Н-катионитовый фильтр первой ступени – 30 м/ч; Н-катионитовый фильтр второй ступени – 50 м/ч.

Принимаем скорость фильтрования на второй ступени Н- катионирования равной w = 50 м/ч.

4.Из существующих стандартных фильтров выбираем фильтр с площадью фильтрования f = 5,3 м2.

5.Необходимое количество фильтров «а», находящихся в работе в данной ступени ионирования, определяется выражением:

а = F / f = 5,02 / 5,3 ≈ 1.

Принимаем к установке во второй ступени ионирования 2 фильтра,

у которых:
диаметр – D = 2600 мм;	– f = 5,3 м2;
площадь фильтрования
высота слоя загрузки	– Нсл = 1,5 м.

Один из установленных фильтров – резервный.

6. Марки загружаемых катионов выбираются в соответствии с рекомендациям, табл. 2.29 [1, 3].

Таблица 2.29

Рекомендуемые марки катионитов при ступенчатом водород-катионировании [1, 3]

Состав исходной воды, мг-экв/дм3	Рекомендуемый катионит
	На первой ступени	На второй ступени
Na+ ≤ 1 ; ΣΑ с.к ≤ 3	Сульфоуголь СК-1	Сульфоуголь СК-1
Na+ ≤ 1; ΣΑ с.к = 3 … 5	Сульфоуголь СК-1	КУ-2
ΣΑ с.к ≥ 5	КУ-2	КУ-2

Примечание: ΣΑ с.к – суммарная концентрация анионитов сильных кислот.

Выбираем в качестве фильтрующего материала сульфоуголь со следующими технологическими характеристиками [14, 3]:

Епол сульфоугля в Н-форме, г-экв/м3 – 200; Размер зерен, мм – 0,3…1,5.

7. Рабочая обменная способность катионита при водород-катиони- ровании определяется из уравнения:

Eнp = α Епол – 0,5 qотм (Жо + СNa) =

= 0,75 200 – 0,5 10 0,25 = 150 г-экв/м3,

(2.15)

где в этом выражении α – коэффициент эффективности регенерации во- дород-катионита, определяемый по табл. 2.30.

85

Таблица 2.30

Коэффициент эффективности регенерации водород-катионитовых фильтров [3]

Удельный расход	50	60	70	80	90	100	110	120	130
серной кислоты на
регенерацию
катионита, qк, г/г-экв
α	0,68	0,71	0,75	0,78	0,82	0,85	0,86	0,87	0,89

Расход серной кислоты на регенерацию фильтров первой ступени составляет до 55…70 г/г-экв, а фильтры второй ступени требуют порядка 70…100 г/г-экв кислоты [4]. Принимаем расход серной кислоты на регенерацию водород-катионитовых фильтров второй ступени равным

70г/г-экв. При этом коэффициент эффективности регенерации составит

α= 0,75, табл. 2.30.

8.В формуле (2.15) qотм – удельный расход воды на отмывку катионита; принимается равным qотм = 10 м3/м3 согласно данным табл. 2.31.

Втом же выражении (2.15):

Жо – общая жесткость воды, поступающей на фильтры второй ступени, предполагается, что катионов кальция и магния в воде не будет, а СNa – концентрация натрия в обрабатываемой воде, г-экв/м3.

9. После установления рабочей обменной емкости рассчитывается количество катионов, удаляемых на водород-катионитовых фильтрах второй ступени:

Ак = 24 (Σ Кат – Naост) Qн = 24 (0,25 – 0) 251 = 1506 г-экв/сут,

где Σ Кат – содержание катионов, поступающих на водород-катионито- вые фильтры, г-экв/м3;

Naост – остаточное содержание натрия в обессоленной воде, г-экв/м3.

10. При этом число регенераций водород-катионитовых фильтров составит:

n = Ак /( f Нсл Eнp а) = 1506 / 5,3 1,5 150 1 ≈ 1 раз в сутки.

Число регенераций должно соответствовать рекомендациям табл. 2.31, т. е. не менее одного и не более трех раз в сутки.

