Материал: Подготовка воды для технического водоснабжения промышленных предприятий. Ионообменные методы умягчения воды. Бахметьева Л.К., Бахметьев А.В
Суточный расход воды для промывки солерастворителя см. в пп. 4.1.14. Для растворения поваренной соли и промывки солерастворителя используется неумягченная вода.
4.1.13. Расчёт солевого хозяйства
Расчёт солерастворителя
Так как суточный расход соли
Pсут Pсут Pсут 44 65 109кг.
менее 500 кг, то предусматриваем склад сухого хранения соли, при этом слой соли не должен превышать 2 м.
Растворение соли осуществляется в проточных солерастворителях непосредственно перед регенерацией Na-катионитовых фильтров.
Расчётное количество соли на одну регенерацию одного фильтра II ступени (наибольшее) Рс=132,5 кг. Полезная емкость по соли серийно изготовляемого солерастворителя составляет 200 кг [14, табл. 15.35], Д=600 мм, объем 0,4 м3. Берём солерастворители Саратовского завода тяжелого машиностроения, шифр солерастворителя К-188810/С. К установке принимаем 1 рабочий и 1 резервный солерастворители.
Объем раствора соли, пропускаемого через фильтрующие слои солерастворителя для очистки от загрязнений, определяется по формуле
Wрс |
P c |
S |
|
, |
|
|
N 1034 |
(26) |
|||||
|
|
|||||
где S 19 л – количество воды для растворения 1 |
кг технической соли; |
|||||
N- количество рабочих солерастворителей; 1034 кг/м3 – плотность 5%-го раствора
NaCl [5].
Определяем объем раствора соли отдельно для регенерации фильтров I и II ступеней:
a)для регенерации фильтров I ступени
W I рс |
97,7 19 |
1,80 м3. |
|
1 1034 |
|
||
|
|
|
|
Часовой расход раствора соли при подаче его в Na-катионитовый фильтр I ступени в течение 15 мин tрег
qс |
Wр.с 60 |
1,80 60 |
7,20 |
м3/ч. |
||
t рег |
|
15 |
||||
|
|
|
||||
Скорость фильтрования раствора соли через катионит равна
|
qс |
|
7,2 |
4,07 |
м/ч. |
рег |
Fф |
1,77 |
|||
|
|
|
|||
|
|
41 |
|
|
|
Согласно [8] скорость должна составлять 3-5 м/ч. б) для регенерации фильтров II ступени
W II рс |
157.7 19 |
2.90 м3. |
||
|
1 1034 |
|
||
|
|
|
||
Часовой расход раствора соли при подаче его в Na-катионитовый фильтр II ступени в течение 30 мин равен
qс |
2,90 60 |
5,80 м3/ч. |
|
30 |
|
||
|
|
|
|
Скорость фильтрования раствора соли через катионит
5,80 рег 1,77 3,27 м/ч.
По [8] скорость должна составлять 3-5 м/ч.
Скорость фильтрования раствора соли через фильтрующие слои солерастворителя должна быть не больше 6 м/ч.
Пусть скорость фильтрования раствора соли через фильтрующие слои будет υ=5,5 м/ч. Тогда время, за которое раствор соли профильтруется через солерастворитель, будет:
a)для регенерации фильтров I ступени
t |
Wр.с |
|
1,86 |
1,21 |
ч, |
|
|
|
|
|
f |
|
0,28 5,5 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где f |
0.28 м2 – площадь солерастворителя; |
|||||||||
б) для регенерации фильтров II ступени |
|
|||||||||
t |
2,43 |
|
1,58 |
ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,28 |
5,5 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Полезный объем каждого солерастворителя принимается на 30 – 40 % боль- |
||||||||||
ше расчётного количества соли, т.е. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
W |
1,35 |
157,5 |
|
0,205 м3, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
с |
1 1034 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
что соответствует полезному объему принятого солерастворителя [14]. |
||||||||||
Отсюда высота полезного объема каждого солерастворителя |
||||||||||
|
|
|
|
|
hс |
Wc : fc |
0,205: 0,28 |
0,732 м. |
||
Полная высота корпуса 1,025 м. |
|
|||||||||
Определение расходов воды для промывки солерастворителя
Расход воды для промывки солерастворителя при регенерации Naкатионитового фильтра определяется по формуле
qо пр с |
fc wc 60 tc |
|
0,28 5 60 5 |
0,42 м, |
|
1000 |
1000 |
||||
|
|
||||
|
42 |
|
|
|
|
где w=5 л/(c 
м2) – интенсивность промывки tc=5 мин – продолжительность промывки солерастворителя.
