополни тельная переливная труба, по которой часть псевдоожи женного слоя угля, образованная относительно тяжелыми или крупными зернами, может выводиться периодически из адсорбера в углеуплотнитель. Скорость удаления отработанного угля из адсорбера в уплотнитель по этой средней переливной трубе регулируется пробковым краном или задвижкой.
Второй вариант одноярусного цилиндрического адсорбера (рис. 29, б), освоенный в промышленных усло виях, отличается тем, что уголь дозируется из бункера в смеситель, снабженный лопастной мешалкой с редук тором (40—60 об/мин) для предотвращения оседания угля. В этот смеситель поступает сточная вода. Время перемешивания ее с углем не превышает 10 мин. Из сме сителя суспензия угля в сточной воде песковым цен тробежным насосом через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает в колон
і и
ну адсорбера. В остальном адсорбер не отличается од
описанного выше.
Харьковским отделением Союзводканалпроекта вы полнен проект одноярусного адсорбера с псевдоожижен ным слоем активированного угля, образующимся в колонне, имеющей вид опрокинутой усеченной пира миды квадратного сечения (рис. 29, в). Пирамида уста новлена в прямоугольном квадратного сечения внеш нем баке, высота которого превышает борт колонны
на 1,5 м.
Активированный уголь смешивается^ со сточной во дой в смесителе с лопастной мешалкой. Из смесителя суспензия подается в адсорбер насосом (центробежным НФ или песковым). Постепенное увеличение площади сечения расширяющегося кверху аппарата приводит к падению скорости восходящего потока и обеспечивает четкую границу псевдоожиженного слоя полидисперсных частиц адсорбента. Избыток псевдоожиженного слоя пе ретекает через борт пирамидального устройства и осе дает в пространстве между его стенками и стенками внешнего бака, поскольку скорость в сечении внешнего бака ниже критической. Осевший уголь выводится из донной части внешнего бака, выполнявшего роль угле
уплотнителя, на регенерацию.
Трехъярусный адсорбер (рис. 29, г) выполнен в виде колонны, аналогичной цилиндрическому одноярусному аппарату, но имеет большую высоту. Участок адсорбера, в котором находится псевдоожиженный слой адсорбента, разделен беспровальными решетками (типа колпачко вых решеток ректификационных колонн) на три яруса. Ярусы соединены между собой коническими суживаю щимися книзу трубками, широкая часть которых раз мещается на уровне зеркала псевдоожиженного слоя в верхнем ярусе, а узкая погружена в псевдоожиженный слой нижнего яруса и заканчивается на высоте около
0,25# слоя.
115
В верхний ярус адсорбера при помощи насоса или эрлифта подается 15—20%-ная угольная суспензия (по объему). Для предотвращения закупорки при остановке аппарата и оседании угля труба, по которой подается угольная суспензия, размещена на максимальном рас стоянии от переливной трубки и заканчивается на глуби не около 0,3—0,5# ниже зеркала верхнего псевдоожи женного слоя. Сточная вода подается в колонну снизу через коническое днище при помощи центробежного на соса НФ. Ярусы колонны загружаются через люки или патрубки в верхней части каждого из них. По мере на-, копления угля на верхнем ярусе избыток его переме щается по конической трубке на ярус, находящийся ниже. В результате уровень псевдоожиженного слоя на этом ярусе повышается в такой же мере, как это имело место на верхнем ярусе, и избыток угля по переливной трубке переходит на нижний ярус, откуда выводится в углеуплотнитель таким же образом, как и в одноярус
ных аппаратах.
Перемещение угля из яруса на ярус по коническим трубкам возможно вследствие того, что скорость потока в широком участке трубки в три-четыре раза меньше, чем в рабочем сеченші адсорбера и оказывается ниже критической скорости псевдоожижения.
•Расчет переливных устройств применительно к мно гоярусным адсорберам для адсорбции паров псевдоожи женным слоем угля был предложен И. Ф. Земсковым *.
Нижний диаметр d трубки выбирается не менее 5— 6 диаметров наиболее крупных частиц do, которые могут находиться в слое, чтобы предотвратить заклинивание адсорбента на выходе из трубки. Верхний диаметр D вычисляется по уравнению:
(31)
«Химическая промышленность». 1960, № 2, стр. 4—7.
Ив