روش های طراحی برای اختلاط هوای فشرده به جای هم زدن مکانیکی

در مهندسی تصفیه آب، فرآیندهای واحد مانند مخازن انعقاد، مخازن لخته سازی و مخازن واکنش نرم کننده نیاز به یکنواختی بسیار بالایی از اختلاط آب دارند. به طور سنتی، اختلاط با نصب همزن های مکانیکی حاصل می شود. با این حال، با افزایش هزینه‌های انرژی و اجرای سیاست‌های "کربن دوگانه"، پروژه‌های بیشتری شروع به جایگزینی هم زدن مکانیکی با هوای فشرده برای دستیابی به اهداف حفظ انرژی و کاهش انتشار می‌کنند. این مقاله اصول، روش‌های محاسبه و ارزش کاربردی فناوری اختلاط پنوماتیک را برای متخصصان تصفیه آب به اشتراک می‌گذارد.

در فرآیندهای تصفیه آب معمولی، همزن های پدال یا قاب معمولاً در مخازن اختلاط، مخازن لخته سازی و مخازن واکنش نرم کننده نصب می شوند. موتور پاروها را به چرخش سوق می دهد و گرداب ها و برش در آب ایجاد می کند و در نتیجه ترکیب کامل مواد شیمیایی و آب خام را تقویت می کند. با این حال، هم زدن مکانیکی دارای مشکلات زیر است:

1. مصرف انرژی بالا

در تصفیه خانه‌های فاضلاب در مقیاس بزرگ، قدرت همزن‌های مکانیکی معمولاً بین 2 تا 15 کیلو وات با زمان‌های عملیاتی طولانی و مصرف برق سالانه بالا است.

2. هزینه های نگهداری بالا

همزن ها شامل اجزای متعددی هستند که به راحتی آسیب می بینند مانند موتورها، کاهنده ها، کوپلینگ ها و پروانه ها. تعمیر و نگهداری روزانه و تعویض قطعات{1}}زمان‌بر و کار{2}} فشرده است.

3. میدان جریان ناهموار در مخزن

در برخی از مخازن با شکل نامنظم یا مخازن واکنش با حجم{0} بزرگ، هم زدن مکانیکی به راحتی "مناطق مرده" ایجاد می کند که منجر به اثرات اختلاط نامطلوب می شود.

بنابراین، یافتن فناوری‌های هم زدن کارآمدتر و صرفه‌جویی در انرژی{0}}به یک روند تبدیل شده است.

همزدن هوای فشرده فناوری است که با وارد کردن هوای فشرده به کف یا دیواره‌های مخزن حباب‌هایی تولید می‌کند. همانطور که حباب های هوا در آب بالا می روند، جریان هوا به سمت بالا ایجاد می کنند و همزمان آب اطراف را برای تشکیل یک جریان گردشی هدایت می کنند. در مقایسه با همزن مکانیکی، هم زدن پنوماتیک چندین مزیت قابل توجه دارد: (1) صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف. بدون نیاز به نصب یک همزن-با قدرت بالا، فقط یک کمپرسور هوا برای تامین هوای متمرکز مورد نیاز است. (2) بدون سایش مکانیکی. عملاً نیازی به تعمیر و نگهداری نیست. (3) میدان جریان یکنواخت تر. توزیع منطقی حباب از "مناطق مرده" جلوگیری می کند. (4) همچنین دارای عملکرد هوادهی است. در برخی از فرآیندها، می تواند به افزایش اکسیژن محلول کمک کند. III. محاسبه حجم هوا بسیاری از پروژه‌ها شامل این نوع اصلاح می‌شوند، اما اغلب بدون هیچ مبنای علمی، به طور خودسرانه یک لوله تامین هوا را به استخر متصل می‌کنند و در نتیجه عملکرد رضایت‌بخشی ندارند.

بسیاری از پروژه‌ها شامل این نوع اصلاح می‌شوند، اما اغلب بدون هیچ مبنای علمی، به طور خودسرانه یک لوله منبع هوا را به مخزن متصل می‌کنند و در نتیجه عملکرد رضایت‌بخشی ندارند.

حجم هوای مورد نیاز برای هوادهی و اختلاط را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد.

در فرمول: Qa میزان جریان هوای مورد نیاز برای هوادهی و اختلاط در شرایط استاندارد m³/min است. Pt توان شفت همزن اصلی، کیلووات است که می تواند 0.75 ~ 0.90 توان موتور در نظر گرفته شود. h عمق آب در ورودی توزیع هوا، m است.

فشار هوا (فشار گیج) مورد نیاز برای هوادهی و اختلاط را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد.

در فرمول: pc فشار هوا (فشار گیج) مورد نیاز برای هوادهی و مخلوط کردن، kPa است. Δph فشار استاتیک در عمق آب، kPa، Δph=9.81 × h است. Δpf افت فشار در طول خط لوله و در نقاط محلی، کیلو پاسکال است که با مراجعه به محتوای مربوطه در مقاله «روش‌های تعیین قدرت و فشار دمنده‌های هوادهی» در این حساب عمومی از طریق لینک انتهای این مقاله قابل محاسبه است. Δpd افت فشار هد توزیع هوا، kPa است، که می توان با سازنده مشورت کرد و به طور کلی 3 تا 15 کیلو پاسکال است.

1. قطر حباب و افزایش سرعت

طبق ادبیات، قطر حباب معمولاً حدود 5 میلی متر است و حجم هوا به طور کلی 10٪ از نرخ جریان مایع را تشکیل می دهد. هرچه قطر حباب کوچکتر باشد، سرعت افزایش آهسته تر و اثر هم زدن مایع بهتر است، اما مصرف انرژی هوای فشرده کمی بیشتر است. اگر قطر حباب بیش از حد بزرگ باشد، راندمان اختلاط کاهش می یابد.

2. لوله کشی و دستگاه توزیع هوا

سرهای توزیع هوا باید به طور مساوی توزیع شوند و معمولاً از لوله های متخلخل یا سرهای هوادهی ریز متخلخل استفاده می شود. طراحی باید اطمینان حاصل کند که حباب ها به طور مساوی در مخزن توزیع شده اند تا از "اتصال کوتاه" محلی جلوگیری شود.

3. ویژگی های هیدرولیک استخر
برای استخرهای عمیق، حباب های هوا در طول صعود متحمل تلفات بیشتری می شوند، بنابراین به هوای فشرده-با فشار بالاتر نیاز دارند.

خلاصه
در زمینه «کربن دوگانه» (دی اکسید کربن، ترسیب کربن، و انتشار کربن)، فناوری همزدن هوای فشرده، روشی بسیار کارآمد،{0}}صرفه‌جویی در مصرف انرژی، و کم{1}} اختلاط{1}} را به دستگاه‌های تصفیه آب ارائه می‌دهد. با محاسبه منطقی مصرف و فشار هوا، بهینه سازی طراحی توزیع هوا و کنترل اندازه حباب، می توان به اختلاط یکنواخت تری نسبت به هم زدن مکانیکی دست یافت و در عین حال هزینه های عملیاتی را به میزان قابل توجهی کاهش داد. در آینده، با توسعه سیستم‌های کنترل هوشمند، انتظار می‌رود که اختلاط پنوماتیک با نظارت بر کیفیت آب آنلاین مرتبط شود، که عرضه هوا بر حسب تقاضا و صرفه‌جویی در انرژی پویا را ممکن می‌سازد، پتانسیل کاربرد زیادی در تصفیه آب شهری، آب در گردش صنعتی و واکنش‌های شیمیایی نشان می‌دهد.