Дипломная (вкр): Технологія попереднього очищення води

Коагулянт подається на спеціально захищену від корозії механічну мішалку 5 разом з водою для змішування до концентрованого розчину. Після змішування через тканинних фільтр подається до освітлювача за допомогою насоса-дозатора.

Після попереднього гасіння вапна та очищення його від нерозчинених домішок вапняне молоко разом з водою подається на механічну мішалку 6 для отримання потрібної концентрації. Далі насосами-дозаторами поступово перекачується до освітлювача 2.

Після освітлювача вода збирається в баку вапнованої води 3, звідки насосом подається на ряд ультрафільтраційних мембран 4, що забезпечує тонку фільтрацію води до 0,01 мкм, що дозволяє очистити воду від залишкових зважених частинок, високомолекулярних органічних речовин, мікроорганізмів. Після ультрафільтраційних мембран, вода надходить у баки для пермеату, звідси деяку частину пермеату подають на зворотну промивку мембран, та в баки для змішування з коагулянтом та вапном.

Проектом передбачається 4 модуля ультрафільтрації з номінальною продуктивністю 125 м3/год кожен, що складаються з 11 ультрафільтраційних елементів Dow Ultrafiltration SFP2860 компанії Dow Chemical, США.

Ультрафільтраційні модулі вимагають короткочасної періодичної промивки очищеною водою, для чого передбачена установка накопичувальної ємності УФ пермеата об'ємом 200 м3 поз.8. Перемикання режимів роботи установки проводиться автоматично за заданою програмою. Крім того, для хімічної промивки та хімічної регенерації модулів в складі установки є спеціальне устаткування для приготування реагентів 11.

Після зворотної промивки мембран воду пускаємо в цикл перед освітлювачем.

5. Розрахунок і вибір основного технологічного обладнання

.1 Основне обладнання

Для розрахунку установки ультрафільтрації необхідно обрати мембранний елемент, який характеризується певними робочими параметрами.

Мембранні елементи DOW SFP-2860, що застосовуються в даній технології, відрізняються високою питомою продуктивністю - для дніпровської води вона становить (60÷70) дм3/ (м2 · год). Мембранні елементи фірми Dow Сhemiсal виготовлені з гідрофілізованого полівініліденфториду (ГПВДФ) і мають високу міцність і хімічну стійкість. Також даним мембранам властива гідрофільність, яка досягається в результаті фірмової технології, поліпшує їх опір до органічних забруднень. Розмір пор даних ультрафільтраційних мембран 0,03 мкм.

Кожен мембранний елемент являє собою корпус з розташованими всередині пучками полімерних трубчастих мембран діаметром (0,7÷2,0) мм, поверхня фільтрації 1-го елемента - 102,5 м2, напрямок фільтрації - ззовні всередину. Елементи DOW SFP-2860 характеризується високою щільністю "упаковки" мембран, високими питомими потоками і гідродинамікою всередині волокон, що виражається в меншій схильності до засмічення внутрішніх напірних каналів мембран. Система INTEGRAPAС передбачає можливість безпосереднього з’єднання елементів між собою.

У 2009-2012 роках ТОВ "НВО "ЕКОСОФТ" на підприємствах Киівенерго ТЕЦ-5 та ТЕЦ-6 проведені пілотні випробовування ультрафільтраційних мембран DOW, що підтвердили їх високу ефективність та відмінні експлуатаційні властивості.

Забезпечення середньодобової продуктивності по очищеній воді становить 500 м3/год, необхідно знайти кількість обраних мембранних елементів за формулою 5.1.

,                                                           (5.1)

де n - кількість мембранних елементів, Qc - продуктивність модулю, м3/год, S - площа 1-го мембранного елементу, м2, q - питома продуктивність елементу, дм3/ (м2 · год).

Беремо три мембрани, як запасні, отже загальна кількість мембранних елементів 44.

Для видалення забруднень з поверхні мембран необхідно розрахувати витрати води на зворотну промивку за формулою 5.2.

=,                                              (5.2)

де Qп - витрати води на зворотну промивку, м3, qп - питома витрата води на промивку для 1 елементу, дм3/ (м2 · год), tп - тривалість однієї промивки, с.

Кількість зворотних промивок, яка приходиться на отримання 1000 м3 УФ пермеату становить:

=,                                                                (5.3)

де t - частота зворотних промивок [9].

При роботі УФ модулю на поверхні мембран накопичуються частинки розміром більше 0,03 мкм. Для збільшення ефективності їх відмивки з поверхні мембран при зворотній промивці в воду дозуються окисники. В даній технології використовується гіпохлорит натрію. Кількість 100 % гіпохлориту, що витрачається на одну зворотну промивку становить :

=,                         (5.4)

де m100%NaOCl - маса 100%-го гіпохлориту, що витрачається на 1 промивку, г, С100%NaOCl - доза 100%-го гіпохлориту, мг/дм3.

