Материал: Подготовка воды для технического водоснабжения промышленных предприятий. Ионообменные методы умягчения воды. Бахметьева Л.К., Бахметьев А.В
4.1.5. Определение расходов воды по различным направлениям
Расходы потоков воды (рис. 14), направляемых для осветления и умягчения (известково-содовое умягчение), определяются следующим образом:
3
Qпр.=900 м /сут.
Qобщ. Qосв. Qум.
Qх.п.=14100 м3/сут.
Рис. 14. Схема распределения потоков воды:
1 – осветлители со взвешенным осадком для осветления воды; 2 – осветлители со взвешенным осадком для осветления и умягчения воды; 3 – скорые фильтры
Количество умягчаемой воды находится по формуле [14]:
,
где Жо исх − общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; Жос−общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л; Жу − жесткость умягченной воды, мгэкв/л.
Расход воды, который должен пройти умягчительные сооружения (вода, идущая на хозяйственно-питьевые нужды):
Qум= 14100*0,63=8900 м3/сут.
Общий расход умягчаемой воды известково-содовым способом с учетом расхода воды на второй поток
Qyм=8900 + 900=9800 м3/сут., или 408 м3/ч.
Дальнейшие расчёты будут касаться только катионитового умягчения. Расчёт сооружений, применяёмых для известково-содового умягчения,
в данном пособии не рассматривается.
31
4.1.6. Выбор способа умягчения
Анализ солевого состава воды (пп. 3.2.1) показывает, что сумма хлоридов и сульфатов (4,3+5,17)>4 мг-экв/л и сумма [Na+]>2 мг-экв/л. При данных условиях [14, табл.15.30] принимаем последовательное водород-натрий-катионирование со второй ступенью Nа-катионитовых фильтров (рис. 15).
900 м3/сут. |
|
793 м3/сут. |
Na-I |
|
Na-II |
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
900 м3/сут. |
||
|
|
|
Д |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
H-I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
107 м |
3/сут. |
|
|
|
||
Рис. 15. Схема H-Na последовательного катионирования
Расход воды, подаваемой на Н-катионитовые фильтры, определяем по формуле [14]:
|
|
|
|
|
|
. |
(7) |
|
|
|
|
||||
где |
и |
− соответственно полезная производительность |
|||||
Н-катионитовых фильтров и полная производительность установки, м3/сут.; Щ − щелочность исходной воды, мг-экв/л; а − требуемая щелочность умягченной воды, мг-экв/л; А − суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), мг -экв/л.
4.1.7.Расчёт Na-катионитовых фильтров II ступени
Вкачестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь с крупно-
стью зерен от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная обменная емкость катионит сульфоугля 500 г-экв/м3. Расчёт осуществляется в следующем порядке.
Рабочая обменная емкость Naкатионита в фильтрах II ступени определяется по формуле
Eраб |
NaII |
(8) |
э Na Eпол . |
32
При расходе соли на регенерацию катионита 300 г/л-экв поглощенных катионитов жесткости согласно табл. 2 α = 0,9.
Коэффициент βNa учитывает снижение обменной емкости катионита по Ca2+ Mg2+ вследствие частичного задержания ионов Na+. Значение βNa принимается по табл. 3.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||
Значения коэффициента αэ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельный расход соли Dc на |
|
|
|
|
|
|
|
|
регенерацию катионита в грам- |
|
|
|
|
|
|
|
|
мах на 1 кмоль рабочей обмен- |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
400 |
|
ной способности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент эффективности |
|
|
|
|
|
|
|
|
регенерации αэ |
0,62 |
0,74 |
0,81 |
0,86 |
0,90 |
|
0,91 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3
Значения коэффициента βNa
СNa2 // Жф |
0,01 |
|
0,03 |
|
0,05 |
|
|
0,1 |
|
|
|
0,3 |
|
1 |
|
2 |
3 |
5 |
|
10 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
βNa |
0,93 |
|
0,9 |
|
0,88 |
|
|
0,83 |
|
0,70 |
|
0,65 |
|
0,60 |
0,57 |
0,54 |
|
0,50 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
9,7972 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
При значении |
|
С NaI |
|
379( 10) |
βNa определяется по формуле |
|
||||||||||||||||||||
|
Ж ф Na |
0,253 |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,5 |
C 2 Na |
|
1 |
2 |
|
C 2 Na |
|
