Индивидуальное задание по «Водоподготовке»

    Q_отм = q_отм*f_*H_слоя = 12*9,1*3,4 = 371,28 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. 

    3.5.14. Расход воды на взрыхление верхнего слоя H_слоя = 0,4 м:

    Q_взр' = (i_*f_*60_*t_взр)/1000 = (4*9,1*60*15)/1000 = 32,8 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 = 15 мин – продолжительность взрыхляющей промывки, [2, табл. 4.25]. 

    3.5.15. Расход воды на одну регенерацию составит:

    Q_н = Q_взр + Q_р.р + Q_отм + Q_взр' = 65,52 + 56,6 + 371,28 + 32,8 = 526,19 м³

    Принимаем расход воды на одну регенерацию Q_н = 527 м³

    3.5.16. Суточный расход воды на регенерацию всех фильтров составит:

    Q_н^сут = Q_н*n_*а = 527*2*7 = 7378 м³/сут 

    3.5.17. Среднечасовой расход на собственные нужды водород-катионитовых фильтров первой ступени будет равен:

    Q_с.н = 7378/24 = 307,42 м³/ч

    Принимаем расход воды с запасом Q_с.н = 308 м³/ч 

    3.6 Расчет предварительных  водород-катионитовых  фильтров с «голодной»  регенерацией Н_г

    Среднечасовой расход предварительно водород-катионированной воды должен обеспечивать:

    - требуемую производительность обессоливающей установки и собственные нужды Н-катионитовых и анионитовых фильтров;

    - подачу воды в открытую теплосеть

    Таким образом, среднечасовой расход водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией Н_г :

    Q_гол = 450 + 225 + 260 + 308 + 680 = 1923 м³/ч 

    3.6.1. Оцениваем общую площадь фильтрования:

    F = Q_гол/w = 1923/20 = 96 м², 

где w = 20 м/ч – скорость фильтрования, которая, исходя из опыта эксплуатации водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией, находится в диапазоне значений 10…20 м/ч. 

    3.6.2. При известной площади фильтрования, зная характеристику стандартного фильтра, рассчитаем необходимое количество фильтров по соотношению:

    a = F/f = 96/9,1 = 10,57, 

где f = 9,1 м² – площадь фильтрования стандартного водород-катионитового фильтра при «голодной» регенерации, [2, табл. 4.12].

    Принимаем необходимое количество фильтров a = 11 шт. 

    3.6.3. Полагая, что при средней длительности каждой регенерации 2…2,5 часа одновременно будут находиться в регенерации три 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 15 предварительных Н-катионитовых фильтра с параметрами:

    D = 3400 мм – диаметр фильтра;

    f = 9,1 м2 – площадь фильтрования;

    Н_слоя = 2,5 м – высота слоя загрузки катионита. 

    3.6.4. Карбонатная жесткость (щелочность) артезианской воды при прохождении через предварительные Н-катионитовые фильтры, отрегенерированные теоретически необходимым количеством серной кислоты, будет снижаться в среднем с 5,8 до 0,7 мг-экв/л.

    Количество  солей жесткости, удаляемых на фильтрах, определяется по формуле:

    А_гол = 24*Q_гол*(Ж_к – Ж_ост) = 24*1923*(5,8 – 0,7) = 235375 г-экв/сут 

    3.6.5. Рабочая обменная способность сульфоугля при водород-катионировании  с «голодной» регенерацией принимается по [2, табл. 4.13] по параметрам «К» и «А». Для этого рассчитываются:

    - характеристики катионного состава исходной воды «К»:

    К = Na⁺/Ж_о = 0,4/12,4 = 0,032;

    - характеристики анионного состава исходной воды «А»:

    А = HCO₃^2- /(Cl^- + SO₄^2-)  = 5,8/(0,3 + 6,7) = 0,83

    Для исходной воды данного состава при значениях 0≤К≤1 и 1>А>0,3 рабочая обменная способность сульфоугля принимается по [2, табл. 4.13]:

    Е_р^гол = 200 г-экв/м³ 

    3.6.6. При этом число регенераций каждого фильтра составит в сутки:

    n = A_гол/(f*Hслоя*а*Е_р^гол) = 235375/(9,1*2,5*11*200) = 4,7 

    Принимаем количество регенераций каждого фильтра n = 5раз в сутки. 

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

    Q_к^гол = (q_к*f*Н_слоя*Е_р^гол)/1000 = (50*9,1*2,5*200)/1000 = 227,5 кг, 

где q_к = 50 г/г-экв – удельный расход серной кислоты при «голодном» режиме регенерации, принятый по [2, табл. 4.13]. 

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

    Q_к(гол)^техн = (Q_к^гол*n*a*100)/c = 227,5*5*11*100/92 = 13601 кг/сут,

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

    3.6.9. Расход воды на взрыхление каждого фильтра составит:

    Q_взр = i*f*60*t_взр/1000 = 4*9,1*60*30/1000 = 65,5 м³, 

где i = 4 л/(с_*м²) – интенсивность взрыхления;

      t_взр = 30 мин – продолжительность взрыхления. 

    3.6.10. Потребный расход воды на приготовление 1,5 %-го регенерационного раствора кислоты на одну регенерацию, определяется по формуле:

    Q_р.р = (Q_к^гол *100)/(1000*b*p) = (227,5*100)/(1000·1,5·1,0085) = 15 м³, 

где b = 1,5 % - концентрация регенерационного раствора;

      p = 1,0085 – плотность регенерационного раствора, имеющего данную концентрацию. 

    3.6.11. Расход воды на отмывку сульфоугля от продуктов регенерации:

    Q_отм = q_отм*f*H_слоя = 5*9,1*2,5 = 114 м³, 

где q_отм = 5 м³/м³ – удельный расход воды на отмывку катионита. 

    3.6.12. Расход воды на одну регенерацию:

    Q_с.н = Q_взр + Q_р.р + Q_отм = 65,5 + 15 + 114 = 194,5 м³ 

    Принимаем расход воды Q_с.н = 195 м³ 

    3.6.13. Среднечасовой расход воды на собственные нужды предварительных водород-катионитовых фильтров с «голодным» расходом кислоты:

    Q_{с.н.(час)} = (Q_с.н*n*a)/24 = 195*5*11/24 = 446,875 м³/ч 

    Принимаем расход воды на собственные нужды Q_{с.н.(час)} = 447 м³/ч 

    3.6.14. Таким образом, часовая нагрузка на предвключенные водород-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией с учетом собственных нужд всех фильтров выбранной схемы обессоливающей установки равна:

    Q_{гол(час)} = Q_гол + Q_{с.н.(час)} = 1923 + 447 = 2370 м³/ч. 

    3.7 Расчет декарбонизаторов Д_к1

    Концентрация  растворенного в воде углекислого  газа СО₂ является технологическим показателем качества воды, используемой для энергетических нужд, т.к. СО₂, реагируя с водой, образует угольную кислоту. Источником поступления в воду углекислоты являются 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 схеме ВПУ применен метод  декарбонизации с использованием колец  Рашига.

    Производительность  декарбонизатора Д_к1 составляет:

    Q_дк1 = 2370 м³/ч 

    Вода  поступает на декарбонизатор после  водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров с температурой 20 ºС. Карбонатная жесткость исходной воды:

    Ж_к^исх = 5,8 мг-экв/л 

    В процессе водород-катионирования с  «голодной» регенерацией фильтров карбонатная  жесткость снижается и на входе  в декарбонизатор Д_к1 равна:

    Ж_к^ост = 0,7 мг-экв/л 

    Содержание  свободной растворенной углекислоты  в исходной воде равно:

    СО₂^и.в = 0,5 мг-экв/л = 22 мг/л 

    Концентрация  углекислоты после декарбонизации 5 мг/л. Карбонатная жесткость после  декарбонизации должна удовлетворять  нормам качества воды для теплосетей с открытой системой теплоснабжения и составлять при температуре сетевой воды 115 ºС – 0,7 мг-экв/л. 

