РАСЧЕТ КАТИОНИТНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Министерство транспорта Российской Федерации
Уральский государственный университет
путей сообщения
(УрГУПС)
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
А.М. АСОНОВ
РАСЧЕТ КАТИОНИТНЫХ УСТАНОВОК
ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
КОТЕЛЬНЫХ
Екатеринбург
2007
Министерство транспорта Российской Федерации
Уральский государственный университет
путей сообщения (УрГУПС)
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
А.М. АСОНОВ
РАСЧЕТ КАТИОНИТНЫХ УСТАНОВОК
ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
КОТЕЛЬНЫХ
Практикум по дисциплине «Водоподготовка в промышленных
котельных на железнодорожном транспорте»
для студентов специальности 280202
«Инженерная защита окружающей среды»
Екатеринбург
2007
УДК 628.16
Асонов А.М. Расчет катионитных установок для умягчения воды в промышленных
котельных: Практикум. − Екатеринбург: УрГУПС, 2007.
Приведены общие сведения об умягчении воды реагентом, катионитовым
и термическим способами, а также условия их эффективного применения. На
конкретных примерах показан алгоритм расчета сооружений для катионирования воды в системах химводоподготовки промышленных котельных на объектах железнодорожного транспорта
Практикум предназначен для студентов специальности 280202 «Инженерная защита окружающей среды», а также будет полезен для студентов и аспирантов теплотехнических и строительных специальностей, инженеров и техников промышленных котельных на ж.−д. транспорте.
Автор
А.М. Асонов, зав. каф. ИЗОС, д-р биол. наук, УрГУПС.
Рецензенты
Е.В. Мигалатий, зав. каф., проф., д-р хим. наук, УГТУ-УПИ;
В.Н. Соколов, доц., канд. хим. наук, УрГУПС,
©Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2007
© А.М. Асонов , 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .....................................................................................................................4
1. Общие сведения об умягчении воды...........................................................................5
2. расчет установок для Na-катионирования воды .....................................................11
2.1. Натрий-катионитовый метод умягчения воды
по одноступенчатой схеме .....................................................................................11
2.2. Натрий-катионитовый метод умягчения воды по двухступенчатой схеме ..19
3. Расчет установки для Н-Nа-катионирования воды ................................................20
3.1. Расчет Н-Nа-катионитовых фильтров ...................................................................20
3.2.Расчет устройств для хранения, приготовления и перекачки раствора
серной кислоты ................................................................................................. 23
3.3. Расчет устройств для мокрого хранения соли, приготовления раствора
соли и его перекачки ....................................................................................... 25
3.4. Определение расхода воды на собственные нужды установки. ................. 26
4. Библиографический список.........................................................................................28
Приложение 1
Задание к курсовой работе ............................................................................................29
Приложение 2
СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения ................... 31
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современное производство и быт в значительной мере зависят от наличия
энергоносителей в виде пара и горячей воды. Железная дорога является одной
из ведущих отраслей народного хозяйства. В ее инфраструктуру входят тысячи
железнодорожных станций, локомотивных и вагонных депо, электроподстанций, предприятий по обеспечению функционирования и развития железных дорог. К числу последних относятся заводы по изготовлению железобетонных
шпал и опор контактной сети, шпалопропиточные заводы, предприятия по ремонту железнодорожной техники, жилой фонд железной дороги.
Важнейшими энергоносителями на этих предприятиях являются пар и
вода. Только на Свердловской железной дороге для производства последних
действует около 500 котельных разного назначения. В свою очередь котельные
являются мощными источниками загрязнения и истощения объектов окружающей среды, в том числе водных ресурсов.
В процессах химводоподготовки в котельных сосредоточены основные
экологические проблемы котельных:
− значительный расход водных ресурсов при приготовлении пара и горячей воды;
− поступление в природные водоисточники консервативных и неконсервативных загрязняющих веществ со стоками котельных;
− большой расход реагентов, используемых в процессе химводоподготовки.
Принципиальное решение экологических проблем производства невозможно без квалифицированного сопровождения всего производственного процесса производства пара и горячей воды на всех стадиях: проектирования,
строительства, эксплуатации.
Предлагаемый практикум должен помочь студентам закрепить теоретические знания по технологиям и сооружениям химводоподготовки в котельных
путем применения их на практике в процессе инженерного расчета конкретных
сооружений. С его помощью они смогут освоить методику расчета основных
водоумягчительных сооружений, используемых в промышленных котельных, −
катионитных установок, на конкретном примере почувствовать неэкологичность технологии водоподготовки, задуматься о необходимости ее совершенствования.
В практикуме рассмотрены три наиболее распространенные схемы катионирования воды в промышленных котельных по производству пара. Он может быть использован студентами при выполнении курсового и дипломного
проектирования. Алгоритм расчета и приведенная в практикуме справочная
информация может быть полезна и для инженеров, занимающихся проектированием и эксплуатацией систем водообеспечения промышленных котельных.
4
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УМЯГЧЕНИИ ВОДЫ
Умягчение воды может быть осуществлено следующими основными способами: 1) реагентным; 2) катионитовым; 3) термическим.
Представляется целесообразным комбинировать эти способы, удаляя
часть солей жесткости реагентным способом, а остаток их − катионированием,
либо применять реагентный способ в комбинации с термическим способом
умягчения воды.
Условия наиболее эффективного применения различных способов умягчения воды с краткой характеристикой происходящих процессов приведены в
табл. 1.1.
Из реагентных способов умягчения наиболее распространен известковосодовый способ. Сущность его состоит в переводе растворенных в воде солей
Са2+ и Мg2+ в малорастворимые СаСО3 и Мg(ОН)2, выпадающие в осадок.
После введения Са(ОН)2 в воду находящаяся в ней растворенная СО2 связывается в карбонат-ион СО32−, который соединяется с растворенным в воде Са2+:
СаСО2 + 2(ОН)− → СО32− + Н2О;
Са2+ СО32−→ СаСО3↓.
При вводе извести в количестве, большем, чем необходимо для перевода бикарбонат-ионов в карбонат-ион
НСО3− + ОН− → СО32−+ Н2О,
происходит ускорение гидролиза магнезиальных солей; при этом Мg2+связывается в гидроокись магния:
Мg2+ + 2ОН− → Мg (ОН)2.
Для выделения солей некарбонатной жесткости, например МgS04, применяют кальцинированную соду Nа2СО3, которая вводится в воду вместе с известью. Ход реакций следующий:
Мg2+ + SO42−+ Са2+ + 2ОН−+ 2 Nа+ + СO32− → Мg (ОН)2↓ + СаСО3↓+2Nа++ SO42− .
Если надо выделить CaSO4, то нужно ввести карбонат-ион в виде соды:
Са2+ + SO42 + 2Nа+ + СO32− → СаСО3 →+ 2Nа+ + SO42−.
Скорость реакции с образованием осадков СаСОз и Мg(ОН)2 увеличивается при повышении температуры воды и при введении в нее избытка реагентов.
Катионитовый способ умягчения воды заключается в фильтровании жесткой воды через мелкозернистую загрузку некоторых веществ (сульфоуголь,
искусственные смолы). Эти вещества обладают способностью обменивать катионы содержащегося в них натрия Nа+ или водорода Н+ на катионы кальция
Са2+ или магния Мg2+ солей жесткости, растворенных в воде. Таким образом,
различают процесс Nа-катионирования и Н-катионирования.
5
Таблица 1.1
Способы умягчения воды и условия их применения
Способы
умягчения
воды
Характер процесса
умягчения
Реагентный В воду вводятся реагенты:
(известково- известь − для устранения
содовый)
карбонатной и магнезиальной жесткости; сода −
для устранения некарбонатной жесткости
Катионитовый
Nа-катионирование одноступенчатое
Умягчаемая вода пропускается через Nакатионитовые фильтры
Умягчаемая вода пропускается сначала через NаNа-катионикатионитовые
фильтры
рование
I ступени, где жесткость
двухступенснижается на 70 − 75 %, а
чатое
затем через Nа-катионитовые фильтры II ступени
Назначение способа
умягчения
Для неглубокого умягчения при необходимости
одновременного осветления мутных вод поверхностных источников
Для глубокого умягчения
воды с незначительным
содержанием взвешенных
веществ и цветностью не
более 30°
Условия эффективного применения способа умягчения воды
Общая жестПредел возможТемпература
Мутность исход- кость исходной ного снижения
исходной воды,
ной воды, мг/дм3
воды,
жесткости,
°С
мг-экв/ дм3
мг-экв/ дм3
До 400 −500
55 − 35
1) без подогрева
воды 0,5—1;
2) с подогревом
воды 0,2—0,4
Желательно не
менее 10 −20
То же, 80 − 90
Не более 5 − 8
До 15
0,05-0,1
При загрузке фильтров сульфоуглем:
30 − 40 для слабощелочной воды и
60 для нейтральной
и слабокислой воды
5−8
От 8 − 10 до 14
До 0,01
То же
Для весьма глубокого
умягчения воды с незначительным
содержанием
взвешенных веществ и
цветностью не более 30°
6
Окончание табл. 1.1
Способы
умягчения
воды
Характер процесса
умягчения
Назначение способа
умягчения
H-Nа-катионирование
Умягчаемая вода пропускается через H и Nакатионитовые фильтры, а
затем оба потока смешиваются
См. табл. 1.3
Условия эффективного применения способа умягчения воды
Предел возможОбщая жесткость
Температура
Мутность исходного снижения
исходной воды,
ной воды, мг/дм3
жесткости, исходной воды, °С
3
мг-экв/ дм
мг-экв/ дм3
5−8
Термический Вода нагревается выше Для умягчения воды, со- Не более 50
100 °С, что устраняет всю держащей преимущественно
карбонатную и часть не- карбонатную жесткость, для
карбонатной жесткости в питания котлов низкого и
воде в виде гипса СаS04
среднего давления
7
До 14
См. табл. 1.3
Карбонатная же- Карбонатной
сткость с преобла- жесткости
до
данием
солей 0,035 мг-экв/л,
Са(НСО3)2
гипса до 1200
мг/дм3
Некарбонатная
То же, гипса до
жесткость только в 40 − 50 мг/дм3
виде гипса
При загрузке
фильтров сульфоуглем 30 − 40
105 − 120
200 − 270
Таблица 1.2
Условия применения схем Н − Nа-катионирования
Схемы
Н-Nакатионирования
Параллельное
Последовательное
Условия наиболее эффективного применения схем
Жк:Ж0 при оп- Остаточная Остаточная Содержание в исходределенном
щелочность жесткость ной воде, мг-экв/дм3
значении Жн*
умягченной умягченводы
ной воды
Nа+
SO42−+ Сl−
в мг-экв/дм3
Технологический процесс
Часть воды пропускается через Ма-катионитовый фильтр, другая часть − через Н-катионитовый, после чего оба фильтрата
≥0,5 при Ж„<3,5
(щелочный и кислый) смешиваются и происходит их взаимная
мг-экв/дм3
нейтрализация. Затем вся вода поступает в дегазатор для удаления свободной углекислоты
Часть исходной воды проходит через Н-катионитовый фильтр,
смешивается с остальной для нейтрализации кислотности
фильтрата и пропускается через дегазатор для удаления свободной углекислоты. Затем вся вода пропускается через Nа≤0,5 при Жн>3,5
катионитовый фильтр
≤0,3 − 0,4
0,03
≤3 − 4
Не более
1−2
0,3 − 0,7
Ж0 снижается на величину,
равную Жк.
Величина
Жк остается неизменной
3−4
−
0,1 − 0,3
<2 − 3
Не более
1
Вся вода пропускается через катионитовый фильтр, отгенериСовмест>1 при
рованный так, что верхние слои катионита содержат обменные
1 − 1,8
ное
Жо < 6 мг-экв/дм3
катионы водорода, а нижние − катионы натрия
* Ж к − карбонатная жесткость; Жо − общая жесткость; Жн− некарбонатная жесткость в мг-экв/дм3.
8
Таблица 1.3
Технологические характеристики некоторых катионитов
Название катионита
Сырье, применяемое для изготовления
Сульфоуголь:
крупный I сорта
крупный II сорта
мелкий I сорта
Каменный
уголь, серная
кислота
КУ-1
сильнокислотный
Насыпной вес, т/м3
ВоздушноНабухшего
сухого какатионита
тионита
Коэффициент
набухания
Размер зерен,
мм
Полная обмен- Допустимая темпеная способратура умягчаемой
воды, °С
ность, г-экв/м3
0,65 − 0,7
0,65 − 0,7
0,65 − 0,7
0,55
0,55
0,55
1,2 − 1,25
1,2 − 1,25
1,2 − 1,25
0,3 − 1,5
0,3 − 1,5
0,3 − 1,5
550
500
500
Формальдегид,
п-фенолсульфокислота
0,74
0,44
1,6
0,3 − 2
600 − 500
КУ-2-8
сильнокислотный
Стирол, дивенилбензол
0,71
0,5
1,42
0,3 − 1,5
1500 − 1700
КБ-4
слабокислотный
Метилакриловая кислота,
дивенилбензол
0,68
Не менее 0,33
2
0,3 − 0,8
2500
(при рН=7)
9
При слабощелочной
воде до 30 − 40, при
нейтральной и слабокислой воде до 60
Стоек в кислой среде, нестоек в сильнощелочной среде
Стоек в. щелочной и
кислой средах до
120 − 130
До 200
Когда обменная способность катионитового фильтра исчерпана, производят регенерацию катионитовой загрузки. Nа-катионитовые фильтры регенерируются раствором поваренной соли (NаС1), а Н-катионитовые − растворами
серной (Н2S04) или соляной (НС1) кислот.
Вода после Nа-катионитовых фильтров обычно имеет повышенную щелочность (рН>7), а после Н-катионитовых − повышенную кислотность (рН<7). В первом случае можно дополнительно подкислить воду, во втором − применить подщелачивание. В настоящее время для этой цели, т. е. для достижения оптимальной
щелочности умягченной воды, применяют Н-Nа-катионирование, которое заключается в фильтровании воды, как через Н-катиониты, так и через N-катиониты.
При этом возможно применение одной из трех схем Н-катионироваия, которые
следует выбирать согласно данным табл. 1.2.
Обменная способность катионита выражается в г-экв/м3, т. е. в граммэквивалентах задержанных катионов на 1 м3 катионита, находящегося в разбухшем состоянии (после пребывания в воде). Различают полную и рабочую
обменную способность катионита.
Рабочая обменная способность − это количество г-экв Са2+ и Мg2+, которое задерживает 1 м3 катионита до момента проскока в фильтрат некоторой жесткости.
Обменная способность, отнесенная ко всему объему катионитовой загрузки фильтра, называется емкостью поглощения данного катионитового
фильтра и выражается также в г-экв/м3.
Обменная способность и другие технологические характеристики катионитов указаны в табл. 1.3.
Термический способ умягчения воды целесообразен в тех случаях, когда
вода предназначается для питания паровых котлов, испарителей и паропреобразователей. При применении этого способа воду нагревают до 105 − 120 °С,
что позволяет полностью устранить карбонатную жесткость воды.
Из солей некарбонатной жесткости термическим способом может быть
устранен только гипс СаSO4, частично выпадающий в осадок при температуре
воды выше 100 °С, так как растворимость его при повышении температуры
снижается. При нагреве воды до 200°С содержание СаSO4 падает до 45 −
50 мг/дм3, а при температуре около 270 °С гипс полностью исчезает.
Можно комбинировать термический способ умягчения с реагентным, так
как с повышением температуры снижается остаточная жесткость воды, умягченной известково-содовым способом (табл. 1.4) при нормальном избытке реагентов (0,5 мг-экв/дм3 извести и 1 − 1,5 мг-экв/дм3 соды).
Таблица 1.4
Зависимость остаточной жесткости от температуры воды
Остаточная жесткость после умягчения воды, мг-экв/дм3
1−2
0,9−1,4
0,5−0,9
0,1
Температура умягчаемой воды, °С
2−20
20−35
35−90
Более 90
10
2. РАСЧЕТ УСТАНОВОК ДЛЯ Na-КАТИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ
2.1. Натрий-катионитовый метод умягчения воды по одноступенчатой
схеме
Заданная производительность установки Qсут = 4450 м3/сут, или
Qчас=185 м3/ч. Содержание взвешенных веществ в умягчаемой воде не более
5 − 8 мг/дм3; цветность не выше 30°
Жесткость исходной воды: общая1 Жо= 6 мг-экв/дм3, или 6 г-экв/м3, карбонатная Жк=1,9 мг-экв/дм3. Допустимая жесткость умягченной воды должна
быть Жу = 0,2 мг-экв/л. Содержание ионов Nа+ в исходной воде составляет
15 мг/дм3.
Принимаем установку с одной ступенью Nа-катионитовых фильтров, так
как остаточная жесткость фильтрата составляет 0,2 мг-экв/л, что выше минимально допустимой величины 0,03 − 0,05 мг-экв/л (см. табл. 1.1).
Расчет одноступенчатой Nа-катионитовой установки ведется на полезную
производительность, так как для собственных нужд используется осветленная,
но не умягченная вода.
Число фильтроциклов в сутки
n=
T
24
=
= 2,
t + t 1 10,5 + 1,5
(1)
Т − продолжительность работы катионитовой установки в течение суток в час;
t − полезная продолжительность одного фильтроцикла в час (принимается
от 10 до 22 часов);
t1 − продолжительность операций, сопровождающих регенерацию катионитового фильтра, ч (обычно t1=;1,5 ч).
Основной характеристикой катионитовых материалов является полная
обменная способность Eполн , выраженная в г-экв/м3.
Для сульфоугля при крупности зерен 0,3 − 0,8 мм Епол = 550 г-экв/м3.
где
Рабочая обменная способность Nа-катионита
Na
Е раб
= α э β Na E пол − 0,5q уд Ж 0 г-экв/м3,
(2)
где αэ − коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту
регенерации катионита (табл. 2.1); при удельном расходе соли на регенерацию
Дс=200 г/г-экв αэ = 0,81;
1
Одноступенчатая схема Nа-катионирования применяется при общей жесткости исходной
воды до 15 мг-экв/дм3.
11
Таблица 2.1
Значения коэффициента αэ
Удельный расход соли Дс на регенерацию катионита, г / г-экв рабочей обменной способности
100
150
200
250
300
400
Коэффициент эффективности регенерации αэ
0,62
0,74
0,81
0,86
0.9
0,91
β Na − коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по Са2+ и Мg2+ вследствие частичного задержания катионов Nа+
(табл. 2.2).
Таблица 2.2
Значения коэффициента β Na
С 2Na /Ж0
0,01
0,03
0,05
0,1
0,5
1
2
3
5
10
β Na
0,93
0,9
0,88
0,83
0,7
0,65
0,6
0,57
0,54
0,5
qуд − удельный расход воды на отмывку катионита в м3 на 1 м3 катионита
(принимается 4 − 5 м3); в данном примере qуд = 4м3/м3;
Ж0 − общая жесткость исходной воды, г-экв/м3.
Так как в исходной воде содержится 15 мг/дм3 Na+, то при пересчете на
мг-экв/дм3 величина концентрации Na+ составит
Na + 15
СNа =
=
= 0,65 мг-экв/дм3, а отношение С 2Na : Ж0 = 0,652: 6 = 0,07.
23
23
Следовательно, β Na = 0,86 (см. табл. 2.2). Таким образом, по формуле (2)
Na
Е раб
= 0,81 ⋅ 0,86 ⋅ 550 − 0,5 ⋅ 4 ⋅ 6 ≈ 370 г-экв/м3.
Необходимый объем сульфоугля
Q сут Ж 0 3
(3)
,м .
Wсут=
Na
nE раб
Для данного примера
4450 ⋅ 6
Wсут=
≈ 36,1 м 3 .
2 ⋅ 370
Высоту катионитовой загрузки принимаем hк = 2,5 м. Допустимая расчетная скорость фильтрования через Nа-катионитовый фильтр должна .быть в пределах Vрасч = 10 − 25 м/ч в зависимости от общей жесткости воды:
при Ж0 <5 мг-экв/дм3 − Qрасч = 25 м/ч, при Ж0<10 мг-экв/дм3 − Qрасч = 15 м/ч,
при Ж0< 15 мг-экв/дм3 − Vрасч = 10 м/ч.
12
Скорость фильтрования определяется по формуле
Na
Vрасч
=
Na
E расч
⋅hk
Na
2
Tм Ж 0 + 0,02 ⋅ E расч
⋅ d 80
(lnЖ 0 − lnЖ у )
Тм =
где
, м/ч;
24
− (tвзр + tрег + tотм), ч,
2
(4)
(5)
d 80 − 80 %-й калибр катионитовой загрузки (обычно d 80 = 0,8÷1,2 мм);
Жу= 0,2 мг-экв/дм3 − допустимая жесткость умягченной воды;
Тм − продолжительность межрегенерационного периода;
tвзр = 0,25 ч (15 мин) − продолжительность взрыхления катионита;
tрег = 0,42 ч (25 мин) − продолжительность регенерации;
tотм = 0,83 ч (50 мин) − продолжительность отмывки.
Следовательно, по формулам (4) и (5):
Тм =
Na
Vрасч
=
24
− (0,25 + 0,42 + 0,83) = 10,5 ч;
2
370 ⋅ 2,5
10,5 ⋅ 6 + 0,02 ⋅ 370 ⋅ 0,8 2 (ln 6 − ln 0,2)
≈ 13 м/ч < 15 м/ч.
Необходимая суммарная рабочая площадь Nа-катионитовых фильтров
FNa =
где
Q сут
Na
Vрасч
[T − n(t взр + t рег + t отм )]
, м2,
(6)
Т − продолжительность работы фильтров, ч/сут,
n − число фильтроциклов в сутки.
Для данного примера
FNa =
4450
≈ 16,3 м2..
13[24 − 2(0,25 + 0,42 + 0,83)]
По табл. 2.3 подбираем катионитовые фильтры. Принимаем три рабочих
фильтра2 диаметром 2,6 м, площадью по 5,31 м2 и один резервный фильтр тех
же размеров (рис.2.1).
Количество катионитовых фильтров I ступени надо принимать: рабочих − не менее двух,
резервных − один.
2
13
Таблица 2.3
Размеры и вес Н− Nа-катионитовых фильтров
Диаметр,
мм
Высота
слоя загрузки, м
Вес металла для
фильтров, кг
Размеры, мм
H
H1
L
L1
d
NаН-катиокатионитовых нитовых
Нагрузочный
вес, т
Катионитовые фильтры I ступени
1000
1500
2000
2600
3000
3400
2
2
2.5
2,5
2.5
2.5
3375
3658
4535
4812
5645
5168
850
980
1000
1100
1065
1500
205
860
885
1400
1738
1900
650
880
1170
1480
1680
1900
50
80
125
150
150
200
1010
1585
2636
4430
5410
6670
990
1570
2660
4485
5450
6710
5
10
15
30
40
50
916
1480
2225
3935
5120
920
1485
2280
4010
5170
3,5
7,5
13,1
20
30
Катионитовые фильтры II ступени
1000
1500
2000
2600
3000
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
2675
2962
3235
3512
3745
825
870
1175
1060
1065
212
860
885
1400
1706
680
955
1170
1500
1730
80
125
150
.200
250
Рис. 2.1. Катионитовый фильтр I ступени:
1 − подача исходной воды; 2 − подача регенерационного раствора; 3
и 4 − подача и спуск промывочной воды; 5 − сброс отмывочной
воды; 6 − выход умягченной воды; 7 − лаз круглый; 8 − лаз
эллиптический; 9 − верхнее распределительное устройство;
10 − слой катионита; 11 − штуцер для гидравлической выгрузки
катионита
Суммарная рабочая площадь фильтров составит
Σfраб = 3⋅5,31 = 15,93 м2, или ∼ 16,3 м2.
При высоте загрузки hк = 2,5 м объем сульфоугля
в трех фильтрах:
Wсул = 3 ⋅ 2,5 ⋅ 5,31 ≈39,7 м3 >36,1 м3.
Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме
Vф = Qч ⋅ Σfраб =185:15,93 = 11,7 м/ч<13 м3/ч,
14
а в условиях форсированного режима (при регенерации одного фильтра)
Vф = 185 : (2 ⋅ 5,31) = 17,5 м/ч3.
Общую потерю напора в напорных катионитовых фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра,
дренаже и катионите (табл. 2.4).
Таблица 2.4
Общая потеря напора в катионитовых фильтрах
Общая потеря напора в фильтре, м
при крупности катионита, мм
Скорость фильтрования, м/ч
5
10
15
20
25
0,3 − 0,8
0,5 − 1,1
и высоте загрузки, м
2
2,5
2
2,5
5
5,5
6
6,5
9
5,5
6
6,5
7
10
4
5
5,5
6
7
4,5
5,5
6
6.5
7.5
Удельный расход соли для регенерации Nа-катионитовой загрузки составляет Дc=200 г/г-экв (рекомендуется от 150 до 200 г/г-экв при одноступенчатой схеме).
Расход технической поваренной соли Gс на одну регенерацию каждого
фильтра:
Na
Е раб
h к Д сf
Gс=
, кг.
(7)
1000
Для данного примера
370 ⋅ 2,5 ⋅ 200 ⋅ 5,31
Gс=
≈1000 кг.
1000
Определим расход осветленной воды на собственные нужды установки:
1) на промывку (взрыхление) катионитовой загрузки
qвзр=
w взр f ⋅ t взр 60
1000
3
, м3,
(8)
При кратковременной наибольшей нагрузке, связанной с выключением фильтра на регенерацию или ремонт скорость фильтрования можно увеличить на 10 м/ч.
15
где wвзр− интенсивность взрыхления, дм3/с на 1 м2, равная при крупности зерен катионита 0,3 − 0,8 мм 3 дм3/сек × м2, .при крупности зерен 0,5 − 1,1 мм
4 дм3/с⋅м2;
tвзр − продолжительность взрыхления, равная 15 мин.
Тогда
qвзр=
3 ⋅ 5,31 ⋅ 15 ⋅ 60
=14,6 м3;
1000
2) на отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенерации
qотм= qуд.отм f⋅hк, м3,
(9)
3
3
где qуд.отм. − удельный расход воды на отмывку, равный 4 − 5 м на 1 м катионитовой загрузки.
Тогда
qотм = 4,5⋅5,31⋅2,5 = 59,7 м3;
3) на растворение соли
qрс=
G c q уд.р.с.
, м3,
(10)
1000
где qуд.р.с. − удельный расход воды на растворение соли, равный 10 дм3 воды
на 1 кг технической соли;
Gс − расход соли на одну регенерацию каждого фильтра, кг.
Тогда
qрс=
1000 ⋅ 10
=10 м3;
1000
4) на промывку солерастворителя диаметром 1030 мм
qпр.с=
где
Тогда
f c w c 60t c 3
,м,
1000
(11)
fс − площадь солерастворителя, равная 0,8 м2;
wс − интенсивность его промывки, равная 5 л/с⋅м2;
tс − продолжительность промывки солерастворителя, равная 5 мин.
0,8 ⋅ 5 ⋅ 60 ⋅ 5
≈1,2 м3.
1000
Суммарный расход воды на одну регенерацию одного фильтра при
условии, что отмывочные воды катионитовых фильтров не используются
повторно для взрыхления катионитовой загрузки:
qпр.с=
Σq =14,6 + 59,7+10+1,2 = 85,5 м3.
16
Общий добавочный расход осветленной воды при двукратной за сутки
регенерации трех Nа-катионитовых фильтров:
qдоб = 85,5 ⋅2⋅3 = 513 м3.
Процент добавочной воды
Рдоб= (qдоб ⋅100): Qсут = (513 ⋅ 100) : 4450 =11,6 %.
(12)
Для сокращения расхода воды на собственные нужды установки следует предусмотреть повторное использование отмывочвых вод для взрыхления
катионита и приготовления регенерационного раствора соли4. При этих условиях расход воды на собственные нужды Nа-катионитовой установки составит в процентном отношении
qс.н.=
59,7 ⋅ 2 ⋅ 3
100 ≈ 8 % Q сут .
4450
Для приготовления раствора
соли требуемой концентрации служит солерастворитель (рис.2.2).
В его цилиндрическом корпусе
со сферическими днищами размещены слои кварцевого песка общей
высотой 0,4 − 0,5 м и дренаж в виде
стальных листов с отверстиями.
Сверху корпуса солерастворителя
устроена воронка для загрузки соли,
а под ней установлена задвижка.
Кроме того, для обслуживания солерастворителя установлены задвижки
на следующих трубопроводах: на
подающем воду, на отводящем соляной раствор на катионитовый
фильтр, на подающем промывную
воду под дренаж, на отводящем промывную и на спускном.
Рис. 2.2. Солерастворитель напорный
диаметром 670 − 1030 мм
4
Первая половина воды от отмывки катионита спускается в водосток, а вторая − направляется в бак для использования при взрыхлении катионита или приготовлении регенерационного
раствора.
17
Расчет солерастворителя. Расчетное количество соли на одну регенерацию каждого фильтра в этом примере равно: Qс=1000 кг.
Полезная емкость по соли серийно изготовляемого солерастворителя составляет 550 кг (табл. 2.5).
Таблица 2.5
Размеры и вес солерастворителей
Диаметр, Полезная еммм
кость по соли, кг
478
100
670
240
1030
550
Полная
высота, мм
1725
1550
1880
Высота корпуса,
Нагрузочный
Вес металла, кг
мм
вес, т
1185
370
0,7
1025
420
1,0
1205
840
2,0
Следовательно, нужно иметь n = 1000 : 550 = 1,82 ≈ 2 рабочих солерастворителя и один резервный.
Объем раствора соли, пропускаемого через гравийные слои каждого из
двух солерастворителей для очистки от загрязнений:
Q c q р.с. 3
Wр.с. =
,м ,
(13)
n ⋅ 1070
где qр.с − количество воды для растворения 1 кг соли, равное 10 дм3;
1070 кг/м3 − объемный вес 10 %-го соляного раствора. Тогда для данного примера
1000 ⋅ 10
Wр.с. =
≈ 4,7 м3.
2 ⋅ 1070
Скорость фильтрования раствора соли через гравийные слои при площади солерастворителя fс = 0,8 м2 составит
Vc= Wр.с. : fс = 4,7:0,8= 5,9 м/ч<6 м/ч,
т. е. меньше предельно допустимой. Полезный объем каждого солерастворителя принимается на 35 − 40 % больше расчетного количества соли, т. е.
Wс = 1,35
1000
= 0,64 м3.
2 ⋅ 1070
Отсюда высота полезного объема каждого солерастворителя =0,64 : 0,8 = 0,8 м
при полной высоте корпуса 1,205 м.
18
2.2. Натрий-катионитовый метод умягчения воды по двухступенчатой схеме
Натрий-катионирование производится в две ступени, если остаточная жесткость воды должна быть снижена до 0,01 мг-экв/дм3 (глубокое умягчение).
Применение двухступенчатой схемы целесообразно при жесткости исходной воды более 10 мг-экв/дм3. При расчете фильтров II ступени жесткость
поступающей воды принимают равной 0,1 мг-экв/дм3 (см. табл. 1.1).
Расчет Nа-катионитовых фильтров
I ступени ведется на заданную полезную
производительность с учетом 2 %-й потребности в умягченной воде для отмывки фильтров II ступени.
Скорость фильтрования на фильтрах I ступени принимается в зависимости от жесткости исходной воды от 10
до 25 м/ч, а на фильтрах II ступени − не
более 60 м/ч, так как в них умягчается
вода с меньшей жесткостью.
Рабочий цикл фильтров II ступени
продолжается 150 − 200 ч (вместо 10,5 ч
для фильтров I ступени). Толщина слоя
катионита составляет 1,5 м (рис. 2.3 и
табл. 2.3).
Удельный расход соли для регенерации фильтров I ступени принимается
120 − 150 г на 1 г-экв поглощенных катионов (вместо 150 − 200 г при одноступенчатом Na-катионировании). Для регенерации фильтров II ступени удельный расход соли должен составлять 300
− 400 г на 1 г-экв поглощенных катионов. Поскольку регенерация этих
фильтров производится через более значительные интервалы, общий расход соРис.2.3. Катионитовый фильтр II ступени:
ли при двухступенчатом Nа-катиони1 − подача исходной воды; 2 − подача
ровании меньше, чем при одноступенчарегенерационного раствора; 3 и
той схеме. Фильтры II ступени отмыва4 − подача и спуск промывочной воды;
ют (после регенерации) умягченной во5 − сброс отмывочной воды и первого
дой, полученной на фильтрах I ступени.
фильтрата; 6 − выход умягченной воды;
Поэтому для фильтров II ступени
7 − лаз круглый; 8 − лаз эллиптический;
9 − верхнее распределительное устройство; величина рабочей обменной способности Nа-катионита будет более высокой,
10 − слой катионита; 11 − штуцер для
гидравлической выгрузки катионита
а именно:
Na
Е раб
= αэ⋅ βNа ⋅Еполн .
19
Значения коэффициентов αэ и βNа представлены в табл. 2.1 и 2.2. Необходимо иметь в виду, что ни одноступенчатая, ни двухступенчатая схема Nакатионирования не могут быть применены, если карбонатная жесткость исходной воды больше заданной щелочности умягченной воды. В таких случаях для
снижения остаточной щелочности умягченной воды применяют метод Н − Nакатионирования.
3. РАСЧЕТ УСТАНОВКИ ДЛЯ Н-Nа-КАТИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ
3.1. Расчет Н-Nа-катионитовых фильтров
Водород-натрий-катионитовый способ применяется для удаления из воды
катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.
Пример. Расчетная производительность водоумягчительной установки
Qч =190 мз/ч.
Качество исходной воды из городского водопровода характеризуется
следующими данными: общая жесткость Жо = 4,5 мг-экв/дм3; щелочность (карбонатная жесткость) Щ=2,3 мг-экв/дм3; количество взвешенных веществ не более 5 − 8 мг/дм3; содержание ионов SO 24− − 96 мг/дм3, или 96:48.03 ≈ 2 мгэкв/дм3 и ионов С1− 28,4 мг/дм3, или 8,4:35,46 = 0,8 мг-экв/дм3.
Таким образом, сумма сульфатных и хлоридных ионов
А = ( SO 24− + С1−) = 2,8 мг-экв/дм3, т. е. не превышает допустимой величины 3 −
4 мг-экв/дм3 (см. табл. 1.2).
Содержание ионов натрия Nа+ составляет 14 мг/дм3, или
СNa = 14:23 = 0,6 мг-экв/дм3< 1 мг-экв/дм3.
Допустимая остаточная щелочность умягченной воды Щоув = 0,35 мг-экв/дм3.
Так как отношение Жк : Жо = 2,3 : 4,5 = 0,51> 0,5, то по этому условию, а
равно и по другим показателям анализа исходной воды, принимаем согласно
табл. 1.2 схему параллельного Н-Nа-катионирования.
Расход воды, подаваемой на Н-катионитовые фильтры:
Q ч (Щ − Щ оув ) 3
Qн =
, м /ч.
(14)
А+Щ
Для данного примера
Qн =
190(2,3 − 0,35)
=72,6 м3/ч или 38,2 % Qч .
2,8 + 2,3
Удельный расход серной кислоты Н2S04 на регенерацию Н-катионитовой
загрузки принимаем: S = 90 г/г-экв. Величину коэффициента эффективности
αН
э при расчете Н-катионитовых фильтров определяем по табл. 3.1 равной 0,83.
20
Таблица 3.1
Значения коэффициента эффективности регенерации α эН
при различных удельных расходах Н2SО4
Удельный
расход Н2SО4,
г/г-экв,
поглощенных
катионов
α эН
40
50
60
70
80
90
100
125
150
176
200
250
0,62
0,68
0,74
0,78
0,81
0,83
0,85
0,89
0,91
0,92
0,93
0,95
Рабочая обменная способность Н-катионита составит
Н
ЕН
раб = α э Еполн− 0,5qо(Жи +СNа+Ск)исх ,
(15)
где qо − удельный расход осветленной воды на отмывку катионита, равный 5 м3/м3;
СNа − концентрация натрия в исходной воде, равная 0,6 мг-экв/дм3;
Ск − концентрация калия в исходной воде, мг-экв/дм3 (в данном примере
Ск = 0).
Величина Еполн определяется по данным паспорта завода; при крупности
сульфоугля 0,3 − 0,8 мм Еполн = 550 г-экв/м3. Тогда
3
ЕН
раб = 0,83⋅550 − 0,5⋅5(2,3 +0,6) ≈ 450 г-экв/м .
Необходимый объем катионита для загрузки в Н-катионитовые фильтры
Wн =
Q нполез (Ж 0 + С Na )24
nЕ нраб
, м3.
(16)
Тогда при Qнполез = Qн и числе регенераций за сутки n = 2
Wн =
72,6(4,5 + 0,6)24
≈9,9 м3.
2 ⋅ 450
Расчетная скорость фильтрования на Н-катионитовых фильтрах
v нрасч
где
Е нраб ⋅ h к
=
Т 0 (Ж 0 + С Na ) +
2
0,25d 80
ln
(Ж 0 + С Na ) исх
(Ж 0 + С Na ) ф
, м/ч,
(17)
hк − высота катионитовой загрузки, принимается равной 2,5 м;
Т0 − продолжительность работы фильтра при снижении кислотности
фильтрата до нуля, равная 10,5 ч;
21
d80 − 80 % -й калибр зерен катионитовой загрузки, равный 0,8 мм.
Индексом «исх» обозначена исходная вода, а индексом «ф» − фильтрат
Н-катионитовых фильтров, тогда Ж фо = 0,03 мг-экв/дм3 и С фNa =0,01 мг-экв/дм3.
В данном примере
v нрасч =
450 ⋅ 2,5
(4,5 + 0,6)
10,5(4,5 + 0,6) + 0,025 ⋅ 0,8 ln
(0,03 + 0,01)
≈17 м/ч.
2
Необходимая площадь Н-катионитовых фильтров
Fн = Wн : hк = 9,9 : 2,5 ≈ 4 м2.
Принимаем три рабочих фильтра и один резервный D = 1,5 м и f = 1,77м2.
Суммарная площадь трех рабочих фильтров Σ f = 3 ⋅ 1,77 = 5,31 м2>4м2. Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме vф =72,6 : 5,31 ≈ 13,7 м/ч
<.17 м/ч, а при выключении одного рабочего фильтра на регенерацию (форсированный режим) vф = 72,6 : (2⋅1,77) = 20,5 .м/ч, что вполне допустимо.
Объем загрузки Н-катионитовых фильтров
WН = 3⋅1,77 ⋅2,5 = 13,3 м3 > 10 м3.
Вода, прошедшая через Н-.катионитовые фильтры (кислый фильтрат),
смешивается с водой, прошедшей через Nа-катионитовые фильтры (щелочной
фильтрат). В результате происходящей взаимной нейтрализации (см. табл. 1.2)
умягченная вода приобретает оптимально низкую щелочность (при схеме параллельного Н-Nа-катионирования 0,3 мг-экв/дм3).
Смешанный фильтрат подается в дегазатор для удаления СО2 , образующейся при Н-катионировании и при смешении кислого и щелочного фильтратов.
Расход воды через Nа-катионитовые фильтры
QNa = Qчас − Qн = 190 − 72,6 = 117,4 м3/ч, или 61,8 %.
Рабочая обменная способность для Nа-катионитовых фильтров по формуле (2)
Na
Е раб
= 0,81⋅0,85⋅550 − 0,5⋅4⋅4,5 ≈ 370 г-экв/м3.
Расчётная скорость фильтрования на Nа-катионитовых фильтрах по формуле (4)
Na
v расч
=
370 ⋅ 2,5
10,5 ⋅ 4,5 + 0,02 ⋅ 370 ⋅ 0,8 2 (ln 4,5 − ln 0,03)
≈ 23,1 м/ч < 25 м/ч.
Объем загрузки Nа-катионитовых фильтров по формуле (3)
WNa =
24 ⋅ 117,4 ⋅ 4,5
≈17,6 м3.
2 ⋅ 370
22
Необходимая площадь фильтров
ΣfNa = WNa : hк = 17,6 : 2,5 ≈ 7,04 м2.
Принимаем четыре рабочих .Na-катионитовых фильтра диаметром 1,5 м и
f = 1,77 м2. При Н-Nа-катионитовом умягчении резервного Nа-катионитового
фильтра не предусматривают, что учитывает .возможность использования в таком качестве резервного Н-катионитового фильтра.
Суммарная площадь рабочих Na-катионитовых фильтров составит
ΣfNa = 4 ⋅ 1,77 = 7,08 м2 > 7,04 м2.
Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме
vф =117,4 : 7,08 м2 ≈ 16,6 м/ч<.25 м/ч,
а при выключении одного рабочего фильтра на регенерацию
vф = 117,4 : (3⋅1,77) ≈ 22,1 .м/ч.
Объем загрузки Na-катионитовых фильтров
WNA = 4⋅1,77⋅2,5= 17,7 м3> 17,6 м3.
3.2.Расчет устройств для хранения, приготовления и перекачки
раствора серной кислоты
Расход 100 %-й серной кислоты на регенерацию одного Н-катионитового
фильтра составит
Р рег =
f н h к Е нраб Д н
1000
, кг,
(18)
где Дн − удельный расход серной кислоты на регенерацию 1 м3 Н-катионита,
равный 90 г/г-экв. В данном случае
Р рег =
1,77 ⋅ 2,5 ⋅ 450 ⋅ 90
≈175 кг.
1000
Регенерация H-катионитовых фильтров производится 1 − 1,5 %-м раствором серной кислоты5. Поэтому объем бака для регенерационного раствора
этой кислоты
Wк.б. =
Р рег ⋅ 100
1000ρ к
, м3,
(19)
где ρк − концентрация регенерационного раствора серной кислоты, %.
5
Объем бака определяется из условия регенерации одного фильтра, если количество
Н−Nа-катионитовых фильтров не более четырех, и двух фильтров, если количество их более
четырех.
23
Тогда
Wк.б. =
175 ⋅ 100
≈11,7 м3.
1000 ⋅ 1,5
Принимаем два таких бака. оборудованных устройствами для барботирования раствора сжатым воздухом.
Общий расход 100 %-й серной кислоты на регенерацию трех фильтров
при двух фильтроциклах в сутки (175⋅3⋅2) : 1000 ≈ 1,05 т.
Емкость цистерн для хранения концентрированной серной кислоты
Wц =
Q н ⋅ 24Ж 0 Д н m ⋅ 100 3
,м ,
1000 ⋅ 1000bγ
(20)
где m − число дней, на которое предусматривается запас кислоты (принимается 30 дней);
b − концентрация кислоты, равная 100 %;
γ − удельный вес 100 %-й кислоты, равный 1,83 г/м3. Тогда
Wц =
72,6 ⋅ 24 ⋅ 4,5 ⋅ 90 ⋅ 30 ⋅ 100
≈11,6 м3.
1000 ⋅ 1000 ⋅ 100 ⋅ 1,83
При 76 − 100 %-й концентрации H2SO4 аппаратура и трубопроводы должны
быть выполнены из обычной стали; при концентрации H2SO4 менее 75 % необходимо применение кислотостойких материалов.
Так как серная кислота доставляется железнодорожным транспортом, то
полученное значение Wц округляется до величины, которая является кратной
емкости железнодорожной цистерны. Это необходимо для обеспечения полного
опорожнения железнодорожной тары. Грузоподъемность железнодорожной
цистерны 50 т, что соответствует объему концентрированной серной кислоты
Wк =50 : 1,83 = 27,4 м3. Принимаем два бака-цистерны емкостью по 15 м3 (диаметр 2 м, длина каждого 5,8 м).
Слив и перемещение серной кислоты из железнодорожной цистерны в
стационарную происходит под вакуумом, который создает вакуум-насос или
эжектор. Кислота поступает в мерник, а затем эжектором подается в Нкатионитовые фильтры.
Отношение объема воды, поступающей в эжектор, к объему засасываемой кислоты регулирует расходомер; расход кислоты устанавливают по понижению ее уровня в мернике при помощи водомерного стекла.
Полезная емкость бака-мерника для концентрированной кислоты
Wм =
f н ⋅ h к Е полн 0,75Д н ⋅ 100 3
,м .
1000 ⋅ 1000 ⋅ bγ
24
(21)
Для данного примера
Wм =
1,77 ⋅ 2,5 ⋅ 550 ⋅ 0,75 ⋅ 90 ⋅ 100
≈0,089 м3, или 90 дм3.
1000 ⋅ 1000 ⋅ 100 ⋅ 1,83
Принимаем изготовляемый промышленностью бак-мерник диаметром
450 мм, высотой 845 мм и объемом 90 л.
Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в H-катионитовом
фильтре определяем с учетом возможности последовательного взрыхления катионита в двух фильтрах. Тогда
2ω взр f ⋅ 60t взр 3
Wб.в. =
,м ,
(22)
1000
где ωвзр − интенсивность взрыхления катионита, 4 л/с⋅м2;
t взр − продолжительность взрыхления, равная 15 мин.
Для данного примера
Wб.в. =
2 ⋅ 4 ⋅ 1,77 ⋅ 60 ⋅ 15
≈ 12,7 м3.
1000
Высоту расположения бака над кромкой воронки в фильтре принимаем
равной 7 м.
3.3. Расчет устройств для мокрого хранения соли, приготовления
раствора соли и его перекачки
Расход соли на одну регенерацию Nа-катионитового фильтра
Na
fh к E раб
Дс
Gс =
, кг.
(23)
1000
Для данного примера
1,77 ⋅ 2,5 ⋅ 370 ⋅ 200
Gс =
≈ 325 кг.
1000
Для соли, как правило, применяют склады мокрого хранения. Склады сухого хранения допускаются только при суточном расходе соли менее 0,5 т, при
этом слой соли не должен превышать 2 м.
Емкость резервуаров для мокрого хранения соли должна приниматься из
расчета 1,5 м3 на 1 т соли. При m-дневном запасе это составит
Wрс
Na
Q полезн
⋅ 24 ⋅ Ж 0 ⋅ Д с m ⋅ 100 3
=
,м .
1000 ⋅ 1000 ⋅ b с
(24)
Na
Тогда для данного примера при m =25дней; Q полезн
= Q Na и концентрации насыщенного раствора соли b = 26 % :
Wрс =
117,4 ⋅ 24 ⋅ 4,5 ⋅ 200 ⋅ 25 ⋅ 100
≈ 245 м3.
1000 ⋅ 1000 ⋅ 26
25
Принимаем три резервуара емкостью по 90 м3 и полезной высотой 2,25 м.
В каждый резервуар можно загрузить 60 т соли, что равно грузоподъемности
одного железнодорожного вагона.
Суточный расход соли при восьми регенерациях
Sc = qc ⋅ 8 = 325⋅8 = 2600 кг.
Необходимая емкость бака для разбавленного раствора-соли
S
Wрс = c ,
(25)
10Cγ
где С = 8 % − концентрация разбавленного раствора соли;
γ = 1,0585 − удельный вес 8 % -го раствора соли
Для данного примера Wрс =
2600
≈ 30 м3.
10 ⋅ 8 ⋅ 1,0585
Принимаем два бака емкостью по 15 м3 с тем, чтобы можно было бесперебойно производить регенерацию двух Nа-катионитовых фильтров. Размеры
каждого бака: диаметр 3 м, высота (полезная) 2,15 м, площадь 7,07 м2.
Для перекачки 8 %-го раствора соли устанавливаем два насоса (рабочий и
резервный) производительностью
v fC
(26)
Q нас = c , м3/ч,
bc
где v − скорость движения раствора соли через катионитовую загрузку, равная 3 − 5 м/ч;
f − площадь Nа-катионитового фильтра, равная 1,77 м2;
С − концентрация рабочего раствора соли, равная 8 % при γ =1,0585;
bс − .концентрация насыщенного раствора соли, равная 26 % при γ = 1,201.
Тогда
Q нас =
5 ⋅ 1,77 ⋅ 8
≈ 2,73 м3/ч.
26
Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в Nа-катионитовом
фильтре принимаем такую же, как и для подобного бака при Н-катионитовых
фильтрах, т. е. 12,7 м3.
3.4. Определение расхода воды на собственные нужды установки
Этот расход воды складывается из следующих величин:
а) расхода воды на промывку (взрыхление) катионитовой загрузки по
формуле (8):
qвзр=
3 ⋅ 1,77 ⋅ 15 ⋅ 60
≈ 4,78 м3;
1000
б) расхода воды на отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенерации по формуле (9):
qотм = 5⋅1,77⋅2,5 ≈ 22,12 м3;
26
в) расхода воды на растворение соли в резервуарах мокрого хранения:
q рег =
100G c
, м3.
b c ⋅ 1000
(27)
Для данного примера при концентрации раствора bc = 26 % (в расчете на
одну регенерацию)
q рег =
100 ⋅ 325
≈ 1,33 м3;
26 ⋅ 1000
г) расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли (разбавлением 26 %-го раствора соли из резервуаров мокрого хранения до 8 %-й
концентрации):
q р.с. =
325 ⋅ 26
≈ 1,06 м3;
1000 ⋅ 8
д) расхода воды на приготовление регенерационного раствора серной кислоты с концентрацией ρк = 1÷1,5 % по формуле (19):
q к. =
175 ⋅ 100
≈ 11,7 м3.
1000 ⋅ 1,5
Суточный расход воды на две регенерации четырех Nа-катионитовых и
трех Н-катионитовых фильтров составит
Qдоб= 2[4(4,78 + 22,12 + 1,33 + 1,06) + (4,78 + 22,12 +11,7)] = 465,92 м3.
Следовательно, количество добавочной воды
Р доб =
Q доб ⋅ 100
Q сут
=
465,92 ⋅ 100
≈ 10,2 % Qсут .
4550
Для сокращения расхода воды можно первую половину отмывочного
расхода воды сбрасывать в сток, а вторую половину использовать для взрыхления загрузки и приготовления регенерационных расходов.
В данном примере можно сократить расход добавочной воды до величины
⎡ ⎛ 22,12
⎞ ⎛ 22,12
⎞⎤
+ 7,17 ⎟ + 3⎜
Qдоб= 2 ⎢4⎜
+ 16,48 ⎟⎥ = 311,08 м3, или 6,8 % Qсут .
⎠ ⎝ 2
⎠⎦
⎣ ⎝ 2
27
4. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Приложение 7. Умягчение воды. − М.: Госстрой СССР, 1985. С 208 − 114.
2. Белан Ф.И., Сутоцкий Г.Л., Водоподготовка промышленных котельных.−
М.: Энергия, 1969. С 253−268.
3. Кульский Л.А., Булава М.Н. и др. Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов. − Киев: Будiвельник, 1972. С 257 − 291.
4. Асонов А.М. Водоподготовка в промышленных котельных на железнодорожном транспорте: Курс лекций.− Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2005.
28
Приложение 1
ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
1.
Выполнить расчет с учетом требований СНИП 2. 04.02 − 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: М-во строительства РФ,
1996:
− установки для Na-катионирования воды по одноступенчатой схеме;
− установки для Na-катионирования воды по двухступенчатой схеме;
− Н- Na-катионитной установки.
2.
На основании расчетов выполнить эскизный вариант катионитных
установок с указанием их геометрических размеров.
3.
Разработать инструкцию пуска и регенерации фильтров, технологический регламент работы.
Примечание.
1. Работа выполняется на основании данных, относящихся к Вашему варианту.
2. Установка работает в равномерном режиме в течение 24 часов в сутки.
ВАРИАНТЫ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
УСТАНОВКА ДЛЯ NA-КАТИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ ПО
ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЕ
Варианты
Q
м3/ч
1
2
3
4
5
100
120
140
160
180
Ж0, мг/экв/кг Жк, мг/экв/кг
4,0
5,0
6,0
5,5
6,2
2,3
2,2
2,1
2,0
1,9
СNa,
мг/кг
Свзв,
мг/кг
Жумяг. воды,
мг/экв/кг
18
15
16
19
17
5
3
4
6
7
0,2
0,3
0,1
0,3
0,2
УСТАНОВКА ДЛЯ Na-КАТИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ ПО
ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЕ
Варианты
Q
м3/ч
1
2
3
4
5
100
120
140
160
180
Ж0, мг/экв/кг Жк, мг/экв/кг
10,0
14,0
15,0
13,0
12,0
2,3
2,2
2,1
2,0
1,9
29
СNa,
мг/кг
Свзв,
мг/кг
Жумяг. воды,
мг/экв/кг
18
15
16
19
17
5
3
4
6
7
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
УСТАНОВКА ДЛЯ Н- Na-КАТИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ
Варианты
Q
м3/ч
Ж0,
мг/экв/кг
Щ,
мг/экв/кг
СNa,
мг/кг
Свзв,
мг/кг
SO4-2,
мг/кг
Cl-,
мг/кг
1
2
3
4
5
100
120
140
160
180
3,5
4,0
4,2
4,5
5,0
2,3
2,2
2,3
2,0
2,0
14
16
14
17
17
4
5
6
8
8
100
90
95
98
98
30
40
35
42
42
30
Приложение 2
СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения
УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ
1. Количество воды, подлежащей умягчению, qу, выраженное в процентах общего количества воды, следует определять по формуле
q у = 100(Ж о.исх − Ж ос )/(Ж о.исх − Ж у ) ,
(1)
где Жо.исх − общая жесткость исходной воды, мг-экв/дм3;Жос − общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/дм3; Жу − жесткость умягченной воды, мг-экв/дм3.
Реагентная декарбонизация воды и известково-содовое умягчение
2. В составе установок для реагентной декарбонизации воды и известковосодового умягчения следует предусматривать: реагентное хозяйство, смесители, осветлители со взвешенным осадком, фильтры и устройства для стабилизационной обработки воды. В отдельных случаях вместо осветлителей со взвешенным осадком могут применяться вихревые реакторы.
3. При декарбонизации остаточная жесткость умягченной воды может быть получена на 0,4 − 0,8 мг-экв/дм3 больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8 −
1,2 мг-экв/дм3; при известково-содовом умягчении - остаточная жесткость 0,5 − 1 мгэкв/дм3 и щелочность 0,8 − 1,2 мг-экв/дм3. Нижние пределы могут быть получены при
подогреве воды до 35 − 40 °С.
4. При декарбонизации и известково-содовом умягчении воды известь надлежит применять в виде известкового молока. При суточном расходе извести менее
0,25 т (в расчете на СаО) известь допускается вводить в умягчаемую воду в виде насыщенного известкового раствора, получаемого в сатураторах.
5. Дозы извести Ди, мг/дм3, для декарбонизации воды, считая по СаО, следует
определять по формулам:
а) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2+)/20> Жк
(2)
Д и = 28[(СО 2 )/22 + Ж к + Д к /е к + 0,3] ;
б) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2+)/20< Жк
[
(
)
]
Д и = 28 (СО 2 )/22 + 2Ж к − Са 2+ /20 + Д к /е к + 0,5 ,
(3)
(СО2) − концентрация в воде свободной двуокиси углерода, мг/дм3;
(Са2+) − содержание в воде кальция, мг/ дм3;
Дк − доза коагулянта FeCl3 или FeSO4 (в расчете на безводные продукты), мг/ дм3;
ек − эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FеСl3 −54,
для FeSO4 − 76).
6. Дозы извести и соды при известково-содовом умягчении воды следует определять по формулам:
доза извести Ди, мг/дм3 в расчете на СаО
где
31
[
(
)
]
Д и = 28 (СО 2 ) / 22 + Ж к + Mg 2+ /12 + Д к /е к + 0,5 ;
(4)
доза соды Дс, мг/дм3 в расчете на Na2CO3
Д с = 53(Ж н . к . + Д к /е к + 1) ,
(5)
(Mg2+) − содержание в воде магния, мг/дм3;
Жн.к − некарбонатная жесткость воды, мг-экв/дм3.
7. В качестве коагулянтов при умягчении воды известью или известью и содой
следует применять хлорное железо или железный купорос. Дозы коагулянта в расчете
на безводные продукты FeCI3 или FeSO4 надлежит принимать 25 − 35 мг/дм3 с последующим уточнением в процессе эксплуатации водоумягчительной установки.
8. При обосновании допускается производить декарбонизацию или известковосодовое умягчение воды в вихревых реакторах с получением крупки карбоната кальция и ее обжигом в целях утилизации в качестве извести-реагента.
Умягчение воды в вихревых реакторах следует принимать при соотношении
2+
(Са )/20 мг/дм3 > Жк , содержании магния в исходной воде не более 15 мг/ дм3 и перманганатной окисляемости не более 10 мг О2/дм3. Окончательное осветление воды
после вихревых реакторов следует производить на фильтрах.
9. Для расчета вихревых реакторов следует принимать следующие параметры:
скорость входа в реактор 0,8 − 1 м/с; угол конусности 15 − 20 °; скорость восходящего
движения воды на уровне водоотводящих устройств 4 − 6 мм/с. В качестве контактной
массы для загрузки вихревых реакторов следует применять молотый известняк, размолотую крупку карбоната кальция, образовавшуюся в вихревых реакторах, или мраморную крошку.
Крупность зерен контактной массы должна быть 0,2 − 0,3 мм, количество ее −
10 кг на 1 м3 объема вихревого реактора. Контактную массу надлежит догружать при
каждом выпуске крупки из вихревого реактора.
Известь следует вводить в нижнюю часть реактора в виде известкового раствора или молока. При обработке воды в вихревых реакторах коагулянт добавлять не
следует.
где
Примечание. При (Са2+)/20< Жк декарбонизацию воды следует производить в осветлителях
с доосветлением воды на фильтрах.
10. Для выделения взвеси, образующейся при умягчении воды известью, а также известью и содой, следует применять осветлители со взвешенным осадком (специальной конструкции).
Скорость движения воды в слое взвешенного осадка следует принимать 1,3 −
1,6 мм/с, вода после осветлителя должна содержать взвешенных веществ не более
15 мг/дм3.
11. Фильтры для осветления воды, прошедшей через вихревые реакторы или
осветлители, следует загружать песком или дробленым антрацитом с крупностью зерен 0,5 − 1,25 мм и коэффициентом неоднородности 2 − 2,2. Высота слоя загрузки 0,8
− 1 м, скорость фильтрования − до 6 м/ч.
Допускается применение двухслойных фильтров. Фильтры надлежит оборудовать устройствами для верхней промывки.
32
Натрий-катионитный метод умягчения воды
12. Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных
вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5 − 8 мг/дм3 и цветностью
не более 30° . При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.
13. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может
быть снижена до 0,05 − 0,1 г-экв/м3, при двухступенчатом − до 0,01 г-экв/м3.
14. Объем катионита Wк, м3 в фильтрах первой ступени следует определять по
формуле
Na
Wк = 24q у Ж о.исх /n р Е раб
, м3,
(6)
где
qу − расход умягченной воды, м3/ч;
Жо.исх − общая жесткость исходной воды, г-экв/м3;
Na
Е раб
− рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании; г-экв/м3
nр − число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от
одной до трех.
Na
15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании Е раб
следует определять по формуле
Na
Е раб
= αNa βNa Еполн − 0,5 qуд Жо.исх, г-экв/м3,
(7)
где αNa − коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 1;
βNa − коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по
2+
Ca и Mg2+ вследствие частичного задержания катионитов Na+, принимаемый по
табл. 2, в которой СNa — концентрация натрия в исходной воде, г-экв/м3 (СNa =
(Na+)/23);
Таблица 1
Удельный расход поваренной соли
на регенерацию катионита,
г на г-экв рабочей обменной емкости
Коэффициент эффективности регенерации катионита αNa
100
150
200
250
300
0,62
0,74
0,81
0,86
0,9
Таблица 2
CNa/Жо.исх
0,01
0,05
0,1
0,5
1
5
10
βNa
0,93
0,88
0,83
0,7
0,65
0,54
0,5
Еполн − полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается
принимать: для сульфоугля (крупностью 0,5 − 1,1 мм) − 500 г-экв/м3; для катионита
КУ-2 (крупностью 0,8 − 1,2 мм − 1500) − 1700 г-экв/м3;
33
qуд − удельный расход воды на отмывку катионита, м3 на 1 м3 катионита, принимаемый равным для сульфоугля − 4 и для КУ-2 − 6.
16. Площадь катионитных фильтров первой ступени Fк, следует определять по
формуле
Fк =Wr/Нк, м2,
(8)
где Нк − высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую
высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м3);
Wк − определяется по формуле (6).
Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать: рабочих − не менее двух, резервных − один.
17. Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой
ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:
до
5 г-экв/м3 — 25 м/ч;
5 − 10 г-экв/м3 − 15 м/ч;
10 − 15 г-экв/м3 − 10 м/ч.
Примечание. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на
10 м/ч по сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.
18. Потерю напора в напорных катионитных фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, в дренаже и катионите. Потерю напора в фильтре следует принимать по табл. 3.
Таблица 3
Высота слоя (м) катионита
крупностью 0,5– 1,1 мм
или 0,8– 1,2 мм
2
2,5
Потери напора (м) в напорном катионитном фильтре
при скорости фильтрования, м/ч
5
10
15
20
25
4
5
5,5
6
7
4,5
5,5
6
6,5
7,5
19. В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом следует принимать 2,5 − 3 м и скорость фильтрования не более 15 м/ч.
20. Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать
3
4 дм /(с×м2) при крупности зерен катионита 0,5 − 1,1 мм и 5 дм3/(с×м2) при крупности 0,8 − 1,2 мм. Продолжительность взрыхления надлежит производить 20 − 30 мин.
21. Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью. Расход поваренной соли (Рс кг) на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра первой ступени следует определять по формуле
Na
αс /1000,
Рс = fк Нк Е раб
где
fк − площадь одного фильтра, м2;
Нк − высота слоя катионита в фильтре, м;
Na
Е раб
− рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3;
34
(9)
αс − удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита,
принимаемый 120 − 150 г/г-экв для фильтров первой ступени при двухступенчатой
схеме и 150 − 200 г/г-экв при одноступенчатой схеме.
Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли представлена на рис. 1.
Рис. 1. График для определения остаточной жесткости воды,
умягченной одноступенчатым натрий-катионированием
Концентрацию регенерационного раствора для фильтров первой ступени следует принимать 5− 8 %.Скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит фильтров первой ступени следует принимать 3 − 4 м/ч; скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита − 6 − 8 м/ч, удельный расход отмывочной
воды − 5 − 6 м3 на 1 м3 катионита.
22. Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать согласно пп. 20, 21, при этом следует принимать: высоту слоя катионита − 1,5 м; скорость фильтрования − не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300− 400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; концентрацию регенерационного раствора − 8 − 12 %. Потерю напора в фильтре
второй ступени следует принимать 13 − 15 м.
Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать
фильтратом первой ступени.
При расчете фильтров второй ступени общую жесткость поступающей на них
воды следует принимать 0,1 г-экв/м3 рабочую емкость поглощения катионита − 250 −
300 г-экв/м3.
23. При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрийкатионирования.
35
Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды
24. Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из
воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.
Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5 − 8 мг/дм3 и цветностью не более 30°.
Умягчение воды надлежит принимать по схемам:
− параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить
фильтрат общей жесткостью 0,1 г-экв/м3 с остаточной щелочностью 0,4 г-экв/м3; при
этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не
более 4 г-экв/м3 и натрия не более 2 г-экв/м3.
− последовательного водород-натрий-катионирования с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит
0,01 г-экв/м3, щелочность − 0,7 г-экв/м3;
− водород-катионирования с «голодной» регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом
общая жесткость фильтрата будет на 0,7 − 1,5 г-экв/м3 выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата − 0,7−1,5 г-экв/м3. Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если не требуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах. Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической
поваренной соли.
25. Соотношения расходов воды, подаваемой на водород-катионитные и натрий-катионитные фильтры при умягчении воды параллельным водород-натрийкатионированием, следует определять по формулам:
− расход воды, подаваемой на водород-катионитные фильтры, м3/ч
q нпол = q пол (Щ 0 − Щ у )/(А + Щ 0 ) ;
(10)
Na
− расход воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры q пол
, м3/ч
Na
Na
q пол
= q пол − q пол
,
(11)
где qпол − полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, м3/ч;
Н
Na
q пол
и q пол
− полезная производительность, соответственно, водородкатионитных и натрий-катионитных фильтров, м3/ч;
Що −щелочность исходной воды, г-экв/м3;
Щу — требуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м3;
А − суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), г-экв/м3.
Примечание.
1. Водород-катионитные фильтры могут быть использованы и как натрийкатионитные, поэтому должна быть предусмотрена возможность регенерации двух-трех водород-катионитных фильтров раствором технической поваренной соли.
2. Расчет трубопроводов и фильтров следует производить на режиме при наибольшей
нагрузке на водород-катионитные фильтры, наибольшей щелочности (Щ) воды и наименьшем содержании в ней анионов сильных кислот (А); при наибольшей нагрузке на натрийкатионитные фильтры, наименьшей щелочности воды и наибольшем содержании в ней
анионов сильных кислот.
36
26. Объем катионита WН, м3 в водород-катионитных фильтрах следует определять по формуле
Wн = 24q нпол (Ж 0 + С Na )/n р Е нраб .
(12)
Объем катионита WNa, м3 в натрий-катионитных фильтрах следует определять
по формуле
Na
Na
WNa = 24q пол
Ж 0 /n р Е раб
,
(13)
где
Жo − общая жесткость умягченной воды, г-экв/м3 ;
np − число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое согласно п. 14;
Е нраб − рабочая обменная емкость водород-катионита, г-экв/м3;
Na
Е раб
− рабочая обменная емкость натрий-катионита, г-экв/м3;
СNa − концентрация в воде натрия (г-экв/м3) определяемая согласно п. 15.
27. Рабочую обменную емкость Е нраб (г-экв/м3) водород-катионита следует определять по формуле
Е нраб =αнЕполн −0,5qудСк ,
(14)
где αн − коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, принимаемый по табл. 4;
Ск − общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м3;
qуд − удельный расход воды на отмывку катионита после регенерации, принимаемый равным 4 − 5 м3 воды на 1 м3 катионита;
Еполн − паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде, г-экв/м3.
Таблица 4
Удельный расход серной кислоты на регенерацию катионита (г/г-экв) рабочей обменной емкости
Коэффициент эффективности регенерации
водород-катионита, a в
50
100
150
200
0,68
0,85
0,91
0,92
При отсутствии паспортных данных Еполн следует принимать согласно п. 15.
28. Площадь водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров FН и FNa ,
следует определять по формуле, м2:
Fн = Wн H н ; FNa = WNa H Na ,
(15)
где Нк − высота слоя катионита в фильтре (м) принимаемая согласно п. 16. Потерю
напора в водород-катионитных фильтрах, интенсивность взрыхления и скорость
фильтрования следует принимать согласно п. 18 − 20.
29. Количество рабочих водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров
при круглосуточной работе должно быть не менее двух.
Количество резервных водород-катионитных фильтров надлежит принимать:
один − при количестве рабочих фильтров до шести и два − при большем количестве.
Резервные натрий-катионитные фильтры устанавливать не следует, но должна быть
предусмотрена возможность использования резервных водород-катионитных фильтров в качестве натрий-катионитных согласно примечанию. к п. 25.
37
30. Регенерацию водород-катионитных фильтров надлежит принимать 1−1,5 %-м
раствором серной кислоты. Допускается разбавление серной кислоты до указанной
концентрации водой непосредственно перед фильтрами в эжекторе.
Скорость пропуска регенерационного раствора серной кислоты через слой катионита должна быть не менее 10 м/ч с последующей отмывкой катионита неумягченной водой, пропускаемой через слой катионита сверху вниз со скоростью 10 м/ч.
Отмывка должна заканчиваться при кислотности фильтра, равной сумме концентраций сульфатов и хлоридов в воде, поступающей на отмывку.
Первую половину объема отмывочной воды следует направлять на нейтрализацию, в накопители и т.п., вторую половину − в баки для взрыхления катионита.
Примечание. Для регенерации водород-катионитных фильтров при обосновании допускается применение соляной и азотной кислот (для КУ-2).
31. Расход 100 %-й кислоты РН (кг) на одну регенерацию водород-катионитного
фильтра надлежит определять по формуле:
Р н = f к Н к Е нраб α н /1000 ,
(16)
где αН − удельный расход кислоты для регенерации катионита (г/г-экв) определяемый
по рис. 2 в зависимости от требуемой жесткости фильтрата.
Рис. 2. График для определения общей жесткости воды, умягченной водородкатионированием
32. Объемы мерника крепкой кислоты и бака для разбавленного раствора кислоты (если разбавление ее производится не перед фильтрами) надлежит определять
из условия регенерации одного фильтра при количестве рабочих водородкатионитных фильтров до четырех и для регенерации двух фильтров при большем
количестве.
33. Аппараты и трубопроводы для дозирования и транспортирования кислот
следует проектировать с соблюдением правил техники безопасности при работе с кислотами.
38
34. Удаление двуокиси углерода из водород-катионированной воды или из смеси водород- и натрий-катионированной воды надлежит предусматривать в дегазаторах с насадками кислотоупорными керамическими размером 25×25×4 мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.
Площадь поперечного сечения дегазатора следует определять исходя из плотности орошения при керамической насадке 60 м3/ч на 1 м2 площади дегазатора при
деревянной хордовой насадке − 40 м3/ч.
Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу 15 м3 воздуха на 1 м3 воды.
Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления керамической насадки, принимаемого равным 30 мм вод. ст. на 1 м высоты слоя насадки, сопротивления деревянной хордовой насадки − 10 мм вод. ст. Прочие
сопротивления следует принимать равными 30 − 40 мм вод. ст.
Высоту слоя насадки, необходимую для снижения содержания двуокиси углерода в катионированной воде, следует определять по табл. 5 в зависимости от содержания свободной двуокиси углерода (СО2)св (г/м3) в подаваемой на дегазатор воде,
определяемой по формуле:
(СО2)св = (СО2)0 +44Щ0 ,
где
(17)
(СО2)св − содержание свободной двуокиси углерода в исходной воде, г/м3;
Що − щелочность исходной воды, г-экв/м3.
Таблица 5
Содержание (СО2) в воде,
подаваемой на дегазатор, г/м3
1
50
100
150
200
250
300
Высота слоя в дегазаторе, м
Кислотоупорная керамическая
Деревянная хордовая
2
1
3
50
4
100
4,7
150
5,1
200
5,5
250
5,7
300
35. При проектировании установок для умягчения воды последовательным водород-натрий-катионированием с «голодной» регенерацией водород-катионитных
фильтров следует принимать:
а) жесткость фильтрата Ж фн (г-экв/м3) водород-катионитных фильтров по формуле:
Ж фн =(Cl−) + ( SO 24 − ) + Щост−(Na+),
-
(18)
3
(SO42-)
− содержание хлоридов и сульфатов в умягченной воде, г-экв/м ;
(Сl ) и
Щост − остаточная щелочность фильтрата водород-катионитных фильтров, равная 0,7−1,5 г-экв/м3;
(Na+) − содержание натрия в умягченной воде, г-экв/м3;
где
39
б) расход кислоты на «голодную» регенерацию водород-катионитных фильтров
− 50 г на 1 г-экв удаленной из воды карбонатной жесткости;
в) при «голодной» регенерации «условную» обменную емкость катионитов по
иону НСО3- (до момента повышения щелочности фильтрата) для сульфоугля СК-1 −
250−300 г-экв/м3, для катионита КБ-4 − 500−600 г-экв/м3.
36. Для предупреждения попадания кислой воды на натрий-катионитные
фильтры установок последовательного водород-натрий-катионирования, на случай
регенерации водород-катионитных фильтров избыточной дозой кислоты, следует
предусматривать подачу осветленной неумягченной воды в поток фильтрата водородкатионитных фильтров перед дегазатором.
37. Аппараты, трубопроводы и арматура, соприкасающиеся с кислой водой или
фильтратом, должны быть защищены от коррозии или изготовлены из антикоррозионных материалов.
38. При параллельном водород-натрий-катионировании ионитные фильтры допускается при обосновании предусматривать с противоточной регенерацией или по
схеме ступенчато-противоточного ионирования.
39. Отработавшие регенерационные растворы ионитных умягчительных установок в зависимости от местных условий следует направлять в накопители, бытовую
или производственную канализацию; надлежит также рассматривать возможность
обработки концентрированной части вод для их повторного использования.
Отработавшие растворы перед сбросом в канализацию после усреднения надлежит при необходимости нейтрализовать. При этом получающиеся осадки карбоната
кальция и двуокиси магния следует выделять отстаиванием и направлять в накопитель.
Осветленные растворы хлорида натрия (из сточных вод от регенерации натрийкатионитных фильтров) надлежит повторно использовать для регенерации натрийкатионитных фильтров (при необходимости после нейтрализации).
40
Александр Михайлович Асонов
РАСЧЕТ КАТИОНИТНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ В
ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ
Практикум по дисциплине «Водоподготовка в промышленных котельных
на железнодорожном транспорте»
для студентов специальности 280202
«Инженерная защита окружающей среды»
Редактор
И.М. Циклина
620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС
Редакционно-издательский отдел
Бумага писчая № 1
Подписано в печать
Усл. печ. л. 2,5
Тираж 50 экз.
Формат 60×84 1/16
Заказ
41