Енергозбереження в тепломасообмінних процесах очищення викидів від промислових об’єктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ В ТЕПЛОМАСООБМІННИХ ПРОЦЕСАХ ОЧИЩЕННЯ ВИКИДІВ ВІД ПРОМИСЛОВИХ ОБ'ЄКТІВ

ДІХТЯР ТЕТЯНА ВАЛЕРІЇВНА

05.14.06 - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Одеса - 2010

Анотация

Діхтяр Т.В. Енергозбереження в тепломасообмінних процесах очищення викидів від промислових об'єктів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика й промислова теплоенергетика. Одеський національний політехнічний університет. Одеса, 2010.

Дисертація присвячена зниженню енергетичних витрат при пневматичній і пневмомеханічній аерації в системах очищення шкідливих викидів від промислових об'єктів.

Здійснено аналіз існуючих методів очищення шкідливих викидів промислових об'єктів із використанням води і водних розчинів та способів їх аерації. Встановлено, що при пневматичній аерації неможливо зберегти раціональну структуру руху потоків води, які взаємодіють, розчиненого повітря в умовах постійної подачі і відведення рідини. Необхідність використання апаратів з мішалками зумовлена підвищенням інтенсифікації процесу перемішування рідини з частками для запобігання їх осадженню, забезпечення розчинення повітря у рідині й масопередачі повітря для збільшення показника ступеня використання повітря.

В результаті досліджень тепломасообмінних процесів виявлено, що зміна температури рідини впливає на параметри процесу очищення шкідливих викидів промислових об'єктів з використанням води і водних розчинів і способів їх аерації через густину і коефіцієнт поверхневого натягу рідини.

Виконані дослідження і створені методики розрахунку еколого-енергетичних характеристик систем очищення викидів від промислових об'єктів дозволили визначити області раціонального використання пневматичної та пневмомеханічної аерації для забезпечення енергозбереження.

Ключові слова: гідродинамічні характеристики, теплофізичні характеристики, гідродинамічні процеси, тепломасообмінні процеси, енергетичні витрати.

викид масопередача пневматичний аерація

Аннотация

Дихтярь Т.В. Энергосбережение в тепломассообменных процессах очистки выбросов от промышленных объектов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Одесский национальный политехнический университет. Одесса, 2010.

Диссертация посвящена снижению энергетических затрат при пневматической и пневмомеханической аэрации в системах очистки вредных выбросов от промышленных объектов.

Выполнен анализ существующих методов очистки вредных выбросов промышленных объектов с использованием воды и водных растворов и способов их аэрации. Установлено, что при пневматической аэрации невозможно сохранить рациональную структуру движения взаимодействующих потоков жидкости, растворенного воздуха в условиях постоянной подачи и отведения жидкости. Необходимость использования аппаратов с мешалками обусловлена повышением интенсификации процесса перемешивания жидкости с частицами для предотвращения их осаждения, массопередачи воздуха для увеличения показателя степени использования воздуха.

Исследование характера влияния исходного диаметра пузырька воздуха на количество дробленых пузырьков и на их суммарную площадь, расхода жидкости, начальной концентрации загрязнений на эффективность очистки жидкости позволило выявить, что увеличение исходного диаметра пузырька приводит к увеличению количества более мелких пузырьков, на которые он дробится. Дробление пузырьков ведет к увеличению поверхности контакта воздуха с жидкой фазой и к интенсификации процесса растворения воздуха в жидкости.

Выполнено моделирование, позволяющее получить пространственное распределение линий тока при численном решении уравнений Навье-Стокса с заданными граничными условиями, позволившее определить наиболее безопасные участки по скорости движения жидкости для обеспечения более высокой степени очистки.

