Водоснабжение промышленного предприятия. Для водогрейных котлов

 

Расчет растворного узла ПАА:

На практике пользуются 1-% раствором  ПАА. Технический ПАА растворяют в водопроводной воде с применением быстроходных мешалок.

В соответствии со СНиП 2.04.02-84 п.6.31  объем расходных баков для  растворов ПАА следует определять исходя из сроков хранения 1-% раствора не более 15-ти суток.

 

Расчёт ёмкости растворного бака.

Требуемый объем растворных баков:

W_p = Q_час * n * Д_ф / (10000 * b_p * γ) = 312 *360 * 1 / (10000 * 1 * 1) = 11,23 м³.

 

где Q_час- часовой расход;

=1 мг/л - доза ПАА;

- концентрация ПАА в растворном баке;

= 1 т/м³ – объемный вес ПАА (при Т=15⁰С);

  = 360 часов = 15 суток.

Согласно СНиП 2.04.02-84 п.6.205 – количество растворных баков необходимо принимать не менее трех. Принимаем 3 растворных бака, по 3,74 м³ каждый, с размерами в плане 1,7 х 1,7 х 1,3 м.

Принимаем гидравлическое перемешивание  раствора коагулянта при помощи циркуляционного  насоса, который служит и для подачи раствора коагулянта в расходный  бак.

 

Расчет емкости расходного бака.

Требуемый объём  определяется:

W = W_p * b_p / b = 11,23 *1 / 0,5 = 22,46 м³;

где   - концентрация раствора флокулянта;

= 1% - концентрация ПАА в растворном баке;

= 11,23 м³ – емкость 3 растворных баков.

Принимаем 2 расходных бака по 11,25 м³ каждый с размерами в плане 2,4 х 2,4 х 1,95 м.

Принимаем гидравлическое перемешивание  раствора ПАА при помощи циркуляционного  насоса, который служит и для подачи раствора ПАА в насос-дозатор.

 

Определение дозы извести для подщелачивания воды.

При недостаточности щелочности реакция  образования гидроокиси из сернокислого алюминия протекать не может. В этом случае нужно искусственно подщелачивать  воду гашенной известь Ca(OH)₂, едким натром NaOH или кальцинированной содой Na₂CO₃, добавляемыми в количестве:

 

где k = 28 мг/л – количество щелочи (извести), необходимое для подщелачивания воды на 1 мг-экв/л (по СНиП п.6.19);

e = 57 мг-экв/л – эквивалентный вес коагулянта (безводного);

Щ = 6,2 мг-экв/л –щелочность исходной воды (по заданию).

 

Следовательно, подщелачивание не нужно.

 Расчет осветлителя со слоем взвешенного осадка

 

Потеря  воды при продувке (при сбросе осадка):

Максимальная концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей  в осветлитель:

C = М + К * Д_к + 0,25 * Ц + И = 1100 + 0,55 * 72 + 0,25 * 50 + 0 = 1157,14 (мг/л),

 

где  М – количество взвешенных веществ в исходной воде, М = 1100 мг/л;

       К – переводной коэффициент, равный для очищенного сернокислого алюминия – 0,55;

       Д_к – доза коагулянта, Д_к = 72 мг/л;

       Ц – цветность воды, Ц = 50 град;

       И – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания, в нашем случае И = 0.

Принимаем время уплотнения осадка T = 8 ч, тогда средняя концентрация осадка d_ср = 25000 г/м³ .                Процент воды, теряемой при сбросе осадка из осадкоуплотнителя, т.е. при так называемой продувке осветлителя:

 

%_ос = K_р * (С – m) / d_ср * 100 % = 1,2 • (1157,14 – 10) / 25000 • 100 % = 5,5 %,

 

где  K_р – коэффициент разбавления осадка при его удалении, принимаем K_р = 1,2;

       m – количество взвеси в воде, выходящей после обработки в осветлителе, принимаем m = 10 мг/л.

Потеря воды при продувке, т.е. при  сбросе осадка, будет равна:

q_ос = Q_час * %_ос / 100 % = 312 * 5,5 / 100 = 17,2 (м³/ч).

 

Принимаем 2 рабочих осветлителя со слоем  взвешенного осадка производительностью  по 100 м³/ч каждый.

Расчет скорых безнапорных фильтров.

 

Расчетная площадь фильтров, м², определяется по формуле:

 

Где  T– продолжительность работы станции в течение суток, ч,

 – расчетная  скорость фильтрования при нормальном  режиме, м/ч (),

n – число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации (n = 2),

 – интенсивность  промывки фильтра, л/(с∙м²) (),

 – продолжительность  промывки, ч (),

 – время  простоя в связи с промывкой, ч ().

