Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Расчет и потбор основного технологического оборудования станции
3.1 Расчет водород-катионитных фильтров с полной регенерацией
1.Поскольку при полной регенерации катионита фильтрат имеет pH≤ 7, выбираем сильнокислый катионит. По данным [2, 3.1] выбирается один из самых дешевых катионитов - сульфоуголь с размером зерен 0, 3-1, 5, мм и полной обменной емкостью равной 600 г-экв/м3. 2. Удельный расход серной кислоты на регенерацию принимается равным г/г-экв. 3. Коэффициент эффективности регенерации водород-катионита определен по [2, 6.1] равным . 4.Удельный расход на отмывку катионита после регенерации, принимается равным: q м3 на 1 м3 катионита. Рабочая обменная емкость водород-катионита определяется:
, (3.1) где – полная (паспортная) обменная емкость катионита, г-экв/м3; – удельный расход на отмывку катионита после регенерации, принимаем равным на 1 м3 катионита; - общее содержание в воде катионов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м3. г-экв/м3 5. Объем катионита в фильтрах находится по формуле: , (3.2)
где - расход воды, подаваемый на Н-фильтры, м3/ч; - общая жесткость воды поступаемой на фильтры, г-экв/м3; - рабочая объемная емкость катионита при водород-катионировании, г-экв/м3; - число регенераций каждого фильтра в сутки, 2. , (3.3)
где - полный полезный расход воды, подаваемый на установку; и – щелочность исходной воды и требуемая щелочность умягченной воды соответственно, г-экв/м3; - суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот (Cl-, SO4-), г-экв/м3. м3/сут=3, 44м3/ч. м3 6.Принимаем водород-катионитный фильтр типа ФИПаΙ Ι -1, 0-0, 6-Н. Диаметром 1, 0м, высотой загрузки катионита м. Высота корпуса 2968 мм. Площадь одного фильтра f=0, 78. Конструкция приведена на рисунке 3.1. 7. Требуемая площадь фильтрата из условия размещения расчетного объема катионита равна , (3.4) м2
1-исходная вода; 2-фильтрат; 3-подача раствора кислоты; 4- вода на взрыхление; 5-сброс в канализацию воды от взрыхления; 6- сброс отмывочной воды и отработанных растворов; 7- гидровыгрузка катионита; 8- загрузка катионита.
Рисунок 3.1. Схема работы водород-катионитного фильтра: 8. Число рабочих фильтров =1, 1/0, 785=1, 4. Число рабочих фильтров должно быть не мене двух. Поэтому принимается , с суммарной площадью фильтрования м2. 9. Скорость фильтрования воды в рабочем режиме составит,
, (3.5)
м3/ч Скорость фильтрования в форсированном режиме, при выключенном на регенерацию одном фильтре равна,
, (3.6)
м3/ч. 10. Окончательно в проекте предусмотрено два рабочих и один резервный фильтров. 11. Масса 100% ной серной кислоты на одну регенерацию водород-катионитного фильтра, определяется:
, (3.7)
где – удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв. кг 12.Суточный расход кислоты, необходимый для регенерации Н-фильтров:
, (3.8)
кг/сут. Масса кислоты для нормируемого хранения в течении 15 суток.
т. Объем бака требуемый для хранения этой массы
, (3.9)
где - масса кислоты хранения в баке, т; - удельная масса технической серной кислоты 95% концентрации, т/м3; - концентрация кислоты, %. м3 Принимаем бак БНВ-1, 6. Объем бака 1, 6 м3, габаритные размеры мм, мм. Конструкция бака приведена на рисунке 3.2. 1-заполнение кислотой; 2-сжатый воздух; 3-выход кислоты; 4-воздушник.
Рисунок 3.2. - Бак БК для концентрированной серной кислоты.
