ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Одарюк Павло Васильович
УДК 541.183:577.4:3:628.31
РОЗРОБКА РЕСУРСОЗАОЩАДНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИВАННЯ НЕЙТРАЛІЗОВАНИХ ЖИРІВ НА ОСНОВІ МЕТОДА ЕЛЕКТРОФЛОТОКОАГУЛЯЦІЇ
05.18.06 – технологія жирів, ефірних масел та
парфюмерно-косметичних продуктів
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Харківському державному політехнічному університеті.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,
Березуцький Вячеслав Володимирович
Харківський державний політехнічний університет, завідувач кафедри охорони праці та навколишнього середовища.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент,
Демидов Ігор Миколайович
Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри технології жирів;
доктор технічних наук, професор,
Душкін Станіслав Станіславович
Харківська державна академія міського господарства, завідувач кафедри водопостачання, водовідведення і очистки вод.
Провідна організація: Технологічний інститут молока та м’яса Української академії аграрних наук, м.Київ.
Захист відбудеться “2 ” листопада 1999 р. о 16-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.05 у Харківському державному політехнічному університеті 310002, м.Харків, вул.Фрунзе, 21.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.
Авторефетар розісланий “ 27 ” вересня 1999 р.
Вчений секретар
Спеціалізованої вченої ради Тимченко В.К.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Сьогодні рафінація стала основною ланкою в складній системі отримання і переробки рослинних масел і жирів. Являючись складним комплексом різних фізичних і хімічних процесів, вона відрізняється тривалістю окремих технологічних операцій і значною витратою реагінтів. Таким “вузьким” місцем в рафінації жирів залишається промивка нейтралізованого масла і поєднана з нею значна витрата конденсату або пом’якшеної води, які не підлягають поверненню в технологічний процес внаслідок забруднення речовинами жирової природи.
В зв’язку з цим, підприємства масляно-жирової промисловості щорічно несуть значні збитки від нераціонального використання води, викидів забруднених вод в каналізацію, недостатнього рівня вилучення жирових речовин і відсутність їх належної утилізації.
Одним з основних напрямів вирішення цієї проблеми є створення ресурсозберігаючих і маловідходних технологічних процесів з системами замкнутої рециркуляції технологічної води. Але, оскільки існуючі методи вилучення жирових речовин з промивних вод рафінаційного виробництва дають невисокий ступінь очищення (50-80%), вказана проблема до цього часу не знайшла остаточного вирішення. Крім цього, навіть найбільшперспективні електрохімічні методи вилучення жирів з промивних вод складні конструктивно і в експлуатації, потребують значних витрат електроенергії, а також не забезпечують умов техногенної безпеки виробництва.
В зв’язку з наведеним вище, розробка ресурсозберігаючої технології і обладнання для вилучення жирових речовин з промивних вод рафінаційного виробництва, які забезпечували б високий ефект очищення і замкнутий цикл води, а також утилізацію вторинних жирових відходів, є актуальним завданням.
Найбільш ефективним з відомих на сьогодні є методи електрофлотокоагуляційної обробки жиромістких вод. Апарати, які працюють з застосуванням електрофлотокоагуляційних методів вилучення жирових домішок з води, мають недостатньо потужність, складні конструктивно і в експлуатації, потребують значних витрат електроенергії, а також не забезпечують умов техногенної безпеки.
Робота виконана у відповідності з тематикою науково-дослідних робіт НДПКІ “Молния”, кафедри охорони праці і навколишнього середовища Харківського державного політехнічного університету і ввійшла в регіональну програму м.Харкова у розділ 4 “Екологія”, §12, 1998 р.
Мета дисертаційної роботи. Створення ресурсозаощадної технології промивки нейтралізованого масла на основі електрофлотокоагуляційних способів вилучення жирових речовин з вод, які б забезпечували повернення промивних вод у виробництво.
Основні задачі дослідження:
– дослідити ефективність промислових способів вилучення жирових речовин з промислових вод рафінаційного виробництва;
– створити лабораторну установку і розробити методики дослідження складу і якості промивних вод;
– розробити практичні рекомендації по утилізації електролізного водню і вторинних жирових відходів;
– розробити ефективний спосіб, аппарат і установку для ресурсозберігаючої електрофлотокоагуляційної обробки жиромістких вод;
– виконати техніко-економічну оцінку запропонованих розробок.
Наукова новизна роботи.
Основні результати і положення представлені в роботі отримані вперше, в тому числі ті, які виносяться на захист:
– встановлені залежності ефекта вилучення жирових доміток з води від: тривалості флотації, концентрації жирових домішок, температури розчинів, концентрації завислих часток жиромістких вод, величини і щільності електролізного струму;
– вперше розроблено спосіб і обладнання електрофлотокоагу-ляційного вилучення жирових речовин з промивних вод рафінаційного виробництва, які відрізняються високим ефектом;
– вперше показано вплив пульсуючої подачі вихідної промивної води на ефект роботи електрофлотокоагуляційного апарату;
– вперше розроблено конструкцію електрофлотокоагуляційного апарату для вилучення жирових домішок з технологічних вод з авторегулюванням потоків води всередині апарату;
– вперше показано доцільність використання електролізних газів водню і кисню, які традиційно видаляються при електрофлотокоагуляційній обробці вод в додаткових операціях по флотаційній обробці жиромістких вод;
– розроблено практичні рекомендації по утилізації алюможиромістких відходів.
Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети необхідно було створення оригінальних лабораторних установик з застосуванням традиційних методик аналізу жиромістких компонентів, склади води і т.ін., а також нетрадиційних технологій і методик з застосуванням газових аналізаторів типу СТХ-5, хромотографів, проточних мутномірів і т.ін. В проведених експериментах визначались структури і розподілення газових бульбашок, які утворюються при флотації, швидкість і коагуляційна активність гідроокисів металів, а також вплив водню на ефективність процесів очистки. Досліджувались технологічні можливості утилізації жирів, які містять домішки гідрооксидів алюмінію. Отримані при досліжденнях результати піддавались статистичному регресійному аналізам з застосуванням типових программ і ЕОМ.
Практичне значення роботи. Отримані в роботі результати і розроблене технологічне обладнання, дозволяють вирішити на практиці важливе для масложирової промисловості завдання підвищення ефективності техніко-економічних показників використання питної води в технологічних процесах жирових комбінатів, зокрема процесів рафінації, за рахунок створення ресурсозберігаючих ліній з замкнутим водовикористанням, більш повного вилучення жиру з водних розчинів з наступною утилізацією його і захистом навколишнього природного середовища від забруднення жировими частками, а також:
– отримано дані для розрахунку процесу електрофлотокоагуля-ційного вилучення жирових речовин з води;
– отримано дані для розрахунку флотаційного очищення жиромістких вод гідрогеноаеросумішшю;
– розроблено і впровадженно рекомендації щодо розробки способу електрофлотокоагуляційного вилучення жирових домішок;
– розроблено і впроваджено рекомендації з проектування і виготовлення апарату електрофлотокоагуляційного вилучення жирових речовин з води;
– на жиркомбінаті м.Харкова запроваджена експериментальна установка по вилученню нейтралізованого жиру з промивних вод.
Особистий внесок автора заключається в розробці лабораторних установок і виконанні експериментальних досліджень, у виконанні на ЕОМ регресійного аналізу і отриманні математичних моделей процесів електрофлотокоагуляційного вилучення жиру і отримання електролізного водню, в організації і проведенні дослідно-промислових досліджень експериментальної установки, розробці схеми виробничої установки для вилучення нейтралізованого жиру з промислових вод жиркомбінатів.
Особистий вклад дисертанта в працях, які опубліковані в співавторстві, наступний:
– в роботі [1] автор особисто виконав експерименти, розрахував кількісні показники процесу реагентної обробки з відстоюванням, підготував роботу до публікації;
– в роботі [2] автор провів експеримент на дослідній установці по вилученню домішок з води, виконав аналіз і узагальнення результатів;
– в роботі [4] автор підготував матеріали для публікації на основі виконаних ним експериментів, зробив висновки про ефективність застосування методу електрофлотокоагуляції в операціях по вилученню жирових домішок;
– в роботах [6-8] автор підготував матеріали до опублікування на підставі результатів експериментів, які виконав особисто, і виступав з ними на конференціях;
– в роботі [9] автору належить ідея, а також вибір і виконання порівняльної характеристики за аналогами.
Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на міжнародній науково-технічній конференції “Інформаційні технології: наука, освіта, здоров’я” (м.Харків, 1996 р.), на міжнародній науково-методичній конференції “Сучасний інженер і виживання людства” (Крим, м.Алушта, 1996 р.), на науково-методичній конференції “Людина і навколишнє середовище: проблеми безперервної екологічної освіти в вузах” (м.Одеса, 1998 р.), на VII міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я” (м.Харків, 1999 р.), на науковому семінарі в інженерній академії міського господарства (м.Харків, 1999 р.)
Публікації. Основні положення роботи викладені в 9 роботах, які включають одну статтю в журналі, чотири статті в наукових збірниках ( дві без співавторів) і три роботи в збірниках матеріалів конференцій, заявка на винахід.
Структура і об’єм дисертації. Дисертація містить вступ, п’ять розділів, загальні висновки, перелік літератури з 155 найменувань, додатків має 17 сторінок основного тексту, 4 таблиці, 4 рисунків, 17 всього сторінок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ містить обгрунтування і положення про актуальність роботи, формулювання мети і задач дослідження, наукової новизни, практичної цінності, положення, котрі винесені на захист.
У першому розділі дисертації наведено аналіз існуючого положення в галузі вилучення жирових домішок з промивних вод, технологій і обладнання, яке використовується.
Літературні дані свідчать про те, що застосовувані технології і методи для вирішення вище вказаного завдання за кордоном і в нашій країні, такі, як реагентний, напорного фільтрування, відстоювання, не дозволяють отримати ефект вилучення за жировими речовинами вище 60%.
