Євдокимова Оксана Олександрівна. Обгрунтування режимних характеристик виморожуючих установок для опріснення та очищення природної і промислової вод

brief description

Євдокимова Оксана Олександрівна. Обгрунтування режимних характеристик виморожуючих установок для опріснення та очищення природної і промислової вод : Дис... канд. наук: 05.18.12 2007

Євдокимова О. О. «Обґрунтування режимних характеристик виморожуючих установок для опріснення та очищення природної і промислової води».
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв, Одеська національна академія харчових технологій, Одеса, 2007.
Представлені результати математичного та експериментального моделювання теплофізичних властивостей та кріоскопічної різниці температур сольових розчинів, а також процесів тепло- і масообміну при блочному виморожуванні води із них в умовах природної та вимушеної конвекції. Наведені результати експериментальних досліджень полів температур і концентрацій в блочному виморожувачі, кінетики процесу сепарування, зміни хімічного складу природних і промислових вод до і після блочного виморожування. Результати узагальнення експериментальних досліджень представлені у вигляді рівнянь для розрахунку кріоскопічної різниці температур для морської води Чорного моря та промислових стоків, рівняння для розрахунку густини промислових стоків, критеріальних рівнянь для розрахунку коефіцієнтів тепло- і масовіддачі при блочному виморожуванні води із розчинів в умовах природної конвекції та при механічному перемішуванні розчину. Наведено методики розрахунку кінетичних, конструктивних та техніко-економічних параметрів блочного виморожувача та обґрунтовані режими його роботи при опріснені та очищені природних і промислових вод.

В роботі, на основі аналітичних і експериментальних досліджень, оптимізації та апробації експериментальних апаратів доведено, що блочні виморожувачі є перспективними для опріснення та очищення природних і промислових вод. Розроблена методика розрахунку блочних виморожувачів та обґрунтовані їх режимні характеристики.
Отримано експериментальні моделі кріоскопічних температур у вигляді регресійних рівнянь з урахуванням масової частки розчинних речовин у розчині для стоків виноробного підприємства в діапазоні від 0,1 до 1 % і для морської води Чорного моря від 1 до 5 %. Також отримано регресійне рівняння для розрахунку густини промислових стоків виноробного підприємства з урахуванням масової частки розчинних речовин у розчині в діапазоні від 0,1 до 1 % та температур від 0 до 15 C.
Встановлені кінетичні закономірності процесів тепло- і масообміну при блочному виморожуванні води із сольових розчинів на поверхні вертикальних кристалізаторів в умовах природної конвекції:

при підвищенні початкової масової частки розчинних речовин у розчині в 2,5 12,5 рази ступінь концентрування розчину зменшується в 1,141,54 рази, розчин охолоджується повільніше в 22,2 рази, а інтенсивність виморожування води із розчину зменшується в 1,11,6 рази;
при зниженні температурного режиму роботи установки в 2 рази ступінь концентрування розчину зменшується в 1,051,12 рази, кінцева температура розчину - в 2,1 рази, а кінцева маса розчину - в 1,17 рази;
при зменшенні діаметру ємності в 1,3 рази розчин охолоджується швидше і інтенсивність виморожування води із розчину зростає в 1,96 - 2,55 рази.

Встановлено, що в процесі блочного виморожування кольоровість і мутність, наприклад колодязної води, знизилися у 2,5 рази, жорсткість у 5 разів, лужність у 2 рази, вміст кальцію, натрію, гідрокарбонатів, хлоридів, нітратів, сульфатів у 47,5 рази, а нітритів у 10 разів, що підтверджує ефективність блочного виморожування для опріснення та очищення природних і промислових вод.
Встановлено, що масова частка розчинних речовин поблизу приграничного шару протягом першого періоду процесу в 1,61,7 разів перевищує масову частку розчинних речовин у розчині. Це є причиною погіршення якості опріснення розчину і вказує на необхідність інтенсифікації процесів тепло- і масообміну в блочному виморожувачі.
Встановлено вплив режиму перемішування на кінетичні закономірності процесів блочного виморожування води із сольових розчинів на поверхні вертикальних кристалізаторів:

в діапазоні 100 <nміш< 660 об/хв ступінь концентрування розчину зростає в 1,4 рази, а масова частка розчинних речовин у блоці льоду зменшується в 1,5 рази, розчин швидше охолоджується і інтенсивність виморожування води із розчину підвищується в 1,4 рази;
при подальшому збільшені частоти обертів мішалки, інтенсивність процесів теплообміну зростає, а масообміну - зменшується.

Отримано критеріальні рівняння для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі і масовіддачі при блочному виморожуванні води із сольових розчинів в умовах природної конвекції та при механічному перемішуванні розчину.
Розроблена інженерна методика розрахунку блочного виморожувача, яка може використовуватись для проектування промислових установок та оптимізації їх режимних характеристик.
Обґрунтовані раціональні режимні характеристики блочного виморожувача, а саме для блочного виморожування при природній конвекції у розчині є режим приtхл.=- 5 С, а при перемішуванні є режим, якому відповідає Reм= 2830.
Економічний ефект від впровадження блочного виморожувача (продуктивність - 0,25 м3на добу за вимороженою водою, кількість робочих днів за сезон - 120) на базі відпочинку «Парус» становитиме 9000 грн., а сума економічного ефекту від впровадження блочного виморожувача (продуктивність - 0,7 м3/год за вимороженою водою) у схему водопідготовки на підприємстві АТ Миколаївський пивзавод «Янтар» становитиме 169 тис. грн., при цьому термін окупності становитиме 2,2 роки.