Metody projektowania mieszania sprężonego powietrza zamiast mieszania mechanicznego

W inżynierii uzdatniania wody procesy jednostkowe, takie jak zbiorniki koagulacyjne, zbiorniki flokulacyjne i zbiorniki reakcyjne zmiękczania, wymagają wyjątkowo wysokiej równomierności mieszania wody. Tradycyjnie mieszanie osiąga się poprzez zainstalowanie mieszadeł mechanicznych. Jednak wraz z rosnącymi kosztami energii i wdrażaniem polityki „dwu-emisyjnej” coraz więcej projektów zaczyna próbować zastąpić mieszanie mechaniczne sprężonym powietrzem, aby osiągnąć cele w zakresie oszczędzania energii i redukcji emisji. W tym artykule przedstawiono zasady, metody obliczeniowe i wartość zastosowania technologii mieszania pneumatycznego dla profesjonalistów zajmujących się uzdatnianiem wody.

W konwencjonalnych procesach uzdatniania wody mieszadła łopatkowe lub ramowe są zwykle instalowane w zbiornikach mieszających, zbiornikach flokulacyjnych i zbiornikach reakcji zmiękczania. Silnik wprawia łopatki w ruch obrotowy, tworząc wiry i ścinanie w wodzie, ułatwiając w ten sposób dokładne wymieszanie chemikaliów i wody surowej. Mieszanie mechaniczne wiąże się jednak z następującymi problemami:

1. Wysokie zużycie energii

W dużych- oczyszczalniach ścieków moc mieszadeł mechanicznych wynosi zazwyczaj od 2 do 15 kW, przy długim czasie pracy i wysokim rocznym zużyciu energii.

2. Wysokie koszty utrzymania

Mieszadła składają się z wielu łatwo uszkodzonych elementów, takich jak silniki, reduktory, sprzęgła i wirniki. Codzienna konserwacja i wymiana części są-czasochłonne i-pracochłonne.

3. Nierównomierne pole przepływu w zbiorniku

W niektórych zbiornikach o nieregularnych kształtach lub zbiornikach reakcyjnych-o dużej objętości mieszanie mechaniczne łatwo tworzy „martwe strefy”, co skutkuje niezadowalającymi efektami mieszania.

Dlatego poszukiwanie bardziej wydajnych i energooszczędnych-technologii mieszania stało się trendem.

Mieszanie sprężonym powietrzem to technologia, która wytwarza pęcherzyki poprzez wprowadzenie sprężonego powietrza na dno lub ściany zbiornika. Gdy pęcherzyki powietrza unoszą się w wodzie, wytwarzają przepływ powietrza w górę, jednocześnie napędzając otaczającą wodę, tworząc przepływ krążący. W porównaniu z mieszaniem mechanicznym, mieszanie pneumatyczne ma kilka znaczących zalet: (1) Oszczędność energii i mniejsze zużycie; nie ma potrzeby instalowania mieszadła-o dużej mocy, do scentralizowanego zasilania powietrzem potrzebna jest tylko jedna sprężarka powietrza; (2) Brak zużycia mechanicznego; praktycznie nie wymaga konserwacji; (3) Bardziej równomierne pole przepływu; rozsądne rozmieszczenie pęcherzyków pozwala uniknąć „martwych stref”; (4) Posiada również funkcję napowietrzania; w niektórych procesach może pomóc zwiększyć ilość rozpuszczonego tlenu. III. Obliczanie objętości powietrza Wiele projektów obejmuje tego typu modyfikacje, ale często bez podstaw naukowych, arbitralnie podłączając rurę doprowadzającą powietrze do basenu, co skutkuje niezadowalającą wydajnością.

Wiele projektów obejmuje tego typu modyfikacje, ale często bez podstaw naukowych, arbitralnie łącząc rurę źródła powietrza ze zbiornikiem, co skutkuje niezadowalającą wydajnością.

Objętość powietrza wymaganą do napowietrzania i mieszania można obliczyć za pomocą poniższego wzoru.

We wzorze: Qa to natężenie przepływu powietrza wymagane do napowietrzania i mieszania w warunkach standardowych, m³/min; Pt to moc na wale oryginalnego mieszadła, kW, którą można przyjąć jako 0,75–0,90 mocy silnika; h to głębokość wody na wlocie dystrybucji powietrza, m.

Ciśnienie powietrza (nadciśnienie) wymagane do napowietrzania i mieszania można obliczyć za pomocą poniższego wzoru.

We wzorze: pc to ciśnienie powietrza (nadciśnienie) wymagane do napowietrzania i mieszania, w kPa; Δph to ciśnienie statyczne na głębokości wody, w kPa, Δph=9.81 × h; Δpf to strata ciśnienia na rurociągu i w punktach lokalnych, kPa, którą można obliczyć, odwołując się do odpowiedniej treści artykułu „Metody określania mocy i ciśnienia dmuchaw napowietrzających” na tym koncie publicznym za pośrednictwem linku na końcu tego artykułu; Δpd to strata ciśnienia na głowicy rozprowadzającej powietrze, w kPa, którą można skonsultować z producentem i która zazwyczaj wynosi 3~15 kPa.

1. Średnica pęcherzyka i prędkość wzrostu

Według literatury średnica pęcherzyka wynosi zwykle około 5 mm, a objętość powietrza stanowi na ogół 10% natężenia przepływu cieczy. Im mniejsza średnica pęcherzyka, tym wolniejsza prędkość narastania i lepszy efekt mieszania cieczy, ale zużycie energii sprężonego powietrza jest nieco wyższe; jeśli średnica pęcherzyka jest zbyt duża, wydajność mieszania zostanie zmniejszona.

2. Rurociągi i urządzenie do dystrybucji powietrza

Głowice rozprowadzające powietrze powinny być równomiernie rozmieszczone, powszechnie stosuje się rury porowate lub mikroporowate głowice napowietrzające. Projekt musi zapewniać równomierne rozmieszczenie pęcherzyków w zbiorniku, aby uniknąć lokalnych „zwarć”.

3. Charakterystyka hydrauliczna basenu
W przypadku głębokich basenów pęcherzyki powietrza ulegają większym stratom podczas wynurzania, co wymaga-sprężonego powietrza pod większym ciśnieniem.

Streszczenie
W kontekście „podwójnego węgla” (dwutlenek węgla, sekwestracja węgla i emisje węgla) technologia mieszania sprężonym powietrzem oferuje stacjom uzdatniania wody wysoce wydajną,-oszczędną energię i-niewymagającą konserwacji metodę mieszania. Racjonalnie obliczając zużycie i ciśnienie powietrza, optymalizując projekt dystrybucji powietrza i kontrolując wielkość pęcherzyków, można osiągnąć bardziej równomierne mieszanie niż mieszanie mechaniczne, przy jednoczesnym znacznym obniżeniu kosztów operacyjnych. Oczekuje się, że w przyszłości, wraz z rozwojem inteligentnych systemów sterowania, mieszanie pneumatyczne zostanie połączone z monitorowaniem jakości wody w trybie online, umożliwiając{{4}dopływ powietrza na żądanie i dynamiczne oszczędzanie energii, co wykazuje ogromny potencjał zastosowania w uzdatnianiu wody komunalnej, przemysłowej wodzie obiegowej i reakcjach chemicznych.