Застосовувані методи обробки жиромістких вод, які основані на процесах адсорбції, сепарації, використанні ліпофільних матеріалів і напівпроникливих мембран, очевидно, ефективні принципіально. Проте обладнання для здійснення таких методів для значних витрат води не розроблено, з одного боку, з другого – такі методи вилучення жиру є дорогими і енергозатратними, а процедура регенерації продуктів, які утворюються при цьому, в більшості випадків не технологічна.
Біологічні методи вилучення жиру з води в нашій кліматичній зоні України не завжди підходять, особливо з-за великих витрат води. Флотаційні методи обробки жиромістких вод, які застосовуються, дозволяють отримати більший ефект, чим реагентний метод і відстоювання з фільтруванням, проте є достатньо енергоемкими і не дозволяють в ряді випадків отримати оптимальні розміри повітряних бульбашок, які приймають участь у цьому процесі.
Найбільш перспективним є електрохімічний метод вилучення домішок з води з застосуванням розчинних і умовно розчинних електродів, що пояснюється можливістю регулювання ступеню впливу різних факторів на якість процесу. Проте, розглянуті технології недостатньо передбачають питання техногенної безпеки і енергоємкі.
В другому розділі викладено методику проведення досліджень по обробці жиромістких вод з допомогою різних технологій на лабораторних установок, перелік застосовуваних реагентів і матеріалів, а також приготування робочих витрат реагентів, проведення технологічних аналізів, перераховано прилади і обладнання, наведено технологічні схеми лабораторних установок.
Розроблено методики проведення досліджень по вилученню жирових домішок з технологічних водних розчинів з застосуванням напорного фільтрування, реагентної обробки з наступним відстоюванням, обробкою коагулянтом з наступним фільтруванням, а також електрофлотаційний.
При цьому контролювались наступні технологічні параметри: витрати очищеної води, дм3/с; концентрація завислих речовин, мг/дм3; концентрація жиру мг/дм3; дози коагулянту, кг/м3; концентрація робочих розчинів коагулянтів, %; питома вага розчинів, г/м3; швидкість фільтрування, м/год.; температура стоку; тривалість фільтроциклів; напруга,В; величина електроструму, мА; на електродах апаратів БСК5; параметри пульсації води, яка подається на очистку; параметри газоаналізу.
Технологічні схеми лабораторних установок для вилучення жиру з води напорним фільтруванням, коагулюванням з наступним фільтруванням, а також електрофлотацією наведені в роботі.
В третьому розділі наведені порівняльні результати експериментів з обробки жиромістких вод. Експерименти проводились в умовах однакових вихідних даних по воді на лабораторних установках, які моделюють різноманітні технології, застосовувані для вилучення жиру з води.
Наприклад, обробка жиромісткого стоку 10% суспензією вапна з подальшим відстоювання протягом 40 хвилин дозволила отримати ефект вилучення домішок, який по жиру не перевищує 43%, а по ХСК – 46%. В роботі наведено залежності ефекту обробки жиромістких вод реагентами і відстоюванням від дози вапняного молока.З отриманих залежностей видно, що обробка води дозами вапняного молока, що перевищують 100 мг/дм3 недоцільна із-за незначного підвищення ефекту вилучення жирових домішок з водних розчинів.
В дисертації наведено отримані експериментально залежності ефектувилучення жиру з водних розчинів при фільтруванні через фільтруючу загрузку з пінополіуритана, від швидкості фільтрування. З отриманих залежностей можна зробити висновок про те, що найбільший ефект по вилученню жиру з технологічних розчинівдосягається при концентрації хлорного заліза 80-100 мг/дм3, і швидкості фільтрування Vф при цьому мають значення в діапазоні 15-20 м/год.
Дослідження процесу вивільнення жиромістких вод від жиру напарним фільтруванням здійснювалось в виробничих і лабораторних умовах, згідно з методикою, описаною в другому розділі. Висота шару фільтруючої загрузки в фільтрувальній колонці складала 1000 мм, величина часток фільтруючої загрузки – 20 мм. Швидкість фільтрування варіювала в діапазоні 15-35 м/год.
В роботі виконано експериментальні дослідження і отримано залежності ефекту вилучення жиру з води методом напорного фільтрування від швидкості фільтрування і вихідної концентрації жирових домішок. За характером графіків можна зробити висновок про те, що ефект вилучення жиру з водних розчинів залежить від швидкості фільтрування і мало залежить від вихідної концентрації жирових домішок.
При проведенні порівняльних експериментів з обробки жиромістких вод електрофлотацією вихідні параметри води, яка очищується, були такі ж, як і при дослідженні інших технологій з метою співставлення результатів. Застосувались титанові електроди. Щільність електротоку варіювала в межах 7,0-47,0 мА/см2. В техніці, яка використовувалась для електрохімічної обробки води, питання форми і матеріалу електродів достатньо вивчені і даною серією експериментів передбачалось визначити залежність ефекту вилученн жиру комбінуванням застосування електророзчинних і нерозчинних електродів на лабораторній установці, тобто використати електрокоагуляції і електрофлотації. Дослідженнями встановлено, що оптимальною температурою для проведення процесу обробки води є діапазон 30-40 0С, ефект при цьому досягає 78-80 %. Досліди проводились при заданих концентраціях жирових забруднень 200-600 мг/дм3 і фіксованих напрузі щільності електротоку і температурі вихідної води.
