- •Технологические данные для расчета осветлительных фильтров [3, 8]
- •Таблица 2.3
- •Площадь фильтрования стандартных фильтров [9]
- •Таблица 2.11
- •Значение полной обменной способности катионитов
- •Таблица 2.12
- •Таблица 2.14
- •Коэффициент снижения обменной емкости катионита [3]
- •Таблица 2.17
- •Таблица 2.18
- •Показатели качества исходной воды
- •Органические вещества
- •Жесткость общая
- •Кальций – ионы
- •Магний – ионы
- •Свободная углекислота
- •в котором Еп – полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, принимаемая по заводским данным согласно табл. 2.11.
- •Технологические данные для расчета осветлительных фильтров [3]
- •Таблица 2.23
- •Площадь фильтрования стандартных фильтров [9]
- •Таблица 2.24
- •Показатель
- •Таблица 2.27
- •Показатели качества исходной воды
- •Сухой остаток
- •Окисляемость; мгО2/дм3
- •Общая жесткость
- •Карбонатная жесткость
- •Некарбонатная жесткость
- •Бикарбонат – ионы
- •Сульфат – ионы
- •Хлорид – ионы
- •Бисиликат – ионы
- •Натрий – ионы
- •Свободная углекислота
- •*В пересчете на бикарбонат – ионы
- •Таблица 2.28
- •Таблица 2.29
- •Таблица 2.30
- •Таблица 2.31
- •Таблица 2.36
- •Показатели качества исходной воды
- •Окисляемость; мгО2/л
- •Общая жесткость
- •Карбонатная жесткость
- •Некарбонатная жесткость
- •Бикарбонат-ионы
- •Сульфат-ионы
- •Хлорид-ионы
- •Бисиликат-ионы
- •Кальций
- •Магний
- •Натрий-ионы
- •Свободная углекислота
- •*В пересчете на бикарбонат-ионы
- •Плотность водных растворов солей, кислот, щелочей
Н-катионитовый фильтр первой ступени – 30 м/ч; Н-катионитовый фильтр второй ступени – 50 м/ч.
Принимаем скорость фильтрования на второй ступени Н- катионирования равной w = 50 м/ч.
4.Из существующих стандартных фильтров выбираем фильтр с площадью фильтрования f = 5,3 м2.
5.Необходимое количество фильтров «а», находящихся в работе в данной ступени ионирования, определяется выражением:
а = F / f = 5,02 / 5,3 ≈ 1.
Принимаем к установке во второй ступени ионирования 2 фильтра,
у которых: |
|
диаметр – D = 2600 мм; |
– f = 5,3 м2; |
площадь фильтрования |
|
высота слоя загрузки |
– Нсл = 1,5 м. |
Один из установленных фильтров – резервный.
6. Марки загружаемых катионов выбираются в соответствии с рекомендациям, табл. 2.29 [1, 3].
Таблица 2.29
Рекомендуемые марки катионитов при ступенчатом водород-катионировании [1, 3]
Состав исходной воды, мг-экв/дм3 |
Рекомендуемый катионит |
|
|
На первой ступени |
На второй ступени |
Na+ ≤ 1 ; ΣΑ с.к ≤ 3 |
Сульфоуголь СК-1 |
Сульфоуголь СК-1 |
Na+ ≤ 1; ΣΑ с.к = 3 … 5 |
Сульфоуголь СК-1 |
КУ-2 |
ΣΑ с.к ≥ 5 |
КУ-2 |
КУ-2 |
Примечание: ΣΑ с.к – суммарная концентрация анионитов сильных кислот.
Выбираем в качестве фильтрующего материала сульфоуголь со следующими технологическими характеристиками [14, 3]:
Епол сульфоугля в Н-форме, г-экв/м3 – 200; Размер зерен, мм – 0,3…1,5.
7. Рабочая обменная способность катионита при водород-катиони- ровании определяется из уравнения:
Eнp = α Епол – 0,5 qотм (Жо + СNa) =
= 0,75 200 – 0,5 10 0,25 = 150 г-экв/м3, |
(2.15) |
где в этом выражении α – коэффициент эффективности регенерации во- дород-катионита, определяемый по табл. 2.30.
