Agregace v reálných systémech

Podobné dokumenty
Agregace v reálných systémech

RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D.

Míchání a homogenizace směsí Míchání je hydrodynamický proces, při kterém je různými způsoby vyvoláván vzájemný pohyb částic míchaného materiálu.

ÚV PÍSEK PŘEDPROJEKTOVÁ PŘÍPRAVA

DISTRIBUCE RYCHLOSTNÍHO GRADIENTU DŮLEŽITÉ

Problémy při aplikaci hydraulického agregačního míchání a způsoby jejich řešení (I): usazování kalu ve vločkovacích nádržích

Jednostupňová a dvoustupňová separace

OPTIMALIZACE AGREGAČNÍHO MÍCHÁNÍ RNDr. Bohumír Halámek TZÚV-Brno

Agregace vzájemné spojování destabilizovaných částic ve větší celky, případně jejich adheze na povrchu jiných materiálů

Příprava suspenze hydraulickým mícháním v úpravnách vod s jednostupňovou separací

Příkon míchadla při míchání nenewtonské kapaliny

REKONSTRUKCE ÚV VIMPERK PŘEDPROJEKTOVÁ PŘÍPRAVA A REALIZACE AKCE, PRVNÍ VÝSLEDKY Z UVEDENÍ DO ZKUŠEBNÍHO PROVOZU

Příkonové charakteristiky míchadel

Základy chemických technologií

ÚV MONACO PŘEDPROJEKTOVÁ PŘÍPRAVA A REALIZACE REKONSTRUKCE

HYDRAULICKÉ ROZDÍLY MEZI AGREGAČNÍM MÍCHÁNÍM

Vliv teploty na dávku koagulátu a význam použití různých druhů koagulantů

MOŽNOSTI POUŽITÍ HYPERBOLOIDNÍCH MÍCHADEL

Technologický audit a návrh úprav technologické linky pro rekonstrukci ÚV Horka

MODELOVÁNÍ MIGRAČNÍCH SCHOPNOSTÍ ŽELEZNÝCH NANOČÁSTIC A OVĚŘENÍ MODELU PŘI PILOTNÍ APLIKACI

MÍSENÍ MÍSENÍ JE REVERZIBILNÍ PROCES. Mísení a segregace sypkých hmot INŽENÝRSTVÍ FARMACEUTICKÝCH

MÍCHÁNÍ V KAPALNÉM PROSTŘEDÍ

Technologické aspekty a předprojektová příprava rekonstrukce tvorby suspenze na ÚV Karolinka 1. Úvod 2. Podstata a východiska realizovaného řešení

vrstvou zrnitého materiálu => objemová na filtrační přepážce => koláčová, náplavná

Mísení. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Definice. Cíle

Volba vhodného typu mísiče může být ovlivněna následujícími podmínkami

Nasazení hyperboloidních míchadel v různých fázích úpravy vody

Okamžitá tvorba těžké suspenze a její důsledky

4.Mísení, míchání MÍCHÁNÍ

PŘEDPROJEKTOVÁ PŘÍPRAVA REKONSTRUKCE ÚV BEDŘICHOV PRŮZKUM SEPARAČNÍ ÚČINNOSTI FLOTACE A FILTRACE

HYDROMECHANICKÉ PROCESY. Míchání v kapalném prostředí (přednáška)

Autokláv reaktor pro promíchávané vícefázové reakce

PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení 5

Zahušťování suspenzí v oboru čištění odpadních vod

VLIV PROVOZNÍCH PARAMETRŮ FLOTACE NA SEPARAČNÍ ÚČINNOST ÚPRAVNY VODY MOSTIŠTĚ

PRVNÍ ZKUŠENOSTI S APLIKACÍ FILTRAČNÍ NÁPLNĚ FILTRALITE NA ÚV BEDŘICHOV

Vícefázové reaktory. MÍCHÁNÍ ve vsádkových reaktorech

HYDROMECHANICKÉ PROCESY. Míchání v kapalném prostředí (přednáška)

VYUŽITÍ VZNÁŠENÉ VRSTVY ZRNITÉHO MATERIÁLU PŘI ÚPRAVĚ PITNÉ VODY

VZTAH MEZI HYDRAULICKÝM ŘEŠENÍM, KONSTRUKCÍ

1141 HYA (Hydraulika)

GRADIENT RYCHLOSTI PŘIROZENÝ PROSTŘEDEK PRO ZHUTŇOVÁNÍ TVOŘÍCÍCH SE VLOČEK

Odstraňování berylia a hliníku z pitné vody na silně kyselém katexu Amberlite IR 120 Na

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

Intenzifikace míchání v technologii suspenzní polymerace PVC v reaktoru o objemu 40 m 3 a 80 m 3.

