Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 14
1.1 Основные методы подготовки воды на рыбоперерабатывающих предприятиях 14
1.2 Анализ существующих конструкций однослойных и многослойных насыпных фильтрующих устройств 21
1.3 Общие требования к морской воде для технологических нужд 25
1.4 Физико-химические характеристики воды прибрежной зоны Японского моря 29
1.5 Особенности процесса фильтрования морской воды 33
1.6 Структура исследования 40
Выводы по главе 1 40
2 Математическое моделирование процесса фильтрования морской воды через насыпные зернистые перегородки 42
2.1 Статистическое направление при моделировании процесса ильтрования морской воды 42
2.1.1 Участок водоподготовки в линиях переработки рыбного сырья 42
2.1.2 Оценка эффективности и надежности участка водоподготовки 47
2.1.3 Операторная модель участка подготовки морской воды 53
2.2 Теоретическое направление при моделировании процесса фильтрования морской воды 56
2.2.1 Описание процесса фильтрования морской воды, протекающего в насыпных зернистых фильтрах, на основе кибернетического подхода 56
2.2.2 Параметрическая идентификация математической модели процесса фильтрования 72
2.3 Определение рациональных параметров насыпных фильтров 84
Выводы по главе 2 92
3 Материалы и методы исследования 93
3.1 Алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР) 93
3.2 Насыпные зернистые перегородки
3.2.1 Материалы природного происхождения 96
3.2.2 Искусственные зернистые материалы
3.3 Отбор проб морской воды 112
3.4 Методики экспериментального исследования
3.4.1 Методика измерения физико-химических показателей 117
3.4.2 Методика определения органолептических показателей
3.5 Описание экспериментальной установки 128
3.6 Методика измерения вибрационных характеристик 132
Выводы по главе 3 134
4 Результаты и их обсуждение 135
4.1 Результаты исследования качества морской воды, при фильтровании через насыпные зернистые перегородки 135
4.1.1 Результаты исследования физико-химических свойств
4.1.2 Результаты исследования органолептических свойств морской воды 149
4.2 Результаты поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР) 150
4.3 Разработка однослойного и многослойного устройств
для очистки морской воды 153
4.4 Рекомендации к внедрению 157
Выводы по главе 4 158
Общие выводы по работе 159
Список сокращений и условных обозначений 160
Словарь терминов 164
Список литературы
- Общие требования к морской воде для технологических нужд
- Оценка эффективности и надежности участка водоподготовки
- Искусственные зернистые материалы
- Результаты исследования органолептических свойств морской воды
Введение к работе
Актуальность работы. На долю Дальнего Востока приходится свыше 60 % всех рыбоперерабатывающих предприятий России и до 95 % сырья отправляющегося на переработку.
К первостатейным задачам рыбоперерабатывающих предприятий относятся: обеспечение населения продуктами питания из гидробионтов рыбного и нерыбного происхождения (в том числе из ценных видов) высокого пищевого и вкусового достоинства; повышение производительности; снижение себестоимости продукции, за счет экономии энерго- и материальных ресурсов; сокращение негативного воздействия на окружающую среду и мн. др.
Поскольку большая часть технологических операций на рыбоперерабатывающих предприятиях (мойка, разделка и мн. др.) неосуществимы без наличия воды повышенного качества (связано с прямым контактом воды с сырьем), то одним из возможных решений вышеперечисленных задач является разработка и внедрение прогрессивных технических решений, позволяющих удешевить процесс очистки воды, с одновременным повышением ее качества и надежности всей линии водоподготовки в целом.
Первой и необходимой стадией подготовки морской воды является фильтрование, именно этим обусловлена актуальность совершенствования данного процесса.
Анализ современных способов водоподготовки показал, что наиболее перспективным, надежным, эффективным и экономически выгодным методом является фильтрование через слои зернистых фильтрующих материалов с различными гранулометрическими, физико-химическими и сорбционными свойствами.
Степень разработанности темы. Накопленный опыт, разработки и исследование различных методов повышения качества воды, подготавливаемой для питьевых, хозяйственно-бытовых, технологических, технических и др. нужд проводились известными учеными нашей страны и мира: Р.В. Ефремовым, М.С. Покровским, В.В. Слесаренко, П.В. Сперанским, Л.Л. Никифоровым, С.Г. Тихомировым, Д.М. Минцем, А.В. Бильдюковичем, Р.И Аюкаевым, В.З. Мельцерем, А.П. Ильиным, И.С. Бабаевым, К. Бартклом, В.А. Клячко, А.М. Фоминых, M. Kang, J.H. Lehr и многими др. Однако область подготовки морской воды для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях исследовалась не достаточно.
Цели и задачи исследования. Совершенствование процесса фильтрования морской воды на насыпных фильтрующих устройствах и обоснование их конструктивно-режимных параметров на основе теоретических и экспериментальных исследований, технических решений, позволяющих повысить качество фильтрата с учетом практических рекомендаций по водоподготовке для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
-
обосновать процесс фильтрования и конструкции насыпных фильтров при подготовке морской воды на рыбоперерабатывающих предприятиях;
-
провести математическое моделирование процесса фильтрования морской воды на основе теории В.А. Панфилова и кибернетического подхода;
-
разработать алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР). Провести анализ и экспериментально исследовать зернистые материалы Приморского края,
с целью возможности их использования при водоподготовке для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях;
-
установить зависимость вибрационных воздействий на процесс фильтрования;
-
разработать патентно-чистые конструкции однослойных и многослойных насыпных фильтров, позволяющие повысить качество фильтрата.
Научная новизна работы:
-
предложена математическая модель процесса фильтрования морской воды на основе теории В.А. Панфилова и кибернетического подхода, позволяющая проанализировать возможность получения морской воды необходимого качества для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях с учетом влияния внешних факторов.
-
экспериментально доказана целесообразность применения вибрации сетчатых разделительных перегородок в процессе фильтрования для укладки и уплотнения фильтрующего слоя, ускорение выхода фильтрующей загрузки в рабочее состояние;
-
установлена зависимость пропускной способности фильтров от структуры, размеров и комбинации насыпных зернистых материалов, физико-химических свойств исследуемой морской воды, конструкций фильтрующих устройств и параметров их работы.
Практическая значимость работы:
-
разработан алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР), позволяющий определить наиболее эффективные зернистые загрузки при фильтровании морской воды и приемлемую конструкцию насыпных однослойных и многослойных устройств (получены 2 патента на полезную модель);
-
создана программа для расчета однослойных и многослойных насыпных фильтров на ЭВМ;
-
с целью совершенствования процесса фильтрования морской воды, разработана, сконструирована и испытана экспериментальная установка.
Положения, выносимые на защиту:
-
математическое описание процесса фильтрования морской воды, подготавливаемой для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях;
-
результаты экспериментального исследования качества морской воды по физико-химическим и органолептическим показателям с учетом конструктивнорежимных параметров насыпных фильтрующих устройств и экспериментально подобранных фильтрующих материалов Приморского края;
-
факторы, влияющие на пропускную способность фильтрующих устройств, определяющиеся анализом вещественно-полевых ресурсов, которые представляются обобщением экспериментальных данных.
Внедрение результатов работы. Осуществлено промышленное внедрение, разработанной нами, экспериментальной фильтрующей установки на ООО «Деликон продукт» в рыбном цеху. Методика расчета однослойных и многослойных насыпных фильтров внедрена на предприятии ООО «Ратимир», с целью расчета оборудования в отделении водоподготовки.
Полученный теоретический и экспериментальный материал введен в учебный процесс, в виде: методики расчета и программ для ЭВМ по расчету однослойных и многослойных насыпных фильтров; методических указаний по выполнению курсового проекта, лабораторных работ, практических занятий и организации
самостоятельных работ бакалавров направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств» и др.
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались на 10 Всероссийских и 12 Международных конференциях, в том числе, пленарно на: МНТК «Комплексные исследования в рыбохозяйственной отрасли» (Владивосток, 2014); МНТК «Современные проблемы и тенденции инновационного развития рыбохозяйственного комплекса: взгляд молодых» (Владивосток, 2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 научные работы, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК - 3, патенты РФ на полезную модель - 2, монографии - 3.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов по работе, списка литературы (366 наименования), списка сокращений и условных обозначений, словаря терминов и 7 приложений, включающих результаты исследований автора и акты внедрения. Общий объем диссертации состоит из 219 страниц, содержащих 156 страниц основного текста, включающего 48 рисунков и 54 таблицы.
