Материал: Подготовка воды для технического водоснабжения промышленных предприятий. Ионообменные методы умягчения воды. Бахметьева Л.К., Бахметьев А.В
раствор едкого натра подается в трубопровод, по которому направляется в анионитовые фильтры II ступени.
Объем бака для растворения NaOH рассчитан на прием суточного количества едкого натра:
|
W |
NaOH |
|
|
|
|
GNaOHAI |
|
GNaOHAII |
|
|
|
|
|
374 |
144 100 |
0,9 |
ì |
3 |
. |
|
|
(71) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
áàêà |
|
|
|
|
|
PNaOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42 |
1450 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NaOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
4.2.7. Расчёт катионитовых фильтров I ступени |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Суточная производительность катионитов I ступени. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
S KI |
S AI |
S |
АI |
|
|
5675,6 |
|
530 |
|
6205,6 м3/сут. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
сум |
|
отм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Расчётная обменная способность катионита марки КУ-2 определяется по |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E AI |
|
|
|
KI |
E KI |
|
|
|
0,5q KI |
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
раб |
|
|
|
э |
|
|
|
полн |
|
|
|
|
|
отм |
|
|
|
ф , |
|
|
|
|
|
|
(72) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где EïîëíKI |
полная обменная способность, для КУ-2 |
|
EполнKI 750 г-экв/ м3; ýKI |
коэф- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
фициент эффективности регенерации. При солесодержании |
|
Рк экв 4,33 мг-экв/л |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
удельный расход H2SO4 согласно графику [14, рис. 7] равен qHKI SO |
4 |
50 г/г-экв В со- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
ответствии с [14, рис.15.37] |
KI |
0,68 ; |
q KI |
|
|
|
|
удельный расход отмывочной воды; |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
îòì |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
qотмKI 5 м3/м3 катионита; |
|
K |
|
ô |
содержание катионов в отмывочной (осветленной |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
на механических фильтрах) воде, |
|
K |
|
ф |
|
|
|
|
|
K |
|
0 |
2,33 мг-экв/л. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
E рабAI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
504,2 г-экв/ м3. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0,68 750 |
0,5 5 |
2,33 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Объем катионита в фильтрах определяем по формуле |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
KI |
|
S KI |
|
|
|
[K ]0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n KI E рабKI |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(73) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
где nKI - число регенераций каждого фильтра в сутки, nKI =1. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
W KI |
6205,6 |
2,33 |
28,7 м3. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 504,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
При высоте слоя загрузки в катионитовых фильтрах |
Н KI |
|
2,5 м суммарная |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
площадь фильтрования равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
F КI |
|
|
28,7 |
|
|
|
|
11,47 м2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
К установке принимаем: m KI |
|
|
4 |
рабочим фильтрам и 1 резервный фильтр |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
диаметром 2000 мм с высотой загрузки 2,5 м. Площадь одного фильтра f KI |
3,14 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
66
м2. |
Площадь рабочих фильтров F КI |
12,56 м2. Объем загрузки в рабочих фильтрах |
||
W КI |
31,4 м3. |
|
|
|
|
Скорость фильтрования при нормальном режиме |
|||
|
КI |
6205,6 |
20,6 |
м/ч ≤ 25 м/ч [14, табл. 15.36]. |
|
|
24 12,56 |
||
|
|
|
|
|
При регенерации одного из фильтров
КI
ф
6205,6 |
27,4 |
м/ч, |
|||
|
|
|
|||
24 |
3 |
3,14 |
|||
|
|
||||
что находится в соответствии с нормами, допускающими временное увеличение скорости фильтрования свыше допустимой на 10 м/ч.
Расход фильтрованной воды на отмывку катионитовых фильтров I ступени определяем по формуле
SотмКI nКI 
W КI 
q КI 1
31,4 
5 157 м3/сут.
Расход воды на взрыхление равен
SвзрКI 0,06 
1
12,56 
4 
15 45,2 м3/сут.
Второй половины сбрасываемой отмывочной воды достаточно для взрыхления катионитовых фильтров I ступени.