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

Základy hydrauliky vodních toků

Tavení skel proces na míru?

5. Stavy hmoty Kapaliny a kapalné krystaly

Posouzení vlivu vnitřních svalků na průchodnost přivaděče zhotoveného z polyetylénových trub.

Mechanické čištění odpadních vod

Poznatky z použití děrovaných přepážek ve vločkovacích a usazovacích nádržích úpraven vod

9 Charakter proudění v zařízeních

POZNATKY Z MÍCHÁNÍ FLOKULAČNÍCH NÁDRŽÍ POMOCÍ

Optimalizace míchání suspenze PVC v zásobníku o objemu 100 m 3

Pitná voda: Znečištění zdrojů a technologie úpravy. Martin Pivokonský. Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., Pod Paťankou 30/5, Praha 6

VLIV KATIONAKTIVNÍCH POLYELEKTROLYTŮ NA KVALITU A FILTRACI UPRAVENÉ VODY

Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Katedra chemické fyziky a optiky, MFF UK, Ke Karlovu 3, Praha 2, 2)

FLUENT přednášky. Turbulentní proudění

Teorie měření a regulace

Při směšování kapalin s většinou změní jejich výsledný objem; tzn. výsledný objem není součtem výchozích objemů obou kapalin, ale je menší.

Výzkum vlivu přenosových jevů na chování reaktoru se zkrápěným ložem katalyzátoru. Petr Svačina

PODZEMNÍ VODA. J. Pruška MH 9. přednáška 1

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

MINIMALIZACE PROVOZNÍCH NÁKLADŮ PŘI REKONSTRUKCI ÚV ZNOJMO

Lis na shrabky INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Otázky pro Státní závěrečné zkoušky

Krevní oběh. Helena Uhrová

REKONSTRUKCE ÚPRAVNY VODY LUDKOVICE

PŘEDPROJEKTOVÁ PŘÍPRAVA REKONSTRUKCE PRVNÍHO SEPARAČNÍHO STUPNĚ NA ÚV HRADEC KRÁLOVÉ

SKLENICOVÁ KOAGULAČNÍ ZKOUŠKA A JEJÍ VYHODNOCENÍ

Návrhové parametry a separační účinnost flotace - ověření v provozu první vodárenské flotace v ČR na ÚV Mostiště

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov. Modelování termohydraulických jevů 3.hodina. Hydraulika. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

CVIČENÍ č. 11 ZTRÁTY PŘI PROUDĚNÍ POTRUBÍM

ÚPRAVNA VODY CHŘIBSKÁ POSOUZENÍ VARIANT ŘEŠENÍ

HYDRAULICKÉ AGREGÁTY HA

VÝSLEDKY TESTŮ MIKROFILTRACE PROVEDENÝCH NA TŘECH ÚPRAVNÁCH VODY V ČESKÉ REPUBLICE

POZNATKY Z NAVRHOVÁNÍ A PROJEKTOVÁNÍ FLOTACE NA ÚPRAVNÁCH VODY

HYDRAULICKÉ PARAMETRY ZVODNĚNÝCH SYSTÉMŮ

Racionální přístup k inovacím úpraven vod

Reaktory pro systém plyn-kapalina

3. FILTRACE. Obecný princip filtrace. Náčrt. vstup. suspenze. filtrační koláč. výstup

SEPARAČNÍ ÚČINNOST REKONSTRUOVANÝCH FILTRŮ NA ÚV SOUŠ

POUŽITÍ PERMEABILILNÍCH REAKTIVNÍCH BARIÉR PRO SANACI CHLOROVANÝCH UHLOVODÍKŮ IN-SITU Miroslav Černík, Romana Šuráňová Petr Kvapil, Jaroslav Nosek

ODSTRAŇOVÁNÍ SÍRANŮ Z PRŮMYSLOVÝCH VOD

Problematika ropných látek

ÚV SOUŠ - DOPLNĚNÍ 1. SEPARAČNÍHO STUPNĚ, FLOTACE

Splaveniny. = tuhé částice přemísťované vodou anorganický původ organický původ různého tvaru a velikosti

Otázky Chemické inženýrství I ak. rok 2013/14

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Roman Snop

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

ρ = 0 (nepřítomnost volných nábojů)

( r) Studium erozivního opotřebení lopatek míchadla vliv tvarového opotřebení lopatek na procesní charakteristiky míchadla. H = (2) h. R = 2r.

