Исследование работы адсорбционного фильтра

 

        Целью работы является формирование правильных представлений об основных особенностях процесса очистки воды адсорбцией.

      Адсорбция является одним из наиболее распространенных способов глубокой очистки воды. Этот способ осуществляется в устройстве, которое называется адсорбционный фильтр. Работа адсорбционного фильтра характеризуется, так называемой, выходной кривой, которая отражает изменение концентрации С загрязняющего вещества в очищенной воде после фильтра во времени t. Эта кривая выглядит так, как показано на рис. 4.3. Из рисунка видно, что в целом концентрация загрязняющих веществ за время работы фильтра меняется от нуля до значения C_нач, то есть – до значения концентрации загрязняющих веществ в очищаемой воде перед фильтром. Такое изменение концентрации происходит вследствие постепенного загрязнения фильтра и снижения его поглощающей (адсорбционной способности).

Рис. 4.3. Характер выходной кривой адсорбционного фильтра

 

 

        На рисунке показано, что выходная кривая может раньше или позже принимать значение C_нач (см. кривые 1,2 и 3). Это зависит от многих факторов. К основным из них относятся: адсорбционная способность сорбента (a) и скорость движения воды (V) через фильтр. В зависимости от этих параметров время работы фильтра может быть больше или меньше. В целом выходная кривая достаточно точно может быть описана уравнением

 

где a – параметр, отражающий  адсорбционные свойства сорбента; V -  параметр, отражающий скорость движения воды через фильтр.

    Задаваясь значениями параметров a и V, вышеприведенное уравнение позволяет моделировать работу адсорбционного фильтра и тем самым выбирать оптимальный режим его работы.

       Для исследования работы адсорбционного фильтра и выбора оптимальных режимов его эксплуатации можно воспользоваться программой MathCad. На рис. 4.4 показан фрагмент исследования работы фильтра при следующих значениях параметров C_нач, a и V: C_нач=5 мг/л; a₁=100; a₂=550; a₃=1000; V₁=0,5; V₂=0,6; V₃=0,7.

  Результаты моделирования, представленные примером на рис. 4.4, позволяют определить время работы фильтра (t ₁, t ₂ и t ₃) при различных режимах его работы и при загрузке адсорбентом, для которого параметр a₁  принимает значение a₁=100.

 

Рис. 4.4. Исследование работы адсорбционного фильтра при C_нач=5 мг/л; a₁=100; V₁=0,5; V₂=0,6; V₃=0,7.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Познакомиться с основными положениями выполняемой работы.

2. Записать исходные данные в соответствии с индивидуальным вариантом задания (см. табл. 4.4).

3. Пользуясь программой MathСad исследовать работу адсорбционного фильтра. Для этого, щелкнув два раза левой кнопкой мыши на фрагменте, который расположен ниже слов “шаблон MathСad ”, открыть окно в MathСad с шаблоном-заготовкой. Шаблон MathСad включен в электронный вариант учебного пособия или может быть передан заинтересованным лицам автором пособия. Работа может быть выполнена и без использования шаблона. В этом случае рекомендуется, открыв MathСad, в открывшемся окне повторить все формулы и заготовки грфиков, которые показаны в примере на рис. 4.5. Учесть, что особенности работы с программой MathСad требуют, чтобы для разных значений параметров C_нач, a и V были назначены свои переменные. Поэтому в шаблоне MathСad разные значения концентрации С на разных графиках обозначены как переменные y, f или q, а время t  как x, z или r. Cистемные требования к вычислительной технике определяются требованиями используемой версии MathCad.

4. Построить выходные кривые для значений a₁  и V₁, V₂, вводя эти значения взамен проставленных в шаблоне-заготовке.

5. По результатам построения выходных кривых для a₁  и V₁, V₂, определить то значение параметра V= V_opt, которому будет соответствовать  наилучший режим работы фильтра. На этом режиме время работы фильтра, то есть то, за которое концентрация загрязняющих веществ в воде после фильтра достигает значения С _нач , будет наибольшим.

6. Для значения параметра V= V_opt  и для a₂   построить выходную кривую адсорбционного фильтра и, сравнив с ранее полученными выходными кривыми, окончательно определить оптимальные условия работы фильтра, то есть значения V_opt и a_opt.

7. Записать значение времени работы фильтра при V_opt и a_opt.

8. Сделать заключение о том,  как от параметров V и a   зависит эффективность работы адсорбционного фильтра.

9. Все расчеты и оформление работы осуществляются в строгом соответствии с примером расчета и оформления работы, который приводится ниже.

 

Таблица 4.4

Данные для исследования работы адсорбционного фильтра

 

 

Вариант	Cнач =a	а		V
		а1=b	а2=d	V1=q	V2=k
1	2	3	4	5	6
1	5	100	1000	0,5	2,7
2	10	150	1500	0,5	3,5
3	15	250	2000	0,6	2,5
4	20	300	2200	0,6	3,8
5	25	500	3000	0,7	5,8
6	30	1000	5000	0,7	6,0
7	35	1500	5000	0,65	8,5
8	40	2500	9000	0,8	6,8
9	45	4500	10000	0,95	8,2
10	50	5000	15000	0,8	6,5
11	55	6000	16500	0,85	4,3
12	60	5000	20000	1,0	9,5
13	65	15000	35000	1,2	4,7
14	70	20000	41000	1,4	5,8
15	75	25000	47000	1,5	2,9
16	80	30000	65000	1,7	7,0
17	85	35000	80000	1,5	8,0
18	90	40000	90000	1,5	4,9
19	95	45000	95000	1,6	9,8

 

1	2	3	4	5	6
20	45	5500	10000	0,5	3,2
21	50	6500	15000	0,6	4,5
22	40	2500	12000	0,8	8,6
23	65	1000	5000	1,2	4,7
24	70	2000	6400	0,4	8,8
25	70	2000	8600	0,6	6,8
26	70	12000	46000	1,2	8,2
27	60	1500	20000	1,0	9,5
28	70	2500	4800	1,6	7,8
29	70	2000	8200	0,6	6,8
30	100	5000	16000	1,8	8,0

(Примечание: в таблице параметрам      C_нач; a₁; a₂;   V₁; V₂;    присвоены свои новые обозначения, что связано с особенностями работы MathCad).

 

 

 

Пример расчета

 

Рис. 4.5. Окно MathCad с примером выполения работы по исследованию работы адсорбционного фильтра при разных значениях параметров C_нач, a и V