Расход 100 %-й H2SO4 на регенерацию катионитовых фильтров I ступени определяется из выражения
GKI |
|
nKI |
W KI EрабKI |
qHKI SO |
1 31,4 504,2 50 |
791,6 кг / сут. |
(74) |
||
|
|
|
2 4 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
H SO |
1000 |
|
1000 |
|
|
|
|||
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Расход осветленной воды для приготовления 1,5 %-го раствора (количеством воды, содержащимся в крепкой серной кислоте, пренебрегаем)
SР KI |
791,6 |
98,5 |
52 м3/сут. |
|
|
||
1,5 |
1000 |
|
|
Серная кислота (содержание моногидрата 94 %) поступает на станцию в железнодорожных цистернах. Перелив кислоты в стационарные цистерны осуществ-
67
ляется с помощью сифонной установки, заряжаемой вакуум-насосом. Из цистерны серная кислота с помощью компрессора выдавливается в мерники, откуда насоса- ми-дозаторами подается в трубопроводы, по которым направляется в катионитовые фильтры I и II ступени.
Общее количество 100 %-й серной кислоты, подаваемое на катионитовые фильтры I и II ступени, равно
GH SO |
GH SO |
GH SO 791,6 57,6 849,2 кг/сут. |
|||
|
|
KI |
|
KII |
|
2 |
4 |
2 |
4 |
2 |
4 |
Объем стационарной цистерны определим исходя из расчётной продолжительности хранения серной кислоты:
|
|
|
|
|
Н хрH 2 SO4 |
30 суток. |
|
|
||||
|
G |
H 2 SO4 |
100 T H 2 SO4 |
849,2 |
100 30 |
14,8 м3 . |
(75) |
|||||
W H 2 SO4 |
|
|
|
хр |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
94% |
|
|
|
|
||||
цист |
|
PH |
|
|
|
94 |
1830 |
|
|
|||
|
|
SO |
H |
SO |
|
|
||||||
|
|
2 |
|
4 |
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
В связи с тем, что для транспортировки серной кислоты в настоящее время применяют железнодорожные цистерны вместительностью 60 т, к установке при-
няты три цистерны БК15 вместительностью |
15 1830 |
27,5 т каждая. |
||
|
1000 |
|
||
|
|
|
||
Часовой расход концентрированной серной кислоты для регенерации Н- катионитового фильтра I ступени равен
|
|
|
|
|
|
|
QHKISO |
|
|
|
GHKISO |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
94% |
|
|
KI |
|
KI |
KI |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
P |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H 2SO4 |
H SO n |
|
|
t2 |
, |
|
|
|
(76) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
t |
KI - |
|
продолжительность |
|
подачи |
|
регенерационного |
раствора, |
||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t KI |
W KI |
/ |
KI |
f KI ; |
|
KI |
скорость пропуска регенерационного раствора, |
KI |
10 |
||||||||||||||||||||
2 |
H 2 SO4 |
рег |
|
|
рег |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рег |
|
|
м/ч; |
f KI |
3,14 м2; WHKISO |
|
объем регенерационного раствора на регенерацию одного |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фильтра, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W KI |
|
|
|
GHKISO 100 |
|
|
|
|
|
|
791,6 |
100 |
|
|
12,16 м3 . |
|
|
(77) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
P p H 2 SO4 |
|
|
|
|
nKI |
mKI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
H 2 SO4 |
|
|
|
|
1,5% |
|
|
1 |
4 |
1,5 |
1085 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H 2 SO4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
KI |
12,16/10 |
3,14 |
0,39 ч; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QHKISO |
|
|
|
|
791,6 100 |
|
|
|
0,29 |
м3/ч. |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
94 1830 1 4 |
|
0,39 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Кустановке принимаем два насоса-дозатора марки НД-400/16 (один агрегат
–рабочий, второй – резервный) [16].
Аналогично для катионитовых фильтров II ступени:
68
|
W KII |
|
|
|
57,6 |
100 |
|
|
4,7 м3; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
H SO |
|
0,15 |
5 |
1,5 |
1085 |
|
|
|||||
|
2 |
4 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
t |
2 |
KI 4,7 /10 |
0,8 |
0,59 ч; |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QHKIISO |
|
|
57,6 |
100 |
|
|
|
0,076 |
м3/ч. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
94 |
1830 |
0,15 |
5 |
|
|
||||||||
2 |
4 |
|
0,59 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Кустановке принимаем два насоса-дозатора марки НД-100/10 (один агрегат
–рабочий, второй - резервный) [16].
4.2.8.Расчёт декарбонизатора
Расчётное количество воды, поступающее на декарбонизатор после катио-
нитовых фильтров II ступени S |
эф |
4800 м3/сут, Q |
эф |
200 м3/ч. |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Декарбонизатор |
загружается |
|
насадкой |
|
из |
|
колец |
Рашига |
размером |
||||||||||||||
25х25х3 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество СО2 , удаленного в декарбонизаторе: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
G |
|
|
|
Qэф{[СО2 ]вх |
[СО2 ]вых } |
, |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
СО |
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
(78) |
|||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где [ÑÎ 2 ]âõ |
|
содержание СО2 |
|
в |
|
воде, |
поступающей |
|
на декарбонизатор; |
||||||||||||||
[ÑÎ 2 ]âûõ содержание СО2 в декарбонизованной воде, [СО2 ]вых =4 мг/л. |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
[СО2 ]вх |
[СО2 ]к |
|
44Щк |
67,9 |
44 |
1,36 |
127,7 |
мг/л; |
|
||||||||||||
|
|
|
|
GСО |
|
200{127,7 |
4} |
24,74 кг/ч. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимая поверхность колец Рашига определяется по уравнению |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Fнас |
|
|
GСО |
, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K ж Сср |
|
|
|
|
|
|
|
||||
где Kæ |
коэффициент десорбции, |
согласно [5] при t |
200 C K ж |
0,51 м/ч; |
|||||||||||||||||||
Сср - средняя движущая сила десорбции, согласно [5] |
|
Сср |
0,0325 кг/ м3; |
||||||||||||||||||||
|
24,74 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Fнас |
|
|
|
1493 м . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,51 |
0,0325 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Поверхность 1 м3 насадки колец Рашига 25х25х3 мм равна 204 м3 [14, табл. |
|||||||||||||||||||||||
15.41]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда объем насадки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Wнас |
|
1493: 204 |
7,3 м3. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
При плотности орошения qор |
|
60 м3/ч на 1 м2 площади декарбонизатора его |
|||||||||||||||||||||
площадь равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
Q |
|
/ q |
ор |
200/ 60 |
3,33 м2. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
дек |
|
|
эф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
69
Устанавливаются два декарбонизатора диаметром 1500 мм общей площадью
Fдек 3,54 м2.
Высота слоя насадки в декарбонизаторе должна быть не менее
H нас Wнас / Fдек |
17,3 |
2,1 |
м. |
||
|
|
||||
3,54 |
|||||
|
|
|
|||
Согласно [14, табл. 47] высоту слоя насадки окончательно принимаем равной 4,0 м
Расход воздуха на декарбонизацию определяем по [8]:
Qвозд 20 200 4000 м3/ч.
Напор, развиваемый вентилятором, равен H вент 30 4 40 160 мм вод.ст. (16 ГПа). К установке принимаем вентиляторный агрегат марки А4095-3.
4.2.9. Расчёт мёханических напорных фильтров
Общее количество осветленной воды, которое должно быть получено от механических фильтров (полезная производительность) без учета воды, расходуемой на приготовление раствора коагулянта, определяется из выражения
S |
эфм |
S KI S KI |
S KI |
p |
6205,6 157 52 6414,6 м3/сут. |
|
отм |
p |
|
Во избежание увеличения содержания кремниевой кислоты в воде, поступающей на ионообменные фильтры, скорые напорные фильтры загружаются малозольным термостойким дробленым антрацитом крупностью 0,7-1,6 мм.
Расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме не должна пре-
вышать 4-5 м/ч. Принимаем |
р н |
4 м/ч. |
|
|
|
Для восстановления |
фильтрующей способности применяется промывка |
|
фильтров обратным током воды с интенсивностью до 15 л/с
м2 в течение 7 мин
( t1 0,117 ч).
Высокие требования к качеству фильтрата обусловливают необходимость
сброса первого фильтрата в течение 10 мин ( t3 |
0,167 ч). |
|
|
|
|
||||||||||||
Общее время простоя фильтра в связи с промывкой принято равным, со- |
|||||||||||||||||
гласно [8], t3 |
0,33 ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь фильтрования определяется из выражения |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sэф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fм |
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
р н 3,6n |
t1 nt2 |
р н |
nt3 |
р н |
|
(79) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где T |
число часов работы станции в сутки, |
T |
24 ч; n |
число промывок |
|||||||||||||
каждого фильтра в сутки, n |
|
3 ; |
интенсивность промывки, |
15 л/с м2. |
|||||||||||||
|
F |
|
|
|
|
|
|
6414,6 |
|
|
|
|
|
|
90,2 |
м2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
м |
24 |
4 |
3,6 |
3 |
15 |
0,117 |
3 |
0,33 |
4 |
3 |
0,167 |
4 |
|
|
||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|