Flotace možnosti další optimalizace. Ing. Jaroslav Boráň, Ph.D.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Flotace možnosti další optimalizace. Ing. Jaroslav Boráň, Ph.D."

Vladimír Pešan
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Flotace možnosti další optimalizace Ing. Jaroslav Boráň, Ph.D.

2 Motivace Dosáhla technologie flotace svých limitů? Existují způsoby jak zvýšit účinnost této technologie? Je možné snížit energetickou náročnost technologie? Lze k optimalizaci využít matematické modelování? Jakými způsoby je možné zabezpečit sycení kapaliny? Proč je důležité provést poloprovozní zkoušky při přípravě projektové dokumentace?

Je možné snížit energetickou náročnost technologie?

3 Projekt MPO Inovativní přístupy v čištění odpadních vod Flotační jednotka KUNST Celkový finanční objem projektu: tis. Kč Účelová podpora VaV ze státního rozpočtu: tis. Kč Řešitel projektu: KUNST, spol. s r.o. Spoluřešitelé projektu: Sigmainvest, spol. s r.o., Vysoké učení technické v Brně Ústav procesního inženýrství Trvání projektu: 01/ /2013

Kč Účelová podpora VaV ze státního rozpočtu: 13 750 tis. Kč Řešitel projektu: KUNST, spol.

4 Inovativní přístupy v čištění odpadních vod Flotační jednotka KUNST Cílem projektu je vyvinout moderní, vysoce účinnou flotační jednotku pro separaci resp. zahuštění kalu produkovaného při čištění odpadních vod a úpravě vod. Inovace spočívá zejména v intenzifikaci procesu tvorby mikrobublin v kalové vodě. Za tímto účelem jsou v rámci projektu vyvíjeny dispergační trysky a sytící element s maximální účinností a minimální energetickou náročností. Současně bude v rámci experimentálního výzkumu testována možnost desintegrace kalu.

Inovace spočívá zejména v intenzifikaci procesu tvorby mikrobublin v kalové vodě.

7 Modelování třísložková směs- Euler-Euler Voda Vzduch (vzduchové bubliny D ekv = 50 μm) Kalové částice (D ekv = 400 μm) Úskalí tvorba agregátů mezi bublinami vzduchu a kalovými částicemi Vychází se z předpokladu, že na kalové částici může ulpět maximálně 200 vzduchových bublin, na rovnováhu jedné kalové částice je zapotřebí 52 bublin a agregát má maximální průměr 500 μm.

částicemi Vychází se z předpokladu, že na kalové částici může ulpět maximálně 200

8 Geometrický model flotační jednotky KUNST

9 Výpočtový model flotační jednotky KUNST

10 Vizualizace proudového pole uvnitř jednotky Trajektorie kalových částic Proudnice vody

11 Objemové frakce vzduchu a surové kalové suspenze ve flotační jednotce Objemová frakce surové kalové suspenze v rovině symetrie Objemová frakce vzduchu v rovině symetrie

12 Autor matematického modelu Dr. Sedlář, Sigma výzkumný a vývojový ústav, s.r.o. Matematický model je založen na nehomogenním modelu vícesložkového proudění (složky voda, vzduch, surová kalová suspenze). Zjednodušený fyzikální model je popsán empirickými vztahy, které netvoří konzistentní systém, a bude kalibrován na základě experimentu.

13 Flotační tryska s expansní komorou VZDUCH DA LA A L EXPANSNÍ KOMORA DL DEFF KAPALINA LEFF LL hl EFF heff Předpoklad-homogenizace. V prostoru expanzní komory dochází v důsledku mísení kapalné a plynné složky k postupnému vyrovnání teploty obou složek. V místě "EFF" bude již teplota složek ve směsi prakticky shodná, blízká teplotě kapalné složky. Je to v důsledku její tepelné kapacity, která je podstatně větší než složky plynné. Rovněž rychlosti obou složek se předpokládají v místě "EFF" stejně velké v EFF Předpoklad-výtoková podmínka. Pro popis výtoku směsi vzduch-kapalina z expansní komory (průřez "EFF") do objemu reaktoru bude použito určitého přiblížení. Tlak na hranici paprsku za výstupní hubicí bude uvažován shodný s tlakem obklopujícího prostředí reaktoru. Pomocí předpokladu "výtoková podmínka" je tedy "překlenován" problém hustoty a homogenity prostředí při proudění směsi vzduch kapalina. Tlak v místě ústí výstupní hubice p EFF bude tedy pokládán za shodný s tlakem na hranici paprsku.

V místě "EFF" bude již teplota složek ve směsi prakticky shodná, blízká teplotě kapalné složky. Je to v důsledku její tepelné kapacity, která je podstatně větší než složky plynné.