В наступній серії експериментів використовувався розчинний електрод з алюмінію, а вихідна вода мала концентрацію за жировими забрудненнями 20000-40000 мг/дм3 . Ефект вилучення жирових домішок з води розраховувався за відомою методикою. Результати досліджень наведено в таблиці 1.
Таблиця 1 – Ефект вилучення жирових домішок з води електрофлото-коагуляцією
№ досліду
Концент-рація жиру в вихідній воді, мг/дм3
Витрата матеріалу розчинного електроду,
мг/дм3
Напруга на елект-родах, V, В
Щільність постійного електро-струму,
1, А/см2
Кінцевий вміст жиру,
мг/дм3
Ефект вилучен-ня жиру з води, %
1 20000 40 6 0,01 600 97,0
2 25000 55 6 0,01 625 97,5
3 30000 70 6 0,01 600 98
4 35000 85 6 0,01 525 98,5
5 40000 100 6 0,01 560 98,6
З даних таблиці видно, що ефект вилучення з води жирових домішок досліджуваним методом безперечно вище навіть при концентрації жиру у вихідній воді на два порядки вище в даній серії експериментів.
Хороший ефект вилучення жиру з води комбінованим методом електрокоагуляції і електрофлотації пояснюється процесом одночасної взаємодії часток гідроокису алюмінію, що утворилися [Al(OH)3], з краплинами жиру і флотування їх агломератів з пухирками газу, який виділяється при єлектролізі води на поверхні рідини. В цілому ж даний складний технологічний процес складається з ряду стадій: отримання електрохімічним шляхом гідроокису металу: коагуляції часток забруднень в результаті взаємодії їх з гідроокисом металу: виділення бульбашок газу на поверхні електродів в результаті електролізу води з наступною флотацією ними аглометарів часток, які утворилися при коагулюванні розділення очищеної рідини і піношламу; видалення піношламу з апарату; обробка електродів для попередження їх пассивації і т.ін. В результаті виконаних досліджень, отримана кінематична модель єлектрофлотокоагуляції жирових часток в промивних водах при початковій концентрації 40000 мг/дм3:
С0ж = 33798804 t –1,0357 , (1)
де С0ж – залишковий вміст жиру в промивній воді ( при рН = 5), мг/дм3; t – час, с.
Також визначено математичну залежність зміни швидкості вилучення жиру ( dС0ж /dt) з промивних вод при електрофлотокоагуляційній обробці.
В дослідженнях по вилученню жиру з води електрохімічним методом встановлювалась залежність ефекту очищення , % від щільності анодного струму, і, А/см3. Щільність електричного струму розраховувалась відносно площі аноду і змінювалась в дослідах шляхом регулювання величини напруги на вході випрямляча за допомогою автотрансформатора ЛАТР-1. В даній серії експериментів щільність струму досліджувалась в діапазоні значень від 1 до 50 мА/см3. Напруга на електродах регулювалась в межах від 0,1 до 15 В. Концентрація жиру в вихідній воді в даній серії експериментів приймалась в межах 525-40000 мг/дм2. Дослідженнями встановлено, що при значеннях щільності електроструму більше 35 мА/см2 ефект вилучення жирових домішок починає знижатися, що пояснюється утворенням турбулентних потоків води внаслідок бурхливого утворення газових бульбашок біля електродів при даному діапазоні значень щільності електроструму. Турбулентні потоки в свою чергу перешкоджають закріпленню часток жиру на газових бульбашках, що є причиною зниження ефекту вилучення жиру з води. Проте, інтенсифікувати процес обробки жиромісткого стоку можна шляхом створення гідравлічного перемішування в зоні утворення газобульбашкових факелів, турбулентність потоків буде зрівноважуватися, наприклад, пульсуючими подачами вихідної води у флотатор. Розроблено схему подачі води на обробку за часом. Дослідна установка для очищення жиромістких вод змонтована на Харківському жировому комбінаті. Очищенню піддавались сточні води соапстоку рафінаційного цеху. Вихідні параметри оброблюваної води за жировими домішками в воді наступні: вміст жирових речовин до 50 г/дм3; температура 24-500С; рН=1,92-2; завислі речовини 300-500 мг/дм3. Результати досліджень показали практично 100% ефект очищення і часткову нейтралізацію вод. Результати досліджень обробки жиромісткого соапстоку наведено в таблиці 2. Найкращий ефект вилучення жиру з води і завислих часток пояснюється оптимізацією гідравлічних параметрів роботи дослідної установки. При режимі роботи, в якому працювала дослідна установка, повернення в неї очищеної води (рециркуляція) шляхом пульсуючої подачі в розподільчий прстрій забезпечує вирівнювання швидкостей потоків і струменів вхідної води по перетині установки, тобто усереднення газових бульбашок і завислих речовин по об’єму води в установці, а отже, і більш повну флотацію забруднень.
