Размеры и вес Н—Na-катионитовых фильтров
Диаметр в мм | Высота слоя загрузки в м | Размеры в мм | Вес металла в кг для фильтров | Нагрузочный вес в г | |||||
Н | H1 | L | L1 | d | Н-катионитовых | Na-катионитовых | |||
Катионитовые фильтры I ступени | |||||||||
1000 | 2 | 3375 | 850 | 205 | 650 | 50 | 1010 | 990 | 5 |
1500 | 2 | 3658 | 980 | 860 | 880 | 80 | 1585 | 1570 | 10 |
2000 | 2,5 | 4535 | 1000 | 885 | 1170 | 125 | 2635 | 2660 | 15 |
2600 | 2,5 | 4812 | 1100 | 1400 | 1480 | 150 | 4430 | 4485 | 30 |
3000 | 2,5 | 5045 | 1065 | 1738 | 1680 | 150 | 5410 | 5450 | 40 |
3400 | 2,5 | 5168 | 1500 | 1900 | 1900 | 200 | 6670 | 6710 | 50 |
Катионитовые фильтры II ступени | |||||||||
1000 | 1,5 | 2675 | 825 | 212 | 680 | 80 | 916 | 920 | 3,5 |
1500 | 1,5 | 2962 | 870 | 860 | 955 | 125 | 1480 | 1485 | 7,5 |
2000 | 1,5 | 3235 | 1175 | 885 | 1170 | 150 | 2225 | 2280 | 13,1 1 |
2600 | 1,5 | 3512 | 1060 | 1400 | 1500 | 200 | 3935 | 4010 | 20 |
3000 | 1,5 | 3745 | 1065 | 1706 | 1730 | 250 | 5120 | 5170 | 30 |
Таблица 59
Общая потеря напора в катионитовых фильтрах
Скорость фильтрования в м1ч | Общая потеря напора в фильтре в м при крупности катеонита в мм | |||
0,3-0,8 | 0,5-1,1 | |||
и высоте загрузки в м | ||||
2 | 2,5 | 2 | 2,5 | |
5 | 5 | 5,5 | 4 | 4,5 |
10 | 5,5 | 6 | 5 | 5,5 |
15 | 6 | 6,5 | 5,5 | 6 |
20 | 6,5 | 7 | 6 | 6,5 |
25 | 9 | 10 | 7 | 7,5 |
1 Количество катнонитовых фильтров I ступени надо принимать: рабочих— не менее двух, резервных — один.
245
Суммарная рабочая площадь фильтров составит ∑fраб=3∙5,31=15,93 м2, или ~16,3 м2.
При высоте загрузки hк=2,5 м объем сульфо-угля в трех фильтрах будет: Wсул=32,5∙5,31≈39,7 м3>36,1 м3
|
|
Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме
а в условиях форсированного режима (при регенерации одного фильтра)
Общую потерю напора в напорных катионитовых фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, дренаже и катионите (табл. 59).
Удельный расход соли для регенерации Na-катионитовой загрузки составляет Дс=200 г/г∙экв (рекомендуется от 150 до 200 г/г∙экв при одноступенчатой схеме).
Рис. 76. 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 |
Расход технической поваренной соли Gc на одну регенерацию каждого фильтра
(149)
* При кратковременной
наибольшей нагрузке, связанной с выключением фильтров на регенерацию или ремонт, скорость фильтрования можно увеличить на 10 м/ч.
246
Для данного примера
Определим расход осветленной воды на собственные нужды установки:
|
|
1) на промывку (взрыхление) катионитовой загрузки
(150)
где ωвзр —интенсивность взрыхления в л/сек на 1 м2, равная при крупности зерен катионита 0,3—0,8 мм 3 л/сек∙м2, при крупности зерен 0,5—1,1 мм 4 л/сек∙м2;
tвзр — продолжительность взрыхления, равная 15 мин.
Тогда
2) на отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенерации
qотм=ωотмfhк. (151)
Тогда
qотм=4,5∙5,4∙2,5=59,7 м3,
где ωотм — интенсивность отмывки, равная 4—5 м3 на 1 м3 катионитовой загрузки;
3) на растворение соли из расчета 5=10 л воды на 1 кг технической соли
(152)
Тогда
4) на промывку солерастворителя диаметром 1030 мм
(153)
где fс — площадь солерастворителя, равная 0,8 м2;
ωc— интенсивность его промывки, равная 5 л/сек∙м2; tc— продолжительность промывки солерастворителя, равная 5 мин.
|
|
Тогда
247
Суммарный расход воды да одну регенерацию при условии, что отмывочные воды катионитовых фильтров не используются повторно для взрыхления катионитовой загрузки,
∑q=14,6+59,7+10+1,2=85,5 м3.
Общий добавочный расход осветленной воды при двукратной за сутки регенерации трех Na-катионитовых фильтров
qдоб=85,5∙2∙3=513 м3.
Процент добавочной воды
pдoб=(qдoб∙100):Qcyт=(513∙100):4450=11,6%.
Для сокращения расхода воды на собственные нужды установки следует предусмотреть повторное использование отмывочных вод для взрыхления катионита и приготовления регенерационного раствора соли1. При этих условиях расход воды на собственные нужды Na-катионитовой установки составит в процентном отношении
Для приготовления раствора соли требуемой концентрации служит солерастворитель (рис. 77). 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 воду и на спускном.
|
|
Расчет солерастворителя. Расчетное количество соли на одну регенерацию каждого фильтра в данном примере равно: Gc = = 1000 кг (см. выше).
Полезная емкость по соли серийно изготовляемого солерастворителя составляет 550 кг (табл. 60).
Таблица 60 Размеры и вес солерастворителей
Диаметр в мм | Полезная емкость по соли в кг | Полная высота в мм | Высота корпуса в мм | Вес металла в кг | Нагрузочный вес в т |
478 | 100 | 1725 | 1185 | 370 | 0,7 |
670 | 240 | 1550 | 1025 | 420 | 1 |
1030 | 550 | 1880 | 1205 | 840 | 2 |
1 Первая половина воды от отмывки катионита спускается в водосток, а вторая — направляется в бак для использования при взрыхлении катионита или приготовлении регенерационного раствора.
248
Следовательно, нужно иметь n=1000:550=1,82≈2 рабочих со-лерастворителя и один резервный. Объем раствора соли, пропускаемого через гравийные слои каждого из двух солерастворителей для очистки от загрязнений,
где qp.c — количество воды для растворения 1 кг соли, равное 10 л;
1070 кг/м3 — объемный вес 10%-ного соляного раствора.
Тогда для данного примера
Скорость фильтрования раствора соли через гравийные слои при площади солерастворителя fс=0,8 м2 составит
т. е. меньше предельно допустимой.
Рис. 77. Солерастворитель напорный диаметром 670—1030 мм |
Полезный объем каждого солерастворителя принимается на 35—40% больше расчетного количества соли, т. е.
Отсюда высота полезного объема каждого солерастворителя hс=0,64:0,8=0,8 м при полной высоте корпуса 1,205 м.
Б. 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/л (глубокое умягчение). Применение двухступенчатой схемы целесообразно при жесткости исходной воды более 10 мг∙экв/л. При расчете фильтров II ступени жесткость поступающей воды принимают равной 0,1 мг∙экв/л (см. табл. 52).
249
Расчет Na-катионитовых фильтров I ступени ведется на заданную полезную производительность с учетом 2%-ной 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 11 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. 78 и табл. 58).
Рис. 78. Катионитовый фильтр II ступени 1 — подача исходной воды; 2 — подача регенераци-онного раствора; 3 и 4 — подача и спуск промывочной воды; 5—сброс отмывочной воды и первого фильтрата; 6 — выход умягченной воды; 7— лаз круглый; 8—лаз эллиптический; 9 —верхнее распределительное устройство; 10 — слой катионита; 11 — штуцер для гидравлической выгрузки катионита |
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 соли при двухступенчатом Na-катионировании меньше, чем при одноступенчатой схеме.
Фильтры II ступени отмывают (после регенерации) умягченной водой, полученной на фильтрах I ступени.
Поэтому для фильтров
250
II ступени величина рабочей обменной способности Na-катионита будет более высокой, а именно:
(154)
Значения коэффициентов аэ и βNa приведены в табл. 56 и 57.
Необходимо иметь в виду, что ни одноступенчатая, ни двухступенчатая схема Na-катионирования не может быть применена, если карбонатная жесткость исходной воды больше заданной щелочности умягченной воды. В таких случаях для снижения остаточной щелочности умягченной воды применяют метод Н—Na-катионирования.
§ 45. Расчет установки для h-na-катионирования воды
Водород–натрий-катионитовый способ применяется для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.
Пример. Расчетная производительность водоумягчительной установки Qчас=190м3/ч.
Качество исходной воды из городского водопровода характеризуется следующими данными: общая жесткость Жо=4,5 мг∙экв/л; щелочность (карбонатная жесткость) Щ=2,3 мг∙экв/л; количество взвешенных веществ не более 5—8 мг/л; содержание ионов SO42– 96 мг/л, или 96:48,03≈2 мг∙экв/л и ионов С1– 28,4 мг/л, или 8,4:35,46=0,8 мг∙экв/л.
Таким образом, сумма сульфатных и хлоридных ионов (SO42–+С1–)= =A=2,8 мг∙экв/л, т. е. не превышает допустимой величины 3—4 мг∙экв/л (см. табл. 52).
Содержание ионов натрия Na+составляет 14 мг/л, или 14:23=0,6 мг∙экв/л<1 мг∙экв/л.
Допустимая остаточная щелочность умягченной воды а=0,35 мг∙экв/л:
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. 53 схему параллельного Н — Na-катионирования.
Расход воды, подаваемой на Н-катионитовые фильтры,
(155)
Для данного примера
Удельный .расход серной кислоты H2SO4 на регенерацию Н-катионитовой загрузки принимаем: S=90 г/г∙экв.
251
Величину коэффициента эффективности регенерации аэН при расчете Н-катионитовых фильтров определяем по табл. 61 равной 0,83.
Таблица 61
Значения коэффициента эффективности регенерации аэН при различных удельных расходах H2SO4
Удельный расход H2SO4 в г/г∙экв поглощенных катионов | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 250 |
аэН | 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
(156)
где qо — удельный расход осветленной воды на отмывку катионита, равный 5 м3/м3;
CNa — концентрация натрия в исходной воде, равная 0,6 мг∙экв/л;
Ск — концентрация калия в исходной воде в мг∙экв/л (в данном примере Ск=0).
Величина Eполн определяется по данным паспорта завода; при крупности сульфоугля 0,3—0,8 мм Eполн=550 г∙экв/м3.Тогда
Необходимый объем катионита для загрузки в Н-катионитовые фильтры
(157)
Тогда, при QНполез=QH и числе регенераций за сутки n=2
Расчетная скорость фильтрования на Н-катионитовых фильтрах
(158)
где hк — высота катионитовой загрузки, принимается равной 2,5 м;
252
T0—продолжительность работы фильтра при снижении кислотности фильтрата до нуля, равная 10,5 ч; d80— 80%-ный калибр зерен катионитовой загрузки, равный 0,8 мм. Индексом «исх» обозначена исходная вода, а индексом «ф» — фильтрат Н-катионитовых фильтров, тогда и
В данном примере
Необходимая площадь Н-катионитовых фильтров FH=WH:hк=9,9:2,5≈4 м2.
