Фильтрование. Ионный обмен. Экстракция. Расчет пылеосадительной камеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»

Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства»

Контрольная работа

по предмету: Процессы и аппараты защиты окружающей среды

на тему: «Фильтрование. Ионный обмен. Экстракция. Расчёт пылеосадительной камеры»

Выполнила: Аврора В.Б.

Группа 6ЗОС-4ДБ-048

Проверил: Палыга Р. Б.

Москва 2011

Задача №1

Определить высоту зоны сгущения вертикального отстойника, если известно, что для уплотнения суспензии в зоне сгущения необходимо 16 ч. Относительная плотность твердой фазы составляет 2,65. Среднее разбавление в зоне сгущения по массе составляет 1/1,5. Диаметр отстойника 10 м. Суточная производительность отстойника по твердой фазе составляет 24,2 т.

Решение:

Определим плотность суспензии

Где

сс - плотность суспензии

ст - плотность твердой фазы

сж - плотность жидкой фазы

Vт - объемная доля твердой фазы

Vж - объемная доля жидкой фазы

По условию

Где

mт - массовая доля твердой фазы

mж - массовая доля жидкой фазы

Таким образом,



Из этого соотношения следует, что

Vт = 0,204

Vж = 0,796

Таким образом, плотность суспензии найдем по формуле :

[кг/м3]

Определим содержание твердой фазы в одном м3 суспензии, т.е. массовую концентрацию твердой фазы в суспензии

[кг/кг]

Где

Сm - массовая концентрация твердой фазы в суспензии

Следовательно, в одном м3 содержится:

[кг/м3]

По условию за одни сутки через отстойник пройдет 24200 кг твердой фазы

Составим пропорцию

[кг]

Где X - количество твердой фазы, которое пройдет за 16 ч

За 16 ч через 1 м2 площади осаждения пройдет

[кг·м3/ч]

Таким образом, высота зоны сгущения составляет

[м]

Ответ: высота зоны сгущения вертикального отстойника составляет 0,407 м.

Задача №2

Определить продолжительность фильтрования 10 л жидкости через 1 м2 фильтра, если 1 л через 1 м2 фильтра собирается за 2,25 мин, а 3 л - через 14,5 мин после начала фильтрования.

Решение

По опытным данным находим экспериментальные константы К и С в уравнении фильтрования:

где

V - объем фильтрата, полученный с одного м2 перегородки за время ф

С, K - константы

ф - время фильтрования

Для этого составим систему из двух уравнений с двумя неизвестными:

Откуда

К = 0,77 л/(м4-мин) и С = 0,37 л/м2.

Для определения искомой продолжительности фильтрования, полученные значения констант и заданный объем фильтрата подставляем в уравнение фильтрования:

Отсюда ф=139,5 мин

Ответ: ф=139,5 мин

Задача №3

На рамном фильтр-прессе необходимо получить за 3 ч 6 м3 фильтрата. Опытное фильтрования показало, что константы фильтрования имеют значения: К=20,7·10-4 м2/ч, С=1,45·10-3 м3/м2. Определить площадь фильтрования.

Решение

По уравнению фильтрования найдем производительность 1 м2 фильтр-пресса

где

V - объем фильтрата, полученный с одного м2 перегородки за время ф

С, K - константы

ф - время фильтрования

Отсюда V=0,082 м3/м2 за 3 ч

Следовательно, для заданной производительности необходима поверхность фильтрования площадью, равной:

м2

Ответ: площадь фильтрования F=73,17 м2.

отстойник фильтрование экстракция

Задача №4

На барабанный вакуумный фильтр непрерывного действия подается 8,6 м3/ч суспензии, содержащей 17,6 % твердой фазы. Необходимая влажность осадка составляет 34%. Давление в вакуумной сети предприятия составляет 510 мм.рт.ст. При эксперименте давление составляло 610 мм.рт.ст. Было установлено, что заданная влажность осадка достигается за 32 секунды фильтрования. Экспериментально определенные константы составляют: К=11,2 л6/м4·с, С= 6 л3/м2. Плотность суспензии составляет 1120 кг/м3. Выбрать марку вакуумного фильтра серии БОУ, который обеспечит проведение процесса в заданном режиме. Назначить режим работы.

Решение

Учитывая, что давление фильтрования в эксперименте меньше, чем на предприятии, скорректируем значение константы К в сторону увеличения (по уравнению фильтрования)

Поэтому

Где

Кэксп - экспериментально определенная константа К

По уравнению фильтрования

где

V - объем фильтрата, полученный с одного м2 перегородки за время ф

С, K - константы

ф - время фильтрования

за 32 секунды

Тогда за 1 секунду

Пересчитаем полученную производительность по фильтрату в производительность по суспензии.