ÚPRAVA VODY V ENERGETICE. Ing. Jiří Tomčala

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

ÚČINNOST ODSTRANĚNÍ PŘÍRODNÍCH ORGANICKÝCH LÁTEK PŘI POUŽITÍ HLINITÝCH A ŽELEZITÝCH DESTABILIZAČNÍCH ČINIDEL

Reaktory pro systém plyn kapalina

Transkript:

Agregace v reálných systémech 1 Zednodušuící předpoklady při popisu kinetiky agregace: o koeficient účinnosti srážek (kolizní koeficient) α = 1, o pohyb částic e zapříčiněn laminárním prouděním kapaliny, o všechny částice v suspenzi maí stenou velikost, o částice maí kulovitý tvar, o nedochází k rozbíení částic, o při kolizi se střetávaí vždy pouze dvě částice Realita: o koeficient účinnosti srážek (kolizní koeficient) α < 1, o pohyb částic e zapříčiněn turbulentním prouděním kapaliny, o částice v suspenzi maí různou velikost, o částice vesměs nemaí kulovitý tvar, o částice podléhaí rozbíení, o při kolizi se střetává různý počet částic

Agregace v reálných systémech 2 Modelování kinetiky agregace a rozbíení

Agregace v reálných systémech 3 Modelování kinetiky agregace a rozbíení N i dn dt i i2 1 i1 1 2 2 k N N k N i1, i1 2 i1, i1 i1 max 1 max 2 i 2 kin Ni kin i, S N SiNi 1 i i i1 intenzita rozpadu S i Si 4 15 1/ 2 1/ 2 k exp - střední rychlost disipace turbulentní energie, ν - kinematická viskozita ε k - kritická rychlost disipace turbulentní energie rozpadová distribuční funkce Γ i, binární distribuce na 2 stené části V i i Vi => pro = i + 1 => pro i + 1 V i a V - obemy agregátů i a

Agregace v reálných systémech 4 Modelování kinetiky agregace pomocí fraktální geometrie Konvenční model agregace k 2k T 1 1 G ( Vi, V ) ortokin i B 1/ 3 1/ 3 i ( Vi, V ) perikin V 1/ 3 1/ 3 i V 3 Vi V k i 3 3 V 1/ V 1/ 3 Fraktální model agregace k i 2k T 1 3 Vi B f ( Vi, V ) perikin V 1/ D i f 1/ D f k i ( V i, V ) ortokin G V 13/ D p f V 1 1/ D 1/ D 1/ D V V 3 i f f V 1/ D f

Agregace v reálných systémech 5 Základním nedostatkem výše uvedených kinetických modelů popisuících proces tvorby agregátů e eich omezená využitelnost v praxi při sledování změn vlastností tvořících se agregátů. Praktické využití naopak umožňue tzv. mechanistický model agregace, který byl rozpracován do tzv. testu agregace. Mechanistický model agregace (Hereit, Mutl, Vágner) => koncept agregace předpokládaící vícestupňovou strukturu agregátů Neagregované částice (NA) primární agregáty (PR) mikro-agregáty (MI) makro-agregáty (MA) Primární částice Flokule Mikrovločky Vločkovité agregáty

Agregace v reálných systémech 6 Zednodušuící předpoklady mechanistického modelu agregace: o o o o o o agreguící systém obsahue pouze eden typ částic, agreguící částice sou v celém obemu rozděleny rovnoměrně, podmínky umožňuící pohyb částic sou stené pro všechny částice, růst agregátů e pravidelný a probíhá krok za krokem (dvě sousední částice se spoí do dubletů a dva sousední dublety do kvadrupletů, které se stávaí novými základními ednotkami pro další agregaci), základní kulové částice sou v kvadrupletu uspořádány tak, že eich středy leží ve vrcholech čtyřstěnu, a částice se vzáemně dotýkaí, kvadruplet e považován za ednu vývoovou populaci (generaci) agregátů a) schematické znázornění uspořádání částic v čtyřstěnu, b) pohled shora

