Декарбонизаторы с насадкой из колец Рашига обладают большой удельной поверхностью, малой массой в единице объема, значительным свободным объемом.

Кольцо Рашига (табл. 19.1) представляет собой полый керамический цилиндр с равными высотой и наружным диаметром.

Таблица 19.1

Для уменьшения высоты дегазатора выгоднее применять кольца более мелкого размера, так как единица объема насадки из таких колец имеет большую поверхность. Для загрузки дегазаторов наиболее часто применяют кольца размером 25*25*3 мм, так как общее сопротивление насадки из таких колец при наиболее неблагоприятных условиях работы аппарата не превышает значения напора, развиваемого центробежными вентиляторами среднего давления обычного типа.

Площадь поперечного сечения дегазатора, загруженного кольцами, следует принимать исходя из удельной нагрузки 60 м3/(м2*ч). Удельный расход воздуха в этом случае должен приниматься равным 15 м3/м3. Исходя из этой плотности орошения насадки и удельного расхода воздуха, в табл. 19.2 даны некоторые расчетные параметры.

Таблица 19.2

Необходимую поверхность насадки (колец) находят по формуле (19.7), значение Кт — по графику на рис. 19.4, а, ΔСср — по графику на рис. 19.5.

Помимо площади поверхности насадки, нужно учитывать площадь внутренней поверхности самого аппарата, которая составляет около 7,5% от площади поверхности насадки.

При подсчете напора, развиваемого вентилятором, сопротивление колец размером 25*25*3 мм при плотности орошения 60 м3/(м3*ч) и при удельной подаче воздуха 15 м3/м3 можно принимать 30 мм вод. ст. на 1 м высоты загрузки.

К дегазаторам, применяемым при обезжелезивании воды аэрацией, относятся пленочные дегазаторы с загрузкой кольцами Рашига или пластмассовыми кольцами, работающими в Условиях противотока воды и воздуха, подаваемого вентилятором. При известной щелочности исходной воды концентрация свободной углекислоты в ней, соответствующая рН=7,0, может быть найдена по номограмме (см. рис. 19.3). Зная исходное содержание свободной углекислоты в воде и определив по указанной номограмме концентрацию свободной углекислоты (рН=7,0), можно найти количество углекислоты, которое должно быть удалено из воды как разность концентраций начальной и оптимальной, соответствующей значению рН=7,0. Одновременно необходимо удалить дополнительное количество свободной углекислоты, которое образуется при гидролизе бикарбоната, железа, так как наличие ее в воде может препятствовать повышению рН до требуемого предела. Согласно стехиометрическому расчету количество свободной углекислоты составляет 1,57 мг на 1 мг железа (II), содержащегося в исходной воде.

Рис. 19.4. Графики для нахождения Kж CO2 в зависимости от tºС при плотности орошения насадки 40 м3/(м2*ч) (а) и 60 м3/(м2*ч) (б) для колец 25*25*3 мм

Следовательно, суммарное расчетное количество свободной углекислоты, подлежащей удалению из воды, может быть определено по формуле:

где С — количество свободной углекислоты, которое -должно быть удалено из воды, мг/л; СFe — количество железа (II) в обезжелезиваемой воде, мг/л; Снач — начальная концентрация свободной углекислоты в обезжелезиваемой воде, мг/л; Сопт — содержание свободной углекислоты, соответствующее оптимальному значению рН=7,0 при данной щелочности воды (находится по номограмме рис. 19.3), мг/л.

Очевидно, что остаточное содержание свободной углекислоты после дегазатора будет:

При этом вопрос о достаточном насыщении воды кислородом воздуха может не рассматриваться, так как при удалении из воды необходимого количества свободной углекислоты всегда обеспечивается ее насыщение кислородом, вполне достаточное для полного окисления железа (И).

Рис. 19.5. Графики для нахождения ΔСср в зависимости от Свх и Свых.

Площадь поперечного сечения дегазатора, работающего с принудительной подачей воздуха, определяется исходя из плотности орошения насадки 90 м3/(м2*ч) (для насадки из пластмассовых или керамических колец). Удельную подачу воздуха следует принимать равной 4 м3/м3.

Значение ДСср при расчете дегазаторов, применяемых для обезжелезивания воды аэрацией, можно определять по формуле А. А. Кастальского:

(19-7)

в кг/м3; величина Кж находится по графикам рис. 19.6.

Рис. 19.6. Графики Kж=f(t) для различных насадок при плотности орошения 90 м3/(м2*ч)

1 — для колец Рашига размером 25*25*3 мм; 2 — для гравия средним размером 42 мм; 3 — для кокса средним размером 43 мм; 4 — для кокса средним размером 41 мм

В гл. 1 указывалось, что сероводородные соединения, содержащиеся в воде, могут состоять из свободного сероводорода (H2S), гидросульфидного иона (HS~) и сульфидного иона (S2~). При рН воды <5 все сульфидные соединения в воде присутствуют в виде свободного сероводорода. Поэтому практически полное их удаление возможно лишь при предварительном подкислении исходной воды или в том случае, когда удаление сероводорода объединяется с удалением свободной углекислоты в цикле Н—Na-кэтионитового умягчения или ионитового обессоливания воды. Без подкисления воды из нее можно удалить лишь то количество сульфидных соединений, которое присутствует в виде свободного сероводорода при данном значении рН воды. Это обеспечивает дезодорацию воды, но не устраняет ее коррозионные свойства.

Расчет дегазаторов для удаления из воды свободного сероводорода следует производить исходя из следующих данных. Площадь сечения дегазатора следует определять с учетом плотности орошения насадки (кольца размером 25*25*3 мм) 60 м3/(м2*ч). Удельная подача воздуха — 12 м3/м3. Значение ΔСср следует определять по формуле (19.7), а значение Kж — по формуле (19.8)

(19.8)

где А — площадь поперечного сечения дегазатора, м2; z — растворимость сероводорода в воде, кг/м3, при данной температуре и парциональном давлении сероводорода 0,1 МПа (по рис. 19.7). Значения А и А0,324 приведены в табл. 19.3.

Формула (19.8) действительна при плотности орошения насадки 60 м3/(м2*ч), удельном расходе воздуха 12 м3/м3 и при насадке из колец Рашига размером 25X25X3 мм.

Исследованиями С. Н. Линевича установлено, что при использовании пенной дегазации и закрытой аэрации можно повысить эффект удаления сероводорода из воды на 20 . .25%.

На рис. 19.2, б приведена схема вакуумного дегазатора.

При дегазации воды барботированием воздуха через слой воды также создается большая поверхность соприкосновения жидкой и газообразной фаз; тем самым ускоряется выделение газа. Воздух подается компрессорами обычно через дырчатые трубы или пористые плиты. В зависимости от требуемой степени дегазации воды барботажные дегазаторы применяют одно- или двухсекционные с последовательным пропусканием воды.