Рассчитаем массовый расход суспензии

Где

Vc - объем подаваемой суспензии

сс - плотность суспензии

Найдем отношение влажного и сухого остатков

Так как необходимая влажность осадка равна 34 %, то

Определим расход влажного осадка:

где

mc - массовый расход суспензии

mтв - содержание твердой фазы в суспензии

Массовый расход фильтрата

Определим необходимую площадь фильтрования:

Для фильтров серии БОУ сектор фильтрования составляет 35% от общей поверхности. Следовательно, общая поверхность фильтрования составляет

Табл. 1

Характеристи фильтров

Показатель	БОУ-5-1,75	БОУ-10-2,6	БОУ-20-2,6	БОУ-40-3
Площадь поверхности фильтрования, м2	5	10	20	40
Диаметр барабана, мм	1762	2612	2612	3000
Длина барабана, мм	960	1350	2702	4400
Частота вращения, об/мин	0,13-2	0,13-2	0,13-2	0,44-1,18
Объем жидкости в резервуаре, л	1300	2700	4200	3000
Мощность электродвигателя, кВТ	1,1	2,2	3	4,1

По полученным данным выбираем фильтр БОУ-20-2,6. Частота вращения регулируется в пределах от 0,13 до 2 мин-1.

Частота вращения фильтра в 1 мин, необходимая для обеспечения заданного времени фильтрования = 32 с, определится из пропорции

32 - 0,35

60 - x ,

Где 32, 60 - время вращения, с

0,35 сектор фильтрования, м

Ответ: частота вращения n=0,66 мин-1.

Задача №5

Найти общее количество фильтрата, полученного при фильтровании суспензии на рамном фильт-прессе, который состоит из n рам размером 800?800 мм. Скорость промывки в z раз меньше скорости фильтрования. Время промывки ф ч. Объем промывной жидкости Vпр.

Дано:

n=11

K=1,1·10-5 м3/м2·с

С=8,5·10-2 м3/м2

Фпр=10,1 ч

Vпр=4850 л

Решение:

Найдем скорость промывки



Площадь всей поверхности фильтрования

м2

Определим скорость фильтрования

Из уравнения фильтрования найдем объем фильтрата

где

V - объем фильтрата, полученный с одного м2 перегородки за время ф

С, K - константы

ф - время фильтрования

Продифференцируем уравнение фильтрования

с одного м2 перегородки

Тогда со всей площади фильтровальной ткани

V=0,025·7,04=0,185 м3/м2

По полученным данным найдем время фильтрования по уравнению фильтрования

Полученное значение ф подставим в уравнение фильтрования и найдем общий объем фильтрования за 1,6 ч

Отсюда V=0,12 м3/м2 за 1,6 ч

Ответ: общий объем фильтрата равен 0,12 м3.

Задача №6

Коэффициент распределения по воде равен 0,0017. На экстракцию поступает 1 л водного раствора металла с концентрацией 0,3 г/л. Расход раствора экстрагента 0,05 л. Определить: 1) конечную концентрацию металла после однократной экстракции

2) определить число ступеней экстракции до достижения концентрации металла в воде 10-6 г/л, если экстрагент подается порциями по 0,15 л.

Решение:

а) По уравнению экстракции

где

Vв - объем водного раствора

Свн - начальная концентрация водного раствора

Свк - конечная концентрация водного раствора

Vорг - объем раствора экстрагента

Соргк - конечная концентрация экстрагента

Соргн - начальная концентрация экстрагента

Выразим значение Св через коэффициент распределения

Подставим значение Св в уравнение

г/л

г/л

б)

1 ступень:

г/л

г/л

2 ступень:

г/л

г/л

3 ступень:

г/л

г/л

Ответ: а) Св = 0,0099 г/л

б) необходимо 3 ступени экстракции до достижения концентрации металла в воде 10-6 г/л.

Задача №7

Исходный раствор содержит 0,5 г/л Никеля и 1,5 г/л Железа. Потоки водной и органической фаз равны. После экстракции водный раствор содержал 0,1 г/л Никеля и 1,45 г/л Железа. Определить коэффициенты распределения по Никелю и Железу, коэффициент селективности и степень извлечения Никеля и Железа.