Общие требования к морской воде для технологических нужд
Основным достоинством химического обеззараживания является высокая эффективность стерилизации. К недостаткам химического обеззараживания относятся: 1) регулярные затраты на химические реагенты; 2) использование химических реагентов может влиять на изменение состава морской воды; 3) при химическом обеззараживании в воде остаются детриты и флокулы; 4) эффективность метода может заметно снижаться без последующей грубой и тонкой фильтрации.
УФ-стерилизация применяется на рыбоперерабатывающих предприятиях в качестве предварительной (дезинфекция воды). К ее достоинствам относятся: не влияет на физико-химические свойства воды; высокоэффективна при избавлении от большинства видов вредоносных микроорганизмов; более экономичен по сравнению с другими физико-химическими способами; высокая скорость процесса (несколько секунд); безреагентен. Имеет следующие недостатки [198,242]: 1) в воде остаются детриты; 2) эффективность метода может заметно снижаться без последующей грубой и (или) тонкой фильтрации; 3) не эффективен для некоторых видов вредоносных микроорганизмов; в основном используются в качестве предварительной или дополнительной меры при подготовке воды; 4) после прекращения контакта УФ-излучения с водой его действие мгновенно прекращается; 5) чем больше в воде содержится механических примесей, тем менее эффективно УФ воздействует на отдельные микроорганизмы, поскольку механические примеси считаются своеобразным защитным барьером для вредоносных вирусов и бактерий, прикрываясь которым они не получают необходимой дозы УФ излучения; 6) подходит для небольших объемов воды и др. [242] При стерилизации ультразвуком сверхвысокие звуковые колебания в воде вызывают местное понижение давления, приводящее к гидроудару, приводящему к гибели микроорганизмов. Достоинствами данного метода являются: 1) высокоэффективен; 2) не изменяется физико-химический состав воды и др. Однако, как и в случае, УФ-стерилизации: 1) в воде остаются детриты; 2) эффектив 17 ность этого метода может заметно снижаться без последующей грубой и тонкой фильтрации; 3) степень очистки воды напрямую зависит от диапазона частот; 4) с помощью ультразвуковых волн, не возможно избавится от механических примесей, требуется дополнительная механическая очистка и мн. др. [207].
В качестве адсорбентов при подготовке воды методом адсорбции используются твердые поглотители (активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты и др.). Использование силикагелей и алюмогелей не допускается при подготовке морской воды, поскольку: алюминий и кремний, входящие в их состав могут повлиять на изменение состава морской воды; привести к нежелательной химической реакции и др. Активированный уголь характеризуется высокой стоимостью, бесполезен к большинству тяжелых металлов, быстро изнашивается, требует частой замены и эффективность очистки напрямую зависит от конструкции фильтра [1,310].
Анализ работ И.С. Бабаева [14], М.С. Покровского [243] и др. позволил сделать вывод, что в качестве адсорбента для морской воды подойдут цеолиты.
II Биологические методы подготовки воды используются при необходимости снижения уровня азотосодержащих веществ до нетоксичного уровня: нитратов (N03") до 0,05 -10,0 мг/л, нитритов (N02") до 0-Ю,04 мг/л и аммонийных со-леи (NH4 ) до 0,0 0,10 мг/л.
Анализ биологической фильтрации воды позволил выделить следующие основные достоинства: 1) естественность процесса; 2) позволяет удалить из воды растворенные органические и ряд неорганических веществ, в том числе аммиак. Недостатками данного метода являются: 1) необходимо время развития в биофильтре популяции аэробных бактерий нужного вида и количества; 2) работа биологического фильтра должна быть постоянного действия, поскольку при прекращении поступления воды хотя бы на 1,5-К2 часа, нарушается обеспечение аэробных бактерий воздухом, что приводит к их гибели; 3) не допускается накопление детрита; 4) работа биологического фильтра неприемлема без предварительной механической очистки; 5) в процессе работы биофильтра происходит накопление нитратов до критической концентраций и возникает необходимость их снижения при помощи денитрификации; 6) в основном применяются для очистки сточных вод и в составе бытовых систем подготовки воды и и др.
Недостатками процесса денитрификации являются: 1) чтобы осуществить процесс необходимы затраты большого количества времени (1-КЗ месяцев) для точной настройки денитрификатора, обеспечивающего прохождение процессов восстановления; 2) даже самый точно настроенный и оптимально работающий денитрификатор, легко дает сбой при изменениях состава воды. И тогда все настройки приходится выполнять заново; 3) невозможность или затрудненность прямого выноса метабилизированного нитрата из воды [56,310].
III Механические методы подготовки воды имеют следующие достоинства: 1) возможность их применения при нормальной температуре и без добавления химических реагентов; 2) физико-химические и биологические методы подготовки воды теряют свою высокую эффективность без применения дополнительной механической очистки.
Сепарация и центрифугирование. Для очистки воды от механических примесей применяются аппараты с центробежным полем действия, в которых вращение воды осуществляется за счет тангенциального входа потока воды в аппарат: неподвижные (сепараторы, гидроциклоны) и приводные (центрифуги) [39,286].
Анализ аппаратов с центробежным полем действия позволил выделить следующие достоинства: 1) обладают простой, надежной конструкцией; 2) просты в сборке; 3) обладают чрезвычайно длительным сроком службы. Однако, их принципиальным недостатком является низкое качество разделения, что сводит к минимуму все имеющиеся преимущества [56,286].
Оценка эффективности и надежности участка водоподготовки
В соответствии с действующими стандартами [126-133] каждому этапу разработки или модернизации технологических линий соответствует определенный этап оценки эффективности и надежности: предэскизный проект (разработка технического задания) - прикидочная оценка с целью определения норм эффективности и надежности; эскизный проект - ориентировочная оценка норм эффективности и надежности; технический проект - окончательная оценка с учетом режимов эксплуатации и факторов, воздействующих на технологическую линию; рабочий проект - окончательный вариант оценки с учетом дополнительных факторов, зависящих от принятых схемных и конструктивных решений; готовый объект (стендовые и натурные испытания) - экспериментальная оценка уровня эффективности и надежности объекта, выявление узлов с недостаточной надежностью, введение необходимых коррективов в технологическую линию, внесение поправок в окончательную оценку эффективности и надежности.
Стоимость отказов в существующих технологических линиях намного превышает стоимость ремонта оборудования или замены вышедшей из строя детали (неудобства для потребителей, потери продукции, несчастные случаи, снижение производительности)[290].
Произведен анализ существующих методов определения показателей эффективности и надежности оборудования в технологических линиях рыбоперерабатывающих предприятий [57,178,320], позволивший выявить их основные преимущества и недостатки.
Методы прогнозирования
Преимущества: 1) простота применения, наглядность результатов, так как прогноз выдается в виде численных значений параметра, легко реализуется с помощью ЭВМ (Microsoft Excel); 2) комплексный подход к анализируемой ситуации; располагая моделью системы, возможно прогнозирование не только одного, наиболее вероятного развития ситуации, но и проигрывать различные сценарии и, тем самым, выбирать наиболее результативные варианты поведения; 3) системный подход (учитывается взаимодействие всех факторов и степень их воздействия на конечный результат); позволяют использовать при разработке прогноза практически всю доступную информацию, в том числе и неформализованную, неопределенную или неполную.
К недостаткам данных методов относятся: 1) ограниченная сфера применения (прогнозированию подлежат только количественные показатели, при этом необходимо, чтобы имелись их значения за достаточно продолжительный прошлый период); 2) ограниченный горизонт прогнозирования (методы точны в краткосрочный период); 3) прогноз не может предвидеть какие-то значительные качественные изменения прогнозируемого показателя (объем производства определенного вида продукции, замену технологической схемы, которая позволит значительно расширить производство, появление новых видов продукции, которые вытеснят анализируемый продукт с рынка и т.д.); 4) соответствующие параметры должны приводиться в сопоставимых условия; 5) поскольку методы основаны на анализе уже случившихся событий, то при возникновении несвойственной ситуации, не способны обеспечить точный прогноз; 6) в основном применяются в экономической сфере (коммерческая деятельность); 7) практическое использование такого прогноза затруднено, поскольку производственная практика требует точных данных, а приблизительные оценки не могут быть положены в основу решения; выводы экспертов могут быть необъективны и предвзяты; 8) крайне высокая стоимость, напрямую следующая из требований к высокой квалификации экспертов и использованием достаточно сложных организационных процедур [177,178,297,298].
Структурные методы
Преимуществами данных методов оценки эффективности и надежности являются: 1) структурная схема эффективности и надежности технической системы (технологических линий) создается непосредственно по функциональной диаграмме системы, что позволяет сократить количество конструктивных ошибок и/или систематическое описание функциональных путей технической системы; 2) методы пригодны для различных видов технологических систем, включая сложные и комбинированные; 3) пригодны для полного анализа вариантов при изменении параметров эффективности технологических линий; дают компактные результаты вероятностных характеристик для системы в целом.
К основным недостаткам относятся: 1) не обеспечивают полный анализ неисправностей (причинно-следственная связь не определяется); 2) требуют наличия вероятностной модели эффективности для каждого элемента диаграммы; 3) не позволяют различать преднамеренные и непреднамеренные результаты; 4) направлены, прежде всего, на анализ работоспособности системы и не распространяются на сложные стратегии ремонта, технического обслуживания или общий анализ работоспособности.
Физические методы
Основным достоинством является возможность прогнозирования параметрических отказов оборудования в технологических линиях на основе ускоренных испытаний.
Недостатки: 1) необходимость испытаний в условиях многономенклатурного производства для новых видов продукции; 2) непредсказуемость катастрофических отказов; 3) отсутствие моделей связи показателей качества и результатов анализа отказов при производстве.
Топологические методы
Преимуществами являются: 1) пригодны для расчета эффективности и надежности технологических линий с большим числом состояний (свыше 100); 2) простота вычислительных алгоритмов; 3) высокая наглядность графа; 4) возможность приближенных оценок.
Недостатки: 1) сложности, при анализе работы сложных технических систем, формулы Мезона (Мейсона) в таких случаях бывает недостаточно; 2) необходимость отыскания большого числа различных деревьев [178,297,298].
Искусственные зернистые материалы
Параметрическая идентификация математической модели процесса фильтрования При проведении экспериментальных исследований учитывались следующие параметры: Технологические параметры «системы» - ji,J4 - давление соответственно в верхнем и нижнем резервуарах; -J2 - скорость фильтрования морской воды (D); - із - вибрация, различной интенсивности, передаваемая сетчатой раздели тельной перегородке. Конструктивные параметры «системы» - 2 - поверхность фильтрования (ф); fi- толщина фильтрующего слоя (8); - 5 - форма ячеек сетчатой разделительной перегородки (Ф). Режимные параметры «системы»
Режимный параметр 02 - соотношение скорости фильтрования морской воды через слои фильтрующих материалов, подвергшиеся вибрации и без.
По причине исследования конкретной конструкции насыпного зернистого фильтра, исполнение верхнего и нижнего резервуаров (блоки 1,111) которого неизменны, конструктивные параметры - ьз и режимные параметры - $ь0з не учитывались.
Промежуточные параметры - Еі,Е2,Ез и Е4 можно определить аналитически на основании входных и выходных параметров (79-82): Е\ = ( А4 А5 + TDS- + TDS- ,2)/Е2 (79) где TDS - содержание примесей в морской воде (TDS = 280 мг/л). Е2= ф5+ фЗ+ ф2 фЗ 4 Ез = (К«м Кф5 + TDS Кйз) / Д Е4=Кф5+Кфз (80) (81) (82) Определялись диапазоны изменения входных и возмущающих воздействий: - коэффициент поглощения морской воды, отличающейся содержанием механических примесей (КІ= 5-10"2-2 м"1); - температура морской воды t = 16-К23 С. (средняя температура поверхностных слоев морской воды в заливе Петра Великого); - для достижения наилучшего качества фильтрата и предотвращения срыва осадка в фильтрат поддерживается ламинарный режим прохождения морской воды через фильтр, определяющийся критерием Рейнольдса (Re 2300).