У перерахунку на товарну форму - 15% гіпохлориту, маса товарного NaOCl, що витрачається на 1 промивку становитиме:

,                              (5.5)

де m15%NaOCl - маса 15%-го гіпохлориту, г.

=,                                                               (5.6)

де VCIP - об’єм води,необхідний на приготування миючого розчину м3.

На отримання 1000 м3 необхідно провести СІР промивок :

=,                                              (5.7)

де tp - години роботи модуля за добу, год/добу, fCIP - кількість діб між СІР промивками, діб.

Розрахуємо витрати реагентів, необхідних для приготування миючого розчину.

Гіпохлорит натрію у товарній формі (15%) :

=,                                       (5.8)

де mNaOCl - маса товарного гіпохлориту, необхідна для приготування миючого розчину, г, СNaOCl - доза гіпохлориту для СІР, г/дм3.

HCl у товарній формі (35%):

=,                                                (5.9)

де mHCl - маса товарної HCl, необхідна для приготування миючого розчину, г, СNaOCl - доза HCl для СІР, г/дм3.

NaOH у товарній формі (100%):

=,                                            (5.10)

де mNaOH - маса товарного NaOH, необхідна для приготування миючого розчину, г, СNaOH - доза NaOH для СІР, г/дм3.

Кількість очищеної води, яка використовується на промивки в рік:

= (5.11)

,74  8640 + 6  28 = 49761,6 м3/рік.

Для оцінки роботи модулю використовують поняття проникності мембран Р - відношення питомої витрати фільтрату до перепаду тиску на мембрані.

=,                                                                   (5.12)

де Р - проникність мембрани, дм3/(м²/год/MПa), ТМР - падіння тиску на мембрані, МПа.

Так як проникність залежить від температури, необхідно скорегувати значення проникності для робочої температури води, що становить 35 °С.

,                                              (5.13)

де Р35 - проникність мембрани при робочій температурі, Тк - температурний коефіцієнт [8].

Гідравлічний ККД процесу ультрафільтрації визначається як відношення потоку фільтрату до сумарного потоку вихідної води, що подається на установку. Чим частіше для установки проводиться процедура зворотного промивання, тим нижчий гідравлічний ККД установки.

=.                           (5.14)

Отже ККД ультрафільтраційної установки має високе значення, що свідчить про доцільність її використання в якості попереднього очищення.

Установка ультрафільтрації складається з одного блоку ЕКОСОФТ МУ-170 виробництва ООО "НПО "ЕКОСОФТ" (Україна). Кожен блок складається з чотирьох незалежно працюючих ультрафільтраційних модулів, що керуються одним програмованим логічним контроллером. Кожен блок ЕКОСОФТ УФ-170 складається з:

–         чотирьох рам з встановленими на них елементами DOW SFP-2680 INTEGRAPAС (по 11 шт. на кожній рамі);

–         рами з трубною обв’язкою, запірною та регулюючою арматурою, приладами КВПіА та шафою управління, поєднаною із силовою шафою.

Ультрафільтраційні блоки оздоблено всіма необхідними приладами контролю, що забезпечують постійний моніторинг параметрів роботи модулів. Перемикання режимів роботи модуля здійснюється:

–         автоматично від автоматичної системи управління;

–         в ручному режимі з клавіатури місцевого контролера.

Кожен ультрафільтраційний блок підключається до таких колекторів:

–         колектору подачі фільтрованої води;

–         колектору відведення УФ-пермеата;

–         колектору подачі зворотної промивки;

–         колектору подачі стислого повітря;

–         колектору подачі розчинів СIP-промивки;

–         колектору відведення розчинів СIP-промивки;

В комплект постачання кожного блоку входить щит управління модулями з програмованим логічним контролером, що підключається до автоматичної системи управління установкою

5.2 Допоміжне обладнання

Дозувальна станція гіпохлориту

Станція дозування гіпохлоріту виробництва ООО "НПО "ЕКОСОФТ" (Україна) складається з:

·   витратної ємності 2000 дм3 з пристроєм для уловлювання випаровувань реагенту;

·   двох насосів-дозаторів продуктивністю 60 дм3/год;

·   двох насосів-дозаторів продуктивністю 1000 дм3/год;

·   бочкового насосу продуктивністю 5000 дм3/год;

·   запірної арматури, трубної обв’язки, приладів КВПіА та шафи управління, поєднаною із силовою шафою.

Усе обладнання змонтовано на рамі.