Принимаем три рабочих фильтра и один резервный D=1,5 м и f=1,77 м2.
Суммарная площадь трех рабочих фильтров ∑f=3∙1,77=5,31м2>4м2.
Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме υф=72,6:5,31≈13,7 м/ч<17 м/ч, а при выключении одного рабочего фильтра на регенерацию (форсированный режим) υ'ф=72,6:(2∙1,77)=20,5 м/ч, что вполне допустимо.
Объем загрузки Н-катионитовых фильтров
WH=3∙1,77∙2,5=13,3 м3>10 м3.
Вода, прошедшая через Н-катионитовые фильтры (кислый фильтрат), смешивается с водой, прошедшей через Na-катионито-вые фильтры (щелочной фильтрат). В результате происходящей взаимной нейтрализации (см. табл. 52) умягченная вода приобретает оптимально низкую щелочность (при схеме параллельного Н — Na-катионирования 0,3 мг∙экв/л).
Смешанный фильтрат подается в дегазатор для удаления СО2, образующейся при Н-катионировании и при смешении кислого и щелочного фильтратов.
Расход воды через Na-катионитовые фильтры
QNa=Qчас—QН=190-72,6=117,4 м3/ч, или 61,8%.
Рабочая обменная способность для Na-катионитовых фильтров по формуле (144)
ENaраб=0,81∙0,85∙550—0,5∙4∙4,5≈370 г∙экв/м3.
Расчетная скорость фильтрования на Na-катионитовых фильтрах по формуле (146)
253
Объем загрузки Na-катионитовых фильтров по формуле (145)
Необходимая площадь фильтров
∑fNa=WNa:hк=17,6:2,5≈7,04м2.
Принимаем четыре рабочих Na-катионитовых фильтра диаметром 1,5 м и f=1,77 м2. При Н — Na-катионитовом умягчении резервного Na-катионитового фильтра не предусматривают, что учитывают возможность использования в таком качестве резервного Н-катионитового фильтра.
Суммарная площадь рабочих Na-катионитовых фильтров составит ∑fNa=4∙1,77=7,08м2>7,04 м2.
Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме υф=117,4:7,08≈16,6 м/ч<25 м/ч, а при выключении одного фильтра на регенерацию υ'ф=117,4:(3∙1,77)≈22,1 м/ч.
Объем загрузки рабочих Na-катионитовых фильтров
WNa=4∙1,77∙2,5=17,7 м3>17,6 м3.
Расчет устройств для хранения, приготовления и перекачки раствора серной кислоты. Расход 100%-ной серной кислоты на регенерацию одного Н-катионитового фильтра составит
(159)
где ДН — удельный расход серной кислоты на регенерацию 1 м3 H-катионита, равный 90 г/г∙экв. В данном случае
Регенерация Н-катионитовых фильтров производится 1—1,5%-ным раствором серной кислоты. Поэтому объем бака для регенерационного раствора этой кислоты1
(160)
Тогда
Принимаем два таких бака, оборудованных устройствами для барботирования раствора сжатым воздухом.
1 Объем бака определяется из условия регенерации одного фильтра, если количество Н—Na-катионитовых фильтров не более четырех, и двух фильтров, если количество их более четырех.
254
Общий расход 100%-ной 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
(161)
где m — число дней, на которое предусматривается запас кислоты (принимается 30 дней);
b — концентрация кислоты, равная 100%;
γ — удельный вес 100%-ной кислоты, равный 1,83 г/м3.
Тогда
При 75—100%-ной 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 WK=50:1,83=27,4 м3. Принимаем два бака-цистерны емкостью по 15 м3 (диаметр 2 м и длина 5,8 м каждого).
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 Н-катионитовые 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
(162)
Для данного примера
Принимаем изготовляемый промышленностью бак-мерник диаметром 450 мм, высотой 845 мм и объемом 90 л.
255
Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в Н-катионитовом фильтре определяем с учетом возможности последовательного взрыхления катионита в двух фильтрах. Тогда
(163)
где ωвзp— интенсивность взрыхления катионита, равная 4 л/сек∙м2;
tвзp — продолжительность взрыхления, равная 15 мин.
Для данного примера
Высоту расположения бака над кромкой воронки в фильтре принимаем равной 7 м.
Расчет устройств для мокрого хранения соли, приготовления раствора соли и его перекачки. Расход соли на одну регенерацию Na-катионитового фильтра
(164)
Для данного примера
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
(165)
Тогда для данного примера при m=25 дней, и концентрации насыщенного раствора соли b=26%
Принимаем три резервуара емкостью по 90 м3 каждый 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
(166)
256
где С=8% — концентрация разбавленного раствора соли;
γ=1,0585 — удельный вес 8%-ного раствора соли.
Для данного примера
Принимаем два бака емкостью по 15 м3 с тем, чтобы можно было бесперебойно производить регенерацию двух Na-катионитовых фильтров. Размеры каждого бака: диаметр 3 м и высота (полезная) 2,15 м, площадь 7,07 м2.
Для перекачки 8%-ного раствора соли устанавливаем два насоса (рабочий и резервный) производительностью
(167)
где υc — скорость движения раствора соли через катионитовую загрузку, равная 3—5 м/ч;
f — площадь Na-катионитового фильтра, равная 1,77 м2;
С — концентрация рабочего раствора соли, равная 8% при γ=1,0585;
bc — концентрация насыщенного раствора соли, равная 26% при γ= 1,201.
Тогда
Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в Na-катионитовом фильтре принимаем такую же, как и для подобного бака при Н-катионитовых фильтрах, т. е. 12,7 м3.
Определение расхода воды на собственные нужды Н—Na-катионитовой установки. Этот расход воды слагается из следующих величин:
а) расхода воды на промывку (взрыхление) катионитовой загрузки по формуле (150)
б) расхода воды на отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенерации по формуле (151)
в) расхода воды на растворение соли в резервуарах мокрого хранения
(168)
257
Для данного примера при концентрации раствора bс=26% (в расчете на одну регенерацию)
г) расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли (разбавлением 26%-ного раствора соли из резервуаров мокрого хранения до 8%-ной концентрации)
д) расхода воды на приготовление регенерационного раствора, серной кислоты с концентрацией рк =1 — 1,5% по формуле (160)
Суточный расход воды на две регенераций четырех Na-катионитовых и трех Н-катионитовых фильтров составит
Qдоб=2[4(4,78+22,12+1,33+1,06)+3(4,78+22,12+11,7)]=465,92 м3.
Следовательно, количество добавочной воды
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
Глава X
Расчет установок для обессоливания и опреснения воды*
§ 46. Основные способы удаления солей из воды
Под обессоливанием воды принято понимать снижение содержания солей до 1 мг/л, а под опреснением — снижение солесодержания до 1000 мг/л, т. е. до нормы, предъявляемой к питьевой воде.
Полное обессоливание необходимо при подготовке воды для питания прямоточных котлов, работающих под высоким давлением (от 100 ати и более).
Для удаления солей из воды можно применять следующие способы:
1) не изменяющие агрегатного состояния воды — ионитовый, электродиализный, гиперфильтрации (обратный осмос);
2) изменяющие агрегатное состояние воды — дистилляцию (с использованием обычного топлива, солнечного тепла, ядерного горючего) и замораживание с охлаждением воды природным или искусственным способом (при помощи холодильных агрегатов, с отнятием тепла испарением воды в вакууме и др.).
§ 47. Выбор способа опреснения и обессоливания воды
При выборе способа опреснения и обессоливания воды следует учитывать: солесодержание исходной воды, заданную производительность опреснительной установки, а также стоимость источников тепла, электроэнергии и потребных химических реагентов и материалов. На практике встречается необходимость опреснения воды с общим солесодержанием от 2000 до 35 000 мг/л.
При наличии в воде солей с концентрацией до 2000—3000 мг/л наиболее экономичны ионитовые опреснители (катионитовые и анионитовые фильтры). При солесодержании 3000—10 000 мг/л рентабельны электродиализные установки. Если необходимо опреснять морскую (и океанскую) воду с солесодержанием от 10000 до
* Глава X написана канд. техн. наук И. В. Кожиновым.
259
35000 мг/л, следует применять дистилляцию, замораживание или гиперфильтрацию.
Для экономической оценки сферы применения гелиоопреснителей, а также газгидратного и некоторых других способов, находящихся в стадии исследований, в настоящее время достаточных данных не имеется.
§ 48. Расчет ионитовой установки
Ионитовый способ можно рекомендовать для обессоливания вод с общим содержанием солей не более 3000 мг/л при наличии взвеси не более 8 мг/л и цветности не выше 30°.
В случаях, когда не требуется глубокого обессоливания воды, а нужно довести ее солесодержание до нормы, предъявляемой к питьевой воде, т. е. только опреснить воду, применяют ионитовые установки с одной ступенью катионитовых и анионитовых фильтров.
При одноступенчатой схеме вода пропускается через Н-катионитовый фильтр, загруженный сильнокислотным катионитом КУ-1, сорбирующим катионы Са2+, Mg2+ и Na+ и замещающим их ионами водорода. Солесодержание воды снижается на величину, эквивалентную щелочности исходной воды, которая соответствует содержанию в ней бикарбонатных ионов.
Затем вода проходит через фильтр с загрузкой из слабоосновного анионита АН-2ФН, в котором сульфатные SO32– и хлоридные Cl–ионы обмениваются на ионы OH– анионита.
Между катионитовыми и анионитовыми фильтрами или в конце установки размещают дегазатор для удаления свободной СО2.
Катионит регенерируют 5%-ным раствором соляной или серной кислоты, а анионит — 4%-ным раствором кальцинированной соды.
Применение для регенерации Н-катионитовых фильтров серной кислоты создает опасность загипсовывания катионита. Поэтому рекомендуется ступенчатая регенерация с постепенным увеличением концентрации раствора H2SO4 с 1 до 5%. Для сульфоугля 30% регенерационного раствора подается с концентрацией 1%, затем 30% раствора с концентрацией 2% и, наконец, 40% раствора с концентрацией 4%; для катионитов КУ-1 и КУ-2 30% регенерационного раствора с концентрацией 1%, затем 30% раствора с концентрацией 3% и, наконец, 40% раствора с концентрацией 5%.
Одноступенчатая схема позволяет первоначальное солесодержание воды снизить с 2000 до 10 мг/л, однако анион кремниевой кислоты SiO32– практически остается неустраненным1.
При двухступенчатой схеме соленую воду пропускают сначала через Н-катионитовые фильтры I ступени с загрузкой сильнокислотным катионитом КУ-2, задерживающим катионы Са2+ и Mg2+, а затем через анионитовые фильтры I ступени с загрузкой слабоос
1 Содержание ионов SiO3 в природных водах обычно незначительно.
260
новным анионитом АН-2ФН, задерживающим ионы сильных кислот (сульфаты, хлориды, нитраты). Далее вода проходит через Н-катионитовые фильтры II ступени, задерживающие катионы натрия, и, наконец, через анионитовые фильтры II ступени с загрузкой из сильноосновного анионита АВ-17-6. Здесь извлекаются анионы кремниевой кислоты и остатки свободной СО2, не устраненные в декарбонизаторе, который размещают после Н-катионитовых фильтров II ступени.
Если в исходной воде преобладают анионы НСО32–, а сумма анионов Cl– и SO42– составляет не более 1 мг∙экв/л, декарбонизатор размещают после Н-катионитовых фильтров I ступени, на которых и удаляется вся свободная СО2. Кремниевая кислота и остатки СО2 вместе с анионами Cl– и SO42– задерживаются двухступенчатым анионным обменом К По такой схеме содержание SiO32– можно снизить до 0,1—0,2 мг/л, а общее солесодержание — до 1 мг/л.
Трехступенчатая схема ионитовой установки позволяет осуществить еще более глубокое обессоливание воды с остаточным содержанием солей 0,1 мг/л и понизить содержание кремниевой кислоты до 0,05 мг/л.
Пример. Рассчитать трехступенчатую ионитовую установку для глубокого обессоливания воды (рис. 79) при заданной ее производительности Qcyт=3350 м3/сутки, или Qчac=140 м3/ч.
Рис. 79. Схема трехступенчатой ионитовой установки
1, 3, 5 — Н-катионитовые фильтры I, II и III ступени; 2, 4, 6 — анионитовые фильтры I, II и III ступени; 7 —декарбонизатор; 8 — вентилятор; 9 — промежуточный резервуар; 10—15 — баки с водой для взрыхления ионитовой загрузки в фильтрах I, II и III ступени; 16 — бак для сбора повторно используемого раствора NaOH ; 17 — насос. Трубопроводы:——обессоливаемой воды; —х— раствора кислоты на регенерацию Н-катионитовых фильтров; —∙∙— раствора NaOH на регенерацию анионитовых фильтров; — I — сброса в канализацию; —∙— раствора NaOH для повторного использования;
— II — воды на взрыхление Н-катионитовых фильтров, —хх—воды на взрыхление анионитовых фильтров; —о— раствора NH3.
1 В этом случае анионитовые фильтры I и II ступеней загружают сильноосновным анионитом АВ-17.
261
Данные анализа исходной воды следующие.
Наименование | Содержание вещества в мг/л | Количество вещества в мг/л на 1 мг∙экв/л | Содержание вещества в мг∙экв/л |
Катионы: | |||
Са2+ | 199,8 | 20,04 | 9,96 |
Mg2+ | 89,1 | 12,16 | 7,32 |
Na+ | 189,2 | 23 | 8,22 |
K+ | 8,1 | 39,1 | 0,2 |
Всего | 486,2 | — | 25,7 |
Анионы: | |||
Cl– | 84,3 | 35,46 | 2,37 |
SO42– | 702,7 | 48,03 | 14,63 |
HCO3– | 488,1 | 61,02 | 8 |
SiO32– | 24 | 38,04 | 0,63 |
Всего | 1299,1 | — | 25,7 |
Общая минерализация воды составляет
M=∑K+∑A. (169)
Тогда, М=486,2+1299,1 = 1785,3 мг/л≈1,8 г/л.
Катионитовые фильтры. Н-катионитовые фильтры всех трех ступеней загружают сильнокислотным катионитом КУ-2 (см. табл.54).
Объем Н-катионита в фильтрах I ступени
(170)
где a1 — коэффициент для учета расхода воды на собственные нужды установки; можно принимать a1=l,1—1,35 (большие значения принимают при повышенном солесодержании и глубоком обессоливании воды);
Qсут — полезный расход обессоленной воды в м3/сутки;
∑[К] — сумма катионов в исходной воде в г∙экв/м3 (см. анализ воды);
n — число фильтроциклов в сутки;
(141)
аэН — коэффициент эффективности регенерации (см. табл. 61);
γ — коэффициент для учета снижения обменной способности Н-катионита по катиону натрия по сравнению с обменной способностью по катионам жесткости;
Eполн —полная обменная способность катионита, равная для КУ-1 600—650 г∙экв/м3и для КУ-2 1500—1700 г∙экв/м3при γ=0,8—0,9;
262
q — удельный расход осветленной воды на отмывку 1 м3 Н-ка-тионита.
Тогда при Еполн=1300 г∙экв/м3 и q=4—5 м3/м3 по формулам (171) и (170):
Eраб=0,91∙0,85∙1300—0,5∙5∙25,7≈940 г∙экв/м3;
При высоте загрузки h=2,5 м суммарная площадь катионитовых фильтров будет ∑FHI=51:2,5=20,4 м2.
Принимаем по табл. 58 три рабочих фильтра и один резервный D=3 м и общей площадью ∑FHI=3∙7,05∙21,2 м2>20,4 м2.
Скорость фильтрования воды при нормальном режиме υ=140:21,2≈6,6м/ч.
Для катионитовых фильтров II ступени
Eрa6=aэEполн—0,5qCNa, (172)
где СNa — содержание натрия в воде, поступающей на Н-катионитовые фильтры II ступени, вследствие проскока натрия в фильтрат I ступени.
Величина CNa принимается (с запасом) равной концентрации Na в исходной воде.
При удельном расходе H2SO4, равном 100 г/г∙экв, величина aэ=0,85; удельный расход осветленной воды q=8—10 м3/м3 катионита; тогда
Eраб=0,85∙1600—0,5∙10∙8,22=1320 г∙экв/м3.
Полезная продолжительность фильтроцикла обычно t1=22,5 ч. Так как на Н-катионитовые фильтры II ступени поступают лишь катионы натрия, рекомендуется увеличивать t1 до 100 ч. Однако в данном случае количество натрия значительно и составляет более 30% общего содержания катионов в исходной воде, а поэтому принимаем t1=33 ч. Продолжительность отмывки по сравнению с обычной (t2=l,5 ч) увеличиваем до t2=3 ч. Тогда число фильтро-циклов за сутки n=24:(33+3)=0,67.
Объем катионитовой загрузки» по формуле (170)
При высоте загрузки h=1,5 м площадь фильтров II ступени будет ∑FHII=32:1,5=21,3 м2.
Принимаем три рабочих фильтра и один резервный D=3 м и площадью FHII=7,05 м2 каждый.
Н-катионитовые фильтры III ступени принимаем без расчета равнозначными фильтрам II ступени.
Скорость фильтрования воды через Н-катионитовые фильтры I ступени должна быть не более 25 м/ч, а при форсированном режиме (выключение одного, фильтра на регенерацию) — не более
263
30 м/ч. Для фильтров II и III ступеней эту скорость можно повысить до 40—60 м/ч.
Анионитовые фильтры. Для фильтров I ступени расчетная обменная способность слабоосновного анионита АН-2Ф во влажном состоянии составляет Eраб=550 г∙экв/м3(табл. 62).
Расчетная скорость фильтрования анионитовых фильтров I ступени определяется по формуле
(173)
где ha — высота загрузки анионитовых фильтров I ступени, равная 2,5 м;
А — содержание анионов сильных кислот в исходной воде (см. анализ воды), равное для данного примера: А=Cl–+SО42–= =2,37+14,63=17г∙экв/м3;
T — продолжительность работы каждого фильтра между регенерациями в ч, равная:
n — число регенераций за сутки, принимаемое равным 2—3;
t1 — продолжительность взрыхления анионита, равная 0,25 ч;
t2 — продолжительность пропуска через анионит регенерационного раствора щелочи, равная 1,5 ч;
t3 — продолжительность отмывки анионита после регенерации, равная 3 ч.
Тогда
Площадь анионитовых фильтров I ступени
(174)
Тогда
Принимаем четыре рабочих фильтра и один резервный диаметром 3 м (см. табл. 58).
Общая площадь рабочих фильтров ∑FAI=4∙7,1=28,4 м2.
Для анионитовых фильтров II ступени расчетная величина обменной способности
Eрасч=Eраб—0,5qCSiO32–. (175)
264
Таблица 62
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 4570; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!