85
Таблица 2.30
Коэффициент эффективности регенерации водород-катионитовых фильтров [3]
Удельный расход |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
130 |
серной кислоты на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
регенерацию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
катионита, qк, г/г-экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
0,68 |
0,71 |
0,75 |
0,78 |
0,82 |
0,85 |
0,86 |
0,87 |
0,89 |
Расход серной кислоты на регенерацию фильтров первой ступени составляет до 55…70 г/г-экв, а фильтры второй ступени требуют порядка 70…100 г/г-экв кислоты [4]. Принимаем расход серной кислоты на регенерацию водород-катионитовых фильтров второй ступени равным
70г/г-экв. При этом коэффициент эффективности регенерации составит
α= 0,75, табл. 2.30.
8.В формуле (2.15) qотм – удельный расход воды на отмывку катионита; принимается равным qотм = 10 м3/м3 согласно данным табл. 2.31.
Втом же выражении (2.15):
Жо – общая жесткость воды, поступающей на фильтры второй ступени, предполагается, что катионов кальция и магния в воде не будет, а СNa – концентрация натрия в обрабатываемой воде, г-экв/м3.
9. После установления рабочей обменной емкости рассчитывается количество катионов, удаляемых на водород-катионитовых фильтрах второй ступени:
Ак = 24 (Σ Кат – Naост) Qн = 24 (0,25 – 0) 251 = 1506 г-экв/сут,
где Σ Кат – содержание катионов, поступающих на водород-катионито- вые фильтры, г-экв/м3;
Naост – остаточное содержание натрия в обессоленной воде, г-экв/м3.
10. При этом число регенераций водород-катионитовых фильтров составит:
n = Ак /( f Нсл Eнp а) = 1506 / 5,3 1,5 150 1 ≈ 1 раз в сутки.
Число регенераций должно соответствовать рекомендациям табл. 2.31, т. е. не менее одного и не более трех раз в сутки.
11. Определяется расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию фильтров:
Qк = (qк f Нсл Eнp ) /1000 = (70 5,3 1,5 150) / 1000 = 84 кг,
где qк – удельный расход серной кислоты, принятый равным 70 г/г-экв.
86
|
Таблица 2.31 |
Технологические данные при водород-катионировании [3] |
|
|
|
Показатель |
Нормативные данные |
1 |
2 |
Количество устанавливаемых фильтров, шт |
не менее 3 |
– работающих |
|
– резервных |
1 |
Количество регенераций каждого фильтра в сутки |
не менее 1 и не более 3 |
Взрыхление катионита: |
|
– интенсивность, л/(с м2) |
по рис. 4.5 |
– продолжительность, мин |
15…30 |
|
|
Концентрация регенерационного раствора, %: |
1,5…2,0 |
– при загрузке сульфоуглем |
|
– при загрузке катионитом КУ-2 |
Нарастающей концентрацией |
– скорость пропуска раствора, м/час |
1 → 3 → 6 |
10 |
|
Расход воды на отмывку катионита, м3/м3: |
5 |
– сульфоуголь при «голодном» режиме регенера- |
|
ции; |
|
– то же при одноступенчатом водород-катиониро- |
5 |
вании; |
|
– то же при двухступенчатом водород-катиониро- |
10 |
вании; |
|
– катионит КУ-2 при одноступенчатом водород- |
6,5 |
катионировании; |
|
– то же при двухступенчатом водород-катиониро- |
12,0 |
вании |
|
12. При этом расход технической 92%-й серной кислоты определяем по формуле:
Qк.т = (Qк n а 100)/(с 1000) = (84 1 1 100)/(92 1000) = 0,1 т/сут,
где «с» – содержание H2SO4 в технической серной кислоте (не менее
92%).
13.Расход технической серной кислоты в месяц составит:
Qк.мес = 0,1 30 = 3 т/мес.