В результате исследований тепломассообменных процессов обнаружено, что изменение температуры жидкости влияет на параметры процесса очистки вредных выбросов промышленных объектов с использованием воды и водных растворов и способов их аэрации через плотность и коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Выполненные исследования и созданные методики расчета эколого-энергетических характеристик систем очистки выбросов от промышленных объектов позволили определить рациональные области использования пневматической и пневмомеханической аэрации для обеспечения энергосбережения.

Ключевые слова: гидродинамические характеристики, теплофизические характеристики, гидродинамические процессы, тепломассообменные процессы, энергетические затраты.

Abstract

Dikhtyar T.V. Energy-savings in the processes of heat exchange and mass-transfer of cleaning of extrass from industrial objects. Manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineerings sciences on speciality 05.14.06 - Technical thermal physics and industrial thermal energу. Odessa National Polytechnic University. Odessa, 2010.

Dissertation is devoted to the decline of power expenses at the pneumatic and pneumomassage airing in the systems of cleaning of harmful extrass from industrial objects.

The analysis of existent methods of cleaning of harmful extrass of liquid of industrial objects and methods of airing are carried out. It is set that at the pneumatic airing it is impossible to save the rational structure of motion of interactive streams of water, cut-in аir in the conditions of permanent serve and taking of flows. The necessity of the use of vehicles with mixers is conditioned by the increase of intensification of process of interfusion of water for prevention of its besieging, providing of dissolution of аir in water and transmission of mass of аir to the increase of index of degree of the use of аir.

It is discovered as a result of researches of processes of heat exchange and mass-transfer, that the change of temperature of water influences on the parameters of process of cleaning of harmful extrass from industrial objects with the use of water and water solutions through of water treatment due to a density and coefficient of surface-tension of water.

The executed researches and created methods of calculation of ecological and power descriptions of the systems of cleaning of extrass from industrial objects allowed to define the rational areas of the use of the pneumatic and pneumomassage airing for providing of energy-savings.

Keywords: hydrodynamic characteristics, thermophysical characteristics, hydrodynamic processes, heаt аnd mаss exchаnge processes, power charges.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В Україні й світовому співтоваристві однією з найгостріших проблем сучасності є зниження енергетичних витрат на системи очищення шкідливих викидiв об'єктів промислової теплоенергетики. Сьогодні багато шкідливих речовин не очищуються, а організація їх очищення збільшує капітальні вкладення та істотно збільшує витрати енергії на власні потреби. Енергетичні потреби очисних комплексів настільки істотні, порівняно з виробленням електроенергії, що викиди деяких шкідливих речовин мінімізуються до допустимих значень (ГДК) без спеціального очищення оптимальною організацією технологічного процесу. При цьому порушення технології процесів очищення у промислових системах призводить до багаторазового збільшення шкідливих викидів. Порушення технологічних методів очищення призводить до забруднення навколишнього середовища й порушення екологічного балансу регіонів. Реконструкція й технічне переозброєння енергетичного господарства підприємств на базі впровадження нової техніки й передової технології, організації ощадливого й раціонального використання води є першочерговим завданням будь-якого сучасного територіального енергетичного комплексу.

Викиди рідини від енергетичних об'єктів промислових підприємств містять велику кількість забруднень, що екологічно небезпечно в санітарному відношенні. Для вирішення цього питання застосовується очищення викидів з використанням води і водних розчинів за допомогою аерації.

Однак, для того, щоб процес очищення викидів проходив згідно з нормативами сучасних вимог, необхідно забезпечити певні умови, основною з яких є наявність у водоймищі після впуску в нього викидів рідини запасу розчиненого повітря, оптимізація процесу насичення якого з погляду енергетичних витрат остаточно не вирішена.

Таким чином, дослідження, спрямовані на вдосконалення й енергозбереження при експлуатації, створення методики вибору виду аерації систем очищення викидів від промислових об'єктів, є актуальними й сучасними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні теоретичні й практичні результати дисертаційної роботи отримані при виконанні НДР у відповідності до Законів України: “Про енергозбереження” і “Про пріоритетні напрямки розвитку науки й техніки”, пункт 3 “Збереження навколишнього середовища та сталий розвиток” і пункт 6 “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі”, а також “Національної енергетичної програми України до 2015 р.”, „Програми енергозбереження в АР Крим до 2012 р.”

