Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 1700

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
1.81 Mб
Скачать

4.1.5. Определение расходов воды по различным направлениям

Расходы потоков воды (рис. 14), направляемых для осветления и умягчения (известково-содовое умягчение), определяются следующим образом:

3

Qпр.=900 м /сут.

Qобщ. Qосв. Qум.

Qх.п.=14100 м3/сут.

Рис. 14. Схема распределения потоков воды:

1 – осветлители со взвешенным осадком для осветления воды; 2 – осветлители со взвешенным осадком для осветления и умягчения воды; 3 – скорые фильтры

Количество умягчаемой воды находится по формуле [14]:

,

где Жо исх − общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; Жос−общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л; Жу − жесткость умягченной воды, мгэкв/л.

Расход воды, который должен пройти умягчительные сооружения (вода, идущая на хозяйственно-питьевые нужды):

Qум= 14100*0,63=8900 м3/сут.

Общий расход умягчаемой воды известково-содовым способом с учетом расхода воды на второй поток

Q=8900 + 900=9800 м3/сут., или 408 м3/ч.

Дальнейшие расчёты будут касаться только катионитового умягчения. Расчёт сооружений, применяёмых для известково-содового умягчения,

в данном пособии не рассматривается.

31

4.1.6. Выбор способа умягчения

Анализ солевого состава воды (пп. 3.2.1) показывает, что сумма хлоридов и сульфатов (4,3+5,17)>4 мг-экв/л и сумма [Na+]>2 мг-экв/л. При данных условиях [14, табл.15.30] принимаем последовательное водород-натрий-катионирование со второй ступенью Nа-катионитовых фильтров (рис. 15).

900 м3/сут.

 

793 м3/сут.

Na-I

 

Na-II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

900 м3/сут.

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

H-I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107 м

3/сут.

 

 

 

Рис. 15. Схема H-Na последовательного катионирования

Расход воды, подаваемой на Н-катионитовые фильтры, определяем по формуле [14]:

 

 

 

 

 

 

.

(7)

 

 

 

 

где

и

− соответственно полезная производительность

Н-катионитовых фильтров и полная производительность установки, м3/сут.; Щ − щелочность исходной воды, мг-экв/л; а − требуемая щелочность умягченной воды, мг-экв/л; А − суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), мг -экв/л.

4.1.7.Расчёт Na-катионитовых фильтров II ступени

Вкачестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь с крупно-

стью зерен от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная обменная емкость катионит сульфоугля 500 г-экв/м3. Расчёт осуществляется в следующем порядке.

Рабочая обменная емкость Naкатионита в фильтрах II ступени определяется по формуле

Eраб

NaII

(8)

э Na Eпол .

32

При расходе соли на регенерацию катионита 300 г/л-экв поглощенных катионитов жесткости согласно табл. 2 α = 0,9.

Коэффициент βNa учитывает снижение обменной емкости катионита по Ca2+ Mg2+ вследствие частичного задержания ионов Na+. Значение βNa принимается по табл. 3.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Значения коэффициента αэ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Удельный расход соли Dc на

 

 

 

 

 

 

 

 

регенерацию катионита в грам-

 

 

 

 

 

 

 

 

мах на 1 кмоль рабочей обмен-

100

150

200

250

300

 

400

 

ной способности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент эффективности

 

 

 

 

 

 

 

 

регенерации αэ

0,62

0,74

0,81

0,86

0,90

 

0,91

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

Значения коэффициента βNa

СNa2 // Жф

0,01

 

0,03

 

0,05

 

 

0,1

 

 

 

0,3

 

1

 

2

3

5

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

βNa

0,93

 

0,9

 

0,88

 

 

0,83

 

0,70

 

0,65

 

0,60

0,57

0,54

 

0,50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

9,7972

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При значении

 

С NaI

 

379( 10)

βNa определяется по формуле

 

 

Ж ф Na

0,253

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,5

C 2 Na

 

1

2

 

C 2 Na

 

1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na

 

CCa

 

 

CCa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где C 2 Na , CCa - содержание соответственно ионов Na+ и Ca2+ в воде, поступающей на Na-катионитовые фильтры II ступени,

 

1

0,5

9,7972

1

2

0,001

1

 

0,50 мг-экв/л;

Na

 

 

 

 

0,001

 

9,7972

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

NaII

0,9 0,5 500

225

г-экв/м3 .

 

раб

 

 

33

Объем катионита в фильтрах

WNaII

16qч Жф

 

qсут Жф

 

900 0,253

4,82

 

 

 

n E NaII раб.

 

n E NaII раб.

0,21 225

3

 

 

 

 

м

,

(10)

 

 

 

 

 

 

 

где qч – часовой расход установки, м3/ч; qсут =900, м3/сут – суточный расход умягчаемой воды; n - число регенераций каждого фильтра в сутки, n = Т/t + t1; Т – продолжительность работы станции в течение суток (16 ч); t – полезная продолжительность фильтроцикла, определяемая по формуле

 

E

раб NaII

H

2

 

 

t

 

 

 

0,025d80

ln Жф ; ;

(11)

 

Жф

 

 

 

 

 

 

 

H=1,5 м – толщина слоя катионита в фильтре; - расчётная скорость фильтрования (м/ч), должна быть не более 60 м/ч [14]; предположительно принимаем

V=20 м/ч; Жф – жесткость воды, поступающей на фильтр II ступени, Жф=0,253 мгэкв/л; d80 – 80-процентный калибр зерен катионита (мм), d80=0,8мм;

t

225 1,5

 

0,025 0,81ln 0,253 75,33 0,02

75, ч ;

 

 

20 0,253

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1 - продолжительность всех операций регенерации фильтра (ч), t1 =1,5ч, тогда

 

 

 

 

n

16

 

0,21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75,4

1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь фильтров равна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

WNaII

 

 

4.82

3,2 м2.

 

 

 

 

H

1.5

(12)

Принимаем к установке 2 рабочих Naкатионитовых фильтра Д=1,5 м (Fф=1,77 м2), выпускаемых Бийским котельным заводом [14, табл. 15.33], шифр ХВ-041-2.

Проверим действительность скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qч

,

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

N

Fф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qсут

 

 

 

 

 

900

 

 

3

q

ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57.32,

м /ч;

T nt1

16

 

0.21 1.5

 

 

 

 

 

N - количество рабочих фильтров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57,32

 

16,2 м/ч < 60 м/ч;

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1,77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

 

 

 

при регенерации одного из фильтров

 

57,32

32,4

м/ч < 60 м/ч.

ф

 

 

1 1,77

 

 

 

 

 

Фактическое количество регенераций каждого из фильтров в сутки

t

225 1,5

0,025 0,8

2

ln 0,253 93,0 0,02 93

ч.

 

 

16,2 0,253

 

 

 

 

 

 

С точки зрения эксплуатации установки желательно принимать время работы ее равным целому числу суток, т. е. в нашем случае t=6 сут (96 ч), из которых полезное время работы будет составлять 94,5 ч, а время регенерации 1,5 ч.

При этом

n

16

 

0,167.

 

 

94,5

1,5

 

 

 

Так как установка работает не круглосуточно (Т=16 ч), то фильтры не предусматриваются.

4.1.8. Определение расхода поваренной соли для регенерации Na-катионитовых фильтров II ступени

Расход соли для регенерации одного Na-катионитового фильтра II ступени определяется по формуле

Pc

Cкат a

,

1000

 

(14)

где Cкат - количество поглощенных катионов жесткости за фильтроцикл,

C

 

F

t Ж na

Ж NaII

 

кат

ф

ф

ф

16.2 1.7794.5 0.253 0.059 525.7 мг-экв/л;

a - удельный расход соли, a =300 г/г-экв.

При указанных данных

P

25,7 300

157,71 кг.

c

1000

 

Суточный расход соли для всех фильтров равен

Pсут

Pc n N

157,71 0,167 2

0,053

1000

 

1000

 

 

Запас соли на 30 суток ([8])

Pз" Pсут Т 0,05330 1,59

т. (15)

т.

35

4.1.9. Определение расходов воды на собственные нужды Na-катионитовых фильтров II ступени

Определение расходов воды на взрыхление

Расход воды на взрыхление катионита одного фильтра

 

qвзр

Wвзр Fф tвзр 60

4 1.77 15 60

6,37

 

 

 

1000

 

1000

м3

(16)

 

 

 

 

где W

- интенсивность взрыхления, принимаемая равной W

 

4 л/с м2 при круп-

взр

 

 

 

взр

 

ности зерен катионита 0,5÷1,1 мм [14]; tвзр = 15 мин – продолжительность взрыхления.