87
i, л/с м2 5 |
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
1,2 |
d, мм
Рис. 2.5. К таблице 2.31 график для определения необходимой интенсивности взрыхления катионита в зависимости от диаметра зерен катионита [3]:
1 – при температуре 5 ºС; 2 – при температуре 20 ºС
14. Расход воды на одну регенерацию фильтра слагается из: а) расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра
Qвзр =(i f 60 tвзр)/1000 = (4 5,3 60 30)/1000 = 38,2 м3,
где i – интенсивность взрыхляющей промывки, которая принимается по рис. 2.5: i = 4 л/ (с м2) при t = 20 ºС и d = 1 мм;
tвзр – продолжительность взрыхляющей промывки, которая принимает-
ся по табл. 2.31: t взр = 30 мин;
б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора, м3, определяемого по формуле:
для сульфоугля:
Qр.р = (Qк 100)/(1000 b ρр.р) = 84 100/1000 1,5 1 = 5,6 м3 ;
для катионита КУ-2:
Qр.р = (Qк 100)/1000 [(0,4/ρ1) + (0,3/3ρ3) + (0,3/6ρ6)], м3,
где b – концентрация регенерационного раствора, %, которая при загрузке сульфоуглем принимается равной 1,5…2 %, табл. 2.31; ρр.р – плотность регенерационного раствора, имеющего данную концентрацию, принимается согласно данным (Приложение 3);
ρ1, ρ3 , ρ6 – соответственно, плотности 1–3%-х и 6%-х растворов, т/м3; 0,4; 0,3; 0,3 – доля общего расхода H2SO4 на регенерацию;
в) расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации соста-
вит: Qотм = qотм f Нсл = 10 5,3 1,5 = 80 м3.
Расход воды на одну регенерацию слагается из следующих составляющих и равен:
88
Qн = Qвзр + Qр.р. + Qотм = 38,2 + 5,6 + 80 = 124 м3.
15. Суточный расход воды на регенерацию всех фильтров определится из соотношения:
Qн(сут) = Qн n а = 124 1 1 = 124 м3.
16. Тогда потребный среднечасовой расход на собственные нужды
водород-катионитовых фильтров второй ступени составит: Qс.н(час) = 124 / 24 ≈ 6 м3/ч.
2.10.4.Расчет водород-катионитовых фильтров первой ступени
1. Нагрузка водород-катионитовых фильтров первой ступени с учетом расхода части фильтрата на собственные нужды Н-катионито-
вых фильтров второй ступени равна:
QнI = 251 + 6 = 257 м3/ч.
В фильтры первой ступени будет поступать вода, прошедшая предварительные Н-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией и характеризующаяся следующими средними показателями, раздел 2.9.1,
пункт 2, 3; табл. 2.32.
Таблица 2.32
Показатели качества воды, поступающей на водород-катионитовые фильтры первой ступени
Показатель |
|
|
|
Концентрация |
|
Общая жесткость |
Жо |
|
1,2 |
мг-экв/дм3; |
|
Жесткость карбонатная |
Жк |
|
0,7 |
мг-экв/дм3; |
|
Жесткость некарбонатная |
Жн.к. |
|
0,5 |
мг-экв/дм3; |
|
Содержание ионов натрия |
СNa |
|
1,0 |
мг-экв/дм3; |
|
Сумма сульфат-ионов и |
Σ(SO |
2− |
+ Cl− )= 1,5 мг-экв/дм3. |
||
хлорид-ионов |
|
4 |
|
|
|
2.Скорость фильтрования для первой ступени может составлять 30 м/ч [9]. Выберем скорость фильтрования w = 15 м/ч.
3.Общая площадь фильтрования F при выбранной скорости фильт-
рования w = 15 м/ч составит:
F = QнI / w = 257 / 15 = 17,13 м2.
4. С учетом площади фильтрования f единичного фильтра, равной f = 7,1 м2, рассчитывается необходимое количество фильтров «а»:
а = F/f = 17,13/7,1 = 2,5.
Принимаем к установке четыре фильтра, три из них будут находиться в работе, а один из них – резервный. Параметры фильтров:
диаметр фильтра – D = 3000 мм;
89
высота слоя загрузки – Нсл = 1,8 м; площадь фильтрования – f = 7,1 м2.
5.В качестве фильтрующего материала принимается сульфоуголь в Н-форме, руководствуясь положениями табл. 2.29.
6.Рабочая обменная способность катионита при водородкатионировании с частичным удалением натрия определяется из выражения [1]:
Ер = α Епол – 0,5 q (Жо + СNa) =
= 0,71 200 – 0,5 10 (1,2 + 1,0) = 130 г-экв/м3,
где q – удельный расход воды на отмывку катионита, принимается по табл. 2.31;
α – коэффициент эффективности регенерации, зависящий от удельного расхода серной кислоты на регенерацию qк. Принимается по табл. 2.30 и при qк = 60 г/г-экв коэффициент эффективности равен α = 0,71.