1 , |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Na |
|
CCa |
|
|
CCa |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где C 2 Na , CCa - содержание соответственно ионов Na+ и Ca2+ в воде, поступающей на Na-катионитовые фильтры II ступени,
|
1 |
0,5 |
9,7972 |
1 |
2 |
0,001 |
1 |
|
0,50 мг-экв/л; |
||
Na |
|
|
|||||||||
|
|
0,001 |
|
9,7972 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
E |
|
NaII |
0,9 0,5 500 |
225 |
г-экв/м3 . |
|||||
|
раб |
|
|
||||||||
33
Объем катионита в фильтрах
WNaII |
16qч Жф |
|
qсут Жф |
|
900 0,253 |
4,82 |
|
|
|
n E NaII раб. |
|
n E NaII раб. |
0,21 225 |
3 |
|
|
|||
|
|
м |
, |
(10) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
где qч – часовой расход установки, м3/ч; qсут =900, м3/сут – суточный расход умягчаемой воды; n - число регенераций каждого фильтра в сутки, n = Т/t + t1; Т – продолжительность работы станции в течение суток (16 ч); t – полезная продолжительность фильтроцикла, определяемая по формуле
|
E |
раб NaII |
H |
2 |
|
|
t |
|
|
|
0,025d80 |
ln Жф ; ; |
(11) |
|
Жф |
|
||||
|
|
|
|
|
|
H=1,5 м – толщина слоя катионита в фильтре; - расчётная скорость фильтрования (м/ч), должна быть не более 60 м/ч [14]; предположительно принимаем
V=20 м/ч; Жф – жесткость воды, поступающей на фильтр II ступени, Жф=0,253 мгэкв/л; d80 – 80-процентный калибр зерен катионита (мм), d80=0,8мм;
t |
225 1,5 |
|
0,025 0,81ln 0,253 75,33 0,02 |
75, ч ; |
|||||||
|
|
||||||||||
20 0,253 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
t1 - продолжительность всех операций регенерации фильтра (ч), t1 =1,5ч, тогда |
|||||||||||
|
|
|
|
n |
16 |
|
0,21. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
75,4 |
1,5 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Площадь фильтров равна |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
F |
WNaII |
|
|
4.82 |
3,2 м2. |
|
||
|
|
|
H |
1.5 |
(12) |
||||||
Принимаем к установке 2 рабочих Naкатионитовых фильтра Д=1,5 м (Fф=1,77 м2), выпускаемых Бийским котельным заводом [14, табл. 15.33], шифр ХВ-041-2.
Проверим действительность скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qч |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
N |
Fф |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(13) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qсут |
|
|
|
|
|
900 |
|
|
3 |
|
q |
ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57.32, |
м /ч; |
T nt1 |
16 |
|
0.21 1.5 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
N - количество рабочих фильтров. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57,32 |
|
16,2 м/ч < 60 м/ч; |
||||||||
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 |
1,77 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
34 |
|
|
|
|
|
при регенерации одного из фильтров
|
57,32 |
32,4 |
м/ч < 60 м/ч. |
||
ф |
|
|
|||
1 1,77 |
|||||
|
|
||||
|
|
|
|||
Фактическое количество регенераций каждого из фильтров в сутки
t |
225 1,5 |
0,025 0,8 |
2 |
ln 0,253 93,0 0,02 93 |
ч. |
|
|
|
|||||
16,2 0,253 |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
С точки зрения эксплуатации установки желательно принимать время работы ее равным целому числу суток, т. е. в нашем случае t=6 сут (96 ч), из которых полезное время работы будет составлять 94,5 ч, а время регенерации 1,5 ч.
При этом |
n |
16 |
|
0,167. |
|
|
|
||||
94,5 |
1,5 |
||||
|
|
|
Так как установка работает не круглосуточно (Т=16 ч), то фильтры не предусматриваются.
4.1.8. Определение расхода поваренной соли для регенерации Na-катионитовых фильтров II ступени
Расход соли для регенерации одного Na-катионитового фильтра II ступени определяется по формуле
Pc |
Cкат a |
, |
|
1000 |
|||
|
(14) |
где Cкат - количество поглощенных катионов жесткости за фильтроцикл,
C |
|
F |
t Ж na |
Ж NaII |
|
кат |
ф |
ф |
ф |
16.2 
1.77
94.5 0.253 0.059
525.7 мг-экв/л;
a - удельный расход соли, a =300 г/г-экв.
При указанных данных
P |
25,7 300 |
157,71 кг. |
c |
1000 |
|
Суточный расход соли для всех фильтров равен
Pсут |
Pc n N |
157,71 0,167 2 |
0,053 |
||
1000 |
|
1000 |
|||
|
|
||||
Запас соли на 30 суток ([8])
Pз" Pсут 
Т 0,053
30 1,59
т. (15)
т.
35