авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Кандидат химических наук инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

-- [ Страница 3 ] --

Статистический анализ параметров, показанных на рис.7, показывает, что все они связаны корреляционными зависимостями. Так, величина См аппроксимирована кусочно-линейным уравнением регрессии, как функция Sв, которая наиболее достоверно отражает действительную величину удельной поверхности непористых, особенно анизометрических частиц:

См = - 0,386 + 5,178 10-3 Sв при Sв 4500 см2/г; коэффициент корреляции r = 0,999;

См = 16,542 + 1,218 10-3 Sв при Sв 4500 см2/г; r = 0,984. (8)

Снижение удельной сорбции масел на единицу поверхности твердой фазы в конце аппарата при Sв 4500 см2/г вызвано повышенной гидрофильностью самых мелких, наиболее окисленных частиц окалины и минеральных примесей, а также сближением размеров частиц и капель масел (уменьшение lg ), при котором скорость коагуляции резко уменьшается.

Близость величин S, 0,5 и lg для разных осадков может говорить о малом отличии и других свойств. Действительно, для осадков, полученных в исследовании отстойника-классификатора, можно отметить следующее. Содержание нефтепродуктов (рис.7), удельное сопротивление при фильтровании и другие свойства осадков, например, для ОМО6 { S в,6 = 2560 см2/г; (0,5)6 = 22 мкм; (lg )6 = 0,38; С м.6 = 12,9%} и для ОМО0 { S в, 0 = 2500 см2/г; (0,5)0 =25мкм; (lg )0 = 0,46; См.0 = 12,5%}, практически совпадают, т.е. осадки ОМО111, ОМО0 и ОМО6 идентичны. Следовательно, ОМО6 может служить представительной моделью всего осадка данного отстойника, т.е. ОМО0. Аналогично, осадок ОМО9 исследуемого отстойника-классификатора {S в,9 = 4238 см2/г; (0,5)9 = 20 мкм; (lg )9 = 0,37; С9 = 21,5%} идентичен, например, осадку ОМО0 вторичных радиальных отстойников оборотного цикла листопрокатного стана «2000» ОАО «Северсталь» {Sв,0 = 4050 см2/г; (0,5)0 =21 мкм; (lg )0 = 0,48; С0 = 20,5%}.

Таким образом, сопоставление свойств непрерывного спектра осадков ОМОi горизонтального отстойника-классификатора с осадками, откачиваемыми насосами из отстойных сооружений оборотных циклов разных МНЛЗ и АГПМ в виде смеси (ОМО0), показывает, что ОМОi представляют собой полную систему статистически подобных, представительных по физико-химическим и технологическим свойствам видов ОМО0. Поэтому ОМО1 ОМО10 могут служить моделями для прогнозирования основных свойств и для выполнения технологических исследований по всем другим системам оборотного водоснабжения указанных металлургических агрегатов. Параметром идентификации, определяющим свойства осадков, является удельная поверхность первичных частиц твердой фазы, хотя параметры статистического распределения (lg и 0,5) могут несколько отличаться.

При использовании катионных флокулянтов для подготовки ОМВ к отстаиванию гидрофобность поверхности частиц окалины увеличивается, что приводит к увеличению содержания нефтепродуктов в осадке. Так, содержание масел в ОМО0 стана «2000» ОАО «Северсталь» увеличилось от совпадающих расчетного и фактического 20,5% до 23,5% после начала обработки флокулянтом, т.е. ее влияние составило (23,5 20,5)/20,5 = +14,6%.

Полученные результаты позволили, в частности, разработать и реализовать процесс безреагентной углубленной очистки оборотной ОМВ, основанный на явлении гидрофобной ортокинетической флокуляции дисперсной фазы. При оптимизированном процессе флокуляционного перемешивания (Гл.5) достигается эффективное удаление из оборотной воды даже наиболее мелких частиц при высоких гидравлических нагрузках на аппарат и работе цикла в замкнутом, беспродувочном режиме. Результаты этих же исследований привели к идее об использовании явления классификации дисперсной фазы в горизонтальном потоке для разработки эффективной технологии гравитационного обезвоживания ОМО (Гл.6).

В Главе 4 излагаются результаты исследований процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки. Перегородки толщиной около 3 мм получали путем фильтрования через технические ткани суспензий из фильтровальных вспомогательных веществ (ФВВ) порошков перлита, окалины, осадка сточных вод доменной газоочистки, других веществ и композиций. Фильтрование проводили преимущественно под вакуумом при постоянных для каждого опыта температуре и разности давлений (Р).

Рис. 8. Кинетика фильтрования ОМО (1, 2) и концентрированной суспензии (3) в характеристических координатах q – /q

На рис.8 в характеристических координатах q – /q опытные кривые фильтрования ОМО (1 и 2), в отличие от линейного графика 3 характерного для концентрированных суспензий, не спрямляются. После цикла фильтрования слой ФВВ на некоторую глубину насыщен нефтепродуктами. Фильтрование ОМО протекает, в отличие от суспензий и эмульсий, с одновременным образованием слоя отфильтрованного осадка на поверхности перегородки и закупориванием ее пор. На основе такой физической модели с учетом аддитивности сопротивлений слоя осадка и закупориваемой перегородки получено дифференциальное уравнение, а после его интегрирования алгебраическое уравнение кинетики фильтрования:

= (/Р)[(rз /3)·q3+(r0x0/2)·q2+R0q], (9)

где rз параметр, названный нами удельным сопротивлением закупоривания (фильтровальной перегородки); rо удельное объемное сопротивление осадка; R0 начальное сопротивление перегородки; xо отношение объемов отфильтрованного осадка и фильтрата; время процесса.

Из уравнения (9) выведено значение параметра b, идентифицирующего процессы фильтрования дисперсных систем через пористые перегородки. В ряду известных видов фильтрования с закупориванием, для которых b=2; 3/2; 1, найденное значение b=1/2 является наименьшим. Это можно объяснить частичным восстановлением сечения пор перегородки за счет подвижности масел под действием гидродинамических сил и капиллярного потенциала, а также гидрофобизацией их стенок, снижающей трение.

Экспериментально найдена зависимость, связывающая удельные сопротивления (rз и rо) с удельной поверхностью (S) твердой фазы ОМО. Установлены высокая сжимаемость (параметр уравнения Льюиса) и положительное влияние минеральных коагулянтов и флокулянтов на фильтровальные свойства осадка. Из уравнения (8) выведена формула для определения константы (К) закупорочно-осадочного вида фильтрования, позволяющей изучать влияние дозы реагента, разности давлений и других факторов на величину соотношения между обоими видами удельного сопротивления в цикле фильтрования. Полученные закономерности положены в основу разработки технологии обезвоживания ОМО (Гл.6).

Для предельного состояния ОМО, когда количество нефтепродуктов стремится к нулю, уравнение (8) переходит в известное выражение кинетики фильтрования концентрированных суспензий. Результаты исследований Гл.3 и Гл.4 положены в основу расчетов величины неизвестных физико-химических параметров ОМО по известным, разработки методов интенсификации процессов и конструирования аппаратов для глубокой очистки оборотных вод с использованием эффекта ортокинетической, в т.ч. гидрофобной, флокуляции, а также для механического и гравитационного процессов обезвоживания ОМО.

Глава 5 содержит результаты исследований и разработок аппаратов для очистки технологических вод. Требования к качеству очищенной воды и ее технологические свойства определяют целесообразность применения безреагентных или реагентных технологий. При этом варьируются виды и дозы реагентов (D), режимы их смешения с водой (средний градиент скорости G1 и продолжительность T1) и флокуляционного перемешивания (то же G2 и T2), гидравлическая крупность дисперсной фазы (U0).

Так, рис. 9 иллюстрирует зависимость остаточного содержания взвешенных веществ (ВВt) при начальном содержании ВВ0 = 1348 мг/дм3 от параметров G2 и T2 для безреагентной очистки оборотной воды ГДП Серовского МЗ отстаиванием при U0 = 0,3 мм/с.

Рис. 9. Серовский МЗ. Зависимость ВВt от параметров безреагентного флокуляционного перемешивания G2 и T2

Функциональная зависимость ВВt = f (G2, T2) имеет экстремальный характер и аппроксимируется полиномом второго порядка:

. (10)

Поле изолиний ВВt делится радиусами из точки минимума C на 4 сектора. В секторах I и III характер изолиний эффективности очистки воды близок к зависимости, выражаемой критерием Кэмпа. При росте его значения в секторе I эффективность отстаивания воды однозначно увеличивается, а в секторе III, вследствие возрастания факторов диспергирования, уменьшается. В секторах II и IV зависимость не соответствует указанному критерию и является переходной.

Ранее сделанные выводы о высокой интенсивности гидрофобной безреагентной флокуляции ОМВ подтверждает рис.10.

 Влияние безреагентного-13
Рис. 10. Влияние безреагентного флокуляционного перемешивания на эффективность отстаивания ОМВ стана «2000» Новолипецкого МК (НЛМК)

На рис.11 показаны результаты исследований по отстаиванию ОМВ МНЛЗ Нижнетагильского МК (НТМК) с обработкой катионным флокулянтом Nalko-7752.