14 Pracovní režimy flotace e k [W/m 3 ] 1000 Graf e K = f(r 2f ) D A C F Preferované podmínky (PP) 100 III II b II b PP1 - masa kapaliny v nádrži je sycena plynovými bublinami, které jsou rozšiřovány na celý objem kapaliny. b b B PP2 - hladina kapaliny je relativně klidná bez nadměrných turbulencí 10 E PP3 - na hladině je kvalitně vytvořená pěna, zčeření je přiměřené r 2f [kg/m3]

15 Konstrukční požadavky a rozměry trysky Konstrukce by měla umožnit v rámci jediného provedení variabilnost následujících rozměrů: 1. L L délku zasunutí zasunutí trubky kapaliny do vnějšího pláště. 2. L EFF délku prostoru směšovací komory (možno využít přídavných dílů) 3. h EFF ponor výtokového průřezu EFF pod hladinu flotační komory. VZDUCH KAPALINA DA LA hl A L DL LEFF LL heff EXPANSNÍ KOMORA DEFF EFF

L L délku zasunutí zasunutí trubky kapaliny do vnějšího pláště. 2.

16 Experimentální stand ČERPADLO N65-NVE INDUKČNÍ PRŮTOKOMĚR DN 50 3 REGULAČNÍ ŠOUPÁTKO 4 KRUHOVÝ ODBĚR TLAKU 5 FLOTAČNÍ TRYSKA 6 MĚŘENÍ TLAKU VZDUCHU 7 MĚŘENÍ PRŮTOKU VZDUCHU ROTAMETR 8 REDUKČNÍ VENTIL TLAKU S PLYNULOU REGULACÍ 9 KOMRESOROVÁ STANICE 10 NÁDRŽ VIZUALIZACE- AKVÁRIUM. 11 ŠKRTÍCÍ VENTIL - REGULACE PRŮTOKU. 12 UZAVÍRACÍ VENTIL. 13 MĚŘENÍ STATICKÉHO TLAKU

TLAKU VZDUCHU 7 MĚŘENÍ PRŮTOKU VZDUCHU ROTAMETR 8 REDUKČNÍ VENTIL TLAKU S PLYNULOU REGULACÍ 9

17 Postup provádění experimentu e k [W/m 3 ] 1000 D A C F Fáze náběhu flotace. 1-2 Náběh kapalinové větve (Oblast III). Spuštění- čerpadla. 2-3 Náběh kapalinové větve (Oblast III). 3-b Úprava kapalinové větve (Oblast II, I). 100 III II II b 10 3 B E Průběh zkoušky v digramu e K = f(r 2f ). r 2f [kg/m3]

2-3 Náběh kapalinové větve (Oblast III). 3-b Úprava kapalinové větve (Oblast II, I).

18 Další experimentálně analyzované způsoby sycení Návrhové a experimentální práce Ing. Bajorek, Ing. Novotný, ing. Důbrava - Sigmainvest a Sigma výzkumný a vývojový ústav, s.r.o. Tryska s intenzifikací směšování vzduchu s využitím kavitace. Tryska s přívodem vzduchu do hrdla dýzy

Důbrava - Sigmainvest a Sigma výzkumný a vývoj

19 Závěr S využitím moderních postupů, jako je CFD modelování, je třeba zaměřit pozornost zejména na snížení energetické náročnosti flotace. Zároveň je třeba při vývoji nového zařízení dbát na to, aby bylo navrženo zařízení, které bude provozně spolehlivé. Vedle CFD modelování je proto naprosto nezbytné vycházet z experimentálních zkoušek na poloprovozním zařízení. Tyto je možné provést mimo jiné i s využitím flotační jednotky vyvíjené v rámci řešení projektu FR-TI3/522, která je umístěna v mobilním kontejneru a díky osazení nadstandardním množstvím měřicích a regulačních prvků bude schopna generovat data pro precizní návrh technologie flotace v konkrétní aplikacích.

Vedle CFD modelování je proto naprosto nezbytné vycházet z experimentálních zkoušek na poloprovozním zařízení.

Podobné dokumenty

2. DOPRAVA KAPALIN. h v. h s. Obr. 2.1 Doprava kapalin čerpadlem h S sací výška čerpadla, h V výtlačná výška čerpadla 2.1 HYDROSTATICKÁ ČERPADLA

2. DOPRAVA KAPALIN. h v. h s. Obr. 2.1 Doprava kapalin čerpadlem h S sací výška čerpadla, h V výtlačná výška čerpadla 2.1 HYDROSTATICKÁ ČERPADLA 2. DOPRAVA KAPALIN Zařízení pro dopravu kapalin dodávají tekutinám energii pro transport kapaliny, pro hrazení ztrát způsobených jejich viskozitou (vnitřním třením), překonání výškových rozdílů, umožnění