Индивидуальное задание по «Водоподготовке»

    = 81000 г-экв/сут, 

где ΣА_с.к = 7,0 мг-экв/л – концентрация анионов сильных кислот в воде, поступающей на анионитовые фильтры;

      С_с.к^ост = 2,0 мг-экв/л – остаточное содержание анионов сильных кислот. 

    3.4.8. Рабочая обменная способность анионита определяется по уравнению:

    Е_р^а = α*Е_пол – 0,8*q_отм*(ΣА_с.к – С_с.к^ост) = 0,8*800 – 0,8*20*(7,0 – 2,0) =

    560 г-экв/м³, 

где α = 0,8 – коэффициент  эффективности регенерации анионита, зависящий от удельного расхода  щелочи на регенерацию q_NaOH. При удельном расходе щелочи q_NaOH = 60 г/г-экв, [2, табл. 4.31], коэффициент эффективности регенерации α = 0,8…0,9;

      q_отм = 20 м³/м³ – удельный расход воды на отмывку анионита, принимается по [2, табл. 4.31];

      Е_пол = 800 г-экв/м³ – полная обменная емкость анионита, принимается по [2, табл. 4.31]. 

    3.4.9. Число регенераций в сутки каждого анионитового фильтра определяется по формуле: 

    n = = 1,1038 

    Принимаем n = 2 раза/сут. 

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

    Q_NaOH = = 550,4 кг 

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

    Q_NaOH^сут = = 14,46 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]. 

    3.4.12. Расход технического NaOH:

    в месяц: Q_NaOH^месяц = _{14,46*30 = 433,79 м³};

      в сутки: Q_NaOH^сут = 14,46_*1,449 = 20,97 т;

    в месяц: Q_NaOH^месяц = 433,79*1,449 = 628,99 т 

    3.4.13. Расход частично обессоленной воды на регенерацию анионитового фильтра слагается из следующих составляющих:

    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, [2, табл. 4.31].

    Скорость  подачи взрыхляющей воды должна быть такой, чтобы фильтрующий слой приводился во взвешенное состояние и осуществлялся вынос из фильтра измельченных частиц ионита. 

    б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора NaOH:

    Q_р.р. = 100_*Q_NaOH /(1000_*b_*p) = 100_*550,4/(1000_*4_*1,043) = 13,2 м³, 

где b = 4 % - концентрация регенерационного раствора;

   p = 1,043 т/м³ - плотность 4 %-го 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*1,8 = 327,6 м³, 

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

   скорость  пропуска отмывочной воды принимаем 10 м/ч. 

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

      Q_с.н. = Q_взр + Q_р.р. + Q_отм = 49,14 + 13,2 + 327,6 = 390 м³ 

    3.4.15. Среднечасовой расход воды на собственные нужды анионитовых фильтров:

    Q_{с.н.(час)} = Q_с.н.*n_*a/24 = 390*2*8/24 = 260 м³/ч

    3.4.16. Время регенерации анионитового фильтра (час) равно:

    t_рег = t_взр + t_р.р. + t_отм = 0,5 + 0,36 + 3,6 = 4,46 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 ) = 13,2/(4*9,1) = 0,36 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*fa ) = 327,6/(10_*9,1) = 3,6 ч – время отмывки анионита от продуктов регенерации,

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

    3.4.17. Межрегенерационный период работы каждого фильтра:

    Та = 24/n - t_рег = 24/2 – 4,46 = 7,5 ч 

    3.4.18. Количество одновременно регенерируемых анионитовых фильтров: 

    n_о.р.= = 2,97 

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

      3.4.19. 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 = 9,27 м/ч: 

    w_расч = =

    = 19,1 м/ч, 

где d = 0,5 мм – средний диаметр зерен анионита АН-31 (0,355 – 1,25) мм;

      ΣА_с.к = 7,0 мг-экв/л – концентрация анионов сильных кислот в воде, поступающей на анионитовые фильтры;

   С_с.к^ост = 2,0 мг-экв/л – остаточное содержание анионов сильных кислот в анионированной воде. 

    Условие w_расч > w_н выполняется. 

    3.5 Расчет противоточных  водород-катионитовых  фильтров первой  ступени Н₁

    На  противоточные водород-катионитовые фильтры первой ступени Н₁ поступает вода следующего состава: 

    Ж_к = 0,7 мг-экв/л; 

    Ж_нк = 6,6 мг-экв/л;

    Ж_о = Ж_к + Ж_нк = 0,7 + 6,6 = 7,3 мг-экв/л;

    Na⁺ = 0,4 мг-экв/л

    SA_с.к  = SO₄^2- + Cl^- = 6,7 + 0,3 = 7,0 мг-экв/л 

    В соответствии с [2, табл. 4.32] при содержании в исходной воде анионов сильных кислот в количестве 5…12 мг-экв/л, независимо от содержания натрия, рекомендуется в первой ступени использовать катионит КУ-2-8 с противоточной регенерацией фильтра.

    3.5.1. Нагрузка водород-катионитовых фильтров первой ступени Н₁ с учетом расхода части фильтрата на собственные нужды анионитовых фильтров первой и второй ступеней равна:

    Q_H(I) = Q_а + Q_с.н(А₁) + Q_с.н(А₂) = 450 + 260 + 225 = 935 м³/ч 

    3.5.2. Скорость фильтрования на противоточных фильтрах, загруженных катионитом КУ-2-8, может составлять до 25 м/ч. Примем на стадии проектирования скорость фильтрования равной:

    w = 15 м/ч

    Направление движения обрабатываемой воды при ионировании  – сверху вниз. 