Таблиця 2 – Результати досліджень по вилученню жиру з води на виробничій установці
Назва
аналізу Концен-трація жирових речовин, мг/дм3 Напруга електро-струму, V,В Завислі речо-вини, мг/дм3 Величина електро-струму, мА
рН Доза алюмі-нію, г/м3 Витрата стічної води, л/ч
Вода до очищен-ня
4100
0,7
467
10
1,92
3,98
10
Вода після очищен-ня
1-5
-“-
4
-“-
-“-
-“-
-“-
В результаті виконаних експериментів отримано залежності ефекту вилучення жиру з води при різній тривалості флотацій і глибині шару води в установці, а також швидкості спливання флотованих домішок, які забруднюють воду, від рівня води в установці. Основним критерієм оцінки прогресу пульсуючої подачі потоку води на обробку є відношення маси m води, що подається на обробку до маси М води після пульсації – m/M.
На рис.1. наведено графік залежності ефекту вилучення жиру з води при зміні відношення m/M і фіксованому значенні часу, Т,с. Величини t i T встановлюються за реле часу КЕП-12У.
Періодичність подачі води, m, сек
Рис.1. Графіки залежності ефекту вилучення жирових домішок в
залежності від заданих значень Т, с – періодів подачі мас води, m, кг, при фіксованих величинах t,с
В роботі наведена схема формування газобульбашкових “факелів” в дослідній електрофлотокоагуляційній установці. Дослідженнями встановлено переваги методу обробки води з застосуванням гідравлічного перемішування в робочій ділянці установки, що пояснюється відсутністю так званих застійних зон, контури газобульбашкових “факелів” змикаються і накладаються в об’ємі оброблюваної води в установці. При перемішуванні в робочій зоні апарату, створюється додаткова турбулентність потоків води, в яких, не руйнуючись, флотуються газові бульбашки, котрі в свою чергу ефективно захоплюють забруднення і флотують його на поверхню води, яку очищують. Крім цього, не зашламлюється міжелектродний простір і не спостерігається налипання піни на стінки установки, флотопіна ефективно видаляється.
В результаті виконаних досліджень отримано залежності ефекту вилучення жирових домішок в залежності від заданих значень Т, с – періодів подачі мас води, m, кг, при фіксованих величинах, t,с. Характер кривих дозволяє зробити висновок про віддавання переваги значенням m/M=0,1 –0,15, для води з вихідним вмістом жирових забруднень до 41 тис.м2/дм3 і значеннях Т=60-1000С.
В четвертому розділі наведено дані про дослідження кінетики видалення водню при електрофлотокоагуляційній обробці жиромістких вод і можливості утилізації побіжногоелектролізного водню, як побічного ефекту процесів, пов’язаних з електролізом води. Як показує літературний огляд доступної науково-технічної інформації, не відомий в практиці застосування електролізу води, інший спосіб, як тільки видалення електролізних газів, що утворюються в атмосферне повітря, в тому числі і при очищенні жиромістких вод. Проведений аналіз науково-технічної літератури про можливості збереження і транспортування електролізного водню.
В ході експерименту для визначення нижньої концентраційної межі спалахування газоводневих сумішей в даній роботі використовували аналізатор СТХ-5А. В таблиці 3 наведено дані результатів даної серії експериментів.
Таблиця 3 – Результати експериментів
№ досліду Час, с Значення параметра, Vср
1 30 2,5083
2 45 3,7637
3 60 5,0177
4 180 15,0477
5 240 20,064
6 360 30,0967
7 480 40,1263
Vср – cереднє арифметичне значення паралельних експериментів при визначенні кількості водню, який виділився.
В четвертому розділі також описано експерименти по вивченню впливу добавки побіжного електролізного водню на процеси аерації жиромістких вод і аналіз можливості гідрогенізації жирових забруднень “побічним” воднем.
Експериментально було визначено, що в звичайних умовах виконати гідрогенізацію жиру, навіть з використанням каталізатора, не представляється можливим. Проте, експерименти показали високий ефект вилучення жирових домішок при застосуванні електролізних газів (водню). Отриманий високий ефект, визначається, що швидкість флотації забруднень бульбашками водню, яка визначається, в більшості його питомою вагою, практично в 10-15 разів вище, ніж у випадку іншої газоповітряної суміші. На рис.2 показана схема експериментальної установки.
1 – підведення вихідної води в електролізер 2; 3 – аспіраційна установка;
4 – аератор для очистки води; 5 – подача гідрогеноаеросуміші; 6 – подача води на доочищення в аератор; 7 – відсос гідрогеноаеросуміші; 8 – аналізатор газової гідрогеноаеросуміші (СТХ-5А); 9 – відведення очищеної води;
10 – видалення флотопіни.
Рис.2. Схема експериментальної установки для експериментів з електролізними газами
В п’ятому розділі наведено аналіз літературних даних про рівень технології вилучення жирових домішок з вод масложирових підприємств за кордоном і в країнах СНД і утилізації побіжних відходів.
В п’ятому розділі наведено відомості про планування і обробку даних експериментів з дослідження кінетики виділення водню на дослідній установці при обробці жиромістких вод, а також математичний опис процесу виділення водню, який представлений рівнянням виду:
Y = 0,1103 + 0,083290 X . (2)
В роботі показано можливий напрям утилізації електролізних газів, пов’язаний з гасінням пожеж вибухом, що дозволяють властивості водню вибухати без горіння. Виконана розробка промислового апарату для електрокоагуляційної обробки жиромістких вод. На рис.3 представлена схема нової конструкції апарату для електрофлотокоагуляційного вилучення жиру з технологічних вод.
Рис.3. Пристрій для електрофлотокоагуляційної обробки промивних вод:
1 – корпус апарату; 2 – відведення очищеної води; 3 – “кишеня” відведення води; 4 – вихідна камера; 5 – камера заспокоєння t коагулювання (швидкого); 6 – піновідводна кишеня; 7 – камера “контактна”; 8 – пристрій вводу і “контакту”; 9 – канал, який відводить піну; 10 – вихідний пристрій з патрубком.
Апарат призначений для вилучення жирових домішок способом електрофлотокоагуляції. Вода, яка містить домішки жиру, надходить через патрубок 10 у вхідний пристрій, виконаний у вигляді плоскопаралельних вузьких каналів, що забезпечують своїм конструктивним виконанням різницю тисків. Це забезпечує піднімання рідини з каналу, де встановлені електроди 12 і наступне активне перемішування цих двох течій в пристрої вводу і “контакту” 8. В камері “контактної” 7 проходить процес коагулювання і утворення флотопіни, котра видаляється через кишеню 6. Далі вода перетікає в камеру заспокоєння в коагулювання, де випливаючий жир у вигляді пінного шару видаляється в кишеню 6 з поверхні води. Після цього вода надходить у вихідну камеру 4 і видаляється з апарату, а частина її поступає в електродну камеру, де встановлені електроди 12, що забезпечує розчинення електродів в чистій воді і попереджує зашламлення міжелектродного просмотру продуктами електролізу. Крім цього, всередені апарату здійснюється постійна циркуляція потоку води, швидкість якого “автоматично” регулюється напором води, яка подається в апарат, при певних конструктивних розмірах вхідних каналів.
На рис.4. представлена технологічна схема розробленох ресурсозберігаючої цехової установки для вилучення нейтралізованих жирів з вод з використанням методу електрофлотокоагуляції.
Жиромістка вода пульсуючими потоками надходить з цехового жировлювача на електрофлотокоагулятори 3 з розчинними алюмінієвими електродами. Витягнутий жир, у вигляді алюмо-жиро-піношламу, збирається в ємкосятх 4, далі вода надходить в коридорний відстійник 6, де проходить подальше відділення жиромістких домішок, які вспливають і осідають. З коридорного відстійника 6 вода забирається насосами 7, котрі подають воду на подальшу обробку у флотатори 8. У флотатори 8 також подається гідрогеноаеросуміш, яка береться насосом з електрофлотокоагуляторів 3. Витягнутий жир і домішки збираються в шламозбірниках 4.Обезжирена вода, знаходиться в ємкостях 8 і 9, а потім направляється для подальшого використання у виробництво. Здобутий жир, який містить домішки гідрооксиду алюмінію, після попередньої обробки, направляється для приготування миючих паст.
В запропонованому підприємству варианті до цієї розробки, замість флотаторів повинні були використовуватися електрофлотатори, що практично в два рази збільшувало витрати електроенергії. Зробити заміну дозволило повторне використання електролізних газів для інтенсифікації процесів флотації у флотаторах.
На запропонований спосіб вилучення жирових домішок з води подана заявка на винахід.
Рис.4. Схема виробничої установки вилучення нейтралізованого жиру з промивних вод
В шостому розділі проведено економіко-соціальне і техніко-економічне обгрунтування виконаних розробок за загальнопринятою
методикою. Показана ефективність використання водню для процесу доочистки, що дозволяє знизити витрати електроенергії на 10-20 кВт в годину.
Економіко-соціальна ефективність виконаних заходів для жирового комбінату м.Харкова складає 900000 грн.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Розроблено і впроваджено ресурсозаощадну технологію промивання нейтралізованих жирів, яка передбачає замкнутий цикл технологічної води, основана на високій ( > 99,99%) ефективності електрофлотокоагуляційного способу вилучення жирових речовин з промивних вод.
2. Визначено, що застосування гідравлічного перемішування потоків води її пульсацією при електрокоагуляційній обробці промивних вод дозволяє зберігати не тільки високий ефект вилучення жиру, але і збільшити пропускну здатність електрофлотокоагулятора, попередити зашламлення міжелектродного простору, ліквідувати застійні ділянки і як наслідок, знизити витрати електроенергії.
3. Досліджено метод електрофлотокоагуляційного вилучення жирових речовин з промивних вод і отримано кінетичну модель процесу.
4. Досліджено і отримано кінетичну залежність процесу виділення електролізного водню при процесах електрохімічної обробки води. Встановлено, що електролізний водень, який одержують в електро-флотокоагуляційних апаратах, проявляє високі флотуючі властивості відносно жирових речовин.