Решение:

где

Vв - объем водного раствора

Свн - начальная концентрация водного раствора

Свк - конечная концентрация водного раствора

Vорг - объем раствора экстрагента

Соргк - конечная концентрация экстрагента

Соргн - начальная концентрация экстрагента

Так как Vв = Vорг, то уравнение экстракции имеет вид

По Никелю:

Сорг = 0,4 г/л

По Железу:

Сорг = 0,05 г/л

Найдем коэффициент распределения по Никелю

Найдем коэффициент распределения по Железу

Коэффициент селективности равен

Степень извлечения по Никелю

Степень извлечения по Железу

Ответ: КрNi = 4, КрFe = 0,035, в = 0,0088, ENi = 80%, EFe = 3,38%.

Задача №8

В экстрактере обрабатывается водный раствор соли чистым экстрагентом. Поток раствора 10 м3/ч. Начальная концентрация соли равна 6,5 кг/м3, конечная концентрация соли равна 1 кг/м3. Равновесная концентрация соли в экстракте 35 кг/м3. Плотность экстрагента 879 кг/м3. Определить необходимый расход экстрагента.

Решение:

По уравнению экстракции найдем значение необходимого расхода экстрагента

где

Vв - объем водного раствора

Свн - начальная концентрация водного раствора

Свк - конечная концентрация водного раствора

Vорг - объем раствора экстрагента

Соргк - конечная концентрация экстрагента

Соргн - начальная концентрация экстрагента

м3/ч = 1,57·10-3 л/ч.

Необходимый расход массы экстрагента

кг/ч

Ответ: необходимый расход массы экстрагента 1,38·103 кг/ч.

Задача №9

Экстракция Te осуществляется 80%-ным раствором трибутилфосфата (ТБФ) в керосине. Емкость экстрагента 55 мг/л. Поток экстрагента 100 л/ч. В исходном водном растворе содержится 60 г/л Te. Степень извлечения Te 96%. Экстрактор работает 20 ч/сут. Плотность керосина 0,8 кг/л. Плотность ТБФ 0,995 кг/л.

Определить: 1) массу извлекаемого Te в сутки,

2) суточный расход экстрагента (раствора и компонентов)

Решение:

Уравнение экстракции:

где

Vв - расход водного раствора

Свн - начальная концентрация водного раствора

Свк - конечная концентрация водного раствора

Vорг - расход раствора экстрагента

Соргк - конечная концентрация Te в экстракте

Соргн - начальная концентрация Te в экстракте

1) Масса извлекаемого Te в сутки находится по формуле

Определим суточный расход экстрагента

л/ч

мг/сут = 105,6 г/сут

2) Масса раствора в сутки находится по формуле



Найдем плотность раствора

кг/л

кг

Суточный расход ТБФ

л/сут

Суточный расход керосина

л/сут

Ответ: 1) мг/сут

2) л/ч, л/сут, л/сут.

Задача №10

Графически и аналитически определить теоретическое число ступеней экстракции нафтеновой кислотой цинка из водного раствора с начальной концентрацией 8 г/л до 0,02 г/л. Поток водной фазы 1000 м3/сут, органической - 400 м3/сут. Данные по концентрации цинка в экстракте ионной фазы:

Сорг , г/л	23,3	13,6	7,5	3,9
СВ , г/л	3	1,5	0,5	0,17

Решение:

Аналитический метод:

По уравнению экстракции

где

Vв - объем водного раствора

Свн - начальная концентрация водного раствора

Свк - конечная концентрация водного раствора

Vорг - объем раствора экстрагента

Соргк - конечная концентрация экстрагента

Соргн - начальная концентрация экстрагента

Выразим Св

Найдем Кр

Узнаем количество ступеней экстракции:

1)

г/л

г/л

2)

г/л

г/л

3)

г/л

г/л

Ответ: потребуется 3 ступени экстракции.

Задача №11

Необходимо получить умягченную воду с общим солесодержанием 15 мг/л. Заданный проскок солей жесткости составляет 0,02 мг·экв/л. Определить расход NaCl для регенерации ионита КУ-2-8 с целью проведения умягчения в заданном режиме.

Решение:

Где

Ж - жесткость

ц - постоянная натриевого катионита

б - степень регенерации

С - солесодержание воды

Степень регенерации ищется по формуле:

Где

б0 - константа, которая зависит от марки ионита и от вытесняемого иона

м - доза регенерата

Найдем значение степени регенерации по заданным данным по формуле :

По формуле вычислим дозу реагента:

,

,

экв NaCl/экв востан. воды КУ-2-8

Ответ: расход NaCl раен 3,27 экв NaCl/экв востан. воды КУ-2-8.

Размещено на Allbest.ru

...