Станцію оздоблено всіма необхідними приладами контролю, що забезпечують постійний моніторинг роботи дозаторів та рівня робочого розчину у витратній ємності.

Щит управління станції підключається до автоматичної системи управління установкою.

Електрична потужність станції - 1 кВт.

Габаритні розміри станції - 1500х2500х1800мм.

Вага станції в робочому стані - 3000 кг.

Дозувальна станція соляної кислоти

Станція дозування соляної кислоти виробництва ООО "НПО "ЕКОСОФТ" (Україна) складається з:

·   витратної ємності 1000 л з пристроєм для уловлювання випаровувань реагенту;

·   двох насосів-дозаторів продуктивністю 1000 дм3/год;

·   бочкового насосу продуктивністю 5000 дм3/год;

·   запірної арматури, трубної обв’язки, приладів КВПіА та шафи управління, поєднаною із силовою шафою.

Усе обладнання змонтовано на рамі.

Станцію оздоблено всіма необхідними приладами контролю, що забезпечують постійний моніторинг роботи дозаторів та рівня робочого розчину у витратній ємності.

Щит управління станції підключається до автоматичної системи управління установкою.

Електрична потужність станції - 1 кВт.

Габаритні розміри станції - 1500х2500х1800 мм.

Вага станції в робочому стані - 1300 кг.

Дозувальна станція гідроксиду натрію

Станція дозування каустіку виробництва ООО "НПО "ЕКОСОФТ" складається з:

·   витратної ємності 1000 дм3 з пристроєм для уловлювання випаровувань реагенту;

·   двох насосів-дозаторів продуктивністю 500 л/год;

·   запірної арматури, трубної обв’язки, приладів КВПіА та шафи управління, поєднаною із силовою шафою.

Усе обладнання змонтовано на рамі.

Станцію оздоблено всіма необхідними приладами контролю, що забезпечують постійний моніторинг роботи дозаторів та рівня робочого розчину у витратній ємності.

Електрична потужність станції - 0,5 кВт.

Габаритні розміри станції - 1500х2500х1800мм.

Вага станції в робочому стані - 1500 кг.

.3 Установка СІР-промивки мембран

Установка СІР-промивки мембран виробництва ООО "НПО "ЕКОСОФТ" (Україна) складається з:

·   ємності 3 м3 з пристроєм для уловлювання випаровувань реагенту;

·   насосу продуктивністю 60 м3/год;

·   картриджного фільтру продуктивністю 60 м3/год;

·   електронагрівача потужністю 18,5 кВт;

·   запірної арматури, трубної обв’язки, приладів КВПіА та шафи управління, поєднаною із силовою шафою.

Усе обладнання змонтовано на рамі.

Установку оздоблено всіма необхідними приладами контролю.

Управління установкою здійснюється по місцю.

Електрична потужність установки - 25 кВт.

Габаритні розміри установки - 2000х4500х2000мм.

Вага установки в робочому стані - 4000 кг.

Ємність УФ-пермеату

Ємність ультрафільтраційного пермеату виробництва фірми AСIO (Україна).

Матеріал - поліпропилен.

Робочий тиск - під наливом.

Місткість - 200 м3.

Габаритні розміри - Ø 6 630, Н 6 000 мм.

Вага в робочому стані - 23000 кг.

6. Автоматичне регулювання та контроль виробництва

Обмежені можливості людського організму (стомлюваність, недостатня швидкість реакції на зміну навколишнього середовища й на величину кількості одночасно інформації, що надходить, суб’єктивність в оцінці ситуації і т. ін.) є перешкодою для подальшої інтенсифікації виробництва. Наступає новий етап машинного виробництва, коли людина звільняється від особистої участі у виробництві, а функції керування технологічними й виробничими процесами передаються автоматичним пристроям. Автоматизація призводить до поліпшення головних показників ефективності виробництва: збільшення кількості, поліпшення якості й зниження собівартості продукції, що виробляється. Впровадження автоматичних пристроїв забезпечує високу якість продукції, скорочення браків та відходів, зменшення витрат сировини й енергії, зменшення чисельності основних робітників, зниження капітальних витрат на будівництво будівель, продовження міжремонтних термінів експлуатації устаткування.

Впровадження спеціальних автоматичних пристроїв сприяє безаварійній роботі устаткування, виключає випадки травматизму, попереджає забруднення атмосферного повітря промисловими викидами .

У хімічній промисловості питанням автоматизації приділяється особлива увага. Це пояснюється складністю та великою швидкістю протікання технологічних процесів, високою чутливістю їх до порушення режиму, швидкістю умов роботи, вибухонебезпечністю та пожежонебезпекою речовин, що переробляють і т. ін.