7. Число регенераций каждого фильтра определяется по соотношению:
n = [24 Qн (Жо – Жост)]/( f Нсл Ер а) =
= [24 257 (1,2– 0)] / (7,1 1,8 130 3) = 2,
где Жост – остаточная жесткость после водород-катионитных фильтров первой ступени.
8.В периоды регенераций из трех работающих фильтров I ступени
вполезной работе будут два фильтра.
Скорость фильтрования в межрегенерационный период определяется следующим образом:
wмин = Qн /( f а) = 257/(7,1 3) = 12 м/ч;
в регенерационный период скорость фильтрования равна: wмакс = 257/(7,1 2) = 18 м/ч.
9. Расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию составит:
Qк = (qк f Нсл Ер)/1000 = 60 7,1 1,8 130/1000 = 100 кг,
где qк – удельный расход кислоты на регенерацию, равный 60 г/г-экв, выбираемый для фильтров I ступени из диапазона 55…70 г/г-экв [9].
10. Суточный расход технической 92%-й серной кислоты определяется по формуле:
Qк(сут) = (Qк n а 100)/(с 1000) = (100 2 3 100)/(92 1000) = 0,7 т/сут. 11. Расход технической серной кислоты в месяц составит:
Qк(мес) = 0,7 30 = 21 т/мес.
12. Расход воды на взрыхляющую промывку равен:
Qвзр = (i f 60 tвзр)/1000 = 4 7,1 60 30 / 1000 = 51,2 м3,
90
где i, tвзр – интенсивность и продолжительность взрыхляющей промыв-
ки, соответственно, равные i = 4 л/с м2 (рис. 2.5); tвзр = 30 мин
(табл. 2.31).
13. Расход воды на приготовление регенерационного раствора, м3: Qр.р = (Qк 100)/(1000 b ρ р.р.) = (100 100) / (1000 2 1) = 5 м3,
где b – концентрация регенерационного раствора, b = 1,5…2 %;
ρр.р – плотность 2%-го регенерационного раствора, которая принимается по данным Приложения 3.
14. Расход воды на отмывку катионита составляет:
Qотм = qотм f Нсл = 10 7,1 1,8 = 128 м3,
где qотм – удельный расход воды на отмывку катионита, принимаемый в соответствии с табл. 2.31 равным qотм = 10 м3/м3.
15. Тогда расход воды на одну регенерацию с учетом использова-
ния отмывочной воды на взрыхление составит:
Qн = Qвзр + Qр.р. + Qотм – Qвзр = 51,12 + 5 + 128 – 51,12 = 133 м3.
16. Устанавливается суточный расход воды на регенерацию всех фильтров:
Qн(сут) = Qн n a = 133 2 3 = 798 м3/сут.
16. Среднечасовой расход воды на собственные нужды водород-ка- тионитовых фильтров I ступени будет равен:
Qн(час) = 798 / 24 = 33,25 м3.
Принимаем с запасом расход воды на собственные нужды фильтров первой ступени Qс.н(час) = 34 м3.
2.10.5. Расчет предварительных водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией
Среднечасовой расход предварительно Н-катионированной воды должен обеспечивать требуемую производительность обессоливающей установки и собственные нужды Н-катионитовых и анионитовых фильтров в количестве
1.Qгол = Q + Q с.н(А) + Qс.н(НI) + Qс.н(НII) = 200 + 51 + 6 + 34 = 291 м3/ч.
2.Предварительные Н-катионитовые фильтры должны обеспечивать
подачу воды в открытую теплосеть в размере 600 м3/ч.
ИТОГО: Qгол = 291 + 600 = 891 м3/ч.
1. Оценивается общая площадь фильтрования: F = Qгол / w = 878 / 20 = 44 м2,
91
где w – скорость фильтрования, которая, исходя из опыта эксплуатации водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией, находится в диапазоне значений 10…20 м/ч [9].
Принимаем скорость фильтрования равной w = 20 м/ч.
2. При известной общей площади фильтрования, зная характеристику стандартного фильтра, можно рассчитать необходимое количество фильтров по соотношению:
а = F/f = 44 / 9,1 = 5 штук,
где f – площадь фильтрования стандартного водород-катионитоваго фильтра при «голодной» регенерации, устанавливаемая по табл. 2.16.