Суточный расход воды qпр.с равен
|
q |
пр.с |
q о пр.с |
n N. |
Для регенерации фильтров I ступени |
|
|||
qпр.с |
0,42 0,333 2 |
0,28 м3/сут.; |
||
для регенерации фильтров I I ступени |
|
|||
qпр.с |
0,42 0,167 2 |
0,14 м3/сут. |
||
солерастворителя;
(27)
Определение объема промежуточного бака регенерационного раствора
Так как концентрация соли в выходящем из солерастворителя растворе изменяется в течение фильтроцикла, то для регенерации Na-катионитовых фильтров его концентрацию усредняют. Для этого раствор из солерастворителя собирают в промежуточный бак и из него насосами подают на регенерируемый фильтр. Объем промежуточного бака должен быть равен объему катионита в регенерируемом фильтре.
Объем катионита Na-катионитовых фильтров I ступени равен 4,45 м3, второй ступени – 4,82 м3.
Принимаем бак объемом 5 м3; высота бака 1,8 м, площадь – 1,7х1,7=2,9 м2.
4.1.14. Определение объема бака для взрыхления катионита
На взрыхление Na-катионитовых фильтров I ступени требуется 6,37 м3 воды. Емкость бака должна обеспечивать взрыхление двух фильтров и будет равна 6,37х2=12,74 м3. Принимаем бак из двух отделений емкостью по 6,4 м3, высотой 1,7 м, площадью 4,3 м2.
На взрыхление фильтров II ступени требуется также 6,37 м3. Принимаем бак из двух отделений емкостью по 6,4 м3 каждый (аналогично баку для взрыхления катионитовых фильтров I ступени), высотой 1,7 м, площадью 4,3 м2.
4.1.15. Определение гидравлических потерь напора в установках
Потери напора определяются: а) при рабочем цикле фильтров (умягчении воды); б) при взрыхлении загрузки фильтров; в) при регенерации фильтров соответствующими растворами; г) при отмывке фильтров.
43
В каждом режимном случае работы умягчительной установки состав потерь напора будет определяться потерями напора в трубопроводах, арматуре и катионитовых фильтрах.
Определение потерь напора в трубопроводах и арматуре возможно только после размещения всего оборудования (как в пределах помещения, так и вне его) и трассировки трубопроводов.
Потери напора в напорных катионитовых фильтрах при фильтровании определяются по табл. 15.33 [14].
Потери напора на Na-катионитовых фильтрах II ступени при скорости υ=16,2 м/с, высоте загрузки Н=1,5 м и крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм равны 5 м вод. ст. (500 гПа). При тех же условиях, но форсированном режиме, т.е.
υфорс = 32,4 м/ч, потери напора будут составлять 7 м вод. ст. (700 гПа).
Потери напора на Na-катионитовых фильтрах I ступени при скорости фильтрования υнорм = 16,8 м/с, высоте слоя загрузки 2 м, крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм равны h=6,1м вод. ст. (610 гПа); при форсированном режиме, т.е.
υфорс = 33,5 м/ч, потери напора будут 9 м вод. ст. (900 гПа).
При взрыхлении фильтров при интенсивности 4 л/c
м2 (υ=14,4 м/ч) потери напора будут 5-5,2 м вод. ст. (500-520 гПа).
Потери напора при регенерации и отмывке фильтров можно принимать равными потерям напора при умягчении воды.
4.1.16. Подбор насосов
Раствор соли на фильтры (5%-й) подается с помощью насосов. Расход раствора соли для регенерации фильтров I ступени – 7,20 м3/ч. Принимаем к установке 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа КНЗ 3/23; qн=7,5 м3/ч, H=15 м вод. ст. (1500 гПа), N=4,5 кВт, n=1450 об/мин.
Расход раствора соли для регенерации фильтров II ступени – 5,80 м3/ч. Принимаем к установке 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа КНЗ 3/23; qн=6 м3/ч,
H=15,5 м вод. ст. (1550 гПа), N=4,5 кВт, n=1450 об/мин.
Вода на взрыхление подается насосами. Расход воды, подаваемой на взрыхление Na-катионита I ступени в течение 15 мин, составляет 25,5 м3/ч. Принимаем к установке 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа 2К – 20/30, qн=10 – 30 м3/ч,
H=25 м вод. ст. (2500 гПа), N=4,0 кВт, n=2900 об/мин [11].
Расход воды, подаваемой на взрыхление Na-катионита II ступени в течение 15 мин, составляет также 25,5 м3/ч. К установке принимаем 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа 2К – 20/30, qн=10 – 30 м3/ч, H=24 – 34 м вод. ст. (2400-3400 гПа),
N=4,0 кВт, n=2900 об/мин [11].
44
4.1.17. Расчёт дегазаторов
Удаление углекислоты из водород-катионированной воды производится в дегазаторах с загрузкой из колец Рашига размером 25х25х3 мм.
Площадь поверхности насадки для удаления из воды СО2 равна
|
|
F |
|
|
|
GСО |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,065 |
|
|
|
|
45,3м2 |
|
(28) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
СО |
К |
ЖСО |
СсрСО |
0,35 0,0041 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где GСО |
– количество углекислоты (кг/ч), подлежащее удалению из воды, |
|||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
q р (СвхСО |
СвыхСО |
) |
, |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
СО |
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(29) |
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
СвхСО |
содержание углекислоты в воде, поступающей на дегазацию после Н- |
|||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
катионирования, |
определяется |
|
по |
|
|
|
|
|
графику |
[14, |
рис. |
15.40], |
||||||||||||||||||
=0,485 мг-экв/л=107 мг/л; |
|
|
|
|
|
– предельная концентрация углекислоты в |
||||||||||||||||||||||||
дегазированной |
воде, |
|
|
=1 |
|
мг/л; |
qр |
|
|
– |
расчётный |
расход |
воды |
|||||||||||||||||
qр =6,75 м3/ч (107 м3/сут. ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
GСО |
6,75(10,7 |
|
|
1) |
|
|
0,065 кг/ч; |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
СсрСО |
средняя движущая сила процесса десорбции (кг/м3), определяемая |
|||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СсрСО |
|
СвхСО |
2 |
|
СвыхСО |
|
|
|
|
|
10,7 |
|
1 |
|
|
|
|
4,1г / м3 = |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
СвхСО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10,7 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,3lg |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
2,3lg СвыхСО |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=0,0041 кг/м3; |
|
|
|
|
|
|
|
(30) |
|||||||||||||||
К ЖСО |
коэффициент десорбции, м/ч (величина скорости вытеснения из жид- |
|||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кости поглощенных его газов и парообразных продуктов); К ЖСО |
0,35 м/ч при |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
t 0 150 C [14]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем колец Рашига равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
W |
|
FСО |
|
|
|
45,3 |
0,22м3 , |
|
|
(31) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
f |
|
|
|
204 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
где f – поверхность колец Рашига размером 25х25х3 мм в м2/м3.
По [14, табл. 15.40] при производительности дегазатора 6,75 м3/ч принимаем к установке два дегазатора (1 рабочий, 1 резервный) с внутренним диаметром 460 мм и площадью поперечного сечения FД=0,167 м2. тогда высота загрузки колец определяется по формуле
Н |
|
Wк |
|
0,22 |
|
1,33м |
(32) |
к |
FД |
0,167 |
|||||
|
|
|
|
||||
Объем парогазовой смеси, удаляемой из дегазатора
45