Выбирались вид и величина входных воздействий: как показывают теоретические и экспериментальные исследования ученых страны и мира [14,17,34,137, 139,149,350,354...] прямое воздействие на процесс фильтрования воды и др. жидкостей, оказывает количество примесей (TDS), задерживаемых насыпными зернистыми перегородками. Поэтому считали, что на «систему» действуют типовые (ступенчатые) воздействия [32,33,168...]: (83) К,, 0, при т 0 j0, при г Учитывался диапазон изменения входных воздействий при выборе ступенчатого воздействия —jo . (84) 2, м , при т 0,06, м 1,при г 0 где Кс - коэффициент поглощения фильтруемой морской воды. АР, 61,5 КПа ,при г 0 91,5 КПа ,при г (85) где АРс - перепад давления. и, 5,5-10 3 м/с, при г 0 9-10 м/с, при г (86) V, 5-10 3 м/с, при т 0 8 -10 3 м/с, при г 0 где vc - скорость фильтрования морской воды (без использования вибрации); vc скорость фильтрования морской воды (с использованием вибрации). Ac мм, при г 0 0 мм, при г (87) Ac 0,1 мм, при г 0 5,5 мм, при г где Ас - амплитуда колебаний сетчатой разделительной перегородки (без использования вибрации); Асв - амплитуда колебаний сетчатой разделительной перегородки (с использованием вибрации). / с Гц, при г 0 0 Гц, при г (88) /с 1 ц, при т 0 55 Гц, при г гдеХ - частота колебаний сетчатой разделительной перегородки. - амплитуда колебаний сетчатой разделительной перегородки (с использованием вибрации).
В соответствии с действующими методиками [32,33,168,267...], на «систему» наносятся воздействия, при нахождении ее в статическом режиме: Ni(t)=const.
Для процесса фильтрования морской воды, данное условие осуществимо при отсутствии слоя осадка на зернистых перегородках и при его образовании. Учитывалось, что образование слоя осадка происходит постепенно. Определение реакции «системы» производилось совместным нанесением исследуемого возмущения с возмущением по каналу «коэффициент поглощения фильтруемой морской воды - выход». Определялась реакция «системы» на «чистое» возмущение.
Структурная идентификация объекта моделирования (насыпного фильтра), заключается в выборе структуры и критерия близости модели и объекта моделирования.
В работе Чупина А.В. и Пачкина С.Г. (Автоматизация технологических процессов и производств. - Кемерово: КемТИПП, 2003. - 84 с.) представлены требования, предъявляемые к критерию близости: 1) критерий не должен быть отрицательным; 2) минимальное значение критерия обязан соответствовать решению поставленной задачи; 3) при совпадении данных, полученных с помощью модели и экспериментальным путем стремятся к нулю (— 0).
Коэффициент поглощения морской воды (из различных бухт залива Петра Великого) - изменчив и подвержен колебаниям. Выбиралось колебательное звено - простейший динамический элемент (звено 2-го порядка), имеющий передаточную функцию вида (Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 1 - Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования // под ред. В.В. Солодовникова. - М.: Маш-ностроение, 1967. -770 .):
Результаты исследования органолептических свойств морской воды
Группа искусственных материалов, в зависимости от вида (таблица 38), получаемых непрерывным способом путем плавки: боксита; чистого глинозема; глинозема; глинозема с добавлением оксида титана (Ті20з), оксида хрома (СгОз), оксида циркония (ZrC ) и др. в электрических, электрических дуговых или дуго 110 вых печах. Вид реализации - промышленный [342,343]. окатанные, ПО - полуокатынные, СК - скатанные, ОУ - остроугольные. Проведенный анализ позволил установить, что: основной областью применения электрокорунда является производство абразивных инструментов, шлифовальных шкурок, обдирочных кругов и т.п для обработки весьма прочных сталей, ковкого чугуна, быстрорежущей стали [224].
В системах водоподготовки различного назначения используется лишь незначительная часть производимого электрокорунда - нормальный (алунд) и белый (корракс).
К основным достоинствам корракса относятся: более однороден, чем алунд; небольшое количество примесей (1-2%); высокая твердость, термостойкостью и прочность; долговечность; при разработке патентно-чистой конструкции фильтрующей установки Мартынов П.Н., Симаков А.И. экспериментально доказали эффективность белого электрокорунда при адгезии примесей при фильтрации жи 111 дкостей [231] и др.
