Розрахунок натрій-катіонітових фільтрів другого ступеня

При розрахунку слід виходити з того, що твердість води, яка надходить на фільтри другого ступеня, не повинна перевищувати 0,1 мг-екв/л.

Оскільки твердість вихідної води для фільтрів другого ступеня невелика (0,1мг-екв/л), тривалість фільтроциклу рекомендується приймати рівної 100год і більше.

Фільтри другого ступеня можна розраховувати по двох варіантах.

1. По об'єму завантаження катіоніта

;

Значення та - приймаємо по табл. 3.3 і 3.4, тоді

Загальна площа фільтрування

Приймаємо два фільтри діаметром 2м і площею 3,1 м².

2. По швидкостях процесу фільтрування у зв'язку з незначною твердістю. Загальна площа фільтрації

.

Тому приймаємо два фільтри діаметром 2м і площею 3,1 м². Тоді швидкість

.

При форсованому режимі роботи, коли виключений один з фільтрів:

, що відповідає нормам [1].

Робочу ємність сульфовугілля згідно [1] приймаємо 250 г-екв/м³, витрата солі – 300г/ г-екв.

Установлюємо кількість регенерацій у добу:

.

Регенерація фільтрів буде проводитися через 5 діб. Якщо не працює один фільтр, регенерацію необхідно проводити приблизно через 2 доби.

Визначаємо витрату солі на регенерацію одного фільтра другого ступеня:

де - питома витрата солі.

Знаходимо добову витрату технічної солі на регенерацію фільтрів другого ступеня:

Розраховуємо витрату води на регенерацію фільтрів другого ступеня.

1. Розпушення:

2. Безпосередньо регенерація:

3. Відмивання:

Визначаємо загальну витрату води на одну регенерацію одного фільтра другого ступеня:

без використання відмивної води

;

з використанням відмивної води

.

Годинна витрата води на власні потреби другого ступеня:

без урахуванням використання відмивної води

;

з урахуванням використання відмивної води

.

Витрата зм'якшеної води на власні потреби другого ступеня склала 0,35%, прийняли 2%.

3.2.3. Розрахунок водень-натрій-катіонітових фільтрів

При зм'якшенні води натрій-катіонітовим методом лужність води не міняється. Якщо, крім того, необхідно знизити лужність, застосовують водень-натрій-катіонітових метод зм'якшення. Співвідношення витрат води, що подається на водень-катіонітові і натрій-катіонітові фільтри (при паралельному водень-натрій-катіонуванні), визначають по формулах [1]:

де - корисна витрата води, що подається на водень-катіонітові фільтри, м³/год;

- корисна продуктивність всієї установки, м³/год;

Л - лужність вихідної води, мг-екв/л;

- необхідна лужність зм'якшеної води, мг-екв/л;

- сумарний вміст у зм'якшеній воді аніонів сильних кислот, мг-екв/л (у цьому випадку й ).

* Згідно [1] вміст сульфатів і хлоридів у вихідній воді не повинен перевищувати 4 мг-екв/л, а натрія – 1…2 мг-екв/л.

Приклад. Відповідно до табл. 1.2 вихідна лужність Л= 5,0 мг-екв/л. Задаємося лужністю зм'якшеної води. Припустимо, вона повинна бути не більше 0,4 мг-екв/л. Оскільки загальна продуктивність установка в даному прикладі дорівнює 180 м³/г, витрата води на натрій-катіонітові фільтри:

З останнього виразу видно, що 46% води необхідно пропустити через водень-катіонітові фільтри і 54% - через натрій-катіонітові.

Об'єм катіоніта у водень-катіонітових фільтрах слід визначати по формулі [1]:

де - концентрація у воді катіонів натрію, г-екв/м³.

Робоча обмінна ємність

,

де - коефіцієнт ефективності регенерації водень-катіоніта (приймаємо по табл. 3.5);

- питома витрата води на відмивання катіоніта після регенерації (приймаємо 4…5 м³/м³);

- загальний вміст у воді катіонів кальцію, магнію, натрію і калію, мг-екв/м³.

 

Таблиця 3.4 - Питома витрата сірчаної кислоти на регенерацію

Питома витрата сірчаної кислоти на регенерацію, г/г-екв/м3
Коефіцієнт ефективності регенерації	0,68	0,85	0,91	0,92

 

Звідки загальна площа фільтрів

.

Приймаємо фільтри діаметром 2,6 м, висота завантаження сульфовугілля 2,5 м. Число фільтрів .

Приймаємо два робочих фільтра й один резервний. Сумарна площа двох робочих фільтрів .

Фактична швидкість фільтрування:

при нормальному режимі

;

при форсованому режимі (один фільтр виключений)

,

що цілком припустимо.

Воду після водень-катіонітових фільтрів (кислий фільтрат) змішують з водою, що пройшла натрій-катіонітові фільтри (лужний фільтрат). У результаті взаємної нейтралізації зм'якшена вода отримує задану лужність. Змішаний фільтрат подається в дегазатор для видалення СО₂.

Витрату води натрій-катіонітовими фільтрами розраховуємо згідно [1].

Розрахунок витрати води на власні потреби
водень-катіонітових фільтрів

Витрата 100%-ної сірчаної кислоти на регенерацію одного фільтра

,

де - питома витрата сірчаної кислоти на регенерацію 1м³ фільтра (приймаємо 90г/ г-екв).

Знаходимо добову витрату кислоти для регенерації всіх фільтрів:

,

де 96- вміст кислоти в товарному продукті, %.

Регенерація водень-катіонітових фільтрів здійснюється 1,0...1,5% - ною сірчаною кислотою. Тому витрату води на приготування регенераційного розчину обчислюємо по формулі

,

де - вміст кислоти в регенераційному розчині, %.

