Расчет и потбор основного технологического оборудования станции

3.1 Расчет водород-катионитных фильтров с полной регенерацией

1.Поскольку при полной регенерации катионита фильтрат имеет pH≤ 7, выбираем сильнокислый катионит. По данным [2, 3.1] выбирается один из самых дешевых катионитов - сульфоуголь с размером зерен 0, 3-1, 5, мм и полной обменной емкостью равной 600 г-экв/м³.

2. Удельный расход серной кислоты на регенерацию принимается равным г/г-экв.

3. Коэффициент эффективности регенерации водород-катионита определен по [2, 6.1] равным .

4.Удельный расход на отмывку катионита после регенерации, принимается равным: q м³ на 1 м³ катионита.

Рабочая обменная емкость водород-катионита определяется:

, (3.1)

где – полная (паспортная) обменная емкость катионита, г-экв/м³;

– удельный расход на отмывку катионита после регенерации, принимаем равным на 1 м³ катионита;

- общее содержание в воде катионов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м³.

г-экв/м³

5. Объем катионита в фильтрах находится по формуле:

, (3.2)

где - расход воды, подаваемый на Н-фильтры, м³/ч;

- общая жесткость воды поступаемой на фильтры, г-экв/м³;

- рабочая объемная емкость катионита при водород-катионировании, г-экв/м³;

- число регенераций каждого фильтра в сутки, 2.

, (3.3)

где - полный полезный расход воды, подаваемый на установку;

и – щелочность исходной воды и требуемая щелочность умягченной воды соответственно, г-экв/м³;

- суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот (Cl^-, SO₄^-), г-экв/м³.

м³/сут=3, 44м³/ч.

м³

6.Принимаем водород-катионитный фильтр типа ФИПаΙ Ι -1, 0-0, 6-Н. Диаметром 1, 0м, высотой загрузки катионита м. Высота корпуса 2968 мм. Площадь одного фильтра f=0, 78. Конструкция приведена на рисунке 3.1.

7. Требуемая площадь фильтрата из условия размещения расчетного объема катионита равна

, (3.4)

м²

1-исходная вода; 2-фильтрат; 3-подача раствора кислоты; 4- вода на взрыхление; 5-сброс в канализацию воды от взрыхления; 6- сброс отмывочной воды и отработанных растворов; 7- гидровыгрузка катионита; 8- загрузка катионита.

Рисунок 3.1. Схема работы водород-катионитного фильтра:

8. Число рабочих фильтров =1, 1/0, 785=1, 4. Число рабочих фильтров должно быть не мене двух. Поэтому принимается , с суммарной площадью фильтрования м².

9. Скорость фильтрования воды в рабочем режиме составит,

, (3.5)

м³/ч

Скорость фильтрования в форсированном режиме, при выключенном на регенерацию одном фильтре равна,

, (3.6)

м³/ч.

10. Окончательно в проекте предусмотрено два рабочих и один резервный фильтров.

11. Масса 100% ной серной кислоты на одну регенерацию водород-катионитного фильтра, определяется:

, (3.7)

где – удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв.

кг

12.Суточный расход кислоты, необходимый для регенерации Н-фильтров:

, (3.8)

кг/сут.

Масса кислоты для нормируемого хранения в течении 15 суток.

т.

Объем бака требуемый для хранения этой массы

, (3.9)

где - масса кислоты хранения в баке, т;

- удельная масса технической серной кислоты 95% концентрации, т/м³; - концентрация кислоты, %.

м³

Принимаем бак БНВ-1, 6. Объем бака 1, 6 м³, габаритные размеры мм, мм. Конструкция бака приведена на рисунке 3.2.

1-заполнение кислотой; 2-сжатый воздух; 3-выход кислоты; 4-воздушник.

Рисунок 3.2. - Бак БК для концентрированной серной кислоты.

13. Объем мерника определяется из условия регенерации одного фильтра. Объем мерника определен из формулы 3.9 при условии кг. В результате л. Принимаем два мерника.

14.Объем раствора кислоты 1, 5% концентрации для одной регенерации одного фильтра W_раств, м³, определяется по формуле:

, (3.10)

м³

Объем воды требующейся на приготовление раствора практически равен объему раствора, так как плотность его близка к плотности воды. Регенерационный раствор пропускается через фильтр со скоростью равной 10 м/ч.

Расход регенерационного раствора равен:

м³/ч=2, 17 л/с.

15. Расход воды на взрыхление фильтров , л/с, определяется по формуле:

, (3.11)

где - интенсивность подачи воды для взрыхления катионита, 4 л/с м²;

-площадь фильтра, м².

л/с.

Объем воды , м³, взрыхление фильтра определяется:

, (3.12)

где – продолжительность взрыхления принята 20 минут.

м³

Вода для взрыхления хранится в баках(один рабочий, один резервный). Объем каждого бака рассчитан на два взрыхления, т. е., равен 7, 4 м³. Высота каждого бака принята по 2, 5м, диаметр 2, 0м.

16. Вода на отмывку подается та же и по тому же трубопроводу, что и на умягчение.

Определим объем воды на отмывку :

, (3.13)

где - удельный расход воды на отмывку, равный 5м³ на 1 м³ катионита.

м³

17. Суточный расход воды на собственные нужды водород-катионитной установки равен:

, (3.14)

м³/сут.

18. Определение диаметров трубопроводов и потерь напора приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1-Диаметры трубопроводов установки водород-катионитного умягчения воды

Из баков вода на взрыхление фильтров вода подается насосами. Напоры насосов составляют ориентировочно 15-20 м. Производительность насоса для взрыхления фильтров: q_взр=3, 12 л/с или 11, 2 м³/ч. К установки принимаются два насоса, один резервный и один рабочий, типа 2К 20/18 фактической производительностью 11-22 м³/ч и напором 21 м. Масса насосного агрегата 75 кг, размеры в плане 823× 286 мм. Мощность электродвигателя-1, 5 кВт.

3.2 Расчет вентиляторной градирни- дегазатора

Дегазатор представляет собой стальной цилиндр, внутри которого располагается насадка. Вода поступает на дегазатор сверху через распределительные сопла. Снизу в аппарат с помощью вентилятора подается воздух.

Для организации движения воды по насадке в виде пленки используются керамические кольца Рашига размером 25× 25× 4 мм. Площадь поверхности 1 м³ колец Рашига составляет 204м². Плотность орошения принимается равной м³/(м²ч). На рисунке 3.3 представлена градирня-дегазатор.

Площадь поперечного сечения градирни-дегазатора , м²:

, (3.15)

м²;

По площади находится диаметр дегазатора , м:

, (3.16)

м.

Диаметр принимаем 1300 мм. Тогда фактическая площадь дегазатора в плане будет равной м²;

1-корпус; 2-насадка; 3-подача воды; 4-распределительные сопла; 5-отвод воды; 6-вентилятор; 7-воздухоотводящие патрубки; 8-выброс газа.

Рисунок 3.3-Градирня-дегазатор.

Концентрация двуокиси углерода на входе в дегазатор определяется:

, (3.17)

где и – содержание свободной двуокиси углерода, г/м³, и щелочности в исходной воде, г-экв/м³.

г/м³;

Масса удаляемой двуокиси углерода, находится из уравнения:

, (3.18)

где - концентрация на выходе двуокиси углерода, принимается 3 г/м³.

кг/ч;

Среднее значение движущей силы десорбции кг/м³, коэффициент десорбции м/ч.

Необходимую поверхность насадки определяют по формуле:

, (3.19)

м²;

Объем насадки обеспечивающий эту поверхность равен:

, (3.20)

где – поверхность 1 м³ насадки.

м³

Высота слоя насадки в дегазаторе равна:

, (3.21)

м;

Производительность вентилятора:

, (3.22)

где – удельный расход воздуха, принимаем равным 15м³ на 1м³ воды.

м³/ч;

Напор вентилятора:

, (3.23)

где - сопротивление насадки мм. вод. ст. на 1 м высоты, принимаемое для керамической насадки 30 мм. вод. ст.

мм. вод. ст =601 Па.

Этим параметрам соответствует вентилятор с частотой вращения рабочего колеса об/мин, мощностью электродвигателя кВт.Рвзмеры в плане вентилятора в комплексе с электродвигателем мм. Размер входного патрубка мм.

Общая высота дегазатора складывается из водораспределительной части, равной 0, 5м, высоты насадки м, воздухораспределительной части, равной 0, 5м, высоты патрубка вентилятора и высоте водосборного резервуара – 0, 5м. Общая высота дегазатора равна м.

На установке предусматривается два дегазатора: рабочий и резервный.

3.3 Расчет и подбор оборудования натрий-катионитных установок

Кислая вода после Н-катионирования смешивается перед декарбонизатором с потоком исходной воды и используется для нейтрализации ее щелочности. Через декарбонизатор и Na-катионитный фильтр проходит полный поток воды подаваемый на установку. При расчете Na-катионитных фильтров учитывается, что у части потока воды проходящей через Н-катионитные фильтры жесткость снижается до величины равной 0, 1 г-экв/дм³. С учетом этого общая жесткость воды подаваемой на Na-катионитный фильтр равна

, (3.24)

г-экв/м³

В качестве катионита принимаем сульфоуголь с размером зерен 0, 3-1, 5 мм. Полная обменная емкость катионита г-экв/м³.

Удельный расход соли г/г-экв. Коэффициент эффективности регенерации определен по (2; 4.1) . Коэффициент определен по (2; 4.7) в соответствии соотношения С_Na/Ж_о.исх=0, 32/0, 65=0, 5.

Удельный расход отмывочной воды принят равным 5м³ на 1м³ катионита. Рабочая обменная емкость катионита определяется:

, (3.25)

г-экв/м³ ;

Принимаем число регенераций каждого фильтра в сутки . Объем катионита в фильтре определяется по формуле:

, (3.26)

где - расход умягчаемой воды, м³/ч.

м³;

Принимаем натрий-катионитных фильтр ФИПаΙ Ι -1, 4-0, 6-Na. Фильтр этой марки имеет диаметр корпуса 1424мм, высоту загрузки м, высоту корпуса 3120 мм. Масса аппарата без загрузки 1562 кг. Площадь фильтрования этого фильтра м².

Суммарная площадь катионитных фильтров определяется:

, (3.27)

м³

Число рабочих фильтров , обеспечивающие эту площадь равно

, (3.28)

где - площадь фильтрования одного фильтра, м².

.

Предварительно принимаем два рабочих фильтра.

Фактическая скорость фильтрования воды в нормальном режиме:

, (3.29)

м/ч

Рассчитанная скорость не превышает предельно допустимую 25 м/ч, но не проходит по условию для форсированного режима, когда один фильтр будет выключен на регенерацию. Поэтому число рабочих фильтров увеличиваем до трех, м/ч.

В форсированном режиме, когда один из фильтров выключен на регенерацию, допускается увеличение скорости на 10 м/ч допустимой:

, (3.30)

м/ч.

К установке принимается 3 рабочих и 1 дополнительный резервный фильтр.

Конструкция катионного фильтра приведена на рисунке 3.4.

1 – исходная вода; 2 – умягченная вода; 3 – сброс в канализацию; 4 – раствор хлорида натрия; 5 – отработанный регенерационный раствор и отвод отмывочной воды; 6 – вода на взрыхление.

Рисунок 3.4. – Натрий-катионный фильтр.

Солевое хозяйство:

Масса поваренной соли на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра определяется по формуле:

, (3.31)

кг.

Суточный расход технической соли, необходимый для регенерации фильтров умягчения воды:

, (3.32)

кг/сут

Принято 15-суточное хранение соли в баках мокрого хранения. Масса соли для хранения составит:

т.

Объем баков для хранения 25% раствора соли определен из расчета 5 м³ на 1 т соли

м³.

К установке принимаются 2 бака с унифицированными размерами в плане и высотой 2, 4 м. Емкость каждого бака равна 12, 7м³. Баки выполнены из железобетона с защитой поверхности от коррозии. Схема расположения баков приведена на рисунке 3.4.

1-баки; 2-трубопроводы отбора концентрированного раствора соли; 3-солевые насосы; 4- подача раствора соли на фильтры-солерастворители; 5- вода от водопровода для заполнения баков; 6- подача воздуха на взрыхление.

Рисунок 3.4- Баки мокрого хранения соли(положение в плане).

Суточный объем 25% раствора для регенерации всех фильтров равен:

, (3.33)

где - масса соли хранимая в баке, кг/сут;

- удельная масса раствора, 1, 19;

- концентрация раствора, %.

м³/сут;

Концентрированный раствор соли из баков перекачивается через солерастворитель в бак мерник. Принимаем солерастворитель марки С-0, 125-0, 4. Диаметр солерастворителя - 426мм. Площадь фильтрования - 0, 14м². При скорости фильтрования через него раствора соли равной 3 м/ч, его производительность составляет 0, 42 м³/ч. Следовательно, производительность принятого солерастворителя вполне достаточна для пропуска расчетного объема соли.

К установке принимаются два солерастворителя один рабочий и один резервный. Для перекачки соли приняты насосы центробежные химические консольные Х2/30 производительностью 2 м³/ч и напором 30м. Масса насоса-126 кг, мощность электродвигателя насоса составляет 3кВт. Габариты насоса вместе с электродвигателем в плане равны 930× 450 мм. Устанавливается два насоса: рабочий и резервный.

Из солерастворителя раствор подается в баки-мерники для приготовления регенерационных растворов для регенерации фильтров. Концентрация соли принимается равной 5%.

Объем раствора для одной регенерации одного фильтра определяется по формуле:

, (3.34)

где - масса соли на одну регенерацию, кг.

м³;

В баках-мерниках хранится объем раствора на две регенерации. Объем одного бака равен:

м³;

Диаметр каждого бака в плане 1, 8м, высота 2, 5м. Применяем два бака: один рабочий и один резервный.

Баки-мерники оборудуются сигнализатором уровня раствора, переливным трубопроводом и трубопроводом опорожнения. Баки выполняются с защитным покрытием от коррозии.

Расход раствора соли по трубопроводу от бака-мерника к фильтрам определяется по формуле (3.31), по принятой скорости фильтрования регенационного раствора через катионит м/ч.

, (3.35)

л/с;

Баки-мерники располагаются на высоте, позволяющей самотечное движение раствора соли в катионитные фильтры.

Расход воды на взрыхление фильтров , л/с, определяется по формуле (3.32), в которой - интенсивность подачи воды для взрыхления катионита принята равной 4 л/см² , площади фильтрования фильтра 1, 6 м².

, (3.36)

л/с.

Объем воды на одно взрыхление одного фильтра определяется по формуле:

, (3.37)

где - продолжительность взрыхления принята 20 минут.

м³

Воду для взрыхления предусмотрено подавать от специальных баков, в каждом из которых предусматривается хранить объем воды, необходимый для двух взрыхлений. м³.

Чтобы обеспечить взрыхление любого фильтра от любого бака предусмотрены переключения между баками. Баки предусматривается выполнять из металла с антикоррозийным покрытием. Диаметр каждого бака 2, 8 м, высота 2, 5м.

В баках хранения взрыхляющей воды собирается также вода от отмывки фильтров соответствующих ступеней. Предусматривается подвод к бакам исходной воды для их пополнения при необходимости.

Из баков вода на взрыхление фильтров подается насосами. Напоры насосов составляют ориентировочно 15-20 м. Производительность насоса для взрыхления фильтров: л/с или 23 м³/ч. К установки принимаются два насоса, один резервный и один рабочий, типа К 25/18 фактической производительностью 25 м³/ч и напором 19 м. Масса насосного агрегата 90 кг, размеры в плане 795× 286 мм. Мощность электродвигателя-2, 2 кВт.

Объем воды для отмывки определяется по формуле:

, (3.38)

где - расход воды на отмывку, принят равным 5м³ на 1м³ катионита.

м³

Вода на отмывку подается по трубопроводам подачи воды на фильтр в рабочем режиме.

Первая половина объема отмывочной воды, наиболее загрязненная солями жесткости, сбрасывается в канализацию, вторая половина используется для взрыхления фильтров. В техническую канализацию сбрасываются также воды от взрыхления, содержащие взвешенные частицы, и отработанные регенерационные растворы соли.

С учетом этого потери воды на одну регенерацию фильтра равны:

, (3.39)

м³/сут.

Суточный расход воды на собственные нужды установки составляет:

, (3.40)

м³/сут.

В процентах от производительности установки составляет:

, (3.41)

%

Диаметры трубопроводов установки определяются по рекомендованным скоростям движения жидкости, равными от 1, 0 до 2, 0 м/с. Их определение сведено в таблицу 3.2.

Таблица 3.2- Диаметры трубопроводов установки натрий-катионитного умягчения воды