 Содержание взвешенных веществ в-14 Рис. 11. Содержание взвешенных веществ в осветленной ОМВ при обработке катионным флокулянтом

Таким образом, важнейшим направлением совершенствования водоочистного оборудования является повышение эффективности работы камер флокуляции, как в безреагентном режиме, так и при обработке реагентами. При разработке и патентовании основного из аппаратов - ОФ, сформулированы и реализованы следующие принципы.

По аппарату в целом (рис.12): обособление и взаимное расположение зон флокуляции, седиментации и сгущения осадка, работающих в разных гидродинамических режимах; круглая в плане форма аппарата, позволяющая реализовать все сформулированные принципы в близком к оптимальному варианте и снизить стоимость изготовления.

По конструкции камеры флокуляции: смешение воды с реагентами и флокуляционное перемешивание струями жидкости без установки мешалок; плавный переход от режима смешения к флокуляционному перемешиванию со снижением скоростного градиента по ходу движения воды; сочетание принципов вихревого, водоворотного и перегородчатого способов перемешивания; оперативное регулирование величины градиентов и критерия Кэмпа для оптимизации процесса флокуляции, при необходимости в автоматическом режиме; максимальное приближение к режиму идеального вытеснения и увеличение коэффициента объемного использования за счет последовательного соединения ступеней и оснащения диафрагмой; самоочищение от осадка стенок камеры, имеющей сложную конфигурацию; использование камеры в качестве первой ступени разделения фаз перед доочисткой тонкослойным отстаиванием.

 Схема отстойника-флокулятора: 1 –-15
Рис. 12. Схема отстойника-флокулятора: 1 – камера флокуляции; 2 – камера отстаивания; 3 – камера накопления и первичного уплотнения осадка

По другим решениям: оснащение эффективным скребковым механизмом для перемещения вязких и тяжелых осадков к периферии аппаратов, что повышает надежность их удаления насосами; установка перекрытия, практически исключающего выброс паров воды и загрязнений, что позволяет размещать аппараты также и в здании и использовать излучаемое тепло оборотной воды для отопления; возможность управления работой аппарата системой АСУ ТП.

Расчет первой – кольцевой, ступени многоступенчатой камеры основан на балансе моментов количества движения с учетом силы трения воды о стенки и дно канала. Для расчета второй центральной, ступени применимы методы, используемые для цилиндрических камер хлопьеобразования. Последующие ступени камеры, представляющие собой кольцевые каналы переменного сечения, а также зоны седиментации, рассчитываются по известным формулам.

Экспериментальные коэффициенты объемного использования для промышленных аппаратов близки к 0,9.

Рис.13. Изменение содержания взвешенных веществ в очищенной воде: – период работы с дозой флокулянта 0,05 мг/дм3, – то же, 0,2 мг/дм3

На рис.13 приведены результаты производственного эксперимента по очистке ОМВ стана «250» Нижнесергинского метизно-металлуургического завода (НСММЗ) в безреагентном режиме гидрофобной флокуляции и последующем реагентном на аппаратах ОФ1, ОФ2, ОФ3 диаметром 10 м. Общий расход Q = 2000 м3/ч, G1 = 78,5 с-1, T1 = 4,25 мин. Параметры работы ОФ1: Q = 1000 м3/ч, G2 = 75 с-1, T2 = 5 мин; ОФ2: Q = 700 м3/ч, G2 = 51 с-1, T2 = 7 мин; ОФ3: Q = 300 м3/ч, G2 = 23 с-1, T2 = 17 мин. Удельная гидравлическая нагрузка по площади (qF = Q/F, где F площадь зеркала аппарата, м2) соответственно равна 12,5; 8,8; 3,8 м3/(м2ч). ОМВ подается насосами после внутрицеховых первичных отстойников ПО №1 и ПО №2. До 0 часов цикл работал в безреагентном режиме. Величина ВВt составляла 48, 39 и 31 мг/дм3. С 0 часов доза Praestol 650 равнялась 0,05 мг/дм3, а с 23часов увеличена до 0,2 мг/дм3. После каждого аппарата ОФ значение ВВt отличалось несущественно ( 10 мг/дм3) ввиду близкой величины критерия Кэмпа режима работы всех камер флокуляции и большого фактического значения U0.

Результаты исследований и промышленные испытания показывают, что при одноступенчатой технологической схеме внецеховых очистных сооружений с использованием ОФ обеспечиваются современные и перспективные технические требования к содержанию в воде взвешенных веществ и нефтепродуктов для всех металлургических агрегатов (см. Гл.7).

По результатам исследований также разработаны конструкции компактных первичных окалиноотстойников прокатных цехов, осветлительных и сорбционных фильтров без специальной системы промывки фильтрующей загрузки и другого оборудования.