11. Определяется расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию фильтров:

Qк = (qк f Нсл Eнp ) /1000 = (70 5,3 1,5 150) / 1000 = 84 кг,

где qк – удельный расход серной кислоты, принятый равным 70 г/г-экв.

86

	Таблица 2.31
Технологические данные при водород-катионировании [3]
Показатель	Нормативные данные
1	2
Количество устанавливаемых фильтров, шт	не менее 3
– работающих
– резервных	1
Количество регенераций каждого фильтра в сутки	не менее 1 и не более 3
Взрыхление катионита:
– интенсивность, л/(с м2)	по рис. 4.5
– продолжительность, мин	15…30
Концентрация регенерационного раствора, %:	1,5…2,0
– при загрузке сульфоуглем
– при загрузке катионитом КУ-2	Нарастающей концентрацией
– скорость пропуска раствора, м/час	1 → 3 → 6
	10
Расход воды на отмывку катионита, м3/м3:	5
– сульфоуголь при «голодном» режиме регенера-
ции;
– то же при одноступенчатом водород-катиониро-	5
вании;
– то же при двухступенчатом водород-катиониро-	10
вании;
– катионит КУ-2 при одноступенчатом водород-	6,5
катионировании;
– то же при двухступенчатом водород-катиониро-	12,0
вании

12. При этом расход технической 92%-й серной кислоты определяем по формуле:

Qк.т = (Qк n а 100)/(с 1000) = (84 1 1 100)/(92 1000) = 0,1 т/сут,

где «с» – содержание H2SO4 в технической серной кислоте (не менее

92%).

13.Расход технической серной кислоты в месяц составит:

Qк.мес = 0,1 30 = 3 т/мес.

87

i, л/с м2 5				2
4				1
3
2
1
0,4	0,6	0,8	1	1,2

d, мм

Рис. 2.5. К таблице 2.31 график для определения необходимой интенсивности взрыхления катионита в зависимости от диаметра зерен катионита [3]:

1 – при температуре 5 ºС; 2 – при температуре 20 ºС

14. Расход воды на одну регенерацию фильтра слагается из: а) расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра

Qвзр =(i f 60 tвзр)/1000 = (4 5,3 60 30)/1000 = 38,2 м3,

где i – интенсивность взрыхляющей промывки, которая принимается по рис. 2.5: i = 4 л/ (с м2) при t = 20 ºС и d = 1 мм;

tвзр – продолжительность взрыхляющей промывки, которая принимает-

ся по табл. 2.31: t взр = 30 мин;

б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора, м3, определяемого по формуле:

для сульфоугля:

Qр.р = (Qк 100)/(1000 b ρр.р) = 84 100/1000 1,5 1 = 5,6 м3 ;

для катионита КУ-2:

Qр.р = (Qк 100)/1000 [(0,4/ρ1) + (0,3/3ρ3) + (0,3/6ρ6)], м3,

где b – концентрация регенерационного раствора, %, которая при загрузке сульфоуглем принимается равной 1,5…2 %, табл. 2.31; ρр.р – плотность регенерационного раствора, имеющего данную концентрацию, принимается согласно данным (Приложение 3);

ρ1, ρ3 , ρ6 – соответственно, плотности 1–3%-х и 6%-х растворов, т/м3; 0,4; 0,3; 0,3 – доля общего расхода H2SO4 на регенерацию;

в) расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации соста-

вит: Qотм = qотм f Нсл = 10 5,3 1,5 = 80 м3.

Расход воды на одну регенерацию слагается из следующих составляющих и равен:

88

Qн = Qвзр + Qр.р. + Qотм = 38,2 + 5,6 + 80 = 124 м3.

15. Суточный расход воды на регенерацию всех фильтров определится из соотношения:

Qн(сут) = Qн n а = 124 1 1 = 124 м3.

16. Тогда потребный среднечасовой расход на собственные нужды

водород-катионитовых фильтров второй ступени составит: Qс.н(час) = 124 / 24 ≈ 6 м3/ч.

2.10.4.Расчет водород-катионитовых фильтров первой ступени

1. Нагрузка водород-катионитовых фильтров первой ступени с учетом расхода части фильтрата на собственные нужды Н-катионито-

вых фильтров второй ступени равна:

QнI = 251 + 6 = 257 м3/ч.