Часовой расход воды равен

qвзр" Wвзр Fф 4 6,37 25.48 м3/ч.

Необходимое среднесуточное количество воды для взрыхления катионита в фильтрах равно

Qвзр qвзр N n 6,37 2 0,167 2,13 м3/сут.

Определение расходов воды на отмывку катионита

Расход воды на отмывку катионита одного фильтра после его регенерации

q

отм

q

уд

F

 

H

5 1,77 1,5

13,28 м3,

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где qуд - удельный расход воды на отмывку катионита при продолжительно-

сти отмывки 45 мин равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qотм

60

 

13,28 60

 

3

 

qотм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17,7 м

/ч.

 

 

 

tотм

 

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость фильтрования при отмывке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qотм

17,7

10

м/ч.

 

 

 

отм

 

Fф

 

1,77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По п. 6.289 [14] скорость должна составлять 8-10 м/ч.

Среднесуточное количество воды для отмывки катионита в фильтрах определится из выражения

Qотм qотм n N 13,280,1672 4,44 м3/сут.

Первая половина общего расхода воды при отмывке отводится в специальные баки или в канализацию (2,31 м3/сут. ), вторая половина направляется в баки

отмывочной воды для дальнейшего использования на взрыхление катионита (2,31 м3/сут.).

36

Отмывка производится фильтратом I ступени [14].

Расход воды для приготовления 5%-го раствора NaCl

Расход воды для приготовления 5-процентного раствора NaCl определяется по формуле

q рс

Pc

S

157,71 19

3,0

 

 

 

 

 

 

(17)

 

1000

 

1000

м3,

где S - расход воды на растворение 1 кг технической соли для приготовле-

ния 5%-го раствора NaCl, S=19 л.

 

 

 

 

 

 

 

Суточный расход воды Qр с равен

 

 

 

 

Qрс qрс n N

3,00 0,167 2

1,00 м3/сут.

 

Для растворения поваренной соли и промывки солерастворителя используется неумягченная вода. Расчёт расхода воды для промывки солерастворителя см.

пп. 4.1.14.

4.1.10.Расчёт Na-катионитовых фильтров I ступени

Вкачестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь

скрупностью зерен от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная обменная емкость сульфоугля – 500 г-экв/м3 (табл. 15.39 [14]).

Рабочая обменная емкость Na-катионита в фильтрах I ступени определяется по формуле

E NaI раб э Na Nпол 0,5qуд Ж, м3 / сут. .

(18)

где э 0,74 при расходе соли на регенерацию катионита 150 г/г-экв поглощенных

катионов жесткости [14];

Na

при

 

CNa2 сa

 

9,62

 

 

 

204

(полученное значение больше

 

Жсм

0,452

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10) находится по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CCa

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0,5

CNa

 

1

 

2

 

1

 

 

 

Na

 

 

CCa

 

CNa

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,5

 

9,62

 

1

 

 

2

0,0015

1

0,50;

(19)

 

0,0015

 

 

 

9,62

 

 

 

 

qуд 5 м/3м3 катионита [8];

 

Жсм

0,452 мг-экв/л=0,452 г-экв/м3,

 

E NaI раб

0,74 0,50 500

0,5 5

0,452

 

 

184 г-экв/м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем катионита в фильтрах равен

 

 

 

 

 

 

 

 

WNaI

qсут

Жсм

,

 

 

 

 

 

 

 

 

n E

рабNaI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где q

сутI

q

сутII

q

NaII

900

4,44

1,00 905,44 м3/сут.

 

 

 

сI

 

 

 

 

 

 

 

qсутI , qсутII

 

производительность Na-катионитовых фильтров соответственно

I и II ступеней м3/сут.;

qсн

5,44

м3/сут. – расход умягченной воды на собственные

нужды Na-катионитовых фильтров, равный расходу воды на отмывку катионита в фильтрах II ступени (4,44 м3/сут.) и приготовление 5%-го регенерационного раствора (1,00 м3/сут.); n – число регенераций каждого фильтра в сутки; так как фильтры работают не круглосуточно, принимаем предварительно n=0,5.

