Р исунок 5. Схема відмивання іонообмінного фільтра від регенераційного розчину та продуктів регенерації:
Для відмивання фільтра воду крізь засувку 1 пропускають зверху вниз крізь шар кат іоніту. Перші 30% води після відмивання катіоніта скидають у каналізацію крізь відкриту засувку 4 (засувка 3 у цей час закрита). Інші 70% води після відмивання катіоніта збирають у бак для подальшого використання (цією водою розпушують катіоніт під час наступної регенерації), для цього засувку 4 перекривають і відкривають засувку 3.
Якщо не передбачається використання води після відмивання катіоніта, то вся вода крізь засувку 4 скидається в каналізацію.
1.2.1. Розрахунок Na-катіонітових фільтрів
Na-катіонування застосовують для пом’якшення води. Під час Na-катіонування з води видаляються катіони Ca2+, Mg2+, а у воду надходять іони Na+, аніонний склад води під час Na-катіонування не змінюється.
Після одноступеневого Na-катіонування можна отримати воду із залишковою твердістю до 0,1 мг-екв/л, а для більш глибокого пом’якшення (із залишковою твердістю 0,01-0,02 мг-екв/л) застосовують двоступеневе Na-катіонування [3, дод. 7, п. 13].
Кількість ступенів катіонування визначається вимогами до обробленої води; так, для парових екранованих котлів, де необхідне глибоке пом’якшення води, доцільно застосовувати двоступеневе Na-катіонування; для гарячого водопостачання, коли необхідне лише часткове пом’якшення, достатньо одного ступеня катіонування.
Даний метод обробки води застосовують, якщо загальна твердість води не перевищує 10 мг-екв/л [7, с. 387]. Після натрій-катіонування можна застосовувати корекційні методи обробки води (нітратування, амінування та інші).
Розрахунок Na-катіонітових фільтрів I ступеня
Початковими даними для розрахунку катіонного фільтру є: продуктивність, склад початкової води, що поступає на фільтри, залишкова жорсткість фільтру.
2.5.1 Розрахунок катіонного фільтру починають з підбора діаметра фільтра по швидкості фільтрування, яка визначається з рівнянь, м/год:
де
– нормальна швидкість фільтрування,
приймається, м/год [5≤
≤25].
– продуктивність
водопідготовки, м3/год;
приймається з таблиці 2, пункт 53 для
розрахункового періоду;
– площа
фільтрування катіонного фільтру м2;
визначається підбором за табл.
Таблиця Площі фільтрування стандартних фільтрів залежно від діаметра
Діаметр фільтра, мм |
700 |
1000 |
1500 |
2000 |
2600 |
3000 |
3400 |
Площа фільтрування f, м2 |
0,39 |
0,76 |
1,72 |
3,1 |
5,2 |
6,95 |
9,1 |
а) кількість працюючих фільтрів (для 1 ступені катіонування мінімальне значення працюючих фільтрів а = 2).
б) максимальна швидкість, м/год:
де
– максимальна швидкість фільтрування,
приймається [5≤
≤35, м/год.];
– продуктивність водопідготовки, м3/год; приймається з таблиці 2, пункт 53 для розрахункового періоду;
– кількість
працюючих фільтрів при регенерації
одного з них, шт.
2.5.2 Кількість солей жорсткості А, г·екв/діб, що видаляється на NH4-Na і Na-катіонітних фільтрів 1 ступеня визначається за формулою, г·екв/діб:
де 24 – кількість годин за добу;
– кількість
солей жорсткості, які залишаються на
катіонітному фільтрі 1 ступеня, г·екв/м3:
2.5.3 Кількість солей жорсткості, що видаляються на Na-катіонітних фільтрах при «голодній» регенерації за добу, визначається за формулою, г·екв/діб:
– карбонатна
жорсткість початкової води, мг·екв/л ;
–
залишкова
карбонатна жорсткість залежно від вимог
до обробленої води і якості початкової
води приймається рівної 0,7-1,5 мг·екв/м3.
