Математическое моделирование МВТ
ООО «МВТ» предлагает технологии водоподготовительных процессов, с полным циклом работ (проектирование, комплектация, изготовление, гарантийные, сервисные работы), с интеграцией в общий процесс производства промышленных предприятий, объектов индивидуального пользования (коттеджи, загородные дома).
Для исполнения технологических проектов, на начальной стадии проводятся предварительные расчеты для построения систем, комплексов по заявленным параметрам, с применением программного обеспечения на основе математического моделирования. Программное обеспечение включает в себя методику расчета установок умягчения, обезжелезивания/деманганации, сорбции органических соединений.
Автоматизация расчетов
Правильный расчет установки - это важный и трудоемкий процесс, сущность которого состоит в подборе оборудования по производительности установки, межрегенерационном периоде работы, качеству входящей воды и требования к очищенной воде. Наши программы позволяют рассчитать установку, сбалансированную по принципу "ЦЕНА-КАЧЕСТВО". Для автоматизированного решения данной задачи фирмой "МВТ" специально разработаны программы "MEGACHEM", важнейшими особенностями которых являются: высокая скорость и точность расчета универсальность, удобство в работе.
Высокие требования к сохранности информации определили использование современных разработок в области Баз Данных и сетевых технологий. Проверки и прозрачность всего хода решения, а также индивидуально настраиваемые параметры расчета позволяют мгновенно получать состав оборудования и быть уверенным в его правильности. Комплекс возможностей, предоставляемых программой "MEGACHEM", экономит ваше время, защищает от случайных ошибок и вводит максимальную упорядоченность, ясность в работу, связанную с расчетом установки.
Обезжелезивание
Программа «MEGACHEM-ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ» предназначена для проектных расчетов фильтров обезжелезивания и каскадных комплексов фильтров обезжелезивания. Программа разработана для технологии напорной фильтрации, с учетом насыпного объема фильтрующего, загрузочного материала, с автоматическим вычислением высота слоя, площади фильтрации. Программа не предусматривает автоматического ограничения скорости фильтрации через слой сорбента для данного типа фильтра. Регулирование производительности фильтров осуществляется в ручном режиме. При аппроксимациях используется скорости фильтрации (литров в час) через слой сорбента, катализатора в зависимости от обменной, сорбционной емкости.
Входящими программными параметрами являются: содержание железа в исходной воде, требуемый уровень железа на выходе из фильтра, сорбционная емкость загрузки по железу, а также производительность фильтрующей установки по очищенной воде. Все входящие параметры вносятся в соответствующие окна модуля «ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ». После ввода исходных данных в окнах модуля «ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОФИЛЬТРОВ» появляются значения объема очищенной воды (объем между регенерациями), который можно достигнуть, используя данную фильтрующую установку. Программа предусматривает два расчетных режима. В режиме «ПРОИЗВОДСТВО» содержание железа в воде на выходе из установки не должно превышать проектное, заданное в модуле «ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ». В режиме «КОТТЕДЖ» содержание железа в воде на выходе из установки по меньшей мере не должно превышать уровень железосодержания входящей воды. В модуле «ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОФИЛЬТРОВ» предусмотрен также расчет общей стоимости фильтрующей установки с учетом электронного регулирующего клапана.
В модуле «ХАРАКТЕРИСТИКИ БИНАРНЫХ ФИЛЬТРОВ» производится проектный расчет парных каскадов монофильтров. При этом учитывается неаддитивность объемов очищенной на установки воды. Так, если объем воды между регенерациями фильтра 1465 в режиме «Производство» был равен ~19,8 м3, то при использовании каскада «Фильтр 1465 + Фильтр 1465» объем воды между регенерациями, вычисленный в этом же режиме, возрастает в ~ 3,7 раза и составляет уже 73,5 м3. В этом заключается эффект высоты слоя сорбента, позволяющий кратно увеличивать производительность фильтрующих установок. Для монофильтров в режиме «ПРОИЗВОДСТВО» предусмотрен модульный блок «ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ». Данный комплект включает модуль «СТЕПЕНЬ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ» и модуль «ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОФИЛЬТРОВ».