Agregace v reálných systémech 7 Název skupiny Velikost agregátů harakteristika agregátů Podíl agregátů - výpočet Vhodná separace Popis technologie a probíhaící procesy Makro-agregáty > 1 mm Částice, které se usadí v kratším čase než 5 min. P MA 5 Sedimentace a filtrace Homogenizace dest. činidla, tvorba mikro- a makro-agregátů, sedimentace vytvořených agregátů a separace zbývaících částic na filtru. Mikro- agregáty.5-1 mm Částice, které se usadí v čase mezi 5 a 6 min. P MI 5 6 Dvoustupňová filtrace (čiření a filtrace) Homogenizace dest. činidla, současná agregace a filtrace mikro-agregátů v dokonale vznášeném vločkovém mraku (obvykle v čiřiči) a separace zbývaících částic na filtru. Primární agregáty.5-.5 mm Částice, které se usadí v čase mezi 6 a 44 min. Sedimentace v gravitačním poli byla nahrazena sedimentací v odstředivém poli. P PR = 6 - F( 6) Přímá filtrace Homogenizace dest. činidla, tvorba primárních agregátů v rychle míchané nádrži, filtrace. Neagregovaný podíl <.5 mm Částice, které nesou ovlivněny gravitačním polem a neusadí se ani po velmi dlouhé době. P = NA F( 6) Koagulační (agregační) filtrace Homogenizace dest. činidla a okamžitý nátok vody na filtr. Adheze destabilizovaných částic na povrchu filtračního materiálu. - celková počáteční koncentrace hliníku nebo železa na začátku sedimentace, 5 - koncentrace po 5 minutách sedimentace, 6 - koncentrace po 6 minutách sedimentace, F(6) - koncentrace po odstředění (35 rpm = 1996 x g, 2 min)

Tvorba suspenze - Míchání 8 Míchání 1) homogenizační aplikace bezprostředně po nadávkování činidel s cílem dosažení eich účinné a rychlé dispergace v upravovaném obemu vody stupeň homogenity α H - účinnost homogenizace činidel H c 1 c 2 c3... c n n c i i pro i i i c i 1i 1 pro i i i n - počet odebraných vzorků, c 1, c 2, c 3,, c n - relativní koncentrace sledované (rozmíchávané) složky v ednotlivých odebraných vzorcích i - obemový podíl analyzované složky v i-tém vzorku i - teoretická hodnota obemového podílu při dokonalé homogenizaci

Tvorba suspenze - Míchání 9 Design technologie homogenizačního míchání typ míchání mechanické - back-mix reaktory hydraulické - plug-flow (in-line) reaktory princip a design míchání ovládání velikosti G doba zdržení energie e do systému vnášena míchadlem (pádlo, čepel, vrtule) pohybuícím se v nádrži změnou otáček míchadla stená doba zdržení pro všechny částice e obtížně zaistitelná míchání e dosahováno vznikem tlakové ztráty na překážce v potrubí nelze - závislý na průtoku vody doba zdržení e pro všechny částice stená Mechanické mísiče doba zdržení cca 1 6 s G = cca 3 s -1 Výhody => možnost nastavení hodnoty G změnou otáček míchadla Nevýhody => nehomogenní hydraulické podmínky => nerovnoměrná doba zdržení

Tvorba suspenze - Míchání 1 Hydraulické (průtočné) mísiče statické mísiče ohyby potrubí zužování a rozšiřování potrubí mísiče s dutou clonou Výhody => rovnoměrná doba zdržení Nevýhody => G závislé na průtoku, nelze ovládat difúzní rošty vodní skok v kanálu statické mísiče

Tvorba suspenze - Míchání 11 Hydraulické (průtočné) mísiče Náhlé rozšíření potrubí Potrubí s dvěma clonami za sebou Vodní skok v kanálu Difúzní rošt v kanálu

Tvorba suspenze - Míchání 12 Míchání 2) agregační aplikace v průběhu agregace za účelem vzáemných kontaktů ednotlivých částic či agregátů a) rychlé tvorba nižších vývoových stadií (primární částice a mikroagregáty) G = 1 až 4 s -1 t = dosažení velikostní homogenizace agregátů (steady state) b) pomalé tvorba makro-agregátů G = 2 až 1 s -1 t = 5 3 min. Pomalé agregační míchání by mělo být vždy aplikováno po rychlém agregačním míchání, nikoliv pouze po homogenizaci, ak e tomu dnes na většině úpraven vody!!!

Tvorba suspenze - Míchání 13 Design technologie agregačního míchání - hydraulické míchání Flokulační kanál: a) vertikální uspořádání (over-and-under baffles) b) horizontální uspořádání (around-the-end baffles) Rozložení rychlostního pole (a) a gradientů rychlosti (b) ve flokulačním kanále

Tvorba suspenze - Míchání 14 Design technologie agregačního míchání - hydraulické míchání Děrované stěny Fluidní (vznášená) vrstva

Tvorba suspenze - Míchání 15 Design technologie agregačního míchání - mechanické míchání Míchadla s tangenciálním prouděním: a) pádlové míchadlo s vertikální hřídelí b) pádlové míchadlo s horizontální hřídelí Míchadla s vratným pohybem: a) kyvadlová, b) vahadlová

