Эжекция и инжекция реагентов в технологиях водоподготовки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Питьевая вода, централизовано подаваемая населению, должна соответствовать СанПин 2.1.4.559-96. Такое качество воды достигается, как правило, использованием классической двухступенчатой схемы, представленной на рисунке 1. На первой ступни в очищаемую воду вводят коогулянты и флокулянты и затем, производится осветление в горизонтальных отстойниках и скорых фильтрах, на второй ступени перед подачей в РЧВ производится обеззараживание [1, С. 36-38], [2, С. 56-62].

Рис. 1 - Технологическая схема системы водоподготовки

Таким образом, в схеме предусмотрено введение в воду различных реагентов в виде газов (хлор, озон, аммиак, диоксид хлора), растворов гипохлорита, коагулянтов (сернокислый алюминий и/или гидроксохлорид алюминия), флокулянтов (ПАА, прайстол и феннопол). Чаще всего дозирование и подача этих реагентов производится методом инжекции или эжекции.

Инжекция - это ввод и распыление через форсунку (инжектор) растворов хлорной воды, гипохлорита, коагулянта (флокулянта) насосами под давлением.

Эжектор - «эжекционный насос» приводит в движение раствор реагента или газа путем разряжения среды. Разряжение создается движущимся с большей скоростью, рабочим (активным) потоком. Этот активный поток назавем эжектирующим, а приводимую в движение смесь эжектируемой (пассивной смесью). В камере смешения эжектора пассивная смесь передает энергию активному потоку, вследствие чего все их показатели, в том числе и скорости.

Широкое применение процесса эжектирования обосновывается следующими факторами: простотой устройства и его технического обслуживания; малым износом вследствии отсутствия трущихся деталей, что обусловливает длительный срок службы. Именно поэтому эжектирование применяется во многих сложных технических устройствах, таких как: химические реакторы; системы дегазации и аэрации; газотранспортных установках, сушки и вакуумировании; системах передачи теплоты; и, конечно, как сказано выше в системах водоподготовки и водоснабжения.

Ограничение в применении инжекторов в тех же системах связано с их малой производительностью, так как большая производительность требует мощных насосов-инжекторов, что приводит к существенному удорожанию системы, в то время как увеличение производительности эжекторами менее затратно. Так автоматические модульные станции водоподготовки, рассчитанные на снабжение питьевой водой небольших поселков, в подавляющем большинстве используют инжекцию. Типовая конструкция такой станции универсального типа представлена в [3], где на всех точках ввода реагентов в воду используется инжекция. Часто принимают и компромиссное решение (рис.2). На первом этапе эжекцией газообразного хлора в воду с использованием хлораторов в эжекторе 4 получают так называемую хлорную воду, которую затем (на втором этапе) инжектируют насосом 1 в водовод 2, где движется поток обрабатываемой воды.

Рис. 2 - Эжекция и инжекция газообразного хлора в воду

насос инжекция водоподготовка хлорный

Рис. 3 - Схема ввода хлорной воды в процессе инжекции ее в водовод

Типовой инжекционный узел ввода хлорной воды в водовод 2 в таких случаях представлен на рис. 3. Достоинством такой схемы является рациональное совмещение эжекции и инжекции, что позволяет благодаря насосу 1, необходимому для реализации инжекции, обеспечить высокую эжекционную производительность эжектора. Диаграммы выбора насоса 1 в таких схемах для эжектора с производительностью до 20 кг Сl/час представлены на рис. 4.

На рис. 5 представлена типовая конструкция эжектора, наиболее характерная для дозирования газового реагента (чаще всего хлора) в водовод. Эжектор состоит из линии подачи эжектирующего потока (воды) представляющей собой конусообразное сопло 1, которое соединяется с камерой смешения (рабочая камера) 2 и камерой смешения 4. В рабочую камеру 2 Подается эжектируемый газообразный хлор через устройство 3. Диффузор 5 подает хлорную воду в водовод [4, С. 15 - 18].

Рис. 4 - Диаграмма выбора насоса к эжектору 20кг Gl/час

Параметры такого эжектора являются исходными величинами, определяющими все основные рабочие параметры узлов ввода реагентов. Авторами разработана методика [5, С. 56-62] расчета высокопроизводительных хлораторов на основе, которой разработан и запатентован модельный ряд эжекторов различной производительности [6, C. 142].

Производительность и другие характеристики инжектора, который фактически является дозирующим насосом, зависят от общих технических характеристик собственно насоса и системы импульсного дозирования. Основные же характеристики эжектора определяют конструктивные особенности его сечения, причем эти особенности настолько принципиальны, что без технических расчетов и экспериментальных проработок обеспечить эффективность работы эжектора практически невозможно. Поэтому целесообразно рассмотреть эти вопросы на примере эжекторов для дозирования газообразного хлора в воду.

Таким образом, действие эжектора основано на передаче кинетической энергии эжектируещего потока (активного потока) жидкости, обладающего большим запасом энергии, эжектируемому (пассивному) потоку, обладающему малым запасом энергии [7,], [8, С. 184]. Запишем уравнение Бернулли для идеальной жидкости в соответствии, с которым сумма удельной потенциальной энергии (статического напора) и удельной кинетической энергии (скоростного напора) постоянна и равна полному напору:

Рис. 5 - Эжектор для дозирования газообразного хлора в воду

Истекающая из сопла вода обладает большей скоростью (v2>v1), т. е. большим скоростным напором, поэтому пьезометрический напор потока воды в рабочей камере 2 и в камере смешения уменьшается (p2<p1), это и приводит к подсосу газа (в нашем случае хлора) в камеру смешения. В камере происходит перемешивание рабочей и эжектируемой сред. В диффузоре 5 скорость смеси сред уменьшается, а статический напор увеличивается, благодаря которому жидкость подается в водовод по нагнетательному трубопроводу.