В фильтры первой ступени будет поступать вода, прошедшая предварительные Н-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией и характеризующаяся следующими средними показателями, раздел 2.9.1,

пункт 2, 3; табл. 2.32.

Таблица 2.32

Показатели качества воды, поступающей на водород-катионитовые фильтры первой ступени

Показатель				Концентрация
Общая жесткость	Жо			1,2	мг-экв/дм3;
Жесткость карбонатная	Жк			0,7	мг-экв/дм3;
Жесткость некарбонатная	Жн.к.			0,5	мг-экв/дм3;
Содержание ионов натрия	СNa			1,0	мг-экв/дм3;
Сумма сульфат-ионов и	Σ(SO	2−	+ Cl− )= 1,5 мг-экв/дм3.
хлорид-ионов		4

2.Скорость фильтрования для первой ступени может составлять 30 м/ч [9]. Выберем скорость фильтрования w = 15 м/ч.

3.Общая площадь фильтрования F при выбранной скорости фильт-

рования w = 15 м/ч составит:

F = QнI / w = 257 / 15 = 17,13 м2.

4. С учетом площади фильтрования f единичного фильтра, равной f = 7,1 м2, рассчитывается необходимое количество фильтров «а»:

а = F/f = 17,13/7,1 = 2,5.

Принимаем к установке четыре фильтра, три из них будут находиться в работе, а один из них – резервный. Параметры фильтров:

диаметр фильтра – D = 3000 мм;

89

высота слоя загрузки – Нсл = 1,8 м; площадь фильтрования – f = 7,1 м2.

5.В качестве фильтрующего материала принимается сульфоуголь в Н-форме, руководствуясь положениями табл. 2.29.

6.Рабочая обменная способность катионита при водородкатионировании с частичным удалением натрия определяется из выражения [1]:

Ер = α Епол – 0,5 q (Жо + СNa) =

= 0,71 200 – 0,5 10 (1,2 + 1,0) = 130 г-экв/м3,

где q – удельный расход воды на отмывку катионита, принимается по табл. 2.31;

α – коэффициент эффективности регенерации, зависящий от удельного расхода серной кислоты на регенерацию qк. Принимается по табл. 2.30 и при qк = 60 г/г-экв коэффициент эффективности равен α = 0,71.

7. Число регенераций каждого фильтра определяется по соотношению:

n = [24 Qн (Жо – Жост)]/( f Нсл Ер а) =

= [24 257 (1,2– 0)] / (7,1 1,8 130 3) = 2,

где Жост – остаточная жесткость после водород-катионитных фильтров первой ступени.

8.В периоды регенераций из трех работающих фильтров I ступени

вполезной работе будут два фильтра.

Скорость фильтрования в межрегенерационный период определяется следующим образом:

wмин = Qн /( f а) = 257/(7,1 3) = 12 м/ч;

в регенерационный период скорость фильтрования равна: wмакс = 257/(7,1 2) = 18 м/ч.

9. Расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию составит:

Qк = (qк f Нсл Ер)/1000 = 60 7,1 1,8 130/1000 = 100 кг,

где qк – удельный расход кислоты на регенерацию, равный 60 г/г-экв, выбираемый для фильтров I ступени из диапазона 55…70 г/г-экв [9].

10. Суточный расход технической 92%-й серной кислоты определяется по формуле:

Qк(сут) = (Qк n а 100)/(с 1000) = (100 2 3 100)/(92 1000) = 0,7 т/сут. 11. Расход технической серной кислоты в месяц составит:

Qк(мес) = 0,7 30 = 21 т/мес.

12. Расход воды на взрыхляющую промывку равен:

Qвзр = (i f 60 tвзр)/1000 = 4 7,1 60 30 / 1000 = 51,2 м3,

90

где i, tвзр – интенсивность и продолжительность взрыхляющей промыв-

ки, соответственно, равные i = 4 л/с м2 (рис. 2.5); tвзр = 30 мин

(табл. 2.31).

13. Расход воды на приготовление регенерационного раствора, м3: Qр.р = (Qк 100)/(1000 b ρ р.р.) = (100 100) / (1000 2 1) = 5 м3,

где b – концентрация регенерационного раствора, b = 1,5…2 %;

ρр.р – плотность 2%-го регенерационного раствора, которая принимается по данным Приложения 3.

14. Расход воды на отмывку катионита составляет:

Qотм = qотм f Нсл = 10 7,1 1,8 = 128 м3,

где qотм – удельный расход воды на отмывку катионита, принимаемый в соответствии с табл. 2.31 равным qотм = 10 м3/м3.

15. Тогда расход воды на одну регенерацию с учетом использова-

ния отмывочной воды на взрыхление составит:

Qн = Qвзр + Qр.р. + Qотм – Qвзр = 51,12 + 5 + 128 – 51,12 = 133 м3.

16. Устанавливается суточный расход воды на регенерацию всех фильтров:

Qн(сут) = Qн n a = 133 2 3 = 798 м3/сут.

16. Среднечасовой расход воды на собственные нужды водород-ка- тионитовых фильтров I ступени будет равен:

Qн(час) = 798 / 24 = 33,25 м3.

Принимаем с запасом расход воды на собственные нужды фильтров первой ступени Qс.н(час) = 34 м3.

2.10.5. Расчет предварительных водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией

Среднечасовой расход предварительно Н-катионированной воды должен обеспечивать требуемую производительность обессоливающей установки и собственные нужды Н-катионитовых и анионитовых фильтров в количестве

1.Qгол = Q + Q с.н(А) + Qс.н(НI) + Qс.н(НII) = 200 + 51 + 6 + 34 = 291 м3/ч.

2.Предварительные Н-катионитовые фильтры должны обеспечивать

подачу воды в открытую теплосеть в размере 600 м3/ч.

ИТОГО: Qгол = 291 + 600 = 891 м3/ч.

1. Оценивается общая площадь фильтрования: F = Qгол / w = 878 / 20 = 44 м2,

91

где w – скорость фильтрования, которая, исходя из опыта эксплуатации водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией, находится в диапазоне значений 10…20 м/ч [9].

Принимаем скорость фильтрования равной w = 20 м/ч.

2. При известной общей площади фильтрования, зная характеристику стандартного фильтра, можно рассчитать необходимое количество фильтров по соотношению:

а = F/f = 44 / 9,1 = 5 штук,

где f – площадь фильтрования стандартного водород-катионитоваго фильтра при «голодной» регенерации, устанавливаемая по табл. 2.16.

3.Полагая, что при средней длительности каждой регенерации 2…2,5 часа одновременно будут находиться в регенерации два предварительных Н-катионитовых фильтра и один Н-катионитовый фильтр должен быть в резерве (для гидроперегрузки и подключения в работу на время ремонта одного из фильтров), принимаем к установке 8 предварительных Н-катионитовых фильтров с параметрами, табл. 2.16:

диаметр фильтра – D = 3400 мм.

высота слоя – Нсл = 2,5 м. площадь фильтрования – f = 9,1 м2.

4.Карбонатная жесткость (щелочность) артезианской воды при прохождении через предварительные Н-катионитные фильтры, отреге-

нерированные теоретически необходимым количеством серной кислоты, будет снижаться в среднем с 5,5 до 0,7 мг-экв/дм3 для данного качества воды.

При этом количество солей жесткости, удаляемых на фильтрах, определяется по формуле [1]:

Агол = 24 Qгол (Жк – Жк.ост) = 24 891 (5,5 – 0,7) = 102643,2 г-экв/сут. 5. Рабочая обменная способность сульфоугля при водород-катиони-

ровании с «голодной» регенерацией принимается по табл. 2.17 по параметрам «К» и «А».

Для этого рассчитываются:

характеристики катионного состава исходной воды «К»:

К= Na+ / Жо = 1 / 6 = 0,17

ихарактеристики анионного состава исходной воды «А»:

А = HCO3¯/ (CI¯ + SO4 2¯ )= 5,5 / (0,5 + 1) = 3,67.