Напрямок роботи відповідає плану ДКТН України, розділ 04.12 «Економічні та технологічні засади енерго- та ресурсозбереження; стратегія розвитку енергетики», основним завданням державної програми «Енергозбереження», програм «TASIS» Енергетичного центру ЄС у м. Києві.

Мета й завдання дослідження. Метою роботи є зниження енергетичних витрат при пневматичній і пневмомеханічній аерації в системах очищення викидів від промислових об'єктів.

Відповідно до поставленої мети були сформульовані такі завдання:

1. Виконати аналіз існуючих методів очищення промислових викидів і способів аерації в них для створення енергетично ефективної системи очищення;

2. Виконати математичне моделювання процесів масопередачі в двофазних потоках при пневматичній аерації в технологічних пристроях систем очищення викидів;

3. Виконати моделювання гідродинаміки течії при пневмомеханічній аерації для забезпечення найбільшого ступеня очищення;

4. Дослідити особливості теплофізичних параметрів при тепломасообмінних процесах у системі «газ - рідина»;

5. Розробити методики розрахунку еколого-енергетичних характеристик систем очищення викидів від промислових об'єктів.

Об'єктом дослідження є технологічні пристрої систем очищення викидів від промислових об'єктів.

Предметом дослідження є тепломасообмінні процеси при пневматичній і пневмомеханічній аерації.

Методи дослідження. Поставлені завдання вирішувалися математичними методами фізичного та чисельного моделювання. Фізичне моделювання використовувалось для отримання залежностей, які формулюють методики розрахунку гідродинамічних та еколого-енергетичних параметрів масопередачі у двофазних потоках. Чисельне моделювання використовувалось для отримання просторового розподілу ліній течії, що дозволило забезпечити найбільш високий ступінь очищення викидів.

Вірогідність отриманих наукових положень, висновків і рекомендацій заснована на сучасних уявленнях про гідродинаміку й підтверджена тим, що отримані результати не суперечать висновкам відомих положень. Наукові положення, висновки й рекомендації, сформульовані у дисертаційній роботі підтверджені результатами експериментальних досліджень, узагальненням і систематизацією отриманих даних.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Виявлені чинники, що дозволяють прогнозувати енергетичні витрати і зміну ефективності роботи пристроїв очищення, які відрізняються тим, що вони визначають області використання пневматичної та пневмомеханічної аерацій залежно від діаметрів бульбашок повітря, що забезпечує ефективність технологічного процесу очищення викидів від промислових об'єктів.

2. Отримані теоретичні закономірності впливу вихідного діаметру бульбашки повітря на швидкість спливання бульбашок, які відрізняються тим, що отримане співвідношення для визначення швидкості спливання охоплює діаметри бульбашок від 1,4 мм до 8,6 мм, що дозволяє оцінити ефективність технологічного процесу очищення викидів.

3. Визначений діаметр бульбашки, при якому починається мимовільне дроблення бульбашок при спливанні, який відрізняється тим, що він отриманий щодо багатофазних систем очищення, що сприяє збільшенню поверхні контакту бульбашки з водою та інтенсифікації розчинення повітря у воді.

4. Вперше отримане співвідношення для визначення необхідної потужності мішалки, яке відрізняється тим, що до нього входять основні розміри та швидкість, що дозволяє порівняти різні види аераціїі.

Практична значимість отриманих результатів.

