Индивидуальное задание по «Водоподготовке»

    H₂CO₃ = 0,7 мг-экв/л;

    HSiO₃ = 0,4 мг-экв/л 

и сильные кислоты  в количестве:  

    К₃ = 7,0 мг-экв/л. 

    Слабоосновные аниониты фильтров первой ступени А₁ способны к поглощению анионов только сильных кислот (SO₄^2- ; Cl^-), анионы же слабых кислот (HCO₃^- ; HSiO₃^-) ими практически не задерживаются.

    Следовательно, анионитовые фильтры первой ступени А₁ должны задерживать анионы сильных кислот в общей концентрации: 

    SAн = К₄ = 5,0 мг-экв/л 

    3.2.5 Угольная кислота удаляется в декарбонизаторах, установленных перед анионитовыми фильтрами А₂ , до остаточной концентрации, равной HCO_{3 ост} = 0,1 мг-экв/л. 

    3.2.6 На анионитовые фильтры второй ступени А₂ поступает вода, содержащая слабые кислоты в количестве: 

    HCO_{3 ост} = 0,1 мг-экв/л;

    HSiO₃ = 0,4 мг-экв/л 

и оставшиеся сильные  кислоты в количестве: 

    К = К₃ – К₄ = 7,0 – 5,0 = 2,0 мг-экв/л 

    Следовательно, анионитовые фильтры второй ступени А₂ должны задерживать анионы сильных и слабых кислот в общей концентрации: 

    SAн = К + HCO_{3 ост} + HSiO₃^- = 2,0 + 0,1 + 0,4 = 2,5 мг-экв/л 

    Допустимые  показатели качества воды после сильноосновного  анионирования водород-катионированной  воды представлены в табл. №2. 

    3.3 Расчет высокоосновных анионитовых фильтров второй ступени А₂

    Расчет  схемы водоподготовки начинают с  оборудования, установленного в хвостовой  части схемы, т.е. в данном случае с фильтра А₂ с тем, чтобы учесть дополнительную нагрузку на предшествующие фильтры по обработке воды собственных нужд.

    Суммарное количество анионов, подлежащих удалению из ионированной в фильтрах первой ступени воды в сильноосновных анионитовых фильтрах А₂ , равно (п. 3.2.6): 

    SA= SO₄^2- + Cl^- - К₄ + HCO_{3 ост}^- + HSiO₃^- = 6,7 + 0,3 – 5,0 + 0,1 + 0,4 =

    = 2,5 мг-экв/л 

    В данном расчете бикарбонат-ионы приняты  в количестве, соответствующем остаточной углекислоте в ионированной воде после пропуска ее через декарбонизаторы.

    Фильтры А₂ загружаются зернами сильноосновного анионита АВ-17. Принимаем расход едкого натра на регенерацию 81 кг/м³. По [1, рис. 13а] находим удельный расход NaOH, равный: 

    q_NaOH = 100 г/г-экв.,  

при отношении Si/SA  = 0,4/2,5 = 0,16

где Si – содержание кремнекислоты, мг-экв/л,

SA – сумма всех анионов, присутствующих в фильтруемой воде.

    По [1, рис. 13б] определяем кремнеемкость  анионита: 

    Е_р^а = 120 г-экв/м³ 

    Необходимое количество анионита оценивается по формуле: 

    V_a = 225 м³

    Обычно  в качестве анионитовых фильтров используют конструкции стандартных  катионитовых фильтров.

    Учитывая  максимально допустимую высоту слоя загрузки анионита в фильтрах второй ступени Н_слоя = 1,5 м, находим необходимую суммарную площадь фильтрования работающих анионитовых фильтров: 

    F = V_a/ Н_слоя = 225/1,5 = 150 м² 

    Количество  постоянно работающих фильтров равно: 

    a = F/f_а = 150/9,1 = 16,48 – принимаем а = 17 шт. 

    Принимаем к установке 21 стандартный фильтр диаметром D = 3400 мм с площадью фильтрования каждого f_а = 9,1 м [1, табл. 22], из которых 17 будут в работе, а 4 будут служить для гидроперегрузки анионита и подключения в работу в конце выхода одного из первых фильтров на ремонт или ревизию.  

    После предварительного выбора количества и  диаметра анионитовых фильтров рассчитываются следующие параметры:

    3.3.1. Скорости фильтрования: 

    w_н = ₌ 2,91 м/ч – нормальная скорость фильтрования; 

    w_макс = = 3,09 м/ч – максимальная скорость фильтрования,

    (а-1)–количество фильтров при регенерации одного из них, т.к. каждый из 17 работающих анионитовых фильтров ежесуточно будет выключаться на регенерацию, во время чего оставшиеся в работе фильтры должны будут обеспечить выдачу 450 м³/ч обессоленной воды для котлов.

    3.3.2. Количество анионов сильных и слабых кислот, удаляемых на анионитовых фильтрах: 

    А_н = 24_*Q_{a *}SA = 24*450*2,5 = 27000 г-экв/сут 

    3.3.3. Число регенераций анионитовых фильтров в сутки: 

    n = = 0,97 раза/сут.  

    3.3.4. Расход 100 %-го NaOH на одну регенерацию анионитового фильтра: 

    Q_NaOH = = 164 кг 

    3.3.5. Расход технического 42 %-го едкого натра в сутки определяется по формуле: 

    Q_NaOH^сут = = 4,43 м³ 

где «42» - содержание NaOH в техническом продукте, %;

      p₄₂ = 1,449 т/м³ – плотность технического 42 %-го раствора едкого натра, используемого в энергетике [1, табл. 30].

    Расход  технического NaOH:

    в месяц: Q_NaOH^месяц = _{4,43*30 = 133 м³};

      в сутки: Q_NaOH^сут = 4,43_*1,449 = 6,43 т;

    в месяц: Q_NaOH^месяц = 133*1,449 = 193 т 

    3.3.6. Расход частично обессоленной воды на регенерацию анионитового фильтра слагается из:

    а) расхода воды на взрыхление анионита

    Q_взр = i_взр*f_a*t_взр*60/1000 = 3,0*9,1*30*60/1000 = 49,14 м³,

где i_взр = 3,0 л/с м²; t_взр = 30 мин – интенсивность и продолжительность взрыхления анионита. 

    б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора NaOH:

    Q_р.р. = 100_*Q_NaOH /(1000_*b_*p) = 100_*164/(1000_*4_*1,043) = 4 м³,

где b = 4 % - концентрация регенерационного раствора;

   p = 1,043 т/м³ - плотность регенерационного раствора [1, табл. 30]. 

    в) расхода воды на отмывку анионита от продуктов регенерации:

    Q_отм = q_отм*f_a*H_слоя = 20*9,1*1,5 = 273 м³,

где q_отм = 20 м³/ м3 - удельный расход воды на отмывку анионита;

   скорость  пропуска отмывочной воды принимаем 10 м/ч. 

    3.3.7. Расход воды на одну регенерацию анионитового фильтра (на собственные нужды) составляет:

      Q_с.н. = Q_взр + Q_р.р. + Q_отм = 49,14 + 4 + 273 = 326,07 м³ 

    Принимаем расход воды Q_с.н. = 327 м³ 

    3.3.8. Среднечасовой расход воды на собственные нужды анионитовых фильтров:

    Q_{с.н.(час)} = Q_с.н.*n_*a/24 = 327*0,97*17/24 = 225 м³/ч

    3.3.9. Время регенерации анионитового фильтра (час) равно:

    t_рег = t_взр + t_р.р. + t_отм = 0,5 + 0,11 + 3,0 = 3,61 ч

где t_взр = 0,5 ч - время взрыхляющей промывки анионитового фильтра, составляет 30 мин; 

    t_р.р. = Q_р.р./(w_р.р.*f_a ) = 4/(4*9,1) = 0,11 ч – время пропуска регенерационного раствора через анионитовый фильтр,

здесь w_р.р. = 4 м/ч - скорость пропуска регенерационного раствора 

    t_отм = Q_отм /(w_отм*f_a) = 273/(10_*9,1) = 3 ч – время отмывки анионита от продуктов регенерации,

здесь w_отм = 10 м/ч – скорость отмывки анионита от продуктов регенерации. 

    3.3.10. Межрегенерационный период работы каждого фильтра: 

    Та = 24/n - t _рег = 24/0,97 – 3,61 = 21,1 ч 

    3.3.11. Количество одновременно регенерируемых анионитовых фильтров: 

    n_о.р.= = 2,48 

принимается количество одновременно регенерируемых фильтра n_о.р.= 3. 

      3.3.12. В заключение, для лучшего использования обменной емкости поглощения анионита, проверяется допустимая для данных условий расчетная скорость фильтрования, которая должна быть больше или равняться рассчитанной скорости w_н = 2,91 м/ч: 

    w_расч = =

    = 3,4 м/ч, 

где d = 0,5 мм – средний диаметр зерен анионита АВ-17 (0,355 – 1,25) мм;

   C_ост – остаточное содержание анионов в анионированной воде, равное по условиям работы сумме концентраций HCO₃^- + SiO₃^2- = 0,02 + 0,0105 = 0,0305 мг- экв/л.

    Условие w_расч > w_н выполняется. 

    3.4 Расчет низкоосновных  анионитовых фильтров  первой ступени  А₁

    Низкоосновные анионитовые фильтры предназначаются  для удаления анионов сильных  кислот и загружаются слабоосновными анионитами марки АН-31.

    На  низкоосновные анионитовые фильтры  первой ступени А₁ поступают:

    а) слабые кислоты в количестве:

    ΣА_сл.к = H₂CO₃ + HSiO₃ = 0,7 + 0,4 = 1,1 мг-экв/л; 

    б) сильные кислоты в количестве:

    ΣА_с.к = К₃ = 7,0 мг-экв/л. 

    На  низкоосновных анионитовых фильтрах первой ступени А₁ удаляются анионы сильных кислот в общей концентрации: 

    SAн = К₄ = 5,0 мг-экв/л 

    3.4.1. Среднечасовой расход анионитовых фильтров первой ступени должен обеспечивать требуемую производительность обессоливающей установки 450 м³/ч и собственные нужды анионитовых фильтров второй ступени в количестве 225 м³/ч и составляет:

    Q_A(I) = 450 + 225 = 675 м³/ч 

    3.4.2. Учитывая рекомендации по проектированию и эксплуатации низкоосновных анионитовых фильтров, [2, табл. 4.31], принимаем скорость фильтрования воды через низкоосновные фильтры равной:

    w = 10 м/ч 

    3.4.3. При данной производительности первой ступени анионирования и принятой скорости фильтрования оцениваем требуемую площадь фильтрования:

    F = Q_A(I)/w = 675/10 = 67,5 м² 

    3.4.4. Из существующих стандартных фильтров, [2, табл. 4.6], выбираем фильтр с параметрами:

    D = 3400 мм – диаметр фильтра;

    f_а = 9,1 м² – площадь фильтрования;

    Н_слоя = 1,8 м – высота слоя. 

    3.4.5. Необходимое количество фильтров, находящихся в работе на данной ступени ионирования, определяется из соотношения:

    а = F/f_а = 67,5/9,1 = 7,42

    Принимаем к установке в первой ступени  анионирования 11 фильтров, восемь из которых  будут находиться в работе (а = 8), а остальные три – в резерве. 

    3.4.6. После предварительного выбора количества и диаметра анионитовых фильтров рассчитаем нормальную и максимальную скорости фильтрования:

    w_н = Q_A(I)/(f_а*а) = 675/(9,1*8) = 9,27 м/ч – нормальная скорость фильтрования, а – количество постоянно работающих фильтров; 

    w_макс = Q_A(I)/(f_а*(а – 1)) = 675/(9,1*(8 – 1)) = 10,6 м/ч – максимальная скорость фильтрования, (а – 1) – количество фильтров при регенерации одного из них. 

    3.4.7. Количество анионов сильных кислот, удаляемых на анионитовых фильтрах, составляет:

    А_н = 24* Q_A(I)*ΣА_с.к = 24* Q_A(I)*(ΣА_с.к – С_с.к^ост) = 24*675*(7,0 – 2,0) =