13. Объем мерника определяется из условия регенерации одного фильтра. Объем мерника определен из формулы 3.9 при условии кг. В результате л. Принимаем два мерника. 14.Объем раствора кислоты 1, 5% концентрации для одной регенерации одного фильтра Wраств, м3, определяется по формуле:
, (3.10)
м3 Объем воды требующейся на приготовление раствора практически равен объему раствора, так как плотность его близка к плотности воды. Регенерационный раствор пропускается через фильтр со скоростью равной 10 м/ч. Расход регенерационного раствора равен: м3/ч=2, 17 л/с. 15. Расход воды на взрыхление фильтров , л/с, определяется по формуле:
, (3.11) где - интенсивность подачи воды для взрыхления катионита, 4 л/с м2; -площадь фильтра, м2. л/с. Объем воды , м3, взрыхление фильтра определяется:
, (3.12)
где – продолжительность взрыхления принята 20 минут. м3 Вода для взрыхления хранится в баках(один рабочий, один резервный). Объем каждого бака рассчитан на два взрыхления, т. е., равен 7, 4 м3. Высота каждого бака принята по 2, 5м, диаметр 2, 0м. 16. Вода на отмывку подается та же и по тому же трубопроводу, что и на умягчение. Определим объем воды на отмывку :
, (3.13)
где - удельный расход воды на отмывку, равный 5м3 на 1 м3 катионита. м3 17. Суточный расход воды на собственные нужды водород-катионитной установки равен: , (3.14)
м3/сут. 18. Определение диаметров трубопроводов и потерь напора приведены в таблице 3.1
Таблица 3.1-Диаметры трубопроводов установки водород-катионитного умягчения воды
Из баков вода на взрыхление фильтров вода подается насосами. Напоры насосов составляют ориентировочно 15-20 м. Производительность насоса для взрыхления фильтров: qвзр=3, 12 л/с или 11, 2 м3/ч. К установки принимаются два насоса, один резервный и один рабочий, типа 2К 20/18 фактической производительностью 11-22 м3/ч и напором 21 м. Масса насосного агрегата 75 кг, размеры в плане 823× 286 мм. Мощность электродвигателя-1, 5 кВт.
3.2 Расчет вентиляторной градирни- дегазатора
Дегазатор представляет собой стальной цилиндр, внутри которого располагается насадка. Вода поступает на дегазатор сверху через распределительные сопла. Снизу в аппарат с помощью вентилятора подается воздух. Для организации движения воды по насадке в виде пленки используются керамические кольца Рашига размером 25× 25× 4 мм. Площадь поверхности 1 м3 колец Рашига составляет 204м2. Плотность орошения принимается равной м3/(м2ч). На рисунке 3.3 представлена градирня-дегазатор. Площадь поперечного сечения градирни-дегазатора , м2:
, (3.15) м2; По площади находится диаметр дегазатора , м:
, (3.16) м. Диаметр принимаем 1300 мм. Тогда фактическая площадь дегазатора в плане будет равной м2; 1-корпус; 2-насадка; 3-подача воды; 4-распределительные сопла; 5-отвод воды; 6-вентилятор; 7-воздухоотводящие патрубки; 8-выброс газа. Рисунок 3.3-Градирня-дегазатор.
Концентрация двуокиси углерода на входе в дегазатор определяется:
, (3.17) где и – содержание свободной двуокиси углерода, г/м3, и щелочности в исходной воде, г-экв/м3. г/м3; Масса удаляемой двуокиси углерода, находится из уравнения:
, (3.18)
где - концентрация на выходе двуокиси углерода, принимается 3 г/м3. кг/ч; Среднее значение движущей силы десорбции кг/м3, коэффициент десорбции м/ч. Необходимую поверхность насадки определяют по формуле:
, (3.19) м2; Объем насадки обеспечивающий эту поверхность равен:
, (3.20) где – поверхность 1 м3 насадки. м3 Высота слоя насадки в дегазаторе равна:
, (3.21) м; Производительность вентилятора:
, (3.22) где – удельный расход воздуха, принимаем равным 15м3 на 1м3 воды. м3/ч; Напор вентилятора: , (3.23) где - сопротивление насадки мм. вод. ст. на 1 м высоты, принимаемое для керамической насадки 30 мм. вод. ст.
мм. вод. ст =601 Па. Этим параметрам соответствует вентилятор с частотой вращения рабочего колеса об/мин, мощностью электродвигателя кВт.Рвзмеры в плане вентилятора в комплексе с электродвигателем мм. Размер входного патрубка мм. Общая высота дегазатора складывается из водораспределительной части, равной 0, 5м, высоты насадки м, воздухораспределительной части, равной 0, 5м, высоты патрубка вентилятора и высоте водосборного резервуара – 0, 5м. Общая высота дегазатора равна м. На установке предусматривается два дегазатора: рабочий и резервный.
