Расчет натрий-катионитовых фильтров.

Натрий-катионный метод умягчения воды основан на способности некоторых нерастворимых в воде веществ (сульфоуголь, синтетические смолы), отрегенерированных поваренной солью, обменивать подвижно расположенный катион Na⁺ на Са²⁺ и Mg²⁺. Вместо кальциевых и магниевых солей в обрабатываемой воде образуется эквивалентное количество легкорастворимых натриевых солей.

Расчетная производительность водоподготовительной установки для питания паровых котлов определяется суммой максимальных потерь пара и конденсата технологическими потребителями, потерь воды с непрерывной продувкой, пара и конденсата в котельной.

Расчетная площадь фильтрации, м²:

f = G _ХВО·3, 6/ W _Ф,

где W _Ф – скорость фильтрации, м/ч, нормальную скорость фильтрации принимают в пределах до 12 м/ч.

f = 14, 3·3, 6/12 = 4, 29 м².

Принимаем к установке 4 параллельноточных фильтра первой ступени ФИПаI-1, 4-0, 6-Na-2 (3 работающих и 1 резервный).

Характеристики фильтра ФИПаI-1, 4-0, 6-Na-2:

площадь фильтрования 1, 53 м²;

диаметр фильтра (корпуса) D у = 1, 4 мм;

высота засыпки слоя катионита Н _СЛ = 2000 мм;

рабочее давление 0, 6 МПа;

объем фильтрующей загрузки 3, 5 м³;

масса засыпного материала: катионит КУ-2-8 2, 52 т,

сульфоуголь СК 2, 28 т.

Температура рабочей среды, °С, не более 40

Рабочее давление, МПа, не более 0, 6

Производительность, т/ч 46

Скорость фильтрования воды, м³/ч 30

Гидравлическое сопротивление, МПа, не более 0, 3

Высота (Н), мм 3635

Масса, кг 1140

В качестве насыпного материала рассматриваем карбоксильный катионит – сульфоуголь.

Определяем нормальную скорость фильтрования, м/ч, при работе всех фильтров:

W _Н = Q _Н/(f _Н· а)= 46 /(1, 54 ·4)=7, 5 м/ч≤ 25 м/ч.

где Q _Н – производительность фильтра, м³/ч, f _Н – площадь фильтрования стандартного фильтра, м², а – количество работающих фильтров.

f _Н= = =1, 54 м²

Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с указанной выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

Максимальная скорость фильтрования при регенерации или ремонте одного из фильтров:

W _М = Q _Н/(f _Н·(а – 1)),

W _М = 46/(1, 54·(4– 1)) = 10 м/ч ≤ 35 м/ч.

Количество солей жесткости, г-экв/сут, удаляемых на фильтре:

А _Н = 24· Q _Н·(Ж_К – Ж^ОСТ_К)

где Ж_К – карбонатная жесткость исходной воды, Ж_К = 5, 6 мг-экв/л, Ж^ОСТ_К – остаточная карбонатная жесткость,, принимаемая Ж^ОСТ_К = 0, 1 мг-экв/л.

А _Н = 24·46·(5, 6 – 0, 1) = 6072 г-экв/сут.

Количество регенераций каждого фильтра, раз/сут:

n = А _Н/(f _Н·H_СЛ· Е ^Г_Р· а),

где Е ^Г_Р – рабочая обменная способность (динамическая обменная емкость) сульфоугля, принимаем Е ^Г_Р = 250-300 г-экв/м³. Количество регенераций не должно превышать 3 в сутки, в противном случае необходимо увеличить число устанавливаемых фильтров.

n = 6072/(1, 54·2, 0·250·4) = 1, 97, принимаем 2 < 3.

Расход соли на одну регенерацию фильтра, кг:

Q ^Р_КГ = (q _С· f _Н· H _СЛ· Е ^Г_Р)/1000,

где q _С – удельный расход поваренной соли для регенерации Na-катионитных фильтров, для фильтров первой ступени при одноступенчатой схеме принимаем
q _С = 177 г/г-экв.

Q ^Р_КГ = (177·1, 54·2, 0·250)/1000 = 136 кг.

Суточный расход соли, кг/сут.:

Q ^Г_ТН = Q ^Р_КГ· n · а ·100/ С,

где С – содержание соли в солевом растворе, принимаем С = 93 %.

Q ^Г_ТН = 136·2·4·100/93 = 1170 кг/сут.

Расход воды на взрыхляющую промывку фильтра, м³:

Q _ВЗР = i · f _Н·60· t _ВЗР/1000,

где i – интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, равная i = 4 л/(с·м²), t _ВЗР – продолжительность взрыхляющей промывки фильтров, нормальная продолжительность взрыхления составляет t _ВЗР = 15 мин. [12].

Q _ВЗР = 4·1, 54·60·15/1000 = 5, 5 м³.

Расход воды, м³, на приготовление регенерационного раствора соли на одну регенерацию:

Q _рр = Q ^Р_КГ·100/(b · r _РР·1000),

где b – концентрация регенерационного раствора, для фильтров первой ступени следует принимать b = 8 %, r _рр – плотность регенерационного раствора поваренной соли, r _РР = 1, 056 г/см³ при температуре 20 °С.

Q _рр = 136·100/(0, 08·1, 056·1000) = 160, 1 м³.

Расход воды, м³, на отмывку катионита от продуктов регенерации, м³:

Q _ОТ = q _ОТ· f _Н· Н _СЛ,

где q _ОТ – удельный расход воды на отмывку катионита, равный q _ОТ = 3 м³/м³.

Q _ОТ = 3·1, 54·2, 0 = 9, 24 м³.

Расход воды, м³, на одну регенерацию с учетом использования отмывочной воды на взрыхление:

Q _Р = Q _ВЗР + Q _РР + Q _ОТ.

Q _Р = 5, 5+160, 1+9, 24 =174, 8 м³.

Среднечасовой расход воды на собственные нужды натрий-катионитовых фильтров, м³/ч:

Q ^Ч_СН = Q _Р· n · а /24.

Q ^Ч_СН = 174, 8·2·4/24 = 58, 3 м³/ч.

Время регенерации фильтра, ч:

t ^Н_РЕГ = (t ^Н_ВЗР + t ^Н_РР + t ^Н_ОТ)/60,

где t ^Н_ВЗР – продолжительность взрыхляющей промывки фильтра, равная 15 мин., t ^Н_РР – длительность пропуска регенерационного раствора через фильтр, мин., t ^Н_РР = 15-25 мин., t ^Н_ОТ – длительность отмывки фильтра от продуктов регенерации, мин., t ^Н_ОТ = 40-60 мин.

t ^Н_РР = 25 мин.

t ^Н_ОТ = 60 мин.

t ^Н_РЕГ = (15 + 20 + 50)/60 = 1, 42 ч.

Межрегенерационный период работы фильтра, ч:

Т _Н = (24/ n) – t ^Н_РЕГ.

Т _Н = (24/2) – 1, 42=10, 58 ч.

Количество одновременно регенерирующих фильтров:

n _ОР = n · а · t ^Н_РЕГ /24.

Во избежании совпадения регенерации n _ОР [ 1. n _ОР = 2·4·1, 42/24 = 0, 47.