Учебное пособие 1700

КII

ф

КII

ф

				КII		QэфKII		200		50 м / ч	(56)
						F КII		4
	Скорость			фильтрования	при			регенерации			одного из фильтров
	200		62,5	м/ч, что незначительно превышает							рекомендуемый предел
	4	0,8

60 м/ч.

4.2.5. Определение расходов реагентов и воды на собственные нужды катионитовых и анионитовых фильтров II ступени

Определим расход едкого натра, необходимого для регенерации анионитовых фильтров II ступени, по формуле

24Q AII

q AII

SiO2

GNaOHAII

эф

NaOH

3

I

,

1000

(57)

где q AII

удельный расход NaOH,

согласно [8] q AII

500 г/г-экв поглощенного

NaOH

NaOH

SiO2 .

3

G AII

24

200

500

0.06

144

кг/сут.

NaOH

1000

Расход частично обессоленной воды после анионитовых фильтров I ступени

для приготовления 4%-го раствора NaOH:

S AII

144 96

3,5 м3/сут.

p p

4

1000

Расход частично обессоленной воды для отмывки анионитовых фильтров II ступени:

	S AII	n AII	W AII	q AII	2 42,42 10	848,4 м3 / сут.		(58)
	отм			отн
Расход воды на взрыхление анионитовых фильтров II ступени определяем
по формуле
			S AII	0,06nAII F AII q AII		t AII ,		(59)
			âç		âç	âç
где q AII	интенсивность подачи воды для взрыхления анионитовых фильт-
âç
ров II ступени,	для зерен крупностью 1,0 мм qвзAII					4 л/с м2; tвзAII		продолжитель-
ность взрыхления анионитовых фильтров II ступени, t AII							15 мин.
						вз
SвзAII 0,06	2 28,3	4 15	203,8 м3/сут.

Для взрыхления анионитовых фильтров II ступени используется вторая половина отмывочной воды этих же фильтров. Емкость бака для взрыхления анионитовых фильтров II ступени принимаем из расчёта хранения запаса воды на 2 взрыхления:

61

W AII	0,06 2 7,07 4 15	51 м3.
вз
Секундный расход при взрыхлении равен q AII		4 7,07 28,3 л/c. К установке
	вз

для взрыхления принимаем насосы марки 6К-12 (Q=110-200 м3/ч, Н=22,7-17 м)

[16].

Один агрегат – рабочий, второй – резервный.

Определим количество 100%-й серной кислоты, необходимое для регенерации Н-катионитовых фильтров II ступени, по формуле

24QKII

qÊII

{[Ca2 ]

[Mg 2

]

[Na ]

}

SHÊIISO

ýô

H2SO4

I

I

I

,

(60)

1000

2

4

где q КII

удельный расход H SO , согласно [14, табл. 15.48] q КII

100 г/г-экв по-

H

SO

2

4

H

SO

2

4

2

4

глощенных катионов;

GHКIISO

24

200

100

0,12

57,6

кг/сут.

1000

2

4

Расход частично обессоленной воды для приготовления 1%-го раствора сер-

ной кислоты равен

S КII

57,6

99

5,7 м3/сут.

p p

1

1000

Расход частично обессоленной воды для отмывки катионитовых фильтров

II ступени:

S КII

nКII

W КII

q КII

0,15 6 10

9 м3/сут.

отм

отн

Расход воды на взрыхление катионитовых фильтров II ступени определяем по формуле

	SвзКII		0,06nКII	F КII	qвзКII	tвзКII ,	(61)
где, согласно [14, пп. 6.287 и 6.320], qвзКII				4 л/с м2;		tвзКII	15 мин.
SвзКII	0,06		0,15 4	4 15	2,2 м3/сут.
Емкость бака взрыхления согласно [11] равна
W	КII	0,06 2 0,8 4			15	5,8 м3.
вз
Секундный расход при взрыхлении равен qКII						4	0,8 3,2 л/c.
					вз

К установке для взрыхления катионитовых фильтров II ступени принимаем насосы марки 2К-9 (Q=11-22 м3/ч; Н=21-17 м) [16].

Для взрыхления катионитовых фильтров II ступени используется вторая половина обработанной отмывочной воды этих же фильтров.

Количество воды, расходуемое на собственные нужды II ступени обессоливающей установки, определяется из выражения

	II	AII	AII	КII	КII	(62)
	SCH	S p p	Sотм	S р р	Sотм .
	SCH II 3,5	848,4	5,7 9,0	866,6 м3/сут.

Так как одновременно с регенерацией анионитовых фильтров II ступени производится регенерация анионитовых фильтров I ступени 4%-м раствором

62

NaOH, пропущенным предварительно через фильтры II ступени, то общее количество обессоленной воды для собственных нужд обеих ступеней равно

S I I	S II	S AI		,
чо	CH	p	p

где S AI	p	расход частично обессоленной воды на приготовление 4%-го рас-
p

твора NaOH для регенерации анионитовых фильтров I ступени.

4.2.6. Расчёт анионитовых фильтров I ступени

Количество частично обессоленной воды, которое должно быть подано анионитовыми фильтрами I ступени на II ступень обессоливания, без учета воды, расходуемой на приготовление раствора NaOH для регенерации анионитовых фильтров I ступени, определяется из выражения

S

I

S

II

24Q

866,6 24

200

5666,6 м3/сут.

I

CH

эф

Рабочую обменную способность анионита АН-2Ф определяем по формуле

S

АI

AI

E AI

0,8q AI {[Cl ]

[SO 2

]

}

,

(63)

раб

э

отм

K

4

K

где

AI

коэффициент

эффективности регенерации,

при

удельном

расходе

ý

100%-й NaOH q AI

70 г/г-экв [14, табл. 15.48]

AI 0,9;

[Cl ]

K

,[SO 2

]

K

содержа-

NaOH

э

4

ние хлоридов и сульфатов в воде, поступающей на анионитовый фильтр I ступени

(после коагулирования), [Cl

]

4,6

0,13мг-экв/л, [SO 2

]

39

0,81 мг-экв/л;

K

K

35,46

4

48,03

E AI

полная обменная способность анионита марки АН-2Ф,

согласно E AI

500 г-экв/м3 по Cl-

и

E AI

2

700 г-экв/м3 по SO 2

Cl

SO4

4

E AI

[Cl ]

E AI

[SO 2

]

E AI 2

0.13

500

0.81 700

672 г экв / м3 ,

(64)

K

Cl

4

K

SO4

[Cl ]

K

[SO 2

]

K

0.13

0.81

4

qAI

- удельный расход воды на отмывку анионита,

q AI

10 м3/м3 анионита

отм

отм

[14, табл. 15.45].

S раб АI 0,9

672

0,8

10

(0,13

0,81)

597 г-экв/м3.

Расчётную скорость фильтрования на анионитовых фильтрах I ступени определяем из уравнения

63

AI

E рабAI

H AI

,

р

{[Cl

]

[SO 2

]

}

T AI {[Cl ]

[SO 2

} 0,03E AI

d 2

]

ln

K

4

K

K

K

4

раб

AI

{[Cl ]

[SO 2

]

}

I

I

(65)

4

где H AI высота слоя анионита в фильтре,

H AI = 2,5 м;

T AI - продолжительность

работы анионитового фильтра между регенерациями,

T AI

T AII , так как регенера-

ция анионитовых фильтров I и I I ступеней производится одновременно последовательным пропуском регенерационного раствора через аниониты фильтров I и I I

ступеней,

T AI 7,25ч,

[Cl

]

K

[SO

2 ]

K

0,13

0,81

0,94

мг-экв/л;

d 2 - крупность зе-

4

AI

рен анионита, принимаем d AI

1,0 мм;

[Cl

]

I

[SO 2

]

I

содержание

анионов

сильных

кислот

после анионитовых

4

фильтров I ступени,

[Cl ]

K

[SO 2

]

K

0,01 мг-экв/л.

4

AI

597

2,5 :

7,25

0,94

0,03 597 12

ln

0,94

16,9м / ч . 4

AI

30 м/ч,

р

р

0,01

что отвечает требованиям [8].

Площадь фильтрования анионитовых фильтров I ступени определим по формуле

F AI

SII

,

(66)

n AI

T AI

AI

p

где n AI количество регенераций анионитовых фильтров I ступени в сутки,

n AI 2 .

F AI

5666,6 / 2 7,25 16,9

23,1м2.

К установке принимаем: m AI

4 рабочим фильтрам диаметром 2600 мм и 1

резервный фильтр того же диаметра.

Площадь одного фильтра

f AI

5,3

м2. Площадь рабочих фильтров F AI

21,2

м2. Объем загрузки в рабочих фильтрах W AI

53 м3.

Расход 100%-го едкого натра на регенерацию анионитовых фильтров I

сту-

пени может быть найден из выражения

q AI

S I

S AI

[Cl ]

[SO 2

]

G AI

NaOH

I

p p

K

4

K

,

NaOH

1000

(67)

где q AI

удельный расход NaOH, при регенерации анионитовых фильтров I сту-

NaOH

пени, принимается согласно [14, табл. 15.45].

q AI

70 г/г-экв.

NaOH

64

При приготовлении 4%-го раствора NaOH для регенерации анионитов I ступени расход частично обессоленной воды равен

	S pAI p	GNaOHAI		96
					.
		4 1000				(68)
Решая совместно уравнения (67) и(68), получим
G AI	374 кг/сут. и S AI		p		9,0 м3/сут.
NaOH		p
Общее количество воды, подаваемое анионитовыми фильтрами I ступени,
равно
SсумAI S I	S pAI p 5666,6 9			5675,6 м3/сут.

Проверим скорость фильтрования на анионитовых фильтрах I ступени при нормальном режиме:

AI SсумAI / 24F AI 5675.6 / 24 21.2 11.2 м/ч.

Скорость фильтрования при регенерации одного их фильтров

AI

ф

	5675,6			14,9	м/ч.
	24	3	5,3

Скорости фильтрования в обоих случаях отвечают требованиям [14].

Расход Н-катионированной воды на отмывку анионитовых фильтров I ступени равен

			SотмAI	W AI qAI ,	(69)
где q AI -	удельный	расход	воды	на отмывку анионита, q AI 10 м3/ м3
[14, табл.	15.45]; SотмAI	53 10	530 м3/сут.

Расход воды на взрыхление анионитовых фильтров I ступени определяем по формуле

			SвзAI	0,06n AI	F AI	qвзAI tвзAI ,		(70)
где q AI	интенсивность		взрыхления,		q AI	4	л/с м2; t AI	продолжительность
âç					вз		âç
взрыхления, t AI		15мин.
	вз
		SвзAI	0,06 2	4 15	21,2		152,6 м3/сут.

Взрыхление анионитовых фильтров I ступени производится водой, использованной ранее для отмывки этих фильтров.

Первая часть отмывочной воды сбрасывается в сток, вторая часть – в требуемом количестве направляется в бак для взрыхления.

Едкий натр поступает в цех водоподготовки в бочках в твердом виде. Его растворяют в специальном баке. Приготовленный крепкий раствор (РNaOH=42 %) насосом марки 1,5Х-6Д-1-41 перекачивается в цистерну-хранилище, откуда компрессором выдавливается в мерник едкого натра. Насосами-дозаторами крепкий

65

раствор едкого натра подается в трубопровод, по которому направляется в анионитовые фильтры II ступени.

Объем бака для растворения NaOH рассчитан на прием суточного количества едкого натра:

W

NaOH

GNaOHAI

GNaOHAII

374

144 100

0,9

ì

3

.

(71)

42%

áàêà

PNaOH

42

1450

NaOH

4.2.7. Расчёт катионитовых фильтров I ступени

Суточная производительность катионитов I ступени.

S KI

S AI

S

АI

5675,6

530

6205,6 м3/сут.

сум

отм

Расчётная обменная способность катионита марки КУ-2 определяется по

формуле

E AI

KI

E KI

0,5q KI

K

раб

э

полн

отм

ф ,

(72)

где EïîëíKI

полная обменная способность, для КУ-2

EполнKI 750 г-экв/ м3; ýKI

коэф-

фициент эффективности регенерации. При солесодержании

Рк экв 4,33 мг-экв/л

удельный расход H2SO4 согласно графику [14, рис. 7] равен qHKI SO

4

50 г/г-экв В со-

2

ответствии с [14, рис.15.37]

KI

0,68 ;

q KI

удельный расход отмывочной воды;

э

îòì

qотмKI 5 м3/м3 катионита;

K

ô

содержание катионов в отмывочной (осветленной

на механических фильтрах) воде,

K

ф

K

0

2,33 мг-экв/л.

E рабAI

504,2 г-экв/ м3.

0,68 750

0,5 5

2,33

Объем катионита в фильтрах определяем по формуле

W

KI

S KI

[K ]0

n KI E рабKI

,

(73)

где nKI - число регенераций каждого фильтра в сутки, nKI =1.

W KI

6205,6

2,33

28,7 м3.

1 504,2

При высоте слоя загрузки в катионитовых фильтрах

Н KI

2,5 м суммарная

площадь фильтрования равна

F КI

28,7

11,47 м2.

2,5

К установке принимаем: m KI

4

рабочим фильтрам и 1 резервный фильтр

диаметром 2000 мм с высотой загрузки 2,5 м. Площадь одного фильтра f KI

3,14

66

м2.	Площадь рабочих фильтров F КI			12,56 м2. Объем загрузки в рабочих фильтрах
W КI	31,4 м3.
	Скорость фильтрования при нормальном режиме
	КI	6205,6	20,6	м/ч ≤ 25 м/ч [14, табл. 15.36].
		24 12,56

При регенерации одного из фильтров

КI

ф

	6205,6			27,4	м/ч,
	24	3	3,14

что находится в соответствии с нормами, допускающими временное увеличение скорости фильтрования свыше допустимой на 10 м/ч.

Расход фильтрованной воды на отмывку катионитовых фильтров I ступени определяем по формуле

SотмКI nКI W КI q КI 131,4 5 157 м3/сут.

Расход воды на взрыхление равен

SвзрКI 0,06 112,56 4 15 45,2 м3/сут.

Второй половины сбрасываемой отмывочной воды достаточно для взрыхления катионитовых фильтров I ступени.

Расход 100 %-й H2SO4 на регенерацию катионитовых фильтров I ступени определяется из выражения

GKI		nKI	W KI EрабKI	qHKI SO	1 31,4 504,2 50			791,6 кг / сут.	(74)
				2 4
H SO			1000		1000
2	4

Расход осветленной воды для приготовления 1,5 %-го раствора (количеством воды, содержащимся в крепкой серной кислоте, пренебрегаем)

SР KI	791,6	98,5	52 м3/сут.
1,5		1000

Серная кислота (содержание моногидрата 94 %) поступает на станцию в железнодорожных цистернах. Перелив кислоты в стационарные цистерны осуществ-

67

ляется с помощью сифонной установки, заряжаемой вакуум-насосом. Из цистерны серная кислота с помощью компрессора выдавливается в мерники, откуда насоса- ми-дозаторами подается в трубопроводы, по которым направляется в катионитовые фильтры I и II ступени.

Общее количество 100 %-й серной кислоты, подаваемое на катионитовые фильтры I и II ступени, равно

GH SO		GH SO		GH SO 791,6 57,6 849,2 кг/сут.
		KI		KII
2	4	2	4	2	4

Объем стационарной цистерны определим исходя из расчётной продолжительности хранения серной кислоты:

					Н хрH 2 SO4			30 суток.
	G	H 2 SO4		100 T H 2 SO4				849,2		100 30	14,8 м3 .	(75)
W H 2 SO4						хр
					94%
цист		PH						94		1830
			SO		H	SO
		2		4	2		4

В связи с тем, что для транспортировки серной кислоты в настоящее время применяют железнодорожные цистерны вместительностью 60 т, к установке при-

няты три цистерны БК15 вместительностью	15 1830			27,5 т каждая.
		1000

Часовой расход концентрированной серной кислоты для регенерации Н- катионитового фильтра I ступени равен

							QHKISO							GHKISO						100
																2		4
													0	94%						KI		KI	KI
								2	4			P									m
													H 2SO4	H SO n									t2	,					(76)
																2		4
где	t	KI -		продолжительность										подачи							регенерационного						раствора,
	2
t KI	W KI	/	KI	f KI ;		KI	скорость пропуска регенерационного раствора,																					KI	10
2	H 2 SO4		рег			рег																						рег
м/ч;	f KI	3,14 м2; WHKISO					объем регенерационного раствора на регенерацию одного
				2	4
фильтра,
				W KI				GHKISO 100												791,6			100			12,16 м3 .			(77)
									2		4
							P p H 2 SO4						nKI	mKI
				H 2 SO4							1,5%							1		4	1,5		1085
											H 2 SO4
								t	KI		12,16/10				3,14					0,39 ч;
									2
							QHKISO						791,6 100								0,29		м3/ч.
									94 1830 1 4							0,39
							2	4

Кустановке принимаем два насоса-дозатора марки НД-400/16 (один агрегат

–рабочий, второй – резервный) [16].

Аналогично для катионитовых фильтров II ступени:

68

	W KII					57,6		100				4,7 м3;
	H SO			0,15		5	1,5		1085
	2	4
		t	2	KI 4,7 /10				0,8		0,59 ч;
QHKIISO				57,6			100					0,076	м3/ч.
		94		1830		0,15		5
2	4									0,59

Кустановке принимаем два насоса-дозатора марки НД-100/10 (один агрегат

–рабочий, второй - резервный) [16].

4.2.8.Расчёт декарбонизатора

Расчётное количество воды, поступающее на декарбонизатор после катио-

нитовых фильтров II ступени S

эф

4800 м3/сут, Q

эф

200 м3/ч.

Декарбонизатор

загружается

насадкой

из

колец

Рашига

размером

25х25х3 мм.

Количество СО2 , удаленного в декарбонизаторе:

G

Qэф{[СО2 ]вх

[СО2 ]вых }

,

СО

1000

(78)

2

где [ÑÎ 2 ]âõ

содержание СО2

в

воде,

поступающей

на декарбонизатор;

[ÑÎ 2 ]âûõ содержание СО2 в декарбонизованной воде, [СО2 ]вых =4 мг/л.

[СО2 ]вх

[СО2 ]к

44Щк

67,9

44

1,36

127,7

мг/л;

GСО

200{127,7

4}

24,74 кг/ч.

1000

2

Необходимая поверхность колец Рашига определяется по уравнению

Fнас

GСО

,

2

K ж Сср

где Kæ

коэффициент десорбции,

согласно [5] при t

200 C K ж

0,51 м/ч;

Сср - средняя движущая сила десорбции, согласно [5]

Сср

0,0325 кг/ м3;

24,74

3

Fнас

1493 м .

0,51

0,0325

Поверхность 1 м3 насадки колец Рашига 25х25х3 мм равна 204 м3 [14, табл.

15.41].

Тогда объем насадки

Wнас

1493: 204

7,3 м3.

При плотности орошения qор

60 м3/ч на 1 м2 площади декарбонизатора его

площадь равна

F

Q

/ q

ор

200/ 60

3,33 м2.

дек

эф

69

Устанавливаются два декарбонизатора диаметром 1500 мм общей площадью

Fдек 3,54 м2.

Высота слоя насадки в декарбонизаторе должна быть не менее

	H нас Wнас / Fдек	17,3		2,1	м.
		3,54

Согласно [14, табл. 47] высоту слоя насадки окончательно принимаем равной 4,0 м

Расход воздуха на декарбонизацию определяем по [8]:

Qвозд 20 200 4000 м3/ч.

Напор, развиваемый вентилятором, равен H вент 30 4 40 160 мм вод.ст. (16 ГПа). К установке принимаем вентиляторный агрегат марки А4095-3.

4.2.9. Расчёт мёханических напорных фильтров

Общее количество осветленной воды, которое должно быть получено от механических фильтров (полезная производительность) без учета воды, расходуемой на приготовление раствора коагулянта, определяется из выражения

S	эфм	S KI S KI	S KI	p	6205,6 157 52 6414,6 м3/сут.
		отм	p

Во избежание увеличения содержания кремниевой кислоты в воде, поступающей на ионообменные фильтры, скорые напорные фильтры загружаются малозольным термостойким дробленым антрацитом крупностью 0,7-1,6 мм.

Расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме не должна пре-

вышать 4-5 м/ч. Принимаем	р н	4 м/ч.
Для восстановления	фильтрующей способности применяется промывка

фильтров обратным током воды с интенсивностью до 15 л/см2 в течение 7 мин

( t1 0,117 ч).

Высокие требования к качеству фильтрата обусловливают необходимость

сброса первого фильтрата в течение 10 мин ( t3

0,167 ч).

Общее время простоя фильтра в связи с промывкой принято равным, со-

гласно [8], t3

0,33 ч.

Площадь фильтрования определяется из выражения

Sэф

Fм

м

,

T

р н 3,6n

t1 nt2

р н

nt3

р н

(79)

где T

число часов работы станции в сутки,

T

24 ч; n

число промывок

каждого фильтра в сутки, n

3 ;

интенсивность промывки,

15 л/с м2.

F

6414,6

90,2

м2 .

м

24

4

3,6

3

15

0,117

3

0,33

4

3

0,167

4

70