В модуле «Степень обезжелезивание воды» производится расчет разности между уровнем железа входящей воды и воды на выходе из установки. Для этого следует ввести в соответствующее окно объем воды, отфильтрованной (очищенной) к данному моменту времени. Например, если исходный уровень железа составляет 1,8 мг/л, а требуемый на выходе - 0,3 мг/л, то после прохождения через установку 20 м3 воды степень обезжелезивания для фильтров 0844, 1054 будет равна нулю (уровень железа на выходе равен входящему железосодержанию), а для фильтра 1365 степень обезжелезивания составляет 0,9 мг/л. Для фильтров 1665 – 2160 степень обезжелезивания максимальна и практически равна входящему железосодержанию. Результаты расчетов в модуле «СТЕПЕНЬ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ» оформляются графически для всех монофильтров в координатах «Степень обезжелезивания – Объем отфильтрованной воды».
Модуль «ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОФИЛЬТРОВ» блока «ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ МОНОФИЛЬТРОВ» используется для проектирования установок с переменным объемом применяющегося сорбента. При вводе объема сорбента перестают действовать программные настройки, касающиеся стандартных объемов сорбента для напорных фильтров. В модуле характеристики монофильтров появляются значения объемов очищенной воды (объемы между регенерациями) для всех типов монофильтров, рассчитанные в режиме «ПРОИЗВОДСТВО». При этом, наиболее эффективны фильтры с наименьшим сечением, так как они позволяют сформировать фильтрующий слой максимальной высоты. В блоке «ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ» предусматривается также расчет степени обезжелезивания воды для любого количества фильтрующего сорбента и любого объема пропущнной через фильтр воды.
Умягчение
Задача математического моделирования квазистационарных процессов в открытых термодинамических системах сводится к нахождению общего вида функции:
Ψ = f(Si),
где: Ψ – функция отклика системы;
Si – переменные факторы.
Наиболее полно такие процессы описываются трехмерными уравнениями. Это значит, что функция отклика варьируется в трехмерном пространстве переменных термодинамических координат. Так, степень очистки воды (∆С) при фильтрации через насыпной слой специфического сорбента практически полностью описывается следующим уравнением:
∆С = f(L, W, V), (1)
где: L – высота насыпного слоя;
W – количество активных центров сорбента;
V– скорость фильтрации.
Для построения стационарной модели фильтрации достаточно двух переменных – L и W. В динамических условиях к этим координатам прибавляется скорость фильтрации V. Таким образом, для степени очистки справедливо выражение полного дифференциала:
d(∆С) = (∂(∆С)/∂L)dL + (∂(∆С)/∂W)dW + (∂(∆С)/∂V)dV (2)
Данное выражение является основным уравнением квазистационарной модели фильтрации в дифференциальной форме. Данный тип фильтрации отличается от реальной динамической фильтрации тем, что происходит в равновесных условиях, то есть, полагаем, что за время прохождения слоя сорбента устанавливается равновесие обменных реакций между водой и активными центрами сорбента.
Для нахождения интегральной формы можно решить уравнение (2), выбрав определенные зависимости для частных производных. Например, производная (∂(∆С)/∂L)=f(L) наиболее легко выражается в гиперболическом приближении, а производная (∂(∆С)/∂W) =f(W) – линейна. Решение задачи сводится к ступенчатому усложнению вида частных производных, как функций от всех трех переменных. Это приводит к значительным математическим трудностям при нахождении первообразных таких функций, что уже было показано в [книге].
Другой метод «вложенных» коэффициентов основан на нахождении непосредственно первообразных функций вида ∆С = f(Si). Здесь также применяется ступенчатое усложнение (инстоляция) зависимостей: ∆С = f(L) → ∆С = f(L, W) → ∆С = f(L, W, V). Сам принцип инстоляции представляет собой конструирование итоговой трехмерной зависимости ∆С = f(L, W, V) путем подбора оптимальных коэффициентов.
