Advanced water treatment chemicals and industrial solutions
Attention! The contents of this site cannot be printed. Please visit our download section for a hard copy.
|
Advanced water treatment chemicals and industrial solutions Attention! The contents of this site cannot be printed. Please visit our download section for a hard copy. |
|
|
ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΥΡΓΟΥ ΨΥΞΗΣ Το καταιονιζόμενο νερό στον πύργο ψύξης έχει αυξημένη θερμοκρασία. Καθώς έρχεται σε επαφή με τον ψυχρό αέρα ανεβάζει την θερμοκρασία του αέρα, κυρίως με αγωγή. Όταν όμως η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται, μειώνεται η σχετική υγρασία του. Έτσι, ανεξάρτητα από τον βαθμό κορεσμού που είχε αρχικά, γίνεται ακόρεστος. Έτσι εξατμίζει νερό προσπαθώντας να φέρει σε ισορροπία τις θερμοκρασίες υγρού και ξηρού θερμομέτρου. Καθώς το νερό εξατμίζεται, απορροφά την λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης από το υπόλοιπο νερό και μειώνει την θερμοκρασία του. Με αυτόν τον τρόπο απομακρύνεται το 65 - 70 % της αποβαλλόμενης θερμότητας, ενώ το υπόλοιπο αποβάλλεται με αγωγή, επαφή και ακτινοβολία. Επειδή ο αέρας που βγαίνει είναι περίπου κορεσμένος και σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από την θερμοκρασία περιβάλλοντος, την στιγμή που εξέρχεται από τον πύργο ψύξης ψύχεται και αποβάλλει μέρος από την θερμοκρασία που έχει απορροφήσει. Έτσι εμφανίζεται ένα σύννεφο υδρατμών πάνω από τους πύργους ψύξης όταν δουλεύουν καλά.
Ισοζύγια νερού στον πύργο Ψύξης. Εφ'όσον υπάρχει εξάτμιση νερού, θα υπάρχει και απώλεια νερού, που την ονομάζουμε απώλειες εξάτμισης (Evaporation Losses : ΕL ή E) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ EL Αν το θερμικό φορτίο είναι γνωστό τότε : EL =ΔQ * f / 1.8 (1) όπου ΔQ :η αποβαλλόμενη θερμότητα από τον πύργο ψύξης σε Gcal / h και το EL σε m3/h. Αν το θερμικό φορτία δεν είναι γνωστό, μπορούμε να υπολογίσουμε το EL από τις διαφορές θερμοκρασίας του πύργου ψύξης : EL = Δt / 5.5 * RR /100 * f (2) όπου RR : Ρυθμός Ανακυκλοφορίας (Recirculation Rate) του συστήματος ψύξης (σε m3/h). Ο τύπος αυτός βασίζεται στην παραδοχή ότι για να επιτύχει ο πύργος ψύξης Δt = 10 0 oF, πρέπει να εξατμίσει το 1 % του νερού. Οι σχέσεις (1), (2) ισχύουν με την προϋπόθεση ότι όλη η Q απάγεται μέσω εξάτμισης. Αυτό δεν ισχύει, αφού έχουμε και άλλες μορφές απαγωγής θερμότητας. Έτσι και οι δύο τύποι περιλαμβάνουν το f , σαν διορθωτικό συντελεστή. Αυτός δίνει το ποσοστό του ΔQ από εξάτμιση, ως το συνολικό ΔQ και ποικίλει ανάλογα με το σύστημα και τις κλιματολογικές συνθήκες. Στην περίπτωση της Ελλάδας, μια πάρα πολύ καλή προσέγγιση είναι : f = 0,65 τον χειμώνα, όταν ο αέρας είναι πιο ψυχρός και υγρός. Επομένως έχει μεγαλύτερη τάση να απομακρύνει θερμότητα με αγωγή παρά με εξάτμιση. Αντίστοιχα f = 0,9 το καλοκαίρι, όταν ο αέρας είναι πιο θερμός και ξηρός με μεγαλύτερη τάση να απομακρύνει θερμότητα με εξάτμιση, παρά με αγωγή. Υπάρχει και ακριβέστερος τύπος, που χρησιμοποιεί τα ΔTw και ΔTd, όπου Tw : θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου Td : >> ξηρού >> που ξεφεύγει από τους σκοπούς του παρόντος.
ΑΛΛΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ Το EL δεν είναι η μοναδική απώλεια του συστήματος. Ο αέρας με την έξοδό του από τον χώρο καταιόνησης, συμπαρασύρει σταγονίδια νερού, που ονομάζονται απώλειες ελκυσμού (Windage Losses or Drift : WL ή L). Οι απώλειες ελκυσμού, WL, εξαρτώνται από τον πύργο ψύξης. Συνήθως υπολογίζεται ως το 0,05 % της ανακυκλοφορίας για τους πύργους induced draft και 0,2 % της ανακυκλοφορίας για τους πύργους forced draft. Αντίστοιχα οι πύργοι natural draft έχουν απώλειες ελκυσμού της τάξης του 0.5 %
ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ / απομάστευση Προκειμένου να αναπληρωθούν οι απώλειες προστίθεται συνέχεια νερό ώστε να διατηρείται σταθερή η ποσότητά του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον συνεχή εμπλουτισμό του νερού σε άλατα. Κάποια στιγμή θα ξεπεραστεί η μέγιστη δυνατότητα κατακράτησής τους από το νερό και θα αρχίσουν να καταβυθίζονται, δημιουργώντας ανεπιθύμητες καταστάσεις. Για να αποτραπούν αυτά τα φαινόμενα αφαιρείται μια ποσότητα νερού, ώστε να διατηρηθεί η συγκέντρωση σε άλατα σταθερή. Αυτή η ποσότητα λέγεται απομάστευση ή στρατσώνα (Blow Down ή Bleed Off) και συμβολίζεται με BD ή B) Εκτός από την αποσυμπύκνωση των διαλυτών στερεών, στρατσώνα μπορεί να γίνεται :
Η ποσότητα νερού που συμπληρώνεται για να καλυφθούν οι απώλειες λέγεται νερό συμπλήρωσης (Make up : ΜU ή Μ). Οπότε : ΜU = EL + WL + BD (3) - Αν MU < EL + WL + BD ο πύργος ψύξης θα "ξενερώσει". - Αν MU > EL + WL + BD ο πύργος ψύξης θα ξεχειλίσει
ΒΑΘΜΟΣ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ Βαθμός συμπύκνωσης ονομάζεται ο λόγος της εισερχόμενης στο σύστημα ποσότητας νερού συμπλήρωσης προς την εξερχόμενη ποσότητα νερού από το σύστημα, υπό μορφή υγρής φάσης. Δηλαδή : NC = MU / (BD + WL) = MU / ( MU - EL ) (4)
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΤΡΑΤΣΩΝΑΣ, BD Από τις σχέσεις (3), (4) προκύπτει : BD = EL / (NC - 1 ) - WL (5) Υπάρχουν συστήματα όπου NC < 1, όπως τα συστήματα κλιματισμού του αέρα. Εκεί έχουμε αφύγρανση του αέρα (EL < 1) Όταν EL < 0, έχουμε συμπύκνωση ατμού και η στρατσώνα χρησιμοποιείται για να ανεβάσει την περιεκτικότητα των αλάτων στο νερό.
ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ Έστω ότι στο σύστημα υπάρχει μία πρόσμιξη :
Σαν τέτοια πρόσμιξη θεωρούνται τα χλωριόντα. Τότε στο σύστημα έχουμε ; Εισαγωγή : MU * Cl MU (6) Εξαγωγή : BD * ClBD (7) όπου : Cl MU: συγκέντρωση χλωριόντων στο make up ClBD : συγκέντρωση χλωριόντων στο blow down ή στο σύστημα Σε σταθερές συνθήκες : Εισαγωγή = Εξαγωγή και από τις (4), (6), (7) προκύπτει : NC = ClBD / Cl MU (8)
Ορίζεται ως χρόνος παραμονής (retention time), T, ο λόγος του όγκου του συστήματος προς τις απώλειες σε υγρή φάση. Δηλαδή : Τ = V / BD (9)
όπου : VSYSTEM : ο όγκος του νερού στο σύστημα. Η φυσική έννοια του Τ είναι ο χρόνος που χρειάζεται σ' ένα οποιοδήποτε σωματίδιο ρυπαντή, από την στιγμή που μπαίνει στο σύστημα μέχρι να βγει από αυτό. Έτσι λοιπόν για κάθε ουσία που τροφοδοτείται στο σύστημα μονάχα από την συμπλήρωση και δεν αποστάζει, δεν καταβυθίζεται και δεν διαλύεται ή καταναλώνεται, ισχύει : C=CMU*NC (10) Αντίστοιχα, για κάθε ουσία που τροφοδοτείται στο σύστημα με ρυθμό F και η οποία δεν αποστάζει, δεν καταβυθίζεται, δεν καταστρέφεται, δεν δημιουργείται και απομακρύνεται μόνο με την στρατσώνα ισχύει : C = F * ( NC - 1 ) / EL (11) Αν υπάρχει διαφορά μάζας ΔC, όπου ΔC = Cυπολογ.--Cμέτρησης. Τότε αν ΔC > 0 κάπου έχει χαθεί ουσία (π.χ. καταβύθιση) αν ΔC < 0 έχει περισσέψει ουσία (αναδιάλυση, μόλυνση, τροφοδότηση, λάθος υπολογισμός) Αν τα παραπάνω εφαρμοσθούν σε ουσίες που αποστάζουν, καταβυθίζονται, καταστρέφονται κ.λ.π. έχουμε μια εικόνα του συστήματος.
ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΒΑΘΜΟΥ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ Τώρα είμαστε σε θέση να εξετάσουμε την σημασία του βαθμού συμπύκνωσης και των ισοζυγίων νερού και αλάτων σε ένα σύστημα πύργου Ψύξης. Φυσικά χρειαζόμαστε την στρατσώνα για να απομακρύνει τα αιωρούμενα σωματίδια και να αποσυμπυκνώνει τα εν διαλύσει άλατα. Η στρατσώνα όμως απορρίπτει νερό, το οποίο έχει ένα σημαντικό κόστος, καθώς και συστατικά προστασίας (όπως πχ αντιδιαβρωτικά). Έτσι τίθεται το ερώτημα πόση στρατσώνα πρέπει να κάνουμε και η απάντηση είναι μέχρι τον επιθυμητό βαθμό συμπύκνωσης. Για να γίνει κατανοητή η επίπτωση του βαθμού συμπύκνωσης στα ισοζύγια της μονάδας και στην λειτουργία της κατασκευάζουμε το κατωτέρω διάγραμμα, στο οποίο παρουσιάζεται η απαίτηση σε νερό συμπλήρωσης ενός συστήματος ψύξης, συναρτήσει του NC. Η ποσότητα του νερού συμπλήρωσης έχει χωρισθεί σε απαιτούμενη στρατσώνα (πράσινο) και απαιτήσεις σε νερό, ανεξάρτητες από στρατσώνα (κόκκινο). Με μπλε γραμμή και στον δεξιό άξονα παρουσιάζεται η αναπτυσσόμενη συγκέντρωση ενός άλατος, το οποίο στο νερό συμπλήρωσης είχε περιεκτικότητα 100 ppm. Παρατηρούμε ότι όσο ανεβαίνει ο βαθμός συμπύκνωσης, η απαιτούμενη στρατσώνα ελαττώνεται σημαντικά, ενώ η συμπλήρωση πέφτει σε ίσο ποσό. Από μία τιμή και μετά, η στρατσώνα πρακτικά γίνεται αμελητέα και η συμπλήρωση παραμένει σταθερή. Η συγκέντρωση του άλατος αυξάνει όμως συνεχώς και αν εξετάσουμε στο επόμενο διάγραμμα τι γίνεται σε ακόμη μεγαλύτερες τιμές του βαθμού συμπύκνωσης, τότε παρατηρούμε ότι η μεν στρατσώνα έχει γίνει αμελητέα, αλλά η περιεκτικότητα του άλατος συνεχίζει να αυξάνει.
ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ Ο Βαθμός συμπύκνωσης μπορεί να αυξηθεί μέχρι να γίνει η στρατσώνα μηδενική. Τότε τα σωματίδια που εισέρχονται στο σύστημα απομακρύνονται μονάχα από το drift και τις τυχόν διαρροές. Αν ονομάσουμε L τις διαρροές αυτές, ο θεωρητικός βαθμός συμπύκνωσης ισούται με :
και είναι η μεγαλύτερη τιμή που μπορεί να επιτευχθεί στο συγκεκριμένο σύστημα.
ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΠΥΡΓΟΥ ΨΥΞΗΣ Στο δυναμικό ισοζύγιο έχουμε αλλαγή των συνθηκών συναρτήσει του χρόνου. Εδώ αλλάζουν οι συνθήκες : 1. Υπάρχει αλλαγή συγκέντρωσης ενός διαλυμένου ή αιωρούμενου σωματιδίου. 2. Αλλάζει το υδραυλικό ισοζύγιο (παροχή, εξάτμιση κ.λ.π.)
Σε στατικές συνθήκες : Cm = Co, C = Cσ = Co * NC Σε χρόνο t0 : Co = Ci (βηματική αλλαγή), οπότε C = Ci *NC Γενικό ισοζύγιο μάζας : = ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΕΞΑΓΩΓΗ + ΠΑΡΑΓΩΓΗ - ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ή = (12) Οι δύο τελευταίοι όροι θα μπορούσαν να μην είναι 0. Γιατί η αναδιάλυση αντιστοιχεί σε παραγωγή και η καταβύθιση σε κατανάλωση.
Ισχύει ότι : C = m / V ή m = C V ή (αν ο όγκος είναι σταθερός) dm = V dC (13) Από τις σχέσεις (12), (13) προκύπτει : V = M Ci - B C (14) Διαιρώντας με το B προκύπτει : Ci - C (15)
Έχει οριστεί ότι T = V / B και NC = M / B. Έτσι προκύπτει : T = NC Ci - C (16) Τελικά : = NC [ 1 - (1 - ) ] (17)
H παραπάνω είναι σχέση αυτορύθμισης όπου σε t = 4T το σύστημα έχει απορροφήσει το 99% της μεταβολής και τότε Cσ Cτελικό = Ci * NC. Το δυναμικό ισοζύγιο μας είναι απαραίτητο όταν σχεδιάζουμε μία επεξεργασία. Αφ' ενός μεν ο χρόνος παραμονής αιωρούμενων είναι σημαντικός ώστε να μην έχουμε καταβύθιση τους, αφ' ετέρου ο χρόνος παραμονής των εν διαλύσει ουσιών μπορεί να είναι κρίσιμος. Ιδιαίτερα αν επεξεργαζόμαστε το σύστημα με υλικά αντιρρυπαντικής τεχνολογίας, που παρουσιάζουν χρόνο ημιζωής. Στο κατωτέρω σχήμα εξετάζεται η διακύμανση του χρόνου παραμονής συναρτήσει του NC για το ίδιο σύστημα που είχαμε εξετάσει την σχέση στρατσώνας / συμπλήρωσης / NC. Παρατηρούμε ότι εκτός από την μεγάλη αύξηση της συγκεντρώσεως διαλελυμένων στερεών, με την αύξηση του βαθμού συμπύκνωσης έχουμε εκθετική αύξηση του χρόνου παραμονής.
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΕ ΣΥΖΕΥΞΗ Τα συστήματα σε σύζευξη θεωρούνται σαν ένα υποθετικό σύστημα με συνδυαζόμενα υδραυλικά χαρακτηριστικά, που καλείται να αντιμετωπίσει τις δυσμενέστερες συνθήκες των δύο συστημάτων.
|
|
|