В Главе 6 излагаются результаты разработки процессов и аппаратов для подготовки осадков технологических вод к утилизации. Основное внимание уделено переработке ОМО. Большое содержание в ОМО нефтепродуктов (обычно в пределах 815%), высокая дисперсность, анизометричность, твердость и абразивность частиц окалины приводят к быстрому износу центробежного оборудования, необратимому закупориванию и разрушению фильтротканей, необходимости их защиты намывными слоями ФВВ.

1.Механическое обезвоживание ОМО. На основе исследований по фильтрованию, описанных в главе 3, создана конструкция ленточного вакуум-фильтра типа Лн (рис.14), оборудованного узлами для нанесения намыв­ного слоя ФВВ одноразового использования.

 Схема ленточного вакуум-фильтра-17
Рис. 14. Схема ленточного вакуум-фильтра Лн с намывным слоем ФВВ: I - подача суспензии ФВВ; II - подача ОМО; III - разгрузка обезвоженной смеси ОМО и ФВВ; IV - отвод фильтрата; 1 - корпус; 2 - приводной бара­бан; 3 - натяжной барабан; 4 - фильтровальная перегородка; 5 -опорная лента; 6 - лоток подачи осадка; 7 - лоток подачи суспен­зии ФВВ; 8 - разделительная перегородка; 9 - ограничительная перегородка; 10 - вакуумная камера; l1 - зона обезвоживания суспензии ФВВ; l2 - зона обез­воживания ОМО

В качестве ФВВ и их компонентов используются осадки сточных вод ГДП, пыль сухой газоочистки ЭСПЦ, молотые гранулированные шлаки, обезмасленная окалина и другие металлургические отходы.

Рис.15 поясняет причину увеличения производительности Лн в сравнении с известными технологиями фильтр-прессования с применением ФВВ из качественных сорбентов. Кривая 1 показывает кинетику фильтрования под вакуумом, т.е. при малом перепаде давления (Р), определенного объе­ма ОМО при «длинном» фильтроцикле, а график 2 то же, но при условном «многократном повторении коротких фильтроциклов» продолжительностью 35 мин с «малыми объемами» осадка. Этот режим, фактически непрерывно происходящий на ленточном вакуум-фильтре в наиболее активной начальной фазе фильтрования, дает значительное увеличение удельной производительности (q, л/м2) в сравнении с длительными, быстро замедляющимися процессами вакуум-фильтрования и фильтр-прессования, которые отражены кривыми 1 и 3. Их близкое расположение определяется высокой сжимаемостью высокодисперсных замасленных ОМО, когда значительное увеличение Р почти не приводит к росту скорости процесса.

 Кинетика фильтрования ОМО -18 Рис. 15. Кинетика фильтрования ОМО

Режим «коротких фильтроциклов» не может быть реализован на фильтр-прессах по технико-экономическим причинам. В то же время, применение в разработанном процессе железосодержащих отходов (например, аглодоменных осадков) и других компонентов шихты не ограничивает количество используемых ФВВ, как для процесса обезвоживания, так и при последующей утилизации, не предъявляет высоких требований к фильтровальным и сорбционным свойствам. Оптимизация режима фильтрования и применение ФВВ из отходов металлургии принципиально улучшают технико-экономические показатели процесса в сравнении с зарубежными аналогами (см.Гл.7).

2. Гравитационное обезвоживание. Разработан аппарат для гравитационного обезвоживания ОМО путем отстаивания, классификации дисперсной фазы, уплотнения и дренирования (ОКУД) (рис.16). Как показано в главе 3, в горизонтальном потоке пульпы происходит гидравлическая классификация дисперсной фазы. Фильтрующие кассеты аппарата расположены в нижней части торцевой стенки со стороны подачи пульпы, где преимущественно оседают наиболее крупные частицы с малыми удельной поверхностью и содержанием масел. При такой схеме дренирования осадок играет роль фильтра, и поэтому зернистая загрузка кассет не закупоривается в течение нескольких лет. Высокая технико-экономическая эффективность ОКУД определяется совмещением в одном аппарате всех операций глубокого обезвоживания до влажности 15%, простотой конструкции, практическим отсутствием потребления энергии и затрат на эксплуатацию.

 Принципиальная схема аппарата-19 Рис. 16. Принципиальная схема аппарата ОКУД:
1 – корпус; 2 – зона осаждения; 3 – уплотненный осадок; 4 – исходный осадок; 5 – осветленная вода; 6 – кассетный фильтр; 7 - классифицированный уплотненный осадок; 8 – вентиль; 9 – слив надосадочной воды перед дренированием; 10 – фильтрат


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.