Витрата води на розпушення одного фільтра знаходимо по формулі:

Витрата води на відмивання катіоніта одного фільтра від продуктів регенерації

Загальна додаткова витрата води за добу при дворазовій регенерації двох водень-катіонітових фільтрів

або 16,8 м³/год

Для скорочення витрати води можна половину відмивочної води використовувати для розпушення, завантаження і готування регенераційного розчину. Тоді витрату додаткової води можна скоротити:

або 12,5 м³/год, тобто 6,9%.

Витрату води на натрій-катіонітові фільтри знаходимо згідно з раніше наведеною методикою.

Витрата солі на регенерацію одного натрій-катіонітового фільтра

.

Добова витрата солі

.

Витрата води на розпушення одного фільтра

.

Витрата води на регенерацію одного фільтра

.

Витрата води на відмивання катіоніта

.

Загальна витрата води на одну регенерацію:

без використання відмивочної води

;

з використанням 50% відмивочної води на розпушення

.

Середня годинна витрата води на власні потреби натрій-катіонітових фільтрів:

без врахування відмивочної води

;

з врахуванням відмивочної води

тобто 7,7%.

Загальна додаткова витрата води на водень-натрій-катіонітові фільтри з врахуванням відмивочної води

або 14,2%.

3.2.4. Розрахунок дегазатора

При зм'якшенні води водень-натрій-катіонуванням необхідно видаляти з води вільну вуглекислоту за допомогою дегазаторів. Зазвичай застосовують плівкові дегазатори, завантажені насадкою і обладнані вентиляторами для подачі повітря знизу, тобто в напрямку, зустрічному потоку води, що рухається зверху вниз.

Насадкою служать кільця Рашига розміром 25х25х3 мм або дерев'яні хордові насадки (бруски) розміром 50х13 мм.

Відомості про вміст вільної вуглекислоти у воді наведені в табл. 3.5.

 

Таблиця 3.5 - Вміст вільної вуглекислоти у воді

Загальна лужність води	Зміст вільної вуглекислоти /С2/ у воді при температурі 100С, солевмісту 200 мг/л і при значеннях
6,5	6,6	6,7	6,8	6,9	7,0	7,1	7,2	7,3	7,4	7,5	7,6	7,7	7,8	7,9	8,0
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,5
3,0
3,5	-
4,0	-
4,5	-	-
5,0	-	-	-
5,5	-	-	-
6,0	-	-	-
6,5	-	-	-	-
7,0	-	-	-	-
7,5	-	-	-	-
8,0	-	-	-	-	-

Фактичний вміст вуглекислоти розраховують по формулі

,

де - поправка на солевміст (табл. 3.6);

- поправка на температуру (табл. 3.7).

 

Таблиця 3.6 - Поправка на солевміст

Солевміст, мг/л
Значення β	1,05		0,96	0,94	0,92	0,87	0,83

 

Таблиця 3.7 - Поправка на температуру

Температура води,0С
Значення, t	1,28	1,12	1,0	0,9	0,83	0,78	0,74	0,7	0,66	0,65

 

У розглянутому випадку витрата води, що подається на дегазатор, Q=180м³/ч.

Вміст вуглекислоти в подаваній на дегазатор воді визначають по формулі

,

де - вміст вільної вуглекислоти, що подається в дегазатор, мг/л;

- вміст вільної вуглекислоти у вихідній воді, мг/л.

У цьому випадку Т = 5,0 мг-екв/л; загальний солевміст у вихідній воді 746 мг/л, рН води 8,0 і розрахункова її температура 10⁰С.

Інтерполяцією знайдемо значення і (табл. 3.6 і 3.7) і далі по формулі

Площа поперечного переріза дегазатора

де - площа зрошення на 1 м² площі дегазатора, рівна при насадці з кілець Рашига 60 м³/год і при дерев'яній хордовій насадці – 40 м³/г.

Висоту шару насадки в дегазаторі знаходимо по табл. 3.8.

 

Таблиця 3.8 - Висота шару насадки в дегазаторі

Тип насадки	Висота шару насадки, м, при вмісті у воді, мг/л
Кільця Рашига	3,0	4,0	4,7	5,1	5,5	5,7
Хордова з дерев'яних брусків	4,0	5,2	6,0	6,5	6,8	7,0

 

Для даного приклада при насадці з кілець Рашига і його діаметр 2 м.

По табл. 3.8 висота шару насадки при вмісті = 225,22 мг/л дорівнює 5,5 м.

Вентилятор дегазатора повинен забезпечити подачу питомої витрати повітря 20м³ на 1 м³ води, що подається в дегазатор. У даному прикладі

Необхідний напір, що розвивається вентилятором, визначається з урахуванням втрат напору в кільцях, які приймають рівними 30 мм на 1 м висоти шару насадки, і інших втрат, прийнятих 40 мм.

Сумарні втрати напору в дегазаторі

3.3. Установки для знесолення

3.3.1. Основи розрахунку випарювання розчинів

Просте випарювання (однократна випарка) економічно доцільне на установках невеликої продуктивності (до 75 м³/доб). Крім того, просте випарювання на установках періодичної дії виправдується при випарюванні розчинів, що відрізняються високою депресією.

Багаторазове випарювання, при якому використовується як гріюча пара, так і вторинна, значно заощаджує теплоту. Такий процес можливий або при використанні гріючої пари високого тиску, або при застосуванні вакууму.

Сутність багаторазового випарювання полягає в тому, що вторинна пара попереднього апарата використовується як гріюча пара у наступному апараті.