Рассмотрим инстоляцию функции ∆С = f(L, W, V) для ионообменных сорбентов («АС», иониты). При этом, катионообменная емкость остается неизменной. Варьирование переменных удобнее всего начинать с высоты насыпного слоя L. По литературным данным зависимость ∆С = f(L) имеет вид гиперболы: ∆С = a/(3-L). Параметр «а» является переменным и также зависит от L. Зная значения ∆С при Lmin и Lmax, находим значения параметра «а» при Lmin и Lmax. При этом параметр W=Wmin и не варьируется. Полагая, что зависимость а =f(L) прямолинейна, получим общий вид функции ∆С = f(L):
∆С = (а1 + b*L)/(3-L) (1)
Теперь переходим ко второй ступени – определению общего вида функции ∆С = f(L, W). Известно, что сорбционная емкость сорбентов растет прямопропорционально числу активных центров сорбции. Поэтому необходимо получить линейные зависимости коэффициентов а1 и b в уравнении (1) от W. Для этого строится выражение, аналогичное уравнению (1), для Wmax, используя дополнительную точку ∆С = f(Lmax, Wmax). Сравнивая полученные уравнения находим линейные зависимости коэффициентов:
а1 = a2 + b1*W
b = a2` + b1`*W (2)
Подставляя выражения (2) в уравнение (1), получим:
∆С = [(a2 + b1*W) + (a2`+ b1`*W)*L]/(3-L) (3)
Так, например, выглядит уравнение для определения степени умягчения при использовании катионообменных сорбентов. Для алюмосиликатных сорбентов зависимость коэффициентов в уравнении (1) от W выбирается полулогарифмической. Тогда уравнение (3) принимает вид:
∆С = [(a2 + b1*lnW) + (a2`+ b1`*lnW)*L]/(3-L) (4)
Для построения уравнений (3, 4) использовались законы равновесной термодинамики.
На третьей ступени вводится скорость фильтрации, переводящая систему в квазиравновесное состояние. Решение уравнения ∆С = f(L, W, V) было найдено пока только для катионитов, для которых известно, что при скорости фильтрации V, превышающей оптимальную (Vopt=20 м/ч) в 3 раза степень умягчения воды составляет 1/10 от степени умягчения, наблюдающейся при оптимальной скорости фильтрации. Таким образом, необходимо построить уравнение ∆С = f(L, W, V), имеющее решение в интервале [Vopt ; 3* Vopt]. Очевидно, что в общем случае функция ∆С = f(V) – полином второй степени, поэтому все коэффициенты в уравнении (3) необходимо представить в виде полиномов общего вида (для коэффициента «а2»):
а2 = х1*V2 + y1*V. (5)
Этого можно добиться, решив систему из двух уравнений:
а2 = х1* Vopt 2 + y1* Vopt
{
а2/10 = х1*3*Vopt 2 + y1*3*Vopt
Из данной системы находятся коэффициенты x1 и y1 в полиномиальной зависимости (5). Такие системы уравнений составляются для всех четырех коэффициентов в уравнении (3). Далее находится максимум параболы (5), который затем трансформируется в точку Vopt. Для этого находится производная функции (5) по скорости фильтрации V:
d а2/dV = 2* х1* V + y1
В точке экстремума (V=Vmax) (d а2/dV) = 0, отсюда:
Vmax = - y1/2* х1 (6)
В общем случае Vmax ≠ Vopt. Поэтому из выражения (6) находим новое значение y1*, для которого Vmax = Vopt. Для того, чтобы значение а2(Vopt) осталось неизменным вводим новый коэффициент z, определяемый по уравнению:
а2 = х1* Vopt 2 + y1* * Vopt + z. (7)
Таким образом, все коэффициенты уравнения (3) приводятся к виду уравнения (7). Подставляя эти выражения в уравнение (3), получим искомое уравнение ∆С = f(L, W, V):
∆С=[((х1*V2+y1**V+z1)+(х2*V2+y2**V+z2)*W)+((х3*V2+y3**V+z3)+(х4*V2+y4**V+z4)*W)*L]/(3-L)
Итоговое уравнение учитывает влияние на процесс умягчения воды трех переменных факторов и содержит уже 12 коэффициентов (против 4 коэффициентов в уравнении (3)). Дальнейшее усложнение задачи, за счет введения новых переменных факторов (обменной емкости, степени гидратации зерен сорбента и др.), возможно за счет построения новых функциональных зависимостей для всех 12 коэффициентов.
Снижение цветности воды
Удаление аммиака
Технологическое оборудование очистки воды
Cерия «MWT»:- Реагентная обработка воды - «MWT R».
- Обратный осмос - «MWT RO».
- Нанофильтрация воды - «MWT NF».
- Ультрафильтрация воды - «MWT UV».
- Обезжелезивание - «MWT F».
- Умягчение воды - «MWT Na».
- Сорбционная фильтрация - «MWT Uni».
- Дисковые фильтры с ручным, автоматическим управлением на базе ПЛК SIMENS.