3.Полагая, что при средней длительности каждой регенерации 2…2,5 часа одновременно будут находиться в регенерации два предварительных Н-катионитовых фильтра и один Н-катионитовый фильтр должен быть в резерве (для гидроперегрузки и подключения в работу на время ремонта одного из фильтров), принимаем к установке 8 предварительных Н-катионитовых фильтров с параметрами, табл. 2.16:
диаметр фильтра – D = 3400 мм.
высота слоя – Нсл = 2,5 м. площадь фильтрования – f = 9,1 м2.
4.Карбонатная жесткость (щелочность) артезианской воды при прохождении через предварительные Н-катионитные фильтры, отреге-
нерированные теоретически необходимым количеством серной кислоты, будет снижаться в среднем с 5,5 до 0,7 мг-экв/дм3 для данного качества воды.
При этом количество солей жесткости, удаляемых на фильтрах, определяется по формуле [1]:
Агол = 24 Qгол (Жк – Жк.ост) = 24 891 (5,5 – 0,7) = 102643,2 г-экв/сут. 5. Рабочая обменная способность сульфоугля при водород-катиони-
ровании с «голодной» регенерацией принимается по табл. 2.17 по параметрам «К» и «А».
Для этого рассчитываются:
характеристики катионного состава исходной воды «К»:
К= Na+ / Жо = 1 / 6 = 0,17
ихарактеристики анионного состава исходной воды «А»:
А = HCO3¯/ (CI¯ + SO4 2¯ )= 5,5 / (0,5 + 1) = 3,67.
Для исходной воды данного состава при 0 ≤ К ≤ 1; 10 ≥ А ≥ 1 рабочая обменная способность сульфоугля принимается равной
92
Eголp = 300 г-экв/м3, табл. 2.17.
6.При этом число регенераций каждого фильтра в сутки составит: n = Агол /(f Нсл Eголp а) = 102643,2 / 9,1 2,5 300 5 = 3.
7.Расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию определяется по уравнению:
Qголк = (qк f Нсл Eголp )/1000 = (45 9,1 2,5 300)/1000 = 307 кг,
где qк = 45 г/г-экв – удельный расход серной кислоты при «голодном» режиме регенерации, который принимается по табл. 2.17.
8. Расход технической серной кислоты на регенерацию работающих фильтров в сутки составит:
Qктезн(гол) = (Qголк n а 100) /с = (307 3 5 100) / 92 = 5005 кг/сут,
где «с» – содержание H2SO4 в технической серной кислоте, используемой для энергетических целей (не менее 92 %).
9. Расход воды на взрыхление каждого фильтра равен:
(при интенсивности взрыхления 4 л/с м2 и длительности взрыхления, равной 30 мин)
Qвзр = (i f 60 tвзр) / 1000 = 4 9,1 60 30 / 1000 = 65,5 м3.
10. Потребный расход воды на приготовление 1,5%-го регенерационного раствора кислоты на одну регенерацию составит:
Qр.р = ( Qголк 100)/(1000 b ρ) = (307 100)/(1000 1,5 1,0085) ≈ 24 м3.
11. Расход воды на отмывку сульфоугля определится:
Qотм = qотм f Нсл = 5 9,1 2,5 = 114 м3
(при удельном расходе воды на отмывку катионита qотм = 5м3/м3).
12. Расход воды на одну регенерацию равен:
Qс.н = Qвзр + Qр.р + Qотм = 65,5 + 24 + 114 ≈ 204 м3.
13. Среднечасовой расход воды на собственные нужды предварительных Н-катионитовых фильтров с «голодным» расходом кислоты:
Qс.н(час) = (Qс.н n a)/24 = 204 3 5 / 24 = 128 м3/ч.
Таким образом, часовая нагрузка на предвключенные водород-
катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией равна: Qгол(час) = 891 + 128 = 1019 м3/ч.
2.10.6. Пример расчета декарбонизатора
Концентрация растворенного в воде улекислого газа СО2 является технологическим показателем качества воды, используемой для энергетических нужд, т. к. СО2, реагируя с водой, образует угольную кислоту:
93
СО2 + Н2О ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + HCO3− .
Ионы водорода Н+, в свою очередь, являются коррозионным агентом (деполяризатором), способствующим ассимиляции электронов, освобождающихся в процессе коррозионного растворения анода:
Н+ + ē → Н; Н + Н → Н2.
Кроме процесса деполяризации образующийся водород участвует в отслоении защитных окисных пленок, пассивирующих металл, приво-
дя к самовозобновлению коррозии:
МеО + 2 Н+ → Ме2+ + Н2О.
Если кислород поступает в воду из воздуха, где его содержится порядка 21 %, то основным источником поступления в воду углекислоты является не воздух, где концентрация СО2 невелика и составляет около 0,04 %, а различные биохимические процессы разложения органических веществ в природе. Особенно много выделяется углекислоты в процессе химической обработки воды: при водород-катионировании, подкислении воды, коагуляции, водород-катионировании с «голодной» регенерацией фильтра.
Для удаления свободной углекислоты из воды в схемах ВПУ применяется метод декарбонизации. В качестве насадки используются кольца Рашига, характеристика которых представлена в табл. 2.33.
|
Характеристика колец Рашига |
Таблица 2.33 |
|
|
|
||
|
|
|
|
Размеры |
Количество колец в 1 |
Поверхность |
Масса колец, |
колец, мм |
м3 насадки при бес- |
насадки, |
кг/м3 |
|
поря-дочной загрузке |
м2/м3 |
|
25 х 25 х 3 |
53200 |
204 |
532 |
35 х 35 х 4 |
20200 |
140 |
505 |
50 х 50 х 5 |
6000 |
87,5 |
530 |
Пример расчета декарбонизатора |
|
||
Для расчета декарбонизаторов |
требуются следующие исходные |
||
данные: |
|
|
|
1.Производительность декарбонизатора и температура декарбонизованной воды.
2.Содержание углекислоты до и после декарбонизатора.
Рассчитать декарбонизатор для следующих исходных данных. 1. Производительность декарбонизатора 1019 м3/ч.
94
2.Вода поступает на декарбонизатор после водород-катио-нирования с «голодной» регенерацией фильтров с температурой 20 °С. Карбо-
натная жесткость исходной воды составляет Жисхк = 5,5мг-экв/дм3.
В процессе водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров карбонатная жесткость снижается и составляет на входе в декарбонизатор Жостк = 1,5 мг-экв/дм3.
3.Содержание свободной растворенной углекислоты исходной воде
равноСОи2.в = 22 мг/дм3. Концентрация углекислоты после декарбонизации 5 мг/л. Карбонатная жесткость после декарбонизации должна удовлетворять нормам качества воды для теплосетей с от-
крытой системой теплоснабжения и составлять при температуре сетевой воды 115 °С 0,7…0,8 мг-экв/дм3.
Нижеприведенный расчет выполнен по методике А.А. Кастальского по исходным данным примера расчета комплексной схемы обессоливания и обескремнивания воды, табл. 2.27.
1. Определяется концентрация растворенной углекислоты в воде, поступающей на декарбонизатор после Н-катионирования (или подкисления) по формуле:
СО2 = |
44Жк+СО2 |
и.в. |
, |
(2.16) |
|
|
|||
1000 |
|
|
|
где СО2 – концентрация углекислоты в воде, поступающей в декарбонизатор, кг/м3; Жк = Жисхк – Жостк = 5,5 – 1,5 = 4 мг-экв/дм3 – карбонатная жесткость исходной воды, разрушаемая в процессе водоподготовки; СОи2.в – концентрация растворенной свободной углекислоты в исходной
воде, мг/л.
СО2 = 44·(5,5 – 1,5) + 22 = 198 мг/л (0,198 кг/м3).
Примечание I. Если нет данных о концентрации свободной углеки-
слоты в исходной воде СО2и.в , то ее определяют по щелочности (кар-
бонатной жесткости) и рН исходной воды по номограмме, приведенной на рис. 2.6.
95
Рис. 2.6. Номограмма для определения свободной углекислоты в воде при сухом остатке 200 мг/дм3 [1, 3]
Номограмма составлена для воды с сухим остатком 200 мг/дм3 при температуре 10 и 20 °С. При других значениях сухого остатка следует вводить поправочный коэффициент α, табл. 2.34.
Таблица 2.34
Поправочный коэффициент на сухой остаток исходной воды
|
|
|
|
|
|
|
|
Сухой остаток, мг/дм3 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
750 |
1000 |
Поправочный |
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент α |
1,05 |
1,0 |
0,96 |
0,94 |
0,92 |
0,87 |
0,83 |
Тогда концентрация растворенной свободной углекислоты в исходной воде может быть определена из выражения:
СОи2.в = СО2таб α, |
(2.17) |
где СО2таб – концентрация растворенной свободной углекислоты, опре-
деленная по номограмме; α – поправочный коэффициент на сухой остаток исходной воды, определенный по табл. 2.34.
Примечание II
А. Для схем предочистки с коагуляцией без известкования формула (2.16) будет иметь вид:
96
СО2 = 0,268 (Щисх )3 + 44 Щкоаг ,
где Щисх, Щкоаг – щелочности, соответственно, исходной и коагулированной воды, мг-экв/дм3 [2].
Б. Для схем предочистки с рН ≈10,2 концентрацию CO2 определяют с учетом связывания СО2 исходной воды при известковании и остаточных бикарбонатной и карбонатной щелочностей:
СО2 = 44 Щикб + 22 Щикк ,
где Щикб , Щикк – щелочности, соответственно, бикарбонатная и кар-
бонатная известково-коагулированной воды [2].
2. Необходимая поверхность насадки (поверхности десорбции), м2, обеспечивающая заданный эффект удаления углекислоты, определяется из уравнения:
F = |
G |
, |
(2.18) |
|
kжΔсср
где G – количество углекислоты, подлежащее удалению в декарбонизаторе, кг/ч, определяемое по формуле:
G = Q (CO2 −COо2.в ), |
(2.19) |
где Q – количество воды, поступающей на декарбонизатор, м3/ч;
СО2 – концентрация углекислоты в воде, поступающей на декарбонизатор, кг/м3, определяемая по формуле (2.16);
СОо2.в – концентрация углекислоты в декарбонизованной воде (прини-
мают 0,005 кг/м3 или 5 мг/дм3);
kж – коэффициент десорбции углекислоты, м/ч. Для декарбонизаторов с кольцами Рашига 25х25х3 и плотностью орошения насадки 60 м3/(м2·ч) определяют в зависимости от температуры декарбонизуемой воды по графику рис. 2.7; сср – средняя движущая сила десорбции, кг/м3, определяемая по
рис. 2.8 в зависимости от концентрации углекислоты в воде до и после декарбонизации.
G =1019 (0,198 −0,005) =196,7 кг/ч;
|
kж = 0,4 м/ч ; сср= 0,05 кг/м3. |
|
F = |
G |
= 199,6 / 0,4·0,05 = 9835 м2. |
|
kжΔсср
97
55 |
t,оС |
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
kж, м/ч |
|
5 |
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
Рис. 2.7. График зависимости коэффициента десорбции kж |
||||||
от температуры: декарбонизатор загружен кольцами Рашига |
||||||
25х25х3 мм; плотность орошения насадки 60 м3/(м2·ч) |
600 |
СО2, мг л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
Ccр, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,02 |
0,04 |
0,06 |
0,08 |
0,1 |
0,12 |
0,14 |
Рис. 2.8. Зависимость средней движущей силы десорбции сср от концентрации СО2 в воде до декарбонизатора:
1…3 – концентрация СО2 в декарбонизованной воде, равная, соответственно, 3,0; 5,0 и 10,0 мг/дм3
98
3. Площадь поперечного сечения декарбонизатора, м2, определяется по формуле:
f = |
Q |
, |
(2.20) |
|
60 |
||||
|
|
|
где 60 – оптимальная плотность орошения насадки, м3/(м2·ч), на единицу площади поперечного сечения декарбонизатора.
f= 60Q = 1019 / 60 = 17,0 м2.
4.Диаметр декарбонизатора, м, составляет:
D = |
|
4f |
. |
(2.21) |
||
3,14 |
||||||
|
|
|
||||
D = |
4 17,0 |
= 4,65 м. |
||||
|
3,14 |
|
||||
5. Высота слоя насадки рассчитывается: |
||||||
h = |
Vк.р |
, |
(2.22) |
|||
|
||||||
|
|
f |
|
где Vк.р – объем, м3, занимаемый кольцами Рашига 25х25х3 мм при беспорядочной загрузке в декарбонизаторе, определяемый по выражению:
V |
= |
F |
, |
(2.23) |
|
204 |
|||||
к.р |
|
|
|
где F – поверхность десорбции, м2, определяемая по формуле (2.18); 204 – поверхность 1м3 насадки из колец Рашига 25х25х3 мм при беспорядочной загрузке, м2/м3.