3.3 Расчет и подбор оборудования натрий-катионитных установок
Кислая вода после Н-катионирования смешивается перед декарбонизатором с потоком исходной воды и используется для нейтрализации ее щелочности. Через декарбонизатор и Na-катионитный фильтр проходит полный поток воды подаваемый на установку. При расчете Na-катионитных фильтров учитывается, что у части потока воды проходящей через Н-катионитные фильтры жесткость снижается до величины равной 0, 1 г-экв/дм3. С учетом этого общая жесткость воды подаваемой на Na-катионитный фильтр равна
, (3.24)
г-экв/м3 В качестве катионита принимаем сульфоуголь с размером зерен 0, 3-1, 5 мм. Полная обменная емкость катионита г-экв/м3. Удельный расход соли г/г-экв. Коэффициент эффективности регенерации определен по (2; 4.1) . Коэффициент определен по (2; 4.7) в соответствии соотношения СNa/Жо.исх=0, 32/0, 65=0, 5. Удельный расход отмывочной воды принят равным 5м3 на 1м3 катионита. Рабочая обменная емкость катионита определяется:
, (3.25)
г-экв/м3 ; Принимаем число регенераций каждого фильтра в сутки . Объем катионита в фильтре определяется по формуле:
, (3.26) где - расход умягчаемой воды, м3/ч. м3; Принимаем натрий-катионитных фильтр ФИПаΙ Ι -1, 4-0, 6-Na. Фильтр этой марки имеет диаметр корпуса 1424мм, высоту загрузки м, высоту корпуса 3120 мм. Масса аппарата без загрузки 1562 кг. Площадь фильтрования этого фильтра м2. Суммарная площадь катионитных фильтров определяется:
, (3.27) м3 Число рабочих фильтров , обеспечивающие эту площадь равно
, (3.28) где - площадь фильтрования одного фильтра, м2. . Предварительно принимаем два рабочих фильтра. Фактическая скорость фильтрования воды в нормальном режиме:
, (3.29) м/ч Рассчитанная скорость не превышает предельно допустимую 25 м/ч, но не проходит по условию для форсированного режима, когда один фильтр будет выключен на регенерацию. Поэтому число рабочих фильтров увеличиваем до трех, м/ч. В форсированном режиме, когда один из фильтров выключен на регенерацию, допускается увеличение скорости на 10 м/ч допустимой:
, (3.30) м/ч.
К установке принимается 3 рабочих и 1 дополнительный резервный фильтр. Конструкция катионного фильтра приведена на рисунке 3.4. 1 – исходная вода; 2 – умягченная вода; 3 – сброс в канализацию; 4 – раствор хлорида натрия; 5 – отработанный регенерационный раствор и отвод отмывочной воды; 6 – вода на взрыхление. Рисунок 3.4. – Натрий-катионный фильтр. Солевое хозяйство: Масса поваренной соли на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра определяется по формуле:
, (3.31) кг. Суточный расход технической соли, необходимый для регенерации фильтров умягчения воды: , (3.32) кг/сут Принято 15-суточное хранение соли в баках мокрого хранения. Масса соли для хранения составит: т. Объем баков для хранения 25% раствора соли определен из расчета 5 м3 на 1 т соли м3. К установке принимаются 2 бака с унифицированными размерами в плане и высотой 2, 4 м. Емкость каждого бака равна 12, 7м3. Баки выполнены из железобетона с защитой поверхности от коррозии. Схема расположения баков приведена на рисунке 3.4.
1-баки; 2-трубопроводы отбора концентрированного раствора соли; 3-солевые насосы; 4- подача раствора соли на фильтры-солерастворители; 5- вода от водопровода для заполнения баков; 6- подача воздуха на взрыхление. Рисунок 3.4- Баки мокрого хранения соли(положение в плане).