Тогда

 

 

 

 

WNaI

905,44 0,452

4,45м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 184

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь фильтров равна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

WNaI

 

4.45

2.23, м2

(21)

 

 

 

H

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где H

2 м – высота слоя катионита в фильтре [8].

 

 

 

Принимаем к установке

2

 

 

рабочих Na-катионитовых фильтра Д-1,5 м

(Fф=1,77 м2), выпускаемые Бийским котельным заводом [14, табл. 15.33].

 

Проверим действительные скорости фильтрования при нормальном и фор-

сированном режимах. При нормальном режиме

 

 

 

 

 

 

 

qчас

 

 

59,32

 

16,8

м/ч < 25,

 

н

 

N Fф

 

2 1,77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

qчас

 

qсут

 

 

 

 

 

 

905.44

 

 

59.32

м3/ч ;

Т

nt1

 

16

0.5 1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при регенерации одного из фильтров (форсированном режиме)

59,32 ф 11,77 33,5 м/ч.

Фактическое количество регенераций каждого из фильтров в сутки

38

t

E NaI

раб

H

0,025d802 ln Жсм

 

184 2

 

0,025 0,82 ln 0,452 48,5ч .

(22)

 

Жсм

16,8 0,452

 

 

 

 

 

С точки зрения эксплуатации установки принимаем время работы ее равным целому числу суток, т. е. t=3 cут. (48 ч), из которых полезное время работы будет составлять 46,5 ч, а время регенерации – 1,5 ч. Тогда

n

16

 

0,333.

 

 

46,5

1,5

 

 

Так как установка работает некруглосуточно (Т=16 ч), то резервные фильтры не предусматриваются.

4.1.11. Определение расхода поваренной соли для регенерации Na-катионитовых фильтров I ступени

Расход соли для регенерации одного Na-катионитового фильтра I ступени определяется по формуле

Pc

Fф H EрабNaI a

1,77 2 184 150

97,7, кг

(23)

1000

 

1000

 

 

 

 

 

где a 150 г/г-экв – удельный расход соли [14]. Суточный расход соли для всех фильтров равен

Pcуу

Pс n N

 

97,7 0,333 2

0,065, т

(24)

1000

1000

 

 

 

Запас соли на 30 суток [8]

Pз Pсут Т 0,06530 1,95, т.

4.1.12. Определение расходов воды на собственные нужды Na-катионитовых фильтров I ступени

Определение расходов воды на взрыхление

Расход воды на взрыхление катионита одного фильтра

 

W

F t

взр

60

4 1,77 15 60

 

 

q

 

взр

ф

 

 

 

 

 

6,37, м3

(25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

взр

 

 

1000

 

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

4 л/с м2,

t

взр

25,48 мин.

 

 

 

взр

 

 

 

 

 

 

 

 

Часовой расход воды равен

39

 

qвзр 60

3

qвзр

 

 

6,37 4 25,48 м /ч.

15

 

 

 

 

Необходимое среднесуточное количество воды для взрыхления катионита в фильтрах равно

Q

q N n 6,37 2 0,333 4,25, м3

/ сут.

взр

взр

 

Определение расходов воды на отмывку катионита

Расход воды на отмывку катионита одного фильтра после его регенерации

равен

qотм qуд Fф H 5 1,77 2 17,7 м3.

Часовой расход воды на отмывку катионита при продолжительности отмывки 1 час составит

 

 

qотм 60

17,7 60

 

 

3

qотм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17,7

м /ч.

 

 

60

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость фильтрования при отмывке

 

 

 

 

 

 

 

qотм

17,7

 

10

м/ч.

 

отм

 

Fотм

 

1,77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По [14] скорость должна составлять 8-10 м/ч.

 

Среднесуточное количество воды для отмывки катионита в фильтрах равно

Qотм qотм N n 17,7 0,3332 11,80 м3/сут.

Первая половина общего расхода воды при отмывке отводится в специальные баки или в канализацию (7,55 м3/сут.), вторая половина направляется в баки отмывочной воды для дальнейшего использования на взрыхление катионита (4,25 м3/сут) .

Отмывка производится неумягченной водой.

Определение расхода воды для приготовления 5%-го раствора NaCl

Расход воды для приготовления 5%-го раствора NaCl определяется по фор-

муле

qо р.с

Pс S

 

97.7 19

1.86 м3,

1000

 

1000

 

 

 

 

где S 19 л на 1 кг технической соли.

40