2. Расчет основного технологического оборудования станции

К основному технологическому оборудования станции умягчения воды относятся водород-натрий катионитные фильтры. Расчет фильтров ведется в следующем порядке на основании нормативной литературы.

3.1. Определяется соотношения расходов воды, подаваемой на водород-натрий катионитные фильтры при умягчении воды.

Определяется расход воды, подаваемой на водород-катионитные фильтры, м³/ч,

q^H_пол = q_пол ( Щ_о + Ж_зк ) / Щ_о- Ж_зк+К_ср ) = 135,8*(2,4+0,7)/(2,4-0,7+2,33)=104,5 м³/ч,

где q_пол – полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, м³/ч;

q_пол =Q_пол/24=3260/24=135,8 м³/ч;

q^Н_пол – полезная производительность водород-катионитных фильтров, м³/ч;

Щ_о – щелочность исходной воды, г-экв/м³;

Щ_у – требуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м³;

К_ср – средняя за рабочий цикл кислотность фильтрата водород-катионитных фильтров, мг-экв/л;

К_ср=([Cl^-] + [SO₄^2-]-0,35)/2=(2,2+2,8-0,35)/2=2,33 мг-экв/л

Определяется расход воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры, м³/ч,

q^Na_пол=q_пол=135,8 м³/ч

где q^Na_пол - полезная производительность натрий-катионитных фильтров, м³/ч.

3.2. Выбирается катионитовый материал для загрузки фильтров.

По заданию принимается катионит сульфоуголь мелкий I сорта, имеющий зерна неправильной формы чёрного цвета диаметром 0,25-0,7 мм, с полной обменной способностью 570 г-экв/м³.

3.3. Определяется объем катионита в водород-натрий катионитных фильтрах.

Объем катионита W_Н, м³, в водород-катионитных фильтрах определяется по формуле:

W_H=24*q^H_пол*(Ж_о+C_Na+К)/n^H_p E^H_раб = 24*104,5*(6,1+1,3)/(2*469,7)=19,76 м³,

где Ж_o - общая жесткость умягченной воды, 6,1 г-экв/м³

С_Na+К - концентрация в воде натрия, 1,3 г-экв/м³.

n^Н_p - число регенераций каждого водород-катионитного фильтра в сутки, принимаем равным 2;

Е^Н_раб -рабочая обменная емкость водород-катионита, г-экв/м³, вычисляется по формуле:

Е^Н_раб = _Н Е_полн – 0,5q_удС_к = 0,85*570 – 0,5*4*7,4 = 469,7 г-экв/м³,

где _Н - коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, принимаемый равным 0,85;

Е_полн - паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде, 570 г-экв/м³.

q_уд - удельный расход воды на отмывку катионита после регенерации, принимаемый равным 4 м³ на 1 м³ катионита для сульфоугля;

С_к - общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и калия, 7,4 г-экв/м³;

Объем катионита W_Na, м³, в натрий-катионитных фильтрах определяется по формуле:

W_Na = 24*q^Na_пол Ж_о¹ / n^Na_p E^Na_раб = 24*135,8*4,4/(2*267)=26,9 м³,

где Ж_о¹ - общая жесткость умягчаемой воды, для последовательной схемы

Ж_о¹= Ж^Н_ф, г-экв/м³

n^Na_p - число регенераций каждого натрий-катионитного фильтра в сутки, принимаем равным 2;

Е^Na_раб - рабочая обменная емкость натрий-катионита, г-экв/м³, вычисляется по формуле:

Е^Na_раб = _Na _Na Е_полн – 0,5q_удЖ_о = 0,62*0,79*570-0,5*4*6,1 = 267 г-экв/м³,

где _Na - коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, равный 0,62;

_Na — коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca²⁺ и Mg²⁺ вследствие частичного задержания катионитов Na⁺, _Na=0,79;

Ж_о¹= Ж_ф^н=[Cl^-] + [SO₄^2-]+Щ_ост-[Na⁺K⁺]=2,8+2,2+0,7-1,3=4,4 мг-экв/л

3.4. Определяется площадь водород-натрий-катионитных фильтров.

Площадь водород-катионитных фильтров F_Н, м² определяется по формуле:

F_H = W_H / H_k = 19,76/2,0 = 9,88 м²;

Площадь натрий-катионитных фильтров F_Na, м² определяется по формуле:

F_Na = W_Na / H_k = 26,9/2,5 = 10,76 м²,

где Н_к - высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м³);

W_Na и W_Н – соответственно объем катионита в водород-катионитных фильтрах и натрий-катионитных фильтрах, м³.

Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать:

• рабочих – не менее двух;

• резервных – один.

Принимаем следующие катионитные фильтры:

Диаметр фильтра, мм	Высота слоя загрузки, мм	Основные размеры, мм		Вес, т
		Строительная высота	Диаметр подводящего патрубка	Фильтра без загрузки	Фильтра с загрузкой
Водород-катионитные фильтры (2 шт – 1 резервный)
2600	2500	5195	150	4,3	27
Натрий-катионитные фильтры (2 шт)
3000	2500	5460	150	5,3	36

Площадь одного водород-натрий-катионитных фильтра:

f_H = 3,14*d_H² /4=3,14*2,6²/4=5,31 м²;

f_Na = 3,14*d_Na² /4=3,14*3,0²/4=7,07 м²

Количество натрий-катионитных фильтров:

n_H = F_Н/ f_H=9,88/5,31=1,86=2 шт;

n_Na = F_Na/ f_Na=10,76/7,06=1,53=2 шт

К установке принимаем по 2 водород-натрий катионитных фильтра.

Фактическая площадь фильтрования водород-натрий катионитных фильтров равна:

F_Н=f_H *n_H=5,31*2=10,6 м²;

F_Na=f_Na *n_Na=7,04*2=14,1 м²

3.5. Определяется скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров при нормальном режиме (работают все рабочие фильтры).

Для водород-катионитных фильтров, м/ч:

V^H_норм = q^н_пол / f_H*n_H = 104,5/(5,31*2) = 9,9 м/ч

где q^н_пол – расход воды, подаваемый на водород-катионитные фильтры, м³/ч;

f_H – фактическая площадь рабочего водород-катионитного фильтра, м²;

n_H – количество рабочих водород-катионитных фильтров.

Для натрий-катионитных фильтров, м/ч:

V^Na_норм = q^Na_пол / f_Na*n_Na = 135,8/(7,04*2) =9,6 м/ч

где q^Na_пол – расход воды, подаваемый на натрий-катионитные фильтры, м³/ч;

f_Na – фактическая площадь рабочего натрий-катионитного фильтра, м²;

n_Na – количество рабочих натрий-катионитных фильтров.

Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:

• до 5 г-экв/м³ — 25 м/ч;

• 5—10 г-экв/м³ — 15 м/ч;

• 10—15 г-экв/м³ — 10 м/ч.

3.6. Определяется скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров при форсированном режиме (один рабочий фильтр отключен на регенерацию).

Для водород-катионитных фильтров, м/ч:

V^H_фор = q^н_пол / f_H*n_H = 104,5/(5,31*1) =19,7 м/ч

Для натрий-катионитных фильтров, м/ч:

V^Na_фор = q^Na_пол / f_Na*n_Na = 135,8/(7,04*1) =19,3 м/ч

При форсированном режиме допускается увеличение скорости фильтрования воды на 10 м/ч по сравнению с указанными выше.

Количество резервных водород-катионитных фильтров надлежит принимать: один – при количестве рабочих фильтров до шести и два – при большем количестве. В качестве резервных натрий-катионитных фильтров используются резервные водород-катионитные фильтры.

Расчёт выполнен нормально, все условия, в том числе по предельным скоростям фильтрования соблюдаются.