- розроблена методика визначення потужності пневмомеханічного аератора, яка дозволяє порівняти різні види аераціїї;

- запропоновані методики визначення швидкості, ступеня використання повітря й коефіцієнта масопередачі при різних видах аерації, а також визначення оптимального діаметра бульбашок повітря для досягнення максимального ступеня очищення викидів;

- запропоновані методи розрахунку процесів масопередачі при пневматичній і пневмомеханічній аераціях, які дозволили вибрати оптимальний вид аерації;

- визначені області раціонального енергетично ефективного використання пневматичної й пневмомеханічної аерацій, що дозволило істотно підвищити ефективність очищення викидів та знизити енергетичні витрати.

Результати роботи прийняті до впровадженя на промислових підпріємствах м. Одеси, с. Крим Роза Білогорського району АРК, с. Затишне Сімферопольського району АРК, використані в навчальному процесі Одеської національної академії будівництва та архітектури, Національної академії природоохоронного та курортного будівництва.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи й основних її положень доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях і семінарах: науково-технічних конференціях Кримського державного індустріально-педагогічного університету (Сімферополь 2002 р.), Таврійського екологічного інституту (Сімферополь 2002 р.), Національної академії природоохоронного та курортного будівництва (Сімферополь, 2003, 2007-2009 р.).

2. Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми, показана її наукова новизна і практична цінність, сформульовані мета і завдання дослідження, показано зв'язок з науковими програмами і планами.

У першому розділі представлено аналіз літературних джерел згідно теми дисертації. Показано, що система очищення викидів від промислових підприємств є однією з найважливіших систем, які забезпечують нормальну роботу теплоенергетичних об'єктів. Будь-які збої в системі негайно відбиваються як на «вході», під час вступу води в агрегати, так і на «виході», при скиданні використаної води в екосистему. При експлуатації систем очищення викидів керуються рядом стандартів України та ISO, спрямованих на створення систем управління довкіллям, які не передбачають енергозбереження.

Викиди рідини промислових об'єктів містять значні кількості шкідливих речовин. Ці речовини в тій або іншій мірі гальмують швидкість проходження процесів і тим самим знижують ефективність роботи споруд, що впливає не лише на вартість очищення, але і на його повноту. Для вирішення цього питання застосовується очищення викидів за допомогою аерації. Физико-хімічна сутність очищення викидів методом аерації полягає в насичені домішок рідини повітрям, а також в переході розчинених летючих речовин у газову фазу внаслідок захоплення їх повітрям.

У розділі розглянуті основні технологічні схеми очищення і типи аерації.

Проте, до теперішнього часу, не дивлячись на багаточисельні роботи, спрямовані на створення енергетично ефективної системи очищення викидів, ці питання практично не висвітлені, отже вони мають велике народногосподарське значення. Немає загального методологічного підходу, що враховує різноманітність схем очищення викидів від промислових об'єктів і типів аераторів та їх конструктивних рішень. Відсутні методи забезпечення постійності раціональної структури руху потоків рідини, які взаємодіють, розчиненого повітря в умовах зміни навантаження.

Впливовими чинниками для теоретичного дослідження є витрата повітря, яке подається в систему; потужність, що витрачається на перемішування рідини з повітрям; частота обертання мішалки пневмомеханічного аератора; інтенсивність механічного перемішування.

Виявлено, що раціональна організація процесу очищення при перемішуванні остаточно не вирішена. При цьому ефективність процесу очищення залежить від взаємодії системи «газ - рідина», «повітря, розчинене у рідині, - водний розчин», що вимагає вивчення процесів масопередачі в даних видах аерації.

На підставі проведеного аналізу визначені наукові задачі, вирішення яких нададуть змогу досягти мети роботи.

У другому розділі наведені результати теоретичних досліджень процесів масопередачі при пневматичній аерації систем очищення викидів від промислових об'єктів.

Особливість спливання бульбашок визначається їх діаметром. Виділено три області зміни діаметру бульбашки: ; ; .

Для різних діаметрів бульбашок отримані вирази для максимальної витрати повітря через один отвір барботера.

Максимальна витрата повітря залежить від швидкості спливання бульбашок, а діаметр бульбашки пов'язаний з діаметром отвору барботера.

В результаті досліджень визначено, що для системи «газ - рідина» діаметр бульбашки дорівнює діаметру отвору барботера при значенні d_о=d=6,7 мм. При 6,7 значення , а при 6,7 значення . Зв'язок діаметру бульбашки повітря з діаметром отвору барботера.

Для області зміни діаметру бульбашки повітря отримана формула для визначення швидкості спливання бульбашок.

Залежність швидкості спливання бульбашки від її діаметру, розрахована за допомогою співвідношення (4) і відомої залежності для швидкості спливання при 1,4мм.

Аналіз графіка показав, що зі збільшенням діаметру бульбашки збільшується швидкість спливання до діаметру 1,4 мм, при діаметрі 1,4 мм швидкість досягає приблизно 1,1 м/с, подальше збільшення діаметру бульбашки веде до зменшення швидкості спливання, що сприяє збільшенню масопередачі повітря з бульбашки у воду. Але одночасно зменшується поверхня контакту бульбашок з водою при фіксованій витраті повітря. Отже, необхідно визначити оптимальний діаметр бульбашки повітря при якому досягається максимальна ефективність очищення. Відзначимо, що отриманий характер зміни швидкості від діаметру бульбашки відповідає експериментальним даним, отриманим В.В. Кафаровим.

Був виконаний аналіз залежності ефективності очищення викидів рідини від діаметру бульбашки повітря при витраті рідини Q=50-5000 м³/год, початковій концентрації забруднень =150-500 мг/л, діаметрі бульбашки повітря d=0,5-14 мм.

Аналіз графіка показує, що незалежно від витрати рідини ефективність очищення зростає із збільшенням діаметру бульбашки, досягаючи максимуму при 2 мм. Потім ефективність зменшується і стає мінімальною при d=8,6 мм. При подальшому збільшенні діаметрів бульбашок ефективність очищення зростає у зв'язку з мимовільним дробленням бульбашок повітря, що веде до збільшення поверхні контакту роздроблених бульбашок з водою. Ефективність очищення зростає із зменшенням початкової концентрації забруднень. Так, при d=14 мм спостерігається зменшення початкової концентрації в 3,3 рази, з 500 до 150 мг/л, ефективність очищення зростає на 6 %, з 91 до 97 %, що, відповідно, підвищує екологічну, соціальну та технічну ефективність.

При малій початковій концентрації забруднень 200 мг/л ефективність очищення практично не залежить від діаметру бульбашок повітря, знаходячись на рівні 97-98 %.

Отримано безрозмірний комплекс К_у, що характеризує відношення сили тяжіння бульбашки до сили поверхневого натягу води.

При значенні К_у більше 10 сила тяжіння перевищує силу поверхневого натягу і відбувається руйнування бульбашки, тобто її мимовільне дроблення при спливанні. Виявлено, що бульбашка починає дробитися при значенні . Чим більший початковий діаметр бульбашки, тим на більшу кількість роздроблених бульбашок вона дробиться.

У водному розчині відбувається два види процесів масопередачі: 1) розчинення повітря у воді; 2) надходження води з розчиненим повітрям у водний розчин. У першому випадку здійснюється масопередача газу (повітря) в рідину (вода), в другому випадку - масопередача рідини (вода з розчиненим повітрям) до рідини (водний розчин).

В результаті досліджень знайдені співвідношення для розрахунку ступеня використання повітря при діаметрах бульбашки і . Від ступеня використання повітря залежить ефективність очищення викидів рідини.

Видно, що розрахунковий ступінь використання повітря є мінімальним при діаметрі бульбашки. По обидві сторони від цієї величини діаметру зростає, досягаючи одиниці при. Зростання при збільшенні діаметру бульбашок в області пов'язане з мимовільним дробленням бульбашок, при якому збільшується сумарна площа контакту бульбашок з водою. Можливо, що в області малих значень () доцільним є використання пневмомеханічних аераторів для примусового дроблення бульбашок.

