3.7. Расчёт натрий-катионитных фильтров.

И сходные данные:

р.Енисей- место отбора пробы воды (по заданию);

Состав исходной природной воды:

S_ив=117 - сухой остаток, мг/л; Щ_ив =0,5 - щёлочность, ммоль/л; Ж_к= 0,5 жёсткость карбонатная, ммоль/л; Ж₀= 0,55 - жёсткость общая, ммоль/л; содержание катио­нов и анионов, мг/л;

• G_CB =7,64 - расход сырой воды на водоподготовку, м³/ч;

• G_nиm= 15,15 - расход питательной воды, м³/ч;

• S_кв= 4000 - сухой остаток котловой воды, мг/л (см. табл.3.1);

• S_оb = 122 - сухой остаток обработанной воды, мг/л;

• Ж¹_ост= 0,05 ммоль/л - остаточная жёсткость после фильтров I ступени;

- Ж^П_ост = 0,01 ммоль/л - остаточная жёсткость после фильтров П ступени.

3.8. Расчёт фильтров I ступени.

1. Расчёт катионитных фильтров начинаем с подбора диа­метра фильтров по скорости фильтрования. Различают нормаль­ную скорость ω_н - это скорость фильтрования при подключении всех рабочих фильтров и максимальную ω_м - при отключении одного фильтра на регенерацию. Сначала по рекомендации [7, табл.3.2] принимаем скорости фильтрования и определяем площадь фильтрования f из соотношений:

а) по нормальной скорости:

где ω_н=15 - нормальная скорость фильтрования, принимаемая в зависимости от общей жесткости , м/ч (табл. 3.2); G_CB- производитель­ность водоподготовки по расходу сырой воды, м³/ч;f - площадь фильтрования, м²; а – количество работающих фильтров (для I ступени примем а = 2);

б) по максимальной скорости:

Подберем параметры стандартного фильтра: для площади фильтрования f=1,71 м² , выбер­ем по табл.3.3 диаметр d=1,5м и для выбранного фильт­ра делаем уточнение скорости фильтрования:

2. Количество солей жёсткости, удаляемое на фильтрах I ступе­ни, ммоль/сут:

где Ж_о= Ж_ив-0,05=0,55-0,05=0,50 ммоль/л - количество солей жёсткости,

оставленное на катионитном фильтре I ступени,; Ж_ив=0,55 ммоль/л - общая жёсткость воды, поступающей на фильтры I ступени.

3 . Число регенераций каждого фильтра в сутки:

где Н_сл= 2 м - высота катионитного слоя (табл.3.2);Е_Р - рабочая обменная способность катионита для I ступени, моль/м³:

где α_э =0,75- коэффициент эффективности регенерации, учитываю­щий неполноту регенерации катионита в зависимости от удель­ного расхода соли на регенерацию q_c=320 г/моль, определим по табл.3.4; β_Nа=0,7- коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по Са²⁺ и Mg²⁺ за счёт частичного задер­жания катионов Na⁺, где значение β_Na приведено в зависимости от соотношения С² _Na /Ж₀=1,46² /4=0,53 (табл.3.5); C_Na =Na²⁺ /23=33,5/23=1,46 ммоль/л – концентрация натрия в умягчаемой воде; Na ⁺² =33,5 мг/л - содержание ка­тионов натрия в исходной воде (приложение 1.); Е_п - полная обменная способность катионита, которая в зависимости от крупности зёрен сульфоугля принимается равной 260 моль/м³; q_0T=4 м³/м³ -удельный расход воды на отмывку катионита (см. табл. 3.2); 0,5 - доля умягчения отмывочной воды. При расчёте II ступени примем E_р = 150 моль/м³.

4. Расход 100 %-й поваренной соли на одну регенерацию фильт­ра, кг:

где q_с=320 г/моль - удельный расход соли на регенерацию катионита (табл. 3.2).

5.Суточный расход технической соли на регенерацию, кг/сут:

где G_c - расход поваренной соли на одну регенерацию, кг; п - число регенераций в сутки; а - число фильтров I ступени: 93 - содержание NaCl в технической соли, %.

6.Расход воды на одну регенерацию фильтра слагается:

а) из расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра, м³:

где i=4 л/(м² ·c) - интенсивность взрыхляющей промывки; t_взр=15 мин - продолжительность взрыхляющей промывки (табл.3.2);

Таблица 3.2. Технологические данные для расчёта натрий-катионитных фильтров:

Показатель	Фильтры	Фильтры
	Iступени	II ступени
Высота слоя катионита Нсл, м	2-2,5	1,5
Крупность зерен катионита, мм	0,5-1,1	0,5-1,1
Скорость фильтрования нормальная, в
скобках максимальная (при регенерации
одного из фильтров), ωн(ωм), м/ч
при жесткости, ммоль/кг:
до 2,5	25(35)	40(50)
до 5,0	15(25)
до 7,5	10(20)	-
Взрыхляющая промывка катионита
интенсивность i, л/(м2·с)	4*	4
продолжительность tвзр, мин	15	15
Удельный расход поваренной соли на регенерацию сульфоугля, qc, г/моль
при жесткости воды, ммоль/кг:
до 2,5	240-300
до 5,0	240- 400	600-800
до 7,5	340 - 500
до 10,0	400 - 500
Крепость регенерационного раствора b, %	5-8	8-12
Скорость пропуска регенерационного раствора ωрр, м/ч	3-4	3-5
Отмывка катионита от продуктов регенерации:
скорость пропуска отмывочной зоны через катионит ωот, м/ч	6-8	6-8
удельный расход отмывочной воды qот,
м3/м3	4	4
Общая длительность регенерации фильтра Г, ч	2	2

И нтенсивность взрыхления 3 л/(м²·с) принимается при загрузке мелкого катионита с крупностью зёрен 0,3-0,8 мм.

Примечание. Скорости фильтрования менее 5 м/ч допускать не рекомендуется из-за возможного снижения обменной способности катионита. Таблица 3.3

Параметры стандартных фильтров
f,м2	0,39	0,76	1,71	3,15	5,20	6,95	9,1
d, м	0,7	1,0	1,5	2,0	2,6	3,0	3,4

б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора, м³:

где b - концентрация регенерационного раствора, % (см. табл.3.2); ρ_рр - плотность регенерационного раствора, т/м³.

В расчёте примем: для I ступени b = 8%, ρ_рр =1,06 т/м³, для П ступени b = 12%, ρ_рр = 1,086 т/м³;

в)расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенера­ции, м³:

где q_от - удельный расход воды на отмывку, м³/ м³ (см. табл.3.2);

г) расхода воды на одну регенерацию без использования отмывочной воды на взрыхление (собственные нужды), м³:

G_CH = G_B3Р + G_pp + G_0T = 1,4 + 0,27 + 3,12 = 4,79 м³

При использовании отмывочной воды на взрыхляющую про­мывку расход воды на одну регенерацию, м³:

7.Среднечасовой расход воды на собственные нужды, м³/ч:

8.Межрегенерационный период работы каждого фильтра, ч:

где п - количество регенераций каждого фильтра в сутки; t_рег - время регенерации фильтра, мин;

Здесь t_взp — время взрыхляющей промывки, мин; t_рр - время про­пуска регенерационного раствора через фильтр, мин;

Здесь G_pp - количество регенерационного раствора, м³; ω_рр= 4 м/ч - скорость отмывки (см. табл. 3.2); t_0T - время отмывки фильт­ра от продуктов регенерации, мин;

9. Количество одновременно регенерирующих фильтров: