4.5. Визначення дегазатора

Видалення оксиду вуглецю із фільтрату Н-катіонітових фільтрів проводиться в градирнях, завантажених кільцями Рашига розміром 25х25х3 мм.

Площа поверхні насадки для видалення СО₂:

F_CO2 = G_CO2/(K_дес ∙ C_CO2) = 0,04/(0,3∙0,0077) = 17,32 м²,

де G_CO2 – кількість оксиду вуглецю (кг/год), яка підлягає видаленню із води;

G_CO2 = Q_Hк∙(C_CO2H – C_CO2ДЕГ)/1000 = 1,67∙(26,4 – 1)/1000 = 0,04 кг/год,

де C_CO2H – вміст оксиду вуглецю у воді, яка надходить на дегазацію після Н-катіонування:

C_CO2H = 1,2 мг-екв/л ∙ 22 = 26,4 мг/л;

C_CO2ДЕГ – гранична концентрація вуглекислоти у дегазованій воді; прийнято C_CO2ДЕГ = 1 мг/л;

Q_Hк = 40 м³/добу/24 год = 1,67 м³/год – розрахункова витрата води Н-катіонітової установки;

C_CO2 – середня рушійна сила процесу десорбції (кг/м²), визначається за формулою:

C_CO2 = (C_CO2H – C_CO2ДЕГ)/(2,3∙lg(C_CO2H /C_CO2ДЕГ)) =

= (26,4 – 1)/(2,3∙lg(26,4/1)) = 7,77 г/м³ = 0,0077 кг/м³;

K_дес – коефіцієнт десорбції, м/год (величина швидкості витіснення із рідини ввібраних нею газів та пароподібних продуктів); приймається для дегазаторів, завантажених кільцями Рашига 25×25×3, при густині зрошення насадки 60 м³/(м²∙год) за [3, таблиця 8, рис. 19.7]).

K_дес = 0,3 м/год при t = 9℃.

Таблиця 2 – Залежність коефіцієнта десорбції K_дес від температури води

t,С	0	10	15	20	25	30	35	40	45	50
Kдес	0,2	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,56	0,63	0,69	0,74

Об’єм кілець Рашига:

W_К = F_CO2 /f = 17,32 /204 = 0,08 м³,

де f – поверхня кілець Рашига розміром 25×25×3, f = 204 м²/м³.

За [3, табл. 19.3 (3)] при продуктивності дегазатора 1,67 м³/год приймаємо для встановлення два дегазатора (робочий і резервний) площею f_ДЕГ = 0,167 м² та внутрішнім діаметром Д_ВН = 0,460 м.

Таблиця 3 – Основні параметри дегазаторів

QДЕГ, м3/год	10 20 30 40 50 75 100
fДЕГ, м2	0,167 0,334 0,5 0,668 0,835 1,25 1,67
ДВН, мм	460 650 805 925 1030 1117 1460
QВЕН, м3/год	150 300 450 600 750 1125 1500

Висота завантаження кілець:

Н_К = W_К / f_ДЕГ = 0,08/0,167 = 0,479 м.

Для утворення протитоку води й повітря встановлюється вентилятор продуктивністю Q_ВЕН = 150 м³/год.

Подача води на Nа-катіонітові фільтри після дегазаторів проводиться насосами 1,5КМ-8/19б (робочим та резервним) продуктивністю:

q_НАС = 4,5 м³/год ≥ Q_Hк = 1,67 м³/год.

Напір насосу – 12,8 м.

4.6. Розрахунок н-катіонітових фільтрів

4.6.1. Вибір фільтрів

В якості завантаження фільтрів приймається катіоніт КУ-2-84С з крупністю зерен від 0,4 до 1,25 мм.

Паспортна обмінна ємкість Є_П = 1600 г-екв/м³.

Робоча обмінна ємкість Н-катіоніту [1, додаток 7, п.27]:

Є^Н_РОБ = _Н ∙ Є_П – 0,5∙ q_П ∙С_К = 0,68∙1600 – 0,5∙4∙8,91 = 1070,18 г-екв/ м³.

При витраті кислоти на регенерацію катіоніту 50 г/г-екв увібраних іонів твердості _Н = 0,68 [1, додаток 7, табл. 4]). Питома витрата води на відмивання КУ-2 приймається q_П = 4 м³/м³ [1, додаток 7, п.27].

Загальний уміст катіонів у воді, яка надходить на Н-катіонітові фільтри (після реагентного пом’якшення):

С_К = Ca²⁺+Mg²⁺+Na⁺ = 1 + 7,91 = 8,91 г-екв/м³.

Об’єм катіоніту у фільтрах:

W_Н = Q_Hк∙ (Ж_РП + С_Na)/n_р∙ Є^Н_РОБ = 40∙(1 + 7,91)/ 1070,18 = 0,33 м³,

де Q_Hк= 40 м³/добу – корисна продуктивність Н-катіонітових фільтрів;

n_р – кількість регенерацій на добу. Попередньо приймаємо n_р = 1 [1, додаток 7, п.14].

Площа фільтрів:

F_Ф = W_Н / H = 0,33/2 = 0,165 м²,

де Н = 2...2,5 м – висота завантаження у фільтрі [1, додаток 7, п.16].

Приймається до встановлення два робочих Н-катіонітових фільтра та один резервний D = 0,7 м (F_Ф = π∙ D ²/4 = 3,14∙0,7²/4 = 0,38 м²) кожний.

Тривалість відмивання фільтра при фільтруванні мийної води із швидкістю V_ВІД = 6…8 м/год [1, додаток 7, п.21]:

t_ВІД = q_П ∙ F_Ф ∙ Н/(V_ВІД ∙ F_Ф) = 4∙0,38∙2/(8∙0,38) = 1 год.

Перевірка дійсної швидкості фільтрування за нормальним та форсованим режимами здійснюється за виразом:

V_Н = Q_Hк /(N∙ F_Ф∙ (Т – n_Р ∙ (t_РОЗ + t_РЕГ + t_ВІД))) =

= 40/(2∙0,38∙(24 – 1∙(0,5 + 0,5 + 1))) = 40/(2∙0,38∙22) = 2,39 м/год < 25 м/год;

V_Ф = Q_Hк/(N_Ф-1 ∙ F_Ф ∙ (Т – n_Р ∙ (t_РОЗ + t_РЕГ + t_ВІД)) =

= 40/(1∙0,38∙22) = 4,78 м/год < 25 м/год,

де Т = 24 години – тривалість роботи установки протягом доби;

t_РОЗ = 0,5 год – тривалість розпушування;

t_РЕГ = 0,5 год – тривалість регенерації.

Фактична тривалість роботи фільтра до проскоку у фільтрат іонів натрію:

t = Є^Н_РОБ ∙ H/(V_Н ∙ С_К) – (0,025∙ d₈₀²∙ lnС_К)/(Ж_РП + С_Na)=

= 1070,18∙2/(2,39∙8,91) – (0,025∙1,25² ∙ ln 8,91) / (1 + 7,91) = 100,46 год.

З точки зору експлуатації бажано час роботи прийняти рівним цілому числу діб, у цьому випадку t = 100,46/24 = 5 діб (120 год), із яких корисний час роботи буде складати 118 годин, а час регенерації 2 години. При цьому фактична кількість регенерації кожного із фільтрів за добу:

n_Р = 24/120 = 0,20.