    3.7.1 Определим концентрацию растворенной  углекислоты в воде, поступающей  на декарбонизатор Д_к1 после Н-катионирования: 

    СО₂ = = 0,2464 кг/м³, 

где Ж_к = Ж_к^исх - Ж_к^ост = 5,8 – 0,7 = 5,1 мг-экв/л – карбонатная жесткость исходной воды, разрушаемая в процессе водоподготовки. 

    3.7.2 Необходимая поверхность насадки  (поверхность десорбции), обеспечивающая  заданный эффект удаления кислоты,  определяется из уравнения: 

    F = = 23838,3 м², 

где G = Q*(CO₂ – CO₂^о.в) = 2370*(0,2464 – 0,005) = 572,1 кг/ч – количество углекислоты, подлежащей удалению в декарбонизаторе;

      Q = Q_дк1 = 2370 м³/ч – количество воды, поступающей на декарбонизатор;

      СО₂^о.в = 0,005 кг/м³ – концентрация углекислоты в декарбонизованной воде; 

      k_ж = 0,4 м/ч – коэффициент десорбции углекислоты; для декарбонизаторов с кольцами Рашига 25х25х3 мм и плотностью орошения насадки 60 м³/(м²*ч) определяется в зависимости от температуры декарбонизуемой воды по [2, рис.4.7];

      ∆с_ср = 0,06 кг/м³ – средняя движущая сила десорбции, определяемая в зависимости от концентрации углекислоты в воде до и после декарбонизации по [2, рис.4.8]. 

    3.7.3 Площадь поперечного сечения  декарбонизатора:

    f = Q/60 = 2370/60 = 39,5 м², 

где 60 – оптимальная  плотность орошения насадки на единицу  площади поперечного сечения  декарбонизатора. 

    3.7.4 Диаметр декарбонизатора составляет: 

    D = = 7,09 м 

    3.7.5 Высота слоя насадки рассчитывается:

    h = V_к.р/f = 116,9/39,5 = 2,96 м, 

где V_к.р = F/204 = 116,9 м³ – объем, занимаемый кольцами Рашига 25х25х3 мм при беспорядочной загрузке в декарбонизаторе;

      F = 23838,3 м² – поверхность десорбции.

      204 м²/м³ – поверхность 1 м³ насадки колец Рашига 25х25х3 мм при беспорядочной загрузке в декарбонизаторе. 

    3.7.6 Необходимый расход воздуха, подаваемого  в декарбонизатор:

    Q_возд = b*Q = 25*2370 = 59250 м³/ч, 

где b = 25 м³/м³ – удельный расход воздуха при насадке из колец Рашига при умягчении воды. 

    3.7.7 Суммарное сопротивление проходу  воздуха через декарбонизатор:

    Σξ = 25*h + 40 = 25*2,96 + 40 = 114 мм вод. ст, 

где 25 мм вод. ст – сопротивление проходу воздуха 1 м высоты слоя насадки из колец Рашига 25х25х3 мм;

      40 мм вод. ст – сопротивление проходу воздуха конструктивных элементов декарбонизатора.

    Вентилятор  к декарбонизатору должен обеспечить расход воздуха Q_возд = 59250 м³/ч, а напор несколько выше сопротивления проходу воздуха в декарбонизаторе Σξ = 114 мм вод. ст.

    Исходя  из требуемой производительности 2370 м³/ч по [2, рис.4.29] принимаем к установке восемь декарбонизаторов производительностью 300 м³/ч каждый с диаметром D_в.н = 2520 мм и высотой засыпки колец Рашига 3,1 м.