V |
= 9835 = 48,2 м3; |
h = 48,2 = 2,84 м. |
|
к.р |
204 |
17,0 |
|
|
|
||
6. Необходимый расход воздуха, подаваемого в декарбонизатор, |
|||
м3/ч, равен: |
|
|
|
Qвоз = b Q= 25·1019 = 25475 м3/ч, |
(2.24) |
где b – удельный расход воздуха при насадке из колец Рашига: принимается: равным 25 м3/м3 при умягчении воды; равным 40 м3/м3 при обессоливании.
7. Суммарное сопротивление проходу воздуха через декарбониза-
тор, мм вод. ст., определяется из формулы: |
|
∑ξ= 25h + 40 , |
(2.25) |
где 25 – сопротивление проходу воздуха 1 м высоты слоя насадки из колец Рашига 25х25х3 мм, измеряемое в мм вод. ст.; 40 – сопротивление проходу воздуха конструктивных элементов декарбонизатора, мм вод. ст.
∑ξ= 25h + 40 = 25·2,84 + 40 = 111 мм вод. ст. = 1110 Па.
99
Вентилятор к декарбонизатору должен обеспечить расход воздуха, определенный из выражения (2.24), а напор несколько выше рассчитанного по формуле (2.25) сопротивления проходу вздуха в декарбонизаторе.
Исходя из требуемой производительности 1019 м3/ч по табл. 2.35 принимаем к установке четыре декарбонизатора производительностью 300 м3/ч каждый с диаметром Dв.н = 2520 мм и высотой засыпки колец Рашига 3,1 м.
Таблица 2.35
Выбор типа декарбонизатора в зависимости от производительности и карбонатной жесткости воды [1, 3]
|
|
|
|
Карбонатная жесткость обрабатывае- |
||||||
Произво- |
|
Площадь |
Расход |
|
мой воды, |
мг-экв/дм3 |
|
|||
дитель- |
Диаметр |
поперечно- |
воздуха, |
4…5 |
|
6…8 |
9…11 |
|
12…14 |
|
ность, |
D , мм |
го сечения, |
м3/ч |
|
|
|
|
|
|
|
Высота насадки колец Рашига Нк.р, м |
||||||||||
м3/ч |
в.н |
м2 |
|
|||||||
|
|
2,9…3 |
|
3,1…3,3 |
3,4…3,6 |
|
3,7…3,9 |
|||
|
|
|
|
|
|
Шифр декарбонизатора |
||||
15 |
565 |
0,25 |
375 |
Б230 |
|
Б240 |
Б250 |
|
Б260 |
|
25 |
730 |
0,417 |
625 |
Б231 |
|
Б241 |
Б251 |
|
Б261 |
|
50 |
1030 |
0,833 |
1250 |
Б232 |
|
Б242 |
Б252 |
|
Б262 |
|
75 |
1260 |
1,25 |
1880 |
Б233 |
|
Б243 |
Б253 |
|
Б263 |
|
100 |
1460 |
1,67 |
2500 |
Б234 |
|
Б244 |
Б254 |
|
Б264 |
|
125 |
1630 |
2,08 |
3100 |
Б235 |
|
Б245 |
Б255 |
|
Б265 |
|
150 |
1790 |
2,5 |
3750 |
Б236 |
|
Б246 |
Б256 |
|
Б266 |
|
200 |
2060 |
3,33 |
5000 |
Б237 |
|
Б247 |
Б257 |
|
Б267 |
|
250 |
2315 |
4,17 |
6250 |
Б238 |
|
Б248 |
Б258 |
|
Б268 |
|
300 |
2520 |
5,0 |
7500 |
Б239 |
|
Б249 |
Б259 |
|
Б269 |
2.11.Пример расчета схемы глубокого обессоливания и обескремнивания воды водород-катионированием
спротивоточной регенерацией фильтра, двухступенчатым анионированием на высокоосновных и низкоосновных анионитах
спромежуточной декарбонизацией
Исходные данные для расчета
1.Требуется рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки 100 м3/ч добавочной воды для питания паровых котлов высокого давления (100 атм и выше).
2.В качестве исходной используется вода из артезианской скважины с показателями, представленными в табл. 2.36.
100