6. 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) Dу = 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·_РР·1000),

где b – концентрация регенерационного раствора, для фильтров первой ступени следует принимать b = 8 % , _рр – плотность регенерационного раствора поваренной соли, _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 .