Отношение расхода эжектируемой жидкости (QЭ) к расходу рабочей жидкости (QP) называется коэффициентом подмешивания или эжекции - a.

Коэффициент эжекции, зависящий от параметров эжектора, лежит в довольно широких пределах от 0.5 до 2.0. Наиболее устойчивая работа водоструйного насоса наблюдается при a=1.

Коэффициентом напора эжекционного насоса Я назовем отношение полной геометрической высоты подъема (Н) эжектируемого потока жидкости в метрах - это давление на входе в эжектор к напору рабочего потока (h) в м - противодалению.

Важным параметром характеризующий эффективность работы эжектора и также зависящий от конструктивных параметров устройства является коэффициент полезного действия насоса. Как известно этот коэффициент равен отношению полезно затраченной мощности (H·QЭ·Y кГм/сек) к затраченной мощности (h·QP·Y кГм/сек), то есть:

Таким образом, эффективность работы эжекционного насоса определяется произведением коэффициентов напора и эжекции. Лабораторные эксперименты на стенде проводились для определения коэффициента напора эжекторов различной производительности. Полученная экспериментальная диаграмма эжектора изображена на рис.3. По данной диаграмме определяются параметры - давление на входе в эжектор, противодавление и расход эжектрующей жидкости, которые обеспечивают расход эжектируемого газа 20 кг/ч.

В соответствии с полученной методикой расчетов параметров эжектора определены основополагающие типоразмеры эжекторов модельного ряда хлораторов с производительностью по хлору от 0,01кг/час до 200 кг/час обеспечивающие максимальную эжекционную способность. Установлено, конфигурация внутреннего продольного сечения эжектора, необходимо учитывать следующие размеры сечения (рис.5): диаметр сопла D, длина рабочей камеры L, диаметр камеры смешения D1, длина камеры смешения L1, выходной диаметр диффузора D2, длина диффузора L2.

Получено экспериментальное подтверждение зависимости расхода хлора Q от расхода воды R. Кривая Q = f(R) аппроксимируется двумя прямыми пересечение которых, отделяет зону эффективной эжекции с высоким коэффициентом эжекции от зоны неэффективной. Очевидно, что дальнейший интерес представляет область эффективной эжекции, а конструкция внутреннего сечения эжектора должна быть такова, чтобы коэффициент эжекции в этой области был максимально возможным.

Область, в которой изменяется коэффициент эжекции, определяется геометрическим параметром эжектора m, равным отношению площади сечения камеры смешения F к площади сечения сопла F1:

m = F/F1,

Таким образом, этот параметр является основным, по которому рассчитывают все остальные основные размеры эжекционного насоса.

Анализ результатов, полученных из сопоставления экспериментальных результатов с существующими аналитическими данными [5, С. 56 - 62] позволяет сделать следующие выводы. Наиболее эффективная эжекция насоса соответствует параметру m лежащему в диапазоне значений 1,5 - 2,0. В этом случае, определяемый по формуле диаметр камеры смешения D1 = D , при D = 7мм лежит в диапазоне 8,6 -10 мм.

Экспериментально установлена пропорция, связывающая все параметры, обозначенные на рис.5 L = 1,75D, L1 = 1,75D, L2= 7,75D. Эти соотношения обеспечивают максимальный коэффициент эжекции, который лежит в области максимально эффективной эжекции.

Таким образом, можем сделать вывод, что для достижения максимальной эжекции конструкция внутреннего продольного сечения и соотношения размеров должны соответствовать найденным соотношениям D1=1,25D, D2 = 2,5D, L = 1,75D, L1 =1,75D, L2 =7,75D.

Сконструированный по данным соотношениям эжекционный насос создает оптимальные условия для передачи кинетической энергии эжектируещей жидкости поступающей на вход насоса под большим давлением, определяемым по диаграмме, эжектируемому газу подаваемому в камеру смешения с меньшим скоростным напором и меньшим запасом энергии и обеспечивает максимальное подсасывание газа.

Список литературы

1. А.Б. Кожевников. Современная автоматизация реагентных технологий водоподготовки / А.Б. Кожевников, О.П. Петросян // Стройпрофиль. - 2007. - № 2. - С. 36 - 38.

2. Бахир В.М. К проблеме поиска путей повышения промышленной и экологической безопасности объектов водоподготовки и водоотведения ЖКХ / Бахир В.М. // Водоснабжение и канализация. - 2009. - № 1. - С. 56 - 62.

3. Пат. 139649 Российская Федерация, МПК C02F Автоматическая модульная станция водоподготовки с системой розлива и продажи питьевой воды улучшенного вкусового качества / Кожевников А. Б. Петросян А О., Парамонов С.С.; опубл. 20.04.2014.

4. А.Б. Кожевников. Современное оборудование хлораторных станций водоподготовки / А.Б. Кожевников, О.П. Петросян // ЖКХ. - 2006. - № 9. - С. 15 - 18.

5. Бахир В.М. К проблеме поиска путей повышения промышленной и экологической безопасности объектов водоподготовки и водоотведения ЖКХ / Бахир В.М. // Водоснабжение и канализация. - 2009. - № 1. - С. 56 - 62.

6. А.Б. Кожевников, О.П. Петросян. Эжекция и сушка материалов в режиме пневмотранспорта. - М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2010. - C. 142.

7. Пат. 2367508 Российская Федерация, МПК C02F Эжектор для дозирования газообразного хлора в воду / А.Б. Кожевников, О.П. Петросян.; опубл. 20.09.2009.

8. А.С. Волков, А.А. Волокитенков. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. - М: Изд-во Недра. - 1970. - С. 184.

Размещено на Allbest.ru