    3.5.3. Общая площадь фильтрования при выбранной скорости фильтрования составит:

    F = Q_H(I)/w = 935/15 = 62,3 м² 

    3.5.4. С учетом площади фильтрования единичного фильтра, равной f =9,1 м², [2, табл. 4.6], рассчитываем необходимое количество фильтров:

    а = F/f = 62,3/9,1 = 6,85 

    Принимаем к установке 10 фильтров, семь из которых  будут находиться в работе (а=7), а  три оставшиеся – в резерве. Параметры стандартных катионитовых противоточных фильтров следующие:

    D = 3400 мм – диаметр фильтра;

    f = 9,1 м² – площадь фильтрования;

    Н_слоя = 3,4 + 0,4 м – высота слоя загрузки.

    В противоточном фильтре за высоту слоя катионита принимается высота только «зажатого слоя», т.е. Н_слоя = 3,4 м.

    Конструктивной  особенностью противоточных фильтров является наличие в них среднего дренажного устройства, а над ним  слоя катионита высотой примерно 0,4 м. Этот слой выполняет роль механического фильтра. Регенерационная и отмывочная воды подаются снизу вверх и сбрасываются через среднее дренажное устройство, которое обеспечивает неподвижность рабочего слоя катионита (3,4 м), [2, табл. 4.33]. Через средний дренаж отводится одновременно подаваемая сверху осветленная вода, выполняющая роль «блокирующего» потока. 

    3.5.5. Рабочая обменная способность катионита при водород-катионировании до проскока катионов Са²⁺ и Mg²⁺ определяется из выражения:

    Е_р = α*β*Е_пол – 0,5*q_отм*(Ж_о + Na⁺) = 0,78*0,92*650 – 0,5*12,0*(7,3 + 0,4) =

    = 420 г-экв/м³, 

где q_отм = 12 м³/м³ – удельный расход воды на отмывку катионита, принимается по [2, табл. 4.25] для двухступенчатого водород-катионирования с катионитом КУ-2-8;

    α = 0,78 – коэффициент эффективности  регенерации, зависящий от удельного  расхода серной кислоты на регенерацию [2, табл. 4.24]. Удельный расход серной кислоты устанавливается по [2, рис. 4.10] в зависимости от суммарного содержания анионов сильных кислот SA_с.к  = SO₄^2- + Cl^- = 6,7 + 0,3 = = 7,0 мг-экв/л и составляет q_к = 80 г/г-экв

    β = 0,92 – коэффициент, учитывающий  снижение обменной емкости по катионам Са²⁺ и Mg²⁺ за счет задержания катионов Na⁺, принимается по [2, рис. 4.10] в зависимости от соотношения С_Na²/Ж_о = 0,022;

    Е_пол = 650 г-экв/м³ – полная обменная емкость катионита КУ-2-8 в Н-форме, [2, табл. 1.6]. 

    3.5.6. Число регенераций каждого фильтра составляет:

    n = [24_*Q_н*(Ж_о - Ж_ост)]/(f_*H_слоя*Е_р*a) =[24*935*(7,3 - 0)]/(9,1*3,4*420*7) =

    = 1,8 

где Ж_ост = 0 – остаточная жесткость после водород-катионитовых фильтров первой ступени.

    Принимаем n = 2 раза/сутки. 

    3.5.7. Скорость фильтрования в межрегенерационный период составляет:

    w_мин = Q_н/(f_*a) = 935/(9,1*7) = 14,68 м/ч 

    В регенерационный период скорость фильтрования равна:

    w_макс = Q_н/(f*(a-1)) = 935/(9,1*(7 – 1)) = 17,12 м/ч 

    3.5.8. Расход 100 %-й серной кислоты на одну регенерацию составит:

    Q_к = (q_к*f*Н_слоя*Е_р )/1000 = 80*9,1*3,4*420/1000 = 1040,2 кг, 

где q_к = 80 г/г-экв – удельный расход серной кислоты. 

    3.5.9. Суточный расход технической 92 %-й серной кислоты определяется по формуле:

    Q_к^сут = (Q_к*n_*a_*100)/(c_*1000) = (1040,2*2*7*100)/(92*1000) = 15,83 т/сут,  

где с – содержание H₂SO₄ в технической серной кислоте (не менее 92%). 

    3.5.10. Расход технической серной кислоты в месяц составит:

    Q_к^месяц = 15,83_*30 = 474,86 т/мес 

    3.5.11. Расход воды на взрыхляющую промывку составит:

    Q_взр = (i_*f_*60_*t_взр)/1000 = (4*9,1*60*30)/1000 = 65,52 м³,  

где i = 4 л/(с_*м²) – интенсивность взрыхляющей промывки, которая принимается при t = 20 ºС и диаметре зерен катионита d = 1мм, [2, рис. 4.5];

      t_взр = 30 мин – продолжительность взрыхляющей промывки, [2, табл. 4.25]. 

    3.5.12. Расход воды на приготовление регенерационного раствора для катионита КУ-2-8 определяется по формуле:

    Q_р.р = [Q_к*100/1000]*[(0,4/р₁) + (0,3/3*р₃) + (0,3/6*р₆)] =

    = [1040,2*100/1000]*[0,4/1,005 + 0,3/(3_*1,018) + 0,3/(6_*1,038)]  = 56,6 м³, 

где p₁; р₂; р₃ – соответственно плотности 1 %; 3 % и 6 % растворов, имеющих данную концентрацию, принимаются согласно [2, приложение 3] при  t = 20 ºС;

      0,4; 0,3; 0,3 – доля общего расхода  H₂SO₄ соответствующих концентраций p₁; р₂; р₃ на регенерацию. 

    3.5.13. Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации: