2.1.Расчет и подбор оборудования натрий-катионитных установок

Расчет фильтров заключается в определении их площади, числа и марок, определений объёмов катионита, параметров фильтрования и регенерации катионита. Основы расчета приведены в нормах и специальной литературе. В расчетах следует учесть, что одноступенчатое катионирование позволяет снизить жесткость воды до 0,05-0,1 г-экв/м³, двухступенчатое до 0,01 г-экв/м³.

2.1.1. Расчет и подбор основного технологического оборудования станции

Фильтры первой ступени:

; (2.1)

где: Q-расход умягчаемой воды,м³/ч; Ж_о.исх.-общая жесткость исходной воды, г-экв/м³;E^Na_раб.-рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании, г-экв/м³;n_p-число регенераций каждого фильтра в сутки, принимается равным от 1 до3.

Рабочая обменная ёмкость катионита определяется по формуле:

; (2.2)

где:-коэффициент эффективности регенерации принимаемый по таблице в зависимости от расхода соли, в двухступенчатой расход соли-120-150 г/г-экв;- коэффициент, учитывающий снижение объёмной ёмкости катионита в следствии частичного задержания катионовNa⁺, принимаемый по таблице;- полная объёмная ёмкость катионита, определяемая по данным заводов изготовителей, в таблице;- удельный расход воды на отмывку катионита,м³на 1м³катионита;0,5- коэффициент, учитывающий неполноту умягчения отмывочной воды.

г-экв/м³

где:г-экв/м³;

;Е_полн.=600 сульфоуголь.

м³

Определяем площадь катионитных фильтров первой ступени:

,м²(2.3)

где: - высота слоя катионита, м, равна 2м

м²

Выбираем фильтр ФИПа1-1,0-0,6-Na-2;

Производительность 24 м³/ч; давление воды рабочее- 0,6 МПа; температура 40⁰С; вместимость 2,5 м³; фильтрующая загрузка сульфоуголь; высота 2 м; объём 1,57 м³; масса загрузки 1050 кг; диаметр фильтра 1020мм; высота 3610 мм; масса аппарата без загрузки 910 кг.

Определяем число рабочих фильтров N:

; (2.4)

где: f-площадь фильтрования одного фильтра, м². Должны быть дополнительные предусмотрены резервные фильтры. Число рабочих фильтров по нормам проектирования должно быть не менее двух, резервных-один.

Принимаем два рабочих фильтра.

Определяем фактическую скорость фильтрования воды в принятых фильтрах V_факт.м/ч,

;м/ч (2.5)

Фактическая скорость фильтрования должна быть не более рекомендуемой нормами при общей жесткости воды:

;м/ч

эта скорость превышает предельную рекомендуемую = 25 м/ч; число рабочих фильтров 3 и один резервный.

Фильтры второй ступени:

Рассчитываются аналогично фильтрам первой ступени. При этом принимаются следующие параметры катионирования на второй ступени: исходная жесткость равна жесткости фильтрата первой ступени, принимаемой равной 0,1 г-экв/м³;

рабочая обменная емкость катионита Е^Na_раб.2-250-300 г-экв/м³; высота слоя катионита Н₂-1,5 м; скорость фильтрованияV₂-не более 40 м/ч; удельный расход солиa_c=300-400 г/г-экв; концентрация раствора соли -8-12%.

Площадь фильтрования катионитных фильтров второй ступени F_к2 м², определяется по рекомендуемой скорости фильтрованияV₂м/ч:

,м²(2.6)

м²

К применению приняты фильтры ФИПа||-1,0-0,6-Nacвысотой загрузки катионита 1,5м; диаметр фильтра 1020 мм; площадь фильтров 0,82 м²; высота корпуса 3100мм; масса аппарата 950 кг без загрузки.

Принимаем 2 рабочих и один резервный фильтр.

,м²(2.7)

м²

м/ч

Продолжительность фильтроцикла этих фильтров, ч,

;ч. (2.8)

ч

Число регенераций для одного фильтра в сутки равна:

(2.9)

Одна регенерация в течении 10 суток

Рис. 2. Натрий-катионитный параллельно-точный фильтр: а - вид сбоку; 6 — план; 1 — подача воды на фильтр;2— подача соли на регенерацию; 3— сброс взрыхляющей воды; 4 - отвод умягченной воды в бак или на следующую ступень фильтра;5, 6- пробоотборники исходной и умягченной воды; 7- сбор­ник сбросов от пробоотборников;8, 9- люки;10- подача воды на взрыхление;11 - сброс отработанного регенерирующего раствора, отмывочной воды и первого фильтрата.

Солевое хозяйство

Масса поваренной солиP_c, кг, на одну регенерацию одного натрийкатионитного фильтра определяется по формуле:

; кг (2.10)

Исходные данные для расчета по формуле (2.10) определены в формуле (2.2)

кг

Для фильтра второй ступени, аналогично:

кг

Объём раствора соли W_c, определенной выше массы, определяется по формуле (2.12),в которойG=P_c; с- концентрация раствора, принимаемая для фильтров первой ступени равной 5-8%, для второй 8-12%;-удельная масса раствора, определяется по таблице 4.8 методич. Объем баков мерников равен 2W_c.

Расход раствора соли q_c, м³/ч, по которому определяется диаметр трубопровода, равен:

; м³/ч (2.11)

где:_с- скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит, принимается 3-4 м/ч.

м³/ч

м³/ч

Диаметр солерастворителя определяется по расходу раствора соли и рекомендуемой скорости фильтрования до 10 м/ч.

Суточный расход технической соли, необходимый для регенерации фильтров умягчения воды обеих ступеней равен:

;кг/сут (2.12)

кг/сут

принято 16 суточное хранение соли в баках мокрого хранения.

Масса соли для хранения составит :

кг или 2,5 т.

Объём баков для хранения 25% раствора соли определен из расчета 5 м³на 1т соли.

;м³(2.13)

м³

К установке принимаются 2 бака с унифицированными размерами в плане 1,5*1,5 и высотой 2,4м. Ёмкость каждого бака будет равна 5,4 м³. Баки выполняются из железобетона с защитой поверхности от коррозии. Схема расположения баков приведена на рисунке 3. Высотное расположение баков приведено на рисунке 4. Положение баков в общей схеме установке умягчения воды на рисунке 1.

Рис. 3. Баки мокрого хранения соли (положение в плане): 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; б - подача воздуха на взрыхление соли

Рис. 4, Отделение хранения соли в разрезе: подрисуночные надписи см. на рис. 4.12

;м³(2.14)

где: =152,61кг/сут.; с=25%;=1,19

м³

Концентрированный раствор соли из баков перекачивается через солерастворитель в бак мерник. Принимается к применению меньший солерастворитель Саратовского завода энергетического машиностроения С-0,125-0,4. Диаметр солерастворителя- 426 мм,площадь фильтрования-0,14 м². При скорости фильтрования через него раствора соли равной 3 м/ч, его производительность составляет 3*0,14, равна 0,42 м³/ч. Следовательно производительность принятого солерастворителя вполне достаточна для пропуска расчетного объёма соли.

К установке принимаются два солерастворителя- один рабочий и один резервный.

Для перекачки раствора приняты насосы центробежные химические консольные Х2/30 производительность 2 м³/ч и напором 30 м (самые малые в ряду насосов этого типа). Масса насоса-126 кг, мощность электродвигателя насоса составляет 3 кВт. Габариты насоса вместе с электродвигателем в плане равны 930*450мм. Устанавливается два насоса один рабочий, один резервный.

Из солерастворителя раствор подается в баки-мерники для приготовления регенерационных растворов для регенерации фильтров первой и второй ступеней. В соответствии с указанием норм концентрация соли для фильтров первой ступени

принимается равной 5%, для второй ступени 10%.

Объём раствора для одной регенерации одного фильтра определяется по формуле:

;м³(2.15)

где: -масса соли на одну регенерацию,кг.

Из предыдущих определений для натрий-катионитного фильтра первой ступени :

=42,67 кг; с=5%;=1,034.

м³

м³

Для натрий-катионитного фильтра второй ступени :=123кг; с=10%;=1,071

В баках-мерниках хранится объём раствора на две регенерации. Принимаются для обеих ступеней баки-мерники одинакового объёма, что обеспечивает их взаимозаменяемость. Объём одного бака равен:

,0 м³. Диаметр каждого бака в плане 1,3 м, высота 2,5м. Принимается 3 бака: один для первой ступени фильтров, второй для второй ступени, третий резервный для обеих ступеней. Баки-мерники оборудуются сигнализатором уровня раствора, переливным трубопроводом и трубопроводом опорожнения. Баки выполняются из метала с защитным покрытием от коррозии.

Расход раствора соли q_c, м³/ч, по трубопроводу от бака мерника к фильтрам определяется по формуле, по принятой скорости фильтрования регенерационного раствораV_cчерез катионит равной 3м/ч.

Для фильтров первой ступени:

;м³/ч (2.16)

м³/ч или 0,38л/с

Аналогично для фильтров второй ступени:

м³/ч или 0,68 л/с

Баки –мерники располагаются на высоте, позволяющей самотечное движение раствора соли в катионитные фильтры.

Расход воды на взрыхление фильтров q_взр.,л/с, определяется по формуле:

;л/с (2.17)

где: - интенсивность площади воды для взрыхления катионита принята равной 4 л/с, площади фильтрованияfфильтра первой ступени определена выше = 0,46; второй=0,82 м²

для первой ступени фильтров:

л/с

для второй ступени фильтров:

л/с

Объём воды W_взр. , м³, на одно взрыхление одного фильтра определяется по формуле:

;м³(2.18)

где:- принято 20 мин.

для фильтров первой ступени:

м³

для фильтров второй ступени:

м³

Воду для взрыхления предусмотрено подавать от специальных баков, в каждом из которых предусматривается хранить объём воды, необходимый для двух взрыхлений. Принимается для взрыхления обоих типов фильтров два бака одинакового объёма (большего по расчету):

;м³

Чтобы обеспечить взрыхление любого фильтра от любого бака предусмотрены переключения между баками. Баки предусматривается выполнить из металла с антикоррозийным покрытием. Диаметр каждого бака 2,0 м, высота 2,5 м.

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 первой ступени фильтров:=1,84 л/с или 7 м³/ч. К установке принимаются два насоса (один рабочий, второй резервный) типа К8/18 фактической производительностью 8 м³/ч и напором 19 м. Масса насосного агрегата-63 кг, размеры в плане 795*286 мм. Мощность электродвигателя- 1,5 кВт.

Аналогично для второй ступени фильтров: =3,28 л/с или 9,8 м³/ч. К установке также принимается два насоса (один рабочий, второй резервный) типа К50-32-125 производительностью 12,5 м³/ч и напором 20 м. Масса насосного агрегата -90кг, размеры в плане 795*286 мм. Мощность электродвигателя -2,2 кВт.

Объём воды для отмывкиW_отм.,м³определяется по формуле:

;м³(2.19)

где:- удельный расход воды на отмывку принят равным 5 м³на 1м³катионита.

Для фильтра первой ступени:

f=0,46 м²площадь фильтрования

H_k=2,0 м

м³

Для фильтра второй ступени:

f=0,82 м²площадь фильтрования

H_k=1,5 м

м³

Отмывку фильтров первой ступени предусмотрено производить исходной водой, второй ступени – фильтратом первой ступени. Вода на отмывку подается по трубопроводам подачи воды на фильтр в рабочем режиме.

Расходы воды на собственные нужды установки для одной регенерацию одного фильтра по данным расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Расходы воды для одной регенерацию одного фильтра

Фильтр	Расходы воды на одну регенерацию,м3
	На приготовление регенерационного раствора соли Wраств.	На взрыхление Wвзр	На отмывку Wотм.	Суммарный расход
Первой ступени	0,8	2,2	4,6	7,6
Второй ступени	1,1	3,9	6,15	11,15

Первая половина объёма 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 первой ступени рав-ны:

;м³

для фильтров второй ступени:

;м³