Недостатками данного зернистого материала являются: не производится в Приморском крае; больше подходит для изделий с абразивным покрытием, чем для подготовки воды высокого качества; использование материалов, содержащих алюминий, резкого понижает сопротивляемость коррозии оборудования, может привести к изменению химического состава и гибели гидробионтов и др.
С целью экспериментального подтверждения невозможности использования электрокорунда при подготовке морской воды для культивирования гидробионтов, не смотря на то, что он не производится в Приморском крае, было решено отобрать алунд (ООО «Уралабразив»), поскольку он в 1,63 раза дешевле корракса и содержит меньшее количество оксида алюминия.
Пластиковая загрузка
Зернистые материалы, полученные на основе естественных или синтетических полимеров [326], в настоящее время активно использующиеся при очистке воды, как в России, так и в развитых и в ряде развивающихся странах мира. Реализуется партийно и промышленно.
Демков А. И. в своих трудах [139,140] классифицировал и исследовал фильтрующие материалы из пластика, установив, что в процессе эксплуатации на их поверхности не размножаются грамположительные бактерии, легко промываются водой, не теряя свои свойства.
Анализ рынка фильтрующих материалов из пластика [139,140,154] позволил отобрать для экспериментального исследования био-шары (таблица 39) и пластиковые шарики (Китай).
Достоинствами био-шаров являются: пористость, обеспечивают равномерность фильтрации за счет ребристости, долговечны, устойчивы к воздействию агрессивных сред и др. К недостаткам данных зернистых материалов относятся: не производятся в Приморском крае, имеют крайне высокую стоимость, больше подходят для использования в замкнутых системах для биологической фильтрации. Автором совместно с научным руководителем также решено исследовать в качестве фильтрующего материала пластиковую загрузку в пищевом парафине [312]. Область применения медицина, косметология, пи щевая промышленность, редко водоподготовка и др. в металлургии; деревообработ ке, изготовление товаров быто вой химии и др. Таким образом, для экспериментальных исследований были отобраны следующие искусственные зернистые материалы: - керамзитовый гравий (керамзитный завод ГК «Каньон»); - биокерамика (ООО «Керамика»); - электрокорунд - алунд (ООО «Уралабразив»); - цельные био-шары (Китай); - пластиковые шарики или загрузка (Китай); - пластиковая загрузка в пищевом парафине (парафин - ООО «Экотранс»).
Пробы морской воды отбирались в 15 точках прибрежной зоны залива Петра Великого Японского моря (рисунок 23) на расстоянии 200 м от берега с глубины 10 м, в соответствии с действующими методиками [73,86,94]. залив Находкам Залив Петра Великого река Туманная Рисунок 23 - Места отбора проб в прибрежной зоне залива Петра Великого (Японское море) [56,296]: 1-6. Лазурная (Шамора); 2-6. Стеклянная; 3 - б. Сухопутная (Шамора); 4-6. Новик (о. Русский); 5 - пр. Босфор Восточный (о. Елена); 6 - о. Попова (южное побережье); 7-6. Мелководная; 8-6. Песчаная; 9 -6. Угловая (п-ов Де-Фриз); 10 - б. Троица; 11-6. Экспедиции; 12 - б. Рейд Паллада; 13 - 6. Северная; 14 - б. Табунная (Безверхово); 15 - б. Врангель; 16 - 6. Находка
Экспериментальная часть работы выполнялась в 2 этапа: на стеклянных моделях и на полупромышленной установке. Первая часть экспериментальной работы (на стеклянных моделях) выполнена на базе ФГБОУ ВО «Дальрыбвтуз» в лаборатории «Научно-исследовательская работа» кафедры «Технологические машины и оборудование».
Основные материалы и приборы, используемые в экспериментальном исследовании процесса фильтрования морской воды через аналитически подобранные насыпные зернистые перегородки (п. 3.1.1, 3.1.2) представлены в таблице 41.
Нами разработан экспериментальный стенд (рисунок 24). Морская вода подается в специальные баки (8), закрепленные на щите. Затем при помощи трубопроводов вода подается в фильтрующие колонны (3), где проходит очистку через зернистую загрузку (1), находящуюся на разделительной перегородке.