 

Количество фильтров на станции:

 

Принимаем 4 фильтра на станции  с площадью 33,8/3 = 11,3 м².

Принимаем фильтр площадью 11,6 м².

Расчетная скорость фильтрования при  форсированном режиме, м/ч, определяется по формуле:

 

Где – число фильтров, находящихся в ремонте ().

 

 

Подбор состава загрузки фильтра:

     Высота фильтрующего  слоя h = 700 мм с минимальным диаметром зёрен 0,5 мм и максимальным 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зёрен d = 0,9 мм, а коэффициент неоднородности К = 1,7.

Поддерживающие слои имеют общую  высоту 500 мм и крупность зёрен 2-32 мм.

 

 

 

Расчет  Na – катионитовых фильтров

Технологические данные для расчета  Na–катионитовых фильтров

 

Таблица 4

№ п/п	Показатели	Показатели
1	2	3	4
1	Скорость фильтрования, м/ч, нормальная (максимальная): Жо до 5 Жо до 10 Жо до 15	фильтрат Iст   25 15 10	фильтрат IIст   40
2	Высота слоя катионита,м	2	1,5
3	Крупность зерен катионита, мм	0,5-1,1	0,5-1,1
4	Взрыхляющая промывка катионита: интенсивность, л/с·м2 продолжительность, мин	4 30	4 30
5	Удельный расход поваренной соли на регенерацию, г/г–экв при жесткости обрабатываемой воды: Жо до 5 Жо до 10 Жо до 15 Жо до 20	100-120 120-200 170-250 200-300	300-400
6	Концентрация регенерационного раствора, %	5-8	8-12
7	Скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч	3-4	3-5
8	Рабочая обменная способность катионита, г–экв/м3	по формуле	250-300
9	Полная обменная способность катионита, г–экв/м3: сульфоуголь катионит КУ–2	500 1700	500 1700
10	Удельный расход отмывочной воды, м3/м3: сульфоугол катионит КУ–2	4 6	6 8
11	Скорость пропуска отмывочной воды, м/ч	6-8	6-8

 

 

 

Таблица 5

Диаметр фильтра, Dу, мм	700	1000	1500	2000	2600	3000	3400
Площадь фильтрования f, м2	0,39	0,76	1,72	3,1	5,2	6,95	9,1

 

 

 

Таблица 6

Удельный расход соли на регенерацию  катионита. г/г-экв обменной способности,	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190	200	210	220
	0,62	0,64	0,64	0,69	0,72	0,74	0,75	0,77	0,78	0,80	0,81	0,82	0,83
То же	230	240	250	260	270	280	290	300	310	320	330	340	350
	0,84	0,85	0,87	0,87	0,88	0,88	0,89	0,90	0,91	0,92	0,92	0,93	0,94

 

Таблица 7

	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	0,93	0,92	0,91	0,89	0,88	0,87	0,86	0,85	0,84	0,83	0,8	0,77	0,73	0,7
	0,6	0,7	0,8	0,9	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	0,69	0,68	0,67	0,66	0,65	0,62	0,60	0,57	0,54	0,53	0,52	0,52	0,51	0,5

 

Таблица 8

Марка ионита	Полная обменная способность, г-экв/м3
Катиониты
Сульфоуголь 1-го сорта:    крупный СК-1    мелкий СМ-1	500 570
Катионит КУ-1	650
Катионит КУ-2-8	1700
Катионит КУ-2-8чС	1700
Катионит КБ-4-П2	2800
Аниониты
Анионит АН-18-6	1000
Анионит АН-31	1500
Анионит АВ-17-8	800
Анионит АВ-17-8чС	800
Анионит АВ-23	650

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет первой ступени.

 

Расчет Na–катионитового фильтра начинают с подбора диаметра фильтра по скорости фильтрования.

Нормальная скорость:

=>

f_Na =Q_Na/w_н=312/15=20,8м²

=312/(5,2∙4)=15м/ч

 

Максимальная скорость:

,

где w_н, w_м–нормальная и максимальная скорости фильтрования, м/ч

(принимаются в зависимости от  жесткости исходной воды, по табл.3)

–производительность Na–катионитового фильтра, м³/ч,

–площадь фильтрования Na–катионитового фильтра, м², по табл.4

а–количество работающих фильтров (не менее 2, кроме того, 1 – резервный)

(а–1)–число работающих фильтров  при регенерации одного из  них.