5. Розроблено новий аппарат для електрохімічного вилучення жиру з води з пропускною спроможністю більше 10 м3/год.
6. Встановлено, що електролізний водинь, може бути використаний для гасіння пожеж вибухом, а вилучені жирові речовини, що містять гідроокись алюмінію після доомилення, можуть бути застосовані як технічні миючі засоби, а також в будівництві для грунтування поверхні.
7. Ефективність від впровадження розробленої технології і обладнання складає від 23 до 28 грн. В рік ( за цінами 1999 року). Відвернутий збиток природі складає більше 3 млн.грн. (за цінами 1999 року).
Список опублікованих праць за темою дисертації:
1. Березуцкий В.В., Терновская О.И., Одарюк П.В. Очистка жирового стока реагентной обработкой и отстаиванием // Вестник ХГПУ. – ХГПУ. – Вып.8.- 1997. – С.20-23. (Перелік №1 Бюл.№2 ВАК України, 1997, с.76).
2. Березуцкий В.В., Терновская О.И., Одарюк П.В. Опыт очистки жиросодержащих стоков отстаиванием // Вестник ХГПУ. – ХГПУ. – Вып.8.- 1997. – С.26-30. (Перелік №1 Бюл.№2 ВАК України, 1997, с.76).
3. Одарюк П.В. Опыт утилизации электролизного водорода отстаиванием // Вестник ХГПУ. – ХГПУ. – Вып.8.- 1998. – С.143-146. (Перелік №1 Бюл.№2 ВАК України, 1997, с.76).
4. Березуцький В.В., Терновська О.І., Одарюк П.В. Технологія переробки жировміщуючих промислових стоків способом електрокоагуляції отстаиванием // Хімічна промисловість України. – №2. – 1999. – С.32-36. (Перелік №1 Бюл.№2 ВАК України, 1997, с.76).
5. Одарюк П.В. Ресурсосберегающие технологии промывки нейтрализованных жиров с использованием метода электрофлотокоагуляции отстаиванием // Коммунальное хозяйство городов: Научн.-техн.сб. – К.: Техника. –1999. – Вып.19.- 1997. – С.150-152. (Перелік №3 Бюл.№4 ВАК України, 1997, с.25).
6. Березуцький В.В., Терновська О.І., Одарюк П.В. Гуманизация инженерного образования и воспитания будущего инженера // Тезисы докладов международной научно-методической конференции “Современный инженер и выживание человечества”, Крым, Алушта, 26-28 сентября 1996 г., ХГПУ.
7. Березуцький В.В., Березуцкая Н.Л., Одарюк П.В., Устинова Н.Д., Доронин Е.В. Применение программы STATGRAPHICS для обработки результатов научных исследований.// информационные технологии: наука, образование, здоровье. : Труды междунар. Научно-техн.конф. – Харьков, Мишкольц, Магдебург: Труды ХГПУ, – Харьков, 1996. – С.54-56.
8. Березуцький В.В., Терновська О.І., Одарюк П.В. Бессточная технология очистки жиросодержащих стоков с последующей их рециклизацией // Тезисы докладов научно-методической конференции “Человек и окружающая среда: проблемы непрерывного экологического образования в вузах / Сборник научных работ научно-методической конференции, Одесса, 16-18 сентября 1998 г.
9. Заявка на винахід №97094529, МПК6 СО2F1/24 Спосіб знебруднення води / Березуцький В.В., Терновська О.І., Одарюк П.В. (Україна) – Дата подання 09.09.97.
SUMMARY
Odaruk P.V. Development of enegryconserving technology for the washdown of neutralized fats using electric floot coagulation methоd. – Manuscript.
Candidate of technical science on a speciality 05.18.06 – process engineering of fats, olatile oils and perfume and cosmetics. Kharkov state polytechnical university, Kharkov, 1999.
The developed and introduced energyconserving technology for the washdown of neutralized fats providis a closed cycle of process water and is based on the efficiency of electric float coagulation method in the extraction of fatty substances from washing water. It found, that the application of hydraulic intermixing of water flow by its pulsation, during the process of electric float coagulation of washing water, increases the flou capacity electric coagulation, prevents studging of interelectrode space, liquidates stagnant zones and reduces consumption of electric power. The method electric float coagulation fo the extraction of fatty substances from washing water has been investigated and the kinetic model of the process has been obtained. The kinetic dependance of process of emission of electrolysis hydrogen has been investigated and obtained during the processes of electrochemical treatment of water. It has been established that electrolysis hydrogen obtained in electric float coagulation devices exhibits high floating properties as compared with fatty substances. A new device using electric float coagulation method fo extraction of fat from water with a flow capacity of more than 10 cu.м/h has been developed. It has been established that electrolysis hydrogen can be used for extinguishing fires by explosion, while the extracted fatty substances containing hydroxide of aluminum foatming can be used as technical detergents and for priming of surfaces in construction.
Key words: looping washdowns, fat, electric float coagulation, device, installation, integrated animal fat plant, energyconserving, hydrogenoairmixture, floatation, salvaging.
АННОТАЦИЯ
Одарюк П.В. Разработка ресурсосберегающей технологии промывки нейтрализованных жиров на основе метода электрофлотокоагуляции. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.06 – технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов. Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1999.
Разработана и внедрена ресурсосберегающая технология промывка нейтрализованных щиров, предусматривающая замкнутый цикл технологической воды, основанная на эффективности электрофлотокоагуляционного способа извлечения жировых веществ из промывных вод. Разработанная технология включает операции по электрофлотокоагуляционному, седиментационному и флотационному извлечению жировых примесей.
В работе приведен выполненный анализ существующих технологий и оборудования предназначенного, для извлечения примесей из воды при операциях промывки. Рассмотрены наиболее широко применяемые методы – реагентный, напорного фильтрования, отстаивания и электрофлотации. С помощью выполненных исследований, показана необходимость разработки новой технологии промывки нейтрализованных жиров, на основе электрофлотокоагуляционного метода.
Определено, что применение гидравлического перемешивания потоков воды ее пульсацией, при электрофлотокоагуляционной обработке промывных вод, увеличивает пропускную способность электрофлотокоагулятора, предотвращает зашламление межэлектродного пространства, ликвидирует застойные зоны и снижает расход электроэнергии.
Исследован метод электрофлотокоагуляционного извлечения жировых веществ из промывных вод и получена кинетическая модель процесса. Исследована и получена кинетическая зависимость процесса выделения электролизного водорода при процессах электрофлотокоагуляционной обработке воды. Установлено, что электролизный водород, получаемый в электрофлотокоагуляционных аппаратах, проявляет высокие флотирующие свойства относительно жировых веществ. Предложено использовать гидрогеноаэросмесь для флотационного извлечения жира.
В исследованиях по извлечению жира из воды электрохимическим методом, была определена зависимость эффекта процесса от плотности анодного тока на электродах. Исследованиями установлено, что, при заданных исходных концентрациях жира в промывной воде (до 40г/дм3), при значениях плотности электрического тока более 35 мА/см 2 , эффект извлечения жировых примесей начинает снижаться, что объясняется образованием турбулентных потоков воды вследствие бурного образования газовых пузырьков около электродов. Турбулентные потоки препятствуют закреплению частиц жира на газовых пузырьках, что и является причиной снижения эффекта извлечения жировых частиц, из промывных вод.
Разработан новый аппарат для электрофлотокоагуляционного извлечения жира из воды с пропускной способностью более 10 м3/ч. Конструкция аппарата предусматривает автоматическое регулирование потоков воды подаваемых для обработки в аппарате и внутренних замкнутых водных циклов, что обеспечивает эффективность процесса электрофлотокоагуляционного извлечения жира.
Установлено, что электролизный водород, образующийся в процессе электрофлотокоагуляционной обработки воды, может быть использован, для тушения пожаров взрывом.
Извлекаемые жировые вещества, содержащие гидроокись алюминия, после доомыления, могут быть применены как технические моющие средства (пасты) для стирки сильно загрязненной хлопчатобумажной ткани (рабочей одежды) и в строительстве для грунтования поверхностей.
Ключевые слова: воды промывки, жир, электрофлотокоагуляция, аппарат, установка, жировой комбинат, ресурсосберегающая технология, гидрогеноаэросмесь флотация, утилизация.
АНОТАЦІЯ
Одарюк П.В. Розробка ресурсозаощадної технології промивання нейтралізованих жирів на основі методу електрофлотокоагуляції. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.18.06 – технологія жиру, ефірних масел і парфюмерно-косметичних продуктів. Харківський державний політехнічний університет, Харків, 1999.
Розроблена і впроваджена ресурсозаощадна технологія промивання нейтралізованих жирів, що передбачає замкнутий цикл технологічної води, основана на ефективності електрофлотокоагуляційного способу вилучення жирових речовин з промивних вод. Визначено, що застосування гідравлічного змішування потоку води її пульсуванням, при електрофлотокоагуляційній обробці промивних вод, збільшує пропускну спроможність електрофлотокоагулятора, запобігає зашламленню міжелектродного простору, ліквідує застійні зони та знижує витрати електроенергії. Досліджено метод електрофлотокоагуляційного вилучення жирових речовин з промивних вод та отримано кінетичну модель процесу. Досліджено і отримано кінетичну залежність процесу виділення електролізного водню при процесах електрофлотокоагуляційної обробки води. Встановлено, що електролізний водень, одержуваний в електрофлотокоагуляційних апаратах, виявляє високі властивості флотування відносно жирових речовин. Розроблено новий аппарат для електрофлотокоагуляційного вилучення жиру з води із пропускною спроможністю понад 10 м3/год. Встановлено, що електролізний водень, може бути використаний для гасіння пожеж вибухом, а отримані жирові речовини, що мястять гідрооксид алюмінію, після доомилення, можуть бути використані як технічні миючі засоби, а також в будівництві для грунтування поверхонь.
Ключові слова: води промивання, жир, електрофлотокоагуляція, аппарат, установка, жировий комбінат, ресурсозаощадна технологія, гідрогеноаеросуміш, флотація, утилізація.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
