Гидродинамика и массообмен в аппаратах с мешалками при проведении реакции нейтрализации агрессивных сточных вод

обеспечение экологической безопасности предприятия является достаточно актуальной проблемой современного производства. Агрессивные сточные воды, образующиеся в технологическом процессе, подлежат нейтрализации в аппаратах с мешалками. Химическая реакция нейтрализации мгновенная, следовательно, основным лимитирующим фактором является аппаратурное оформление процесса с обеспечением поддержания извести во взвешенном состоянии всех частиц для увеличения площади поверхности контакта фаз. Целью настоящей работы является теоретический анализ перемешивания в системе жидкость–твердое [1], который позволяет разработать новую конструкцию мешалки для суспендирования твердых частиц. Рассмотрены критерии масштабирования результатов лабораторных экспериментов. Экспериментальная часть проведена на примере процесса нейтрализации серной кислоты известковым молоком на предприятии ОАО «Святогор». Разработана методика расчета конической мешалки для процессов суспендирования в системе жидкость–твердое. Посредством внедрения новой конструкции перемешивающего устройства удалось сократить время проведения реакции нейтрализации в 2 раза при сокращении энергопотребления на 36%.

Григорьева А. Н., Абиев Р. Ш. Гидродинамика и массообмен в аппаратах с мешалками при проведении реакции нейтрализации агрессивных сточных вод // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5—2. — С. 209—219. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_52_0_209.

Григорьева Анастасия Николаевна — канд. техн. наук, https://orcid.org/00000001-6825-7003, генеральный директор ООО «Астерион», 195197, Россия, СанктПетербург, проспект Просвещения, 85, an@td-elma.ru;
Абиев Руфат Шовкетович — докт. техн. наук, профессор, https://orcid.org/0000-00033571-5770, заведующий кафедрой «Оптимизация химической и биотехнологической аппаратуры», Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет), 190013, Россия, Санкт-Петербург, Московский проспект, 26, rufat.abiev@gmail.com.

Григорьева А. Н., e-mail: an@td-elma.ru.

1. Патент РФ № 2738083 C1, 07.12.2020. Григорьева А. Н., Абиев Р. Ш. Перемешивающее устройство. 2020.

2. Костиков Е. А. Проведение реакции нейтрализации кислого стока известью с последующим отстаиванием осадка в одном аппарате // Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля. Материалы Международной научно-методической конференции, посвященной 60-летию филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате. — Салават: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2016. — С. 388–389.

3. Корчина Л. В. Совершенствование процесса очистки промышленных сточных вод // Актуальные проблемы и пути развития энергетики, техники и технологий. Сборник трудов V Международной научно-практической конференции. — Балаково: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2019. — С. 132–137.

4. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М., Воронов Ю. В. Очистка производственных сточных вод. — М.: Стройиздат, 1985. — 336 с.

5. Царев Н. С. Способы интенсификации работы нейтрализационных сооружений агрессивных производственных сточных вод // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. — 2020. — Т. 76. — № 11. — С. 1149–1153. DOI 10.32339/0135—5910—2020—11—1149—1153.

6. Lin F. Y., Shao S. EKATO Handbook of Mixing Technology // Schopfheim: Wear. 1991, vol. 143, pp. 231–240.

7. Брагинский Л. Н., Бегачев В. И., Барабаш В. М. Перемешивание в жидких средах. — Л.: Химия, 1984. — 336 с.

8. Paul E. L., Atiemo-Obeng V. A., Kresta S. M. Industrial mixing handbook: Science and practice. Canada: A JOHN WILEY & SONS, 2004, 1432 p.

9. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Под ред. Л. Е. Щупляка. — Л.: Химия, 1971. — 384 с.

10. Плановский А. Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: 3-е изд. — М.: Химия, 1987. — 300 с.

11. Zwietering Т. N. Suspending of solid partiicles in liquid by agitators // Chemical Engineering Science, 1958, Vol. 8, pp. 244—253. DOI:10.1016/0009—2509(58)85031—9.

12. Bertrand O., Blais B., Bertrand F., Fradette L. Complementary methods for the determination of the just-suspended speed and suspension state in a viscous solid–liquid mixing system // Chemical Engineering Research and Design. 2018, vol. 136, pp. 32–40. DOI:10.1016/j.cherd.2018.04.035.

13. Cohen B. M., Inankur B., Lauser K. T., Lott J., Chen W. Evaluation of Just-Suspended Speed Correlations in Lab-Scale Tanks with Varying Baffle Configurations // Organic Process Research & Development. 2018, vol. 22, no. 11, pp. 1481–1488. DOI:10.1021/ ACS.OPRD.8B00244.

14. Teoman B., Shastry Sh., Abdelhamid S., Armenante P. M. Imaging method for the determination of the minimum agitation speed, Njs, for solids suspension in stirred vessels and reactors // Chemical Engineering Science. 2021, vol. 231, pp. 921–930. https://doi. org/10.1016/j.ces.2020.116263.

15. Sirasitthichoke Ch., Teoman B., Thomas J., Armenante P. M. Computational prediction of the just-suspended speed, Njs, in stirred vessels using the lattice Boltzmann method (LBM) coupled with a novel mathematical approach // Chemical Engineering Science, 2022, Vol. 251. https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.117411.

16. Janurin N. S., Choong Ch. E., Zamzam Z., Ibrahim Sh. Suspension Characteristics of Fine Particles at High Loadings in Flat and Dished Base Tanks // 16th European Conference on Mixing. — Toulouse, France, 2016.

17. Ayranci In., Kresta S. M. Critical analysis of Zwietering correlation for solids suspension in stirred tanks // Chemical Engineering Research and Design. 2014, vol. 92, pp. 413–422. DOI:10.1016/j.cherd.2013.09.005.

18. Rieger D. Suspension of solid particles // Chemical Engineering Science. 1994, vol. 49, pp. 2219–2227. DOI:10.1016/0009—2509(94)E0029-P.

19. Григорьева А. Н., Абиев Р. Ш. Сравнительный анализ влияния геометрической формы рабочих колес перемешивающих устройств на эффективность суспендирования в системе жидкость-твердое // Известия СПбГТИ(ТУ). — 2018. — № 45. — С. 94–97.

20. Григорьева А. Н., Абиев Р. Ш. Влияние геометрии перемешивающего устройства на диаметр пузырьков воздуха при перемешивании в системе газ–жидкость // Химическая промышленность сегодня. — 2019. — № 5. — С. 18–22.