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 16 Neodstranitelný podíl => nedestabilizované nebo destabilizované ale dostatečně neagregované částice znečišťuících příměsí, neagregované částice destabilizačního činidla nebo produktů eho hydrolýzy stupně destabilizace α D D ND N => rozsah hodnot 1 D D = => destabilizace vůbec neproběhla NED N D - počet destabilizovaných částic N - celkový počet částic - počáteční koncentrace analyticky sledované složky určité příměsí (TO, Al, Fe atd.) NED - množství nedestabilizovaných částic vyádřených ako koncentrace sledované složky určité příměsí (TO, Al, Fe atd.) D = 1 => destabilizace proběhla kvantitativně - všechny částice obsažené v surové vodě byly účinně destabilizovány Stupeň destabilizace e závislý především na charakteru znečišťuících příměsí, typu a dávce destabilizačního činidla a také hodnotě ph.

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 17 stupně agregace α A N A NEA A => A N rozsah hodnot 1 D = => agregace vůbec neproběhla N A - počet agregovaných částic N - celkový počet částic - počáteční koncentrace analyticky sledované složky určité příměsi (TO, Al, Fe atd.) NED - množství neagregovaných částic vyádřených ako koncentrace sledované složky určité příměsi (TO, Al, Fe atd.) D = 1 => agregace proběhla kvantitativně - všechny částice obsažené v surové vodě byly účinně agregovány Stupeň agregace e kriteriem charakterizuícím průběh tvorby odstranitelných agregátů a e používán při hodnocení zaměřeném na optimalizaci parametrů míchacích zařízení, eich rozdílných konstrukcí a případných technologických sestav. Stupeň agregace e ovlivněn především podmínkami agregačního míchání, t. eho intenzitou a dobou.

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 18 stupně destabilizace α D praktické stanovení D F ( HM ) - počáteční koncentrace sledované složky (pro ukazatel TO stanovená v surové vodě po odstředění, pro ukazatel Al/Fe stanovená po nadávkování příslušného destabilizačního činidla) F(HM) - koncentrace sledované složky (např. Al, Fe, TO atd.) stanovená v odstředěném vzorku po homogenizačním míchání stupně agregace α A praktické stanovení A F ( A) - počáteční koncentrace sledované složky (např. Al, Fe, TO atd.) stanovená ve vzorku surové vody F(A) - koncentrace sledované složky (např. Al, Fe, TO atd.) stanovená v odstředěném vzorku po agregaci

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 19 Test agregace - sedimentační analýza odvozená na základě mechanistického modelu agregace - slouží k hodnocení okamžitého stavu vývoe agregátů v určitém okamžiku sledování, např. posouzení vlivu určitých gradientů rychlosti a doby míchání na charakter vznikaících agregátů s ohledem na možnosti eich následné separace - průběh procesu úpravy v závislosti na čase, případně v ednotlivých fázích úpravy se proevue především změnami ve velikostech tvořených agregátů => vymezení čtyř vývoových stádií částic/agregátů: neagregované částice (NA), primární agregáty (PR), mikro-agregáty (MI), makro-agregáty (MA) s rozdílnými možnostmi eich separace

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 2 Neagregovaný podíl částic (NA) - odpovídá neodstranitelnému podílu částic NA - poměr koncentrace sledované složky určité příměsi (např. Al, Fe, TO atd.) v odstředěném vzorku po 6 minutách usazování ( F(6) ) k celkovému obsahu sledované složky stanovené v počátku sedimentace ( ) P F (6) Primární agregáty (PR) - odstranitelné agregáty s dobou sedimentace delší než 6 min. - poměr rozdílu koncentrace sledované složky určité příměsi po 6 min. sedimentace ( 6 ) a koncentrace sledované složky v odstředěném vzorku po 6 minutách sedimentace ( F(6) ) k celkové koncentraci sledované složky stanovené v počátku sedimentace ( ) P PR 6 F (6)

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 21 Mikro-agregáty (MI) - odstranitelné prostou sedimentací v době P mezi 5 až 6 minutami MI - poměr rozdílu koncentrace sledované složky stanovené ve vzorcích po 5 a 6 minutách sedimentace ( 5-6 ) k celkové koncentraci sledované složky stanovené v počátku sedimentace ( ) 5 6 Makro-agregáty (MA) - agregáty odstranitelné prostou sedimentací v době kratší než 5 minut - poměr podílu celkové koncentrace sledované složky stanovené v počátku sedimentace ( ) a ve vzorku odebraném po 5 ti minutách sedimentace ( 5 ) k celkové koncentraci sledované složky stanovené v počátku sedimentace ( ) P MA 5

Hodnocení účinnosti destabilizace a agregace 22 Vyhodnocení testu agregace