Суточный объем 25% раствора для регенерации всех фильтров равен:
, (3.33)
где - масса соли хранимая в баке, кг/сут; - удельная масса раствора, 1, 19; - концентрация раствора, %. м3/сут; Концентрированный раствор соли из баков перекачивается через солерастворитель в бак мерник. Принимаем солерастворитель марки С-0, 125-0, 4. Диаметр солерастворителя - 426мм. Площадь фильтрования - 0, 14м2. При скорости фильтрования через него раствора соли равной 3 м/ч, его производительность составляет 0, 42 м3/ч. Следовательно, производительность принятого солерастворителя вполне достаточна для пропуска расчетного объема соли. К установке принимаются два солерастворителя один рабочий и один резервный. Для перекачки соли приняты насосы центробежные химические консольные Х2/30 производительностью 2 м3/ч и напором 30м. Масса насоса-126 кг, мощность электродвигателя насоса составляет 3кВт. Габариты насоса вместе с электродвигателем в плане равны 930× 450 мм. Устанавливается два насоса: рабочий и резервный. Из солерастворителя раствор подается в баки-мерники для приготовления регенерационных растворов для регенерации фильтров. Концентрация соли принимается равной 5%. Объем раствора для одной регенерации одного фильтра определяется по формуле: , (3.34) где - масса соли на одну регенерацию, кг. м3; В баках-мерниках хранится объем раствора на две регенерации. Объем одного бака равен: м3; Диаметр каждого бака в плане 1, 8м, высота 2, 5м. Применяем два бака: один рабочий и один резервный. Баки-мерники оборудуются сигнализатором уровня раствора, переливным трубопроводом и трубопроводом опорожнения. Баки выполняются с защитным покрытием от коррозии. Расход раствора соли по трубопроводу от бака-мерника к фильтрам определяется по формуле (3.31), по принятой скорости фильтрования регенационного раствора через катионит м/ч. , (3.35) л/с; Баки-мерники располагаются на высоте, позволяющей самотечное движение раствора соли в катионитные фильтры. Расход воды на взрыхление фильтров , л/с, определяется по формуле (3.32), в которой - интенсивность подачи воды для взрыхления катионита принята равной 4 л/см2 , площади фильтрования фильтра 1, 6 м2.
, (3.36) л/с. Объем воды на одно взрыхление одного фильтра определяется по формуле:
, (3.37)
где - продолжительность взрыхления принята 20 минут. м3 Воду для взрыхления предусмотрено подавать от специальных баков, в каждом из которых предусматривается хранить объем воды, необходимый для двух взрыхлений. м3. Чтобы обеспечить взрыхление любого фильтра от любого бака предусмотрены переключения между баками. Баки предусматривается выполнять из металла с антикоррозийным покрытием. Диаметр каждого бака 2, 8 м, высота 2, 5м. В баках хранения взрыхляющей воды собирается также вода от отмывки фильтров соответствующих ступеней. Предусматривается подвод к бакам исходной воды для их пополнения при необходимости. Из баков вода на взрыхление фильтров подается насосами. Напоры насосов составляют ориентировочно 15-20 м. Производительность насоса для взрыхления фильтров: л/с или 23 м3/ч. К установки принимаются два насоса, один резервный и один рабочий, типа К 25/18 фактической производительностью 25 м3/ч и напором 19 м. Масса насосного агрегата 90 кг, размеры в плане 795× 286 мм. Мощность электродвигателя-2, 2 кВт. Объем воды для отмывки определяется по формуле:
, (3.38) где - расход воды на отмывку, принят равным 5м3 на 1м3 катионита. м3 Вода на отмывку подается по трубопроводам подачи воды на фильтр в рабочем режиме. Первая половина объема отмывочной воды, наиболее загрязненная солями жесткости, сбрасывается в канализацию, вторая половина используется для взрыхления фильтров. В техническую канализацию сбрасываются также воды от взрыхления, содержащие взвешенные частицы, и отработанные регенерационные растворы соли. С учетом этого потери воды на одну регенерацию фильтра равны:
, (3.39)
м3/сут. Суточный расход воды на собственные нужды установки составляет:
, (3.40) м3/сут. В процентах от производительности установки составляет:
, (3.41) % Диаметры трубопроводов установки определяются по рекомендованным скоростям движения жидкости, равными от 1, 0 до 2, 0 м/с. Их определение сведено в таблицу 3.2.
Таблица 3.2- Диаметры трубопроводов установки натрий-катионитного умягчения воды
|