У розділі 3 проведено дослідження енергетичних характеристик процесів пневмомеханічної аерації.

Пневмомеханічний аератор інтенсифікує процес розчинення повітря в рідині за рахунок дроблення бульбашок повітря мішалкою і забезпечує перемішування часток з рідиною.

Оцінка необхідної потужності мішалки потрібна для порівняння різних видів аерації і вибору оптимального виду. Існуючі переконання на процес опору обертанню мішалки дозволили отримати вираз для необхідної потужності мішалки для забезпечення заданої швидкості на заданій відстані від центру мішалки, при якій забезпечується перемішування часток з рідиною.

З формули виходить, що сумарна потужність мішалок зменшується із збільшенням їх кількості. На сумарну потужність мішалок також, як і на потужність однієї мішалки, істотно впливає швидкість мішалки _м, яку слід вибирати з умови забезпечення примусового дроблення бульбашок повітря.

Бульбашки, що поступають з барботера, потрапляючи на лопасті мішалки, дробляться на дрібніші бульбашки, розмір яких визначається потужністю мішалки. Подрібнені бульбашки відносяться на деякі відстані радіальним струменем води, утвореним мішалкою. Покидаючи струмінь води, вони спливають вже з більшою швидкістю, ніж швидкість вихідних бульбашок, що поступають з барботера.

Відношення витрати повітря, що подається на мішалку, до об'єму води, відкиданою мішалкою (продуктивність мішалки), не повинно бути надмірним. Надлишок повітря призводить до «захлинання» мішалки. Бульбашки повітря не дробляться і не розкидаються мішалкою, а, обтікаючи мішалку, піднімаються вгору по валу.

Встановлений вплив швидкості мішалки на параметр .

Аналізуючи залежність можна зробити висновок, що в області значень 3,5м/с умова не виконується.

Виконано моделювання гідродинаміки течії при пневмомеханіч-ному аерируванні. В результаті досліджень при різних швидкостях входу рідини отримано, що найбільш безпечна зона знаходиться в центральній частині споруди. Вона характеризується зменшенням швидкості руху рідини і часток, що сприяє ретельнішому перемішуванню їх з водою і, тим самим, забезпечує більшу ефективність очищення викидів рідини.

У розділі 4 розроблено методику розрахунку еколого-енергетичних характеристик систем очищення викидів від промислових об'єктів, яка полягає у визначенні гідродинамічних параметрів і параметрів масопередачі, при яких забезпечуються задані вихідні дані при пневматичній і пневмомеханічній аераціях і у виборі оптимального виду аерації, при якому забезпечуються мінімальні енергетичні витрати.

Запропонована методика порівняння енергетичних і екологічних показників при пневматичній і пневмомеханічній аерації для визначення оптимального виду аерації.

Порівняння видів аерації виконано за допомогою чисельного експерименту з використанням співвідношень методик розрахунку пневматичної і пневмомеханічної аерацій. Розрахунки проводилися при Q=200-2000; =200-800 мг/л; d=0,5-14 мм.

Енергетичну ефективність характеризуватимемо питомою потужністю, тобто витратами потужності на одиницю зниження концентрації забруднень і одиницю витрати рідини. Результати розрахунків впливу діаметру бульбашок повітря на екологічну ефективність.

Видно, що в області більш екологічною виявляється пневмомеханічна аерація, оскільки їй відповідає екологічна ефективність на 7-9 відсотків більше, ніж при пневматичній аерації. Це порівняно невелика відмінність істотно впливає на величину концентрації забруднень у рідині після очищення. Так, наприклад, при при пневмомеханічній аерації Е=97,38 %, а при пневматичній аерації Е=88,44 %. Тоді при пневмомеханічній аерації, а при пневматичній аерації, тобто за залишковою концентрацією пневмомеханічна аерація є ефективнішою в 4,4 рази.

За питомою потужністю пневмомеханічна аерація також має переваги при. При значення знижується в 2,3 рази при Q= 200 і в 1,5 рази при Q=2000. Таким чином, в області, окрім підвищеної екологічної ефективності, пневмомеханічна аерація є енерго-зберігаючою технологією.

При доцільно використовувати пневматичну аерацію у зв'язку з тим, що пневмомеханічна аерація в цій області діаметрів бульбашок не може застосовуватися через «захлинання» мішалки.

Проведений аналіз екологічної ефективності і питомої потужності дозволив зробити такі висновки про раціональні області використання пневматичної і пневмомеханічної аерацій.

Пневмомеханічну аерацію слід використовувати при діаметрі бульбашок і глибині споруди понад 3 м при малих витратах рідини і при глибині понад 5 м при великих витратах. В інших випадках слід використовувати пневматичну аерацію.

Досліджені процеси тепломасообміну в системі «газ - рідина». Основними чинниками, що роблять вплив на очищення рідини, є температури вихідної рідини і зовнішнього повітря.

Тепломасообмінні процеси відображені в розрахункових співвідношеннях для визначення питомої витрати повітря і константи швидкості окислення.

Визначена залежність питомої витрати повітря від температури рідини. Розрахунки проводилися при витраті рідини Q=1500 м³/год, початковій концентрації забруднень =500 мг/л, діаметрі бульбашки повітря d=9 мм. З графіка (рис. 8) видно, що при збільшенні температури рідини збільшується питома витрата повітря на 9,3 % у діапазоні від 5 до 28 ^оС.

В результаті аналізу залежності константи швидкості окислення забруднень від температури рідини можна зробити висновок, що із збільшенням температури рідини збільшується константа швидкості окислення забруднень на 65,6% при пневматичній аерації і на 64,5% при пневмомеханічній аерації в діапазоні від 5 до 28^оС. Вплив температури рідини на інші параметри процессу очищення виявляється через густину і коефіцієнт поверхневого натягу. При збільшенні від 5 до 28^оС густина зменшується на 0,38 %, з 999,99 кг/м³ до 996,18 кг/м³. Коефіцієнт поверхневого натягу води теж зменшується із збільшенням температури на 4,95 %, з 75,22Н/м до 71,5Н/м, тому відношення у вказаному діапазоні змінюється на 4,8 %.

Табличні дані щодо густини і поверхневого натягу дозволили отримати формулу, за якою можна визначити залежність зміни швидкості спливання бульбашок повітря від температури рідини.

Аналіз графіків показав, що при із збільшенням температури швидкість спливання зменшується на 2,3 % у діапазоні від 5 до 28 ^оС, а при із збільшенням температури швидкість спливання збільшується на 44,8 % у діапазоні від 5 до 28 ^оС.

Аналіз залежністі коефіцієнта масопередачі від температури рідини показав, що при діаметрі температура рідини в діапазоні від 5 до 28 ^оС не впливає на коефіцієнт масопередачі, а при із збільшенням температури коефіцієнт масопередачі збільшується на 59,8 % у діапазоні від 5 до 28 ^оС.

Температура рідини також впливає на ефективність очищення і на потужність, що витрачається на аерацію. Розрахунки проводилися при витраті рідини Q=1500 м³/год, початковій концентрації забруднень =500 мг/л, діаметрі бульбашки повітря d = 9 мм.

Зі збільшенням температури ефективність очищення зростає на 8,1 % при пневматичній і на 2 % при пневмомеханічній аерації в діапазоні від 5 до 28 ^оС. Потужність зростає на 9,27 % в разі пневматичної і на 2,69 % в разі пневмомеханічної аерації зі збільшенням температури у діапазоні від 5 до 28 ^оС.

Проведені промислові випробування з дослідження залежності ефективності очищення викидів рідини від діаметру бульбашок повітря на промислових об'єктах с. Крим Роза Білогорського району і с. Затишне Сімферопольського району АРК.

Отримані результати порівню-валися з теоретичними, розрахованими за запропонованою методикою розрахунку процесів масопередачі.

Результати вимірювань у процесі випробувань надані в графічному вигляді з накладенням на них теоретичних залежностей. Порівняння результатів промислових випробувань з теоретичними даними показало, що теоретичні дані корелюють з експериментальними даними з коефіцієнтом кореляції , кореляційний зв'язок сильний та істотний. Це свідчить про достовірність теоретичних розрахунків.

Висновки

1. Виконаний аналіз сучасних систем очищення викидів від промислових об'єктів і способів аерації в них для створення енергетично ефективної системи очищення викидів, в результаті якого встановлено, що перевагу мають схеми пневматичної і пневмомеханічної аерацій.

2. В результаті математичного моделювання гідродинамічних процесів масопередачі при пневматичній і пневмомеханічній аераціях виявлено три області зміни діаметру бульбашки повітря, зумовлені особливим характером спливання бульбашок повітря: ; ; . Для області зміни діаметра бульбашки повітря отриманий вираз для швидкості спливання бульбашки. Показано, що при діаметрі бульбашки відбувається її мимовільне дроблення зі збільшенням поверхні контакту повітря з рідиною, що інтенсифікує процес розчинення повітря в рідині.

3. Енергетичний аналіз мішалки пневмомеханічного аератора показав, що необхідна сумарна потужність мішалок зменшується зі збільшенням кількості мішалок.

4. В результаті досліджень тепломасообмінних процесів виявлено, що зміна температури води впливає на параметри процесу очищення рідини через густину і коефіцієнт ії поверхневого натягу.

5. Теоретичні дослідження дозволили створити методику розрахунку еколого-енергетичних характеристик систем очищення викидів, на підставі якої визначено області раціонального використання пневматичної та пневмомеханічної аерації.

6. Результати дослідження прийняті до впровадження на промислових об'єктах м. Одеса, с. Крим Роза Білогорського району і с. Затишне Сімферопольського району і прошли апробацію на промислових об'єктах с. Крим Роза Білогорського району і с. Затишне Сімферопольського району, що дозволило оптимізувати вибір способу аерації для даної споруди, підвищити ефективність очищення викидів рідини і знизити енергетичні витрати на експлуатацію пристрою.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Оценка необходимой мощности мешалки пневмомеханического аэратора аэротенка для очистки сточных вод [Текст] / Б.И. Боровский, Т.В. Дихтярь // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. - Симферополь: КАПКС. - 2002.- Вып. 7 - С. 269-272.

2. Сравнение энергетических затрат при использовании пневматической и пневмомеханической аэрации в аэротенке при биологической очистке сточных вод [Текст] / Т.В. Дихтярь // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. - Симферополь: КАПКС. - 2002.- Вып. 7 - С. 273-276.

3. Влияние дозы активного ила на продолжительность его регенерации в аэротенках при пневматической аэрации [Текст] / Т.В. Дихтярь // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. - Симферополь: НАПКС. - 2005.- Вып. 11 - С. 135-136.

4. Сранение эколого -энергетической эффективности пневматической и пневмомеханической аэрации при очстке сточных вод в аэротенках [Текст] / Т.В. Дихтярь // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сборник научных трудов. - Дн-вск: ПГАСА. - 2009.- Вып. 50 - С.171-174.

5. Влияние диаметра пузырьков воздуха на эффект очистки сточных вод в аэротенке [Текст] / Б.И. Боровский, Т.В. Дихтярь // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. - Симферополь: КГИПУ. - 2006.- Вып. 6 - С. 65-66.

6. Боровский Б.И. Массопередача при биологической очистке сточных вод в аэротенках [монографія] /Б.И. Боровский, Т.В. Дихтярь - Симферополь: НАПКС - 2007. - 68 с.

Размещено на Allbest.ru