Для исходной воды данного состава при 0 ≤ К ≤ 1; 10 ≥ А ≥ 1 рабочая обменная способность сульфоугля принимается равной

92

Eголp = 300 г-экв/м3, табл. 2.17.

6.При этом число регенераций каждого фильтра в сутки составит: n = Агол /(f Нсл Eголp а) = 102643,2 / 9,1 2,5 300 5 = 3.

7.Расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию определяется по уравнению:

Qголк = (qк f Нсл Eголp )/1000 = (45 9,1 2,5 300)/1000 = 307 кг,

где qк = 45 г/г-экв – удельный расход серной кислоты при «голодном» режиме регенерации, который принимается по табл. 2.17.

8. Расход технической серной кислоты на регенерацию работающих фильтров в сутки составит:

Qктезн(гол) = (Qголк n а 100) /с = (307 3 5 100) / 92 = 5005 кг/сут,

где «с» – содержание H2SO4 в технической серной кислоте, используемой для энергетических целей (не менее 92 %).

9. Расход воды на взрыхление каждого фильтра равен:

(при интенсивности взрыхления 4 л/с м2 и длительности взрыхления, равной 30 мин)

Qвзр = (i f 60 tвзр) / 1000 = 4 9,1 60 30 / 1000 = 65,5 м3.

10. Потребный расход воды на приготовление 1,5%-го регенерационного раствора кислоты на одну регенерацию составит:

Qр.р = ( Qголк 100)/(1000 b ρ) = (307 100)/(1000 1,5 1,0085) ≈ 24 м3.

11. Расход воды на отмывку сульфоугля определится:

Qотм = qотм f Нсл = 5 9,1 2,5 = 114 м3

(при удельном расходе воды на отмывку катионита qотм = 5м3/м3).

12. Расход воды на одну регенерацию равен:

Qс.н = Qвзр + Qр.р + Qотм = 65,5 + 24 + 114 ≈ 204 м3.

13. Среднечасовой расход воды на собственные нужды предварительных Н-катионитовых фильтров с «голодным» расходом кислоты:

Qс.н(час) = (Qс.н n a)/24 = 204 3 5 / 24 = 128 м3/ч.

Таким образом, часовая нагрузка на предвключенные водород-

катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией равна: Qгол(час) = 891 + 128 = 1019 м3/ч.

2.10.6. Пример расчета декарбонизатора

Концентрация растворенного в воде улекислого газа СО2 является технологическим показателем качества воды, используемой для энергетических нужд, т. к. СО2, реагируя с водой, образует угольную кислоту:

93

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + HCO3− .

Ионы водорода Н+, в свою очередь, являются коррозионным агентом (деполяризатором), способствующим ассимиляции электронов, освобождающихся в процессе коррозионного растворения анода:

Н+ + ē → Н; Н + Н → Н2.

Кроме процесса деполяризации образующийся водород участвует в отслоении защитных окисных пленок, пассивирующих металл, приво-

дя к самовозобновлению коррозии:

МеО + 2 Н+ → Ме2+ + Н2О.

Если кислород поступает в воду из воздуха, где его содержится порядка 21 %, то основным источником поступления в воду углекислоты является не воздух, где концентрация СО2 невелика и составляет около 0,04 %, а различные биохимические процессы разложения органических веществ в природе. Особенно много выделяется углекислоты в процессе химической обработки воды: при водород-катионировании, подкислении воды, коагуляции, водород-катионировании с «голодной» регенерацией фильтра.

Для удаления свободной углекислоты из воды в схемах ВПУ применяется метод декарбонизации. В качестве насадки используются кольца Рашига, характеристика которых представлена в табл. 2.33.

	Характеристика колец Рашига		Таблица 2.33
Размеры	Количество колец в 1	Поверхность	Масса колец,
колец, мм	м3 насадки при бес-	насадки,	кг/м3
	поря-дочной загрузке	м2/м3
25 х 25 х 3	53200	204	532
35 х 35 х 4	20200	140	505
50 х 50 х 5	6000	87,5	530
Пример расчета декарбонизатора
Для расчета декарбонизаторов		требуются следующие исходные
данные:

1.Производительность декарбонизатора