2.5.4 Число регенерацій кожного фільтру в добу «n» визначається за формулою:
де n – число регенерацій кожного фільтру в добу;
– висота
шару катіоніта, м, з таблиці
– робоча
обмінна характеристика катіоніта при
катіонуванні, г-екв/м3,
визначається з рівняння:
де
– коефіцієнт ефективності регенерації,
що враховує неповноту регенерації
катіоніта залежно від питомої витрати
солі на регенерацію, [5];
– коефіцієнт,
що враховує зниження обмінної здатності
катіоніта по Са+2
і Mg+2
за рахунок часткового затримання
катіонітів Na+,
приймається за табл. 5-6. [5], де значення
приведені залежно від відношення
;
– концентрація
натрію в зм'якшуваній воді, мг-екв/м3;
– повна
обмінна здатність катіоніта, г-екв/м3
за заводськими даними, [5];
– питома
витрата води на обмивання катіоніта,
м3/м3
[5];
0,5 – частка пом'якшення води на відмивку.
Коефіцієнт ефективності регенерації натрій-катіоніта
Питома витрата солі на регенерацію, г/г-екв |
αNa |
Питома витрата солі на регенерацію, г/г-екв |
αNa |
Питома витрата солі на регенерацію, г/г-екв |
αNa |
100 |
0,62 |
170 |
0,77 |
240 |
0,85 |
110 |
0,64 |
180 |
0,78 |
250 |
0,86 |
120 |
0,67 |
190 |
0,8 |
260 |
0,87 |
130 |
0,69 |
200 |
0,81 |
270 |
0,88 |
140 |
0,72 |
210 |
0,82 |
280 |
0,88 |
150 |
0,74 |
220 |
0,83 |
290 |
0,89 |
160 |
0,75 |
230 |
0,84 |
300 |
0,90 |
Значення коефіцієнта βNa[5, табл. 5.6]
|
βNa |
|
βNa |
|
βNa |
|
βNa |
0,01 |
0,93 |
0,08 |
0,85 |
0,6 |
0,69 |
4 |
0,57 |
0,02 |
0,92 |
0,09 |
0,84 |
0,7 |
0,68 |
5 |
0,54 |
0,03 |
0,91 |
0,1 |
0,83 |
0,8 |
0,67 |
6 |
0,53 |
0,04 |
0,89 |
0,2 |
0,8 |
0,9 |
0,66 |
7 |
0,52 |
0,05 |
0,88 |
0,3 |
0,77 |
1 |
0,65 |
8 |
0,52 |
0,06 |
0,87 |
0,4 |
0,73 |
2 |
0,62 |
9 |
0,51 |
0,07 |
0,86 |
0,5 |
0,70 |
3 |
0,60 |
10 |
0,50 |
Орієнтовні значення Еп [5]
Катіоніт |
Величина зерен, мм |
Еп, г·екв/м3 |
Сульфовугілля |
0,3-0,8 |
550 |
Сульфовугілля |
0,5-1,1 |
500 |
Катіоніт КУ-2 |
0,8-1,2 |
1700 |
2.5.5 Витрата куховарської солі 100% реагенту на одну регенерацію фільтру визначається з рівняння, кг:
де
– питома витрата реагенту на регенерацію
катіоніта, г/год·екв.
2.5.6
Витрата 26 % насиченого розчину NaCl на
одну регенерацію
при використанні Na-катіонітного фільтру,
м3:
де
– густина розчину регенерації при t =
20 ºС, кг/л, приймаємо за табл. [5];
26 – 26% вміст солі (NaCl),в насиченому розчині солі при t = 20 ºС
Густина розчинів солі (NaCl) при 20оС, г/мл [5, табл. 15-6]
Концентрація розчину, % |
Густина розчину NaCl, г/мл |
Концентрація розчину, % |
Густина розчину NaCl, г/мл |
Концентрація розчину, % |
Густина розчину NaCl, г/мл |
1 |
1,0053 |
7 |
1,0486 |
16 |
1,1162 |
2 |
1,0125 |
8 |
1,0559 |
18 |
1,1319 |
3 |
1,0196 |
9 |
1,0633 |
20 |
1,1478 |
4 |
1,0268 |
10 |
1,0707 |
22 |
1,1639 |
5 |
1,0340 |
12 |
1,0857 |
24 |
1,1804 |
6 |
1,0413 |
14 |
1,1009 |
26 |
1,1972 |
2.5.7 У разі сумісного NH4-Na – ті, що катіонують витрату реагентів на одну регенерацію визначають за формулами:
а)
витрата сульфату амонія
,
кг:
б)
витрата куховарської солі
,
кг:
2.5.8 Визначаємо добову витрату технічного реагенту на регенерацію фільтрів, кг/діб:
де 93 – процентний вміст реагенту в технічному реагенті, використовуваному для енергетичних цілей.
2.5.9 Визначаємо витрату води на одну регенерацію катіонітного фільтру складається з:
а) витрати води на взрихляючу промивку фільтру, м3:
де
- кількість води на одну взрихляючу
промивку фільтру, м3;
-
інтенсивність взрихляючої промивки
фільтрів, л/с · м2;
-
тривалість взрихляючої промивки, хв.
[5];
б) витрата води на приготування розчину регенерації солі, м3:
де
– концентрація розчину регенерації, %
[5];
-
густина розчину регенерації, т/м3 за
табл. 15.6 [5].
в) витрата води на відмивання катіоніта від продуктів регенерації, м3:
де
- питома витрата води на відмивання
катіоніта, м3/м3
[5].
Витрата води на одну регенерацію катіонітного фільтру без використання відмивочної води на розпушування складає:
При використовуванні відмивочної води на взрихляючу промивку витрата води на одну регенерацію, м3:
де
- витрата води на власні потреби
катіонітного фільтру без використання
відмивочних вод на розпушування, м3, на
одну регенерацію;
-
те ж саме, з урахуванням використання
відмивочних вод на взрихління фільтру,
м3.
2.5.10 Середньочасова витрата води на власні потреби катіонітних фільтрів, м3/год., визначається за формулою м3/год.од:
2.5.11 Період міжрегенерації роботи фільтру визначається з рівняння, год:
де Т – період міжрегенерації кожного катіонітного фільтру;
– час
регенерації фільтру, год.
2.5.12 Час регенерації катіонітного фільтру у зв'язку з великими коливаннями, залежними від ряду чинників, слідує визначати для кожного конкретного випадку розрахунковим шляхом за формулою, хв:
а)
– час взрихляючої промивки фільтру, хв
[5];
б)
– час пропуску розчину регенерації
через фільтр, хв., визначається з рівнянь,
хв.:
де
- швидкість пропуску розчину регенерації,
м/год., [5];
в)
– час відмивання фільтру від продуктів
регенерації, хв. визначається з рівнянь,
хв.:
де
- швидкість відмивання, м/год., [5].
Таблиця Технологічні дані для розрахунку Na-катіонітових фільтрів [5, табл. 5.4]
Показник |
Од. вимір. |
Фільтр І ступеню |
Фільтр П ступеню |
1. Висота шару катіоніта |
м |
2-2,5 |
1,5 |
2. Величина зерен катіоніта |
мм |
0,5-1,2 |
0,5-1,2 |
3. Швидкість фільтрування2 для нормального режиму не повинна перевищувати при твердості води: 5 мг-екв/л 5-10 мг-екв/л 10-15 мг-екв/л |
м/год |
25 (35)1 15 (25)1 10 (20)1 |
Не більше 40 |
4. Розпушуюче промивання катіоніта3: інтенсивність для величини зерен катіоніта, мм: 0,5-1,1 0,8-1,2 тривалість |
л/(м2·с)
хв. |
4 5 20-30 |
4 5 20-30 |
5. Питома витрата солі на регенерацію для води твердістю не більше, мг-екв/л: 5 10 15 20 |
г/г-екв |
100-120 120-150 170-250 275-300 |
- - - - |
6. Концентрація регенераційного розчину |
% |
5-8 |
8-12 |
7. Швидкість пропускання регенераційного розчину |
м/год |
3-4 |
3-5 |
8. Робоча обмінна ємність катіоніта |
г-екв/м3 |
За розрахунком |
250-300 |
9. Відмивання катіоніта від продуктів регенерації: швидкість пропускання води крізь катіоніт |
м/год |
6-8 |
6-8 |
питома витрата води, якщо фільтр завантажений: сульфовугіллям катіонітом КУ-2 |
м3/м3 |
6 |
6 8 |
Примітки: 1. В дужках наведена швидкість фільтрування для завантаження дрібним катіонітом із величиною зерен 0,3-0,8 мм. 2. Допустиме тимчасове збільшення швидкості на 10 м/год порівняно з указаною під час вимкнення фільтра на регенерацію (максимально допустима швидкість). Швидкість фільтрування менше 5 м/год не припустима, бо можливе різке зменшення обмінної ємності катіоніта. 3. Вода для розпушуючого промивання повинна подаватись насосами з бака, об'єм якого вибирають залежно від діаметра та числа фільтрів, які належить одночасно промивати; окрім того, цей об'єм повинен забезпечувати ще одне додаткове промивання понад розраховану кількість. Допускають розпушуюче промивання здійснювати з трубопроводу обробленої води, якщо витрата на розпушення не перевищує 50% загальної витрати фільтрату. Швидкості руху води в трубопроводах, які подають та відводять промивну воду, приймають рівними 1,5-2 м/с. 4. Число регенерацій кожного натрій-катіонітового фільтра першого ступеня приймають від одного до трьох. 5. Якщо потужність водопідготовки не перевищує 20 м3/год, доцільно під час проектування розглянути варіант промивання та регенерації лише в денну зміну. |
|||
2.6 Розрахунок Na- катіонітних фільтрів 2 ступеня
2.6.1 Розрахунок фільтрів починають з підбору діаметру фільтру по швидкості фільтрування, яка визначається з рівнянь:
а) нормальна швидкість, м/год.:
де
- нормальна швидкість фільтрування, для
катіонітних фільтрів п ступеня
приймається (5 <
< 40) м/год.;
-
рекомендована швидкість фільтрування
для каніонітних фільтрів (Cl - іонітних)
приймається (15-20) м/год.;
-
кількість фільтрів, приймається залежно
від вимог проектованої установки;
якнайменша кількість фільтрів,
= 1.
б) максимальна швидкість, м/год:
де
- максимальна швидкість фільтрування
для катіонітних і аніонітних фільтрів
п ступеня приймається (5 <
< 50) м/год.;
2.6.2 Кількість солей жорсткості А, г-екв/діб., що видаляється на катіонітних фільтрах, визначається з рівняння, г-екв/діб:
де
- (0,1-0,2), мг-екв/л – звичайно на катіонітні
фільтри 2 ступеня поступає вода із
залишковою жорсткістю фільтру до 0,1
мг-екв/л; 0,02 - мг-екв/л -залишкова швидкість
води після катіонітних фільтрів п
ступеня.
2.6.3 Кількість іонів НСО3, що видаляються на аніонітних фільтрах, г-екв/діб., визначається з рівняння, г-екв/діб:
де
- бікарбонатна лужність початкової
води, г/екв-м2.
-
залишкова лужність після Cl – іонування,
г-екв/м2.
2.6.4 Число регенерацій кожного фільтру в добу «n» визначається за формулою:
де
=
300 г-екв/м3
- робоча обмінна здатність катіоніта
(або аніоніта) для фільтрів 2 ступеня.
Далі розрахунок катіонітних фільтрів 2 ступеня ведеться аналогічно розрахунку фільтрів 1 ступеня.
2.7 Підбір обладнання
2.7.1 Підбір деаератора
Захист від корозії поверхонь нагріву теплогенераторів, теплообмінної апаратури і трубопроводів здійснюється видаленням з живильної води парогенераторів і живильної води теплових мереж корозійно-активних газів кисню і вільної вуглекислоти. Для дегазації води в теплогенеруючих установках переважно застосовуються деаератори атмосферного типу, працюючі при абсолютному тиску приблизно рівним 0,12 МПа. За значенням Gg (з розрахунку теплових схем) за табл. 13.2. [5] підбираємо деаератор типу ДСА.
Живильні насоси перекачують живильну воду з деаераторів в теплогенератор. Число живильних насосів в котельні повинно бути не менше двох.
Натиск живильного насоса, МПа:
де
(МПа) - максимальний надмірний тиск в
барабані теплогенератора.
При визначенні продуктивності живильних насосів слід враховувати витрати:
на живлення парових (всіх робітників) теплогенераторів;
- на безперервне продування теплогенераторів;
- на пароохлоджувачі теплогенераторів;
- на редукційно-охолоджувальні і охолоджувальні установки.
По натиску і продуктивності по [5] вибираємо живильні насоси.
2.7.2 Підбір конденсатного насоса
Конденсатні насоси перекачують конденсат з баків або бойлерних установок в деаератор. Кількість встановлюваних конденсатних насосів повинна бути не менше двох.
Продуктивність конденсатних насосів визначається виходячи з максимальної кількості конденсату, але без резерву, м3/год.од:
Натиск конденсатного насоса, МПа:
де
- надмірний тиск в деаераторе (
= 0,02 МПа)
По продуктивності і натиску по [5] вибираємо конденсатні насоси.
2.7.3 Підбір насоса сирої води
Продуктивність насоса сирої води GC3, м3/год. (з розрахунку теплової схеми).
Натиск насоса сирої води повинен забезпечити подачу води через все обладнання водопідготовчої установки, а деаератор з Р = 0,12 МПа, розташованому на відмітці h = 6,5 м (див. креслення по компоновці).
Втрати натиску на водопідготовчій установці складаються з:
втрати натиску у водопідігрівачі сирої води; втрати натиску в катіонітном фільтрі 1 ступеня; втрати натиску в катіонітном фільтрі 2 ступеня; втрати натиску в підігрівачі хімочищеної води; втрати натиску на введенні в деаератор; висота підйому води в деаераційнуколонку; втрати натиску в шайбах витратомірів; втрати натиску в трубопроводах; |
0,04 МПа 0,07 МПа 0,09 МПа 0,04 МПа 0,1 МПа 0,125 МПа (0,015х3)=0,045 МПа 0,03 МПа |
Сумарна втрата натиску: |
0,54 МПа |
Потрібний натиск насоса сирої води з урахуванням натиску на введенні 0,15 МПа складе, МПа:
НСВ = 0,54 – 0,15 = 0,39
Приймаємо до установки по [5] два насоси (один з них резервний).
2.7.4 Підбір мірника розчину солі
Місткість мірника розчину солі приймаємо по більшій витраті солі на регенерацію фільтрів 2 ступеня, м3:
де
– витрата 26%-ного насиченого розчину
солі на одну регенерацію,м3;
1,3 – коефіцієнт запасу місткості.
Висота мірника приймається рівній висоті бункера солі, оскільки мірник наповнюється як судина, що повідомляється, за період міжрегенерації.
Приймається до установки мірник місткістю VМ=0,5 м3 і заввишки h = 2 м.
2.7.5 Підбір резервуару мокрого зберігання солі
Об'єм резервуарів мокрого зберігання солі, м3:
де
- добова витрата солі, кг/діб;
- кількість діб, на яке передбачається запас (10 або 30 діб);
-
кількість діб, на яке передбачений
залишок солі (5-10 діб).
= 97+10,3=107,3 кг/діб
де 97 кг/діб -добова витрата солі на регенерацію фільтрів 1 ступеня;
10,3 кг/діб - добова витрата солі на регенерацію фільтрів 2 ступеня .
Приймаємо до установки, для якого зберігання солі залізобетонний резервуар місткістю VС, м3 і заввишки h = 2 м.
2.7.6 Підбір промивального насоса
Натиск насоса для взрихлюючої промивки катіонітового фільтру можна прийняти 0,1-0,12 МПа.
Продуктивність насоса повинна забезпечити взрихлюючу промивку фільтра:
,
м3/год.од
де i - інтенсивність взрихлюючої промивки фільтрів, л/с· м2;
-
площа фільтрування катіонного фільтру
м2;
Приймаємо до установки один промивальний насос.
2.7.7 Підбір промивального бака
Для розпушування катіоніта в катіонітних фільтрах встановлюється бак, місткість якого рівна, м3:
,
де
– витрата води на взрихляюючу промивку
фільтру, м3/год.од
1,3 – коефіцієнт запасу місткості.
Приймаємо до установки бак, місткістю VП = 14,2, м3 і заввишки h = 2,5 м.