Принимаю 4 рабочих + 1 резервный фильтр+1 для пересыпной загрузки             диаметром 2600 мм с площадью фильтрования 5,2 м².

w_м = 312 / (5,2 • (4 – 1)) = 20 м/ч.

 

Количество солей жесткости А, г–экв/сут, удаляемое на Na–катиониовых фильтрах, определяется по формуле:

А=24·Ж_о·Q_Na,

где Ж_о—общая жесткость воды, поступающей на Na–катионитный фильтр.

А = 24 • 6,7 •312 = 50170 г-экв/сут.

Число регенераций каждого фильтра  в сутки n определяется по формуле:

,

где n–число регенераций каждого фильтра первой ступени в сутки,

–высота слоя катионита, м, (по табл. 3)

а – число работающих фильтров,

–рабочая обменная способность  катионита, г–экв/м³, определяется из уравнения:

E_р^Na=  α_э·β_Na·E_п–0,5q·Ж_о,  т

 

где α_э -коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации катионита в зависимости от удельного расхода соли на регенерацию (по табл.5), α_э = 0,74;

–удельный расход соли на регенерацию  г/г–экв обменной способности катионита, (по табл.3), =150 г/г–экв

β_Na– коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по ионам Са²⁺и Mg²⁺ за счет частичного задержания катионов Na (по табл.6);

 мг-экв/л;

β_Na = 0,92

E_п–полная обменная способность катионита, г–экв/м³,(табл.3);

q–удельный расход воды на отмывку катионита, м³/м³ (табл.3), q=6

0,5–доля умягчения отмывочной  воды.

E_р^Na = 0,74 • 0,92 • 1700 – 0,5 • 6 • 6,7 = 1137,26 г-экв/м³;

 

n = 50170  / (5,2 • 2• 1137,26 • 40) = 1,06 ≈ 2

 

Расход 100% поваренной соли на одну регенерацию  фильтра определяется из уравнения:

,

где     –расход поваренной соли на одну регенерацию, кг

–площадь фильтрования Nа–катионитного фильтра, м²,

–удельный расход соли на регенерацию  г/г–экв обменной способности

катионита, (табл.).

Q_c^Na = 1137,26 • 5,2 • 2 • 150 / 1000 = 1774,13 кг.

 

Суточный расход технической соли определяется по формуле:

,

где  –расход технической соли на регенерацию фильтров, кг/сут,

93–содержание NaCl в технической соли, %

 

Q_т.с. = 1774,13 • 2 • 4• 100 / 93 = 15261,3 кг/сут.

 

Расход  воды на регенерацию:

1) Расход воды на взрыхляющую  промывку, м³

,

где  –количество воды на одну взрыхляющую промывку, м³

i–интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/с·м² (по табл.3);

i=4

–продолжительность взрыхляющей  промывки, мин (по табл.3); =30 мин

Q_взр. = 4 • 5,2 • 60 • 30 / 1000 = 37,44 м³.

2) Расход воды на приготовление  регенерационного раствора соли, м³:

,

где b–концентрация регенерационного раствора, % (по табл.3); b=8%

–плотность регенерационного раствора, т/м³ (по табл.метод.).

Q_р.р.. = 1774,13 • 100 / (1000 • 8 • 1,056) = 21,00 м³.

1) Расход воды на отмывку катионита  от продуктов регенерации, м³

Q_от = q_от·

· ,

где q_от–удельный расход воды на отмывку катионита, м³/м³ (по табл.3).

Q_от = 6 • 5,2 • 2 = 62,4 м³.

Расход воды на одну регенерацию Na–катионитового фильтра составляет:

Q_С.Н.=Q_взр+Q_р.р.+Q_от,

где Q_С.Н. - расход воды на собственные нужды Na–катионитового фильтра, м³

Q_С.Н.= 37,44 + 21,00 + 62,40 = 120,84 м³.

 

Межрегенерационный период работы фильтра определяется из уравнения:

,

где  – межрегенерационный период каждого Na–катионитного фильтра, ч

n–количество регенераций Na–катионитного фильтра в сутки,

–время регенерации фильтра, мин.

Время регенерации фильтра определяется для каждого случая расчетным  путем:

 

,

где  –время взрыхляющей промывки фильтра, мин (по табл.3)

–время пропуска регенерационного раствора, определяется по формуле:

,мин,

 

где  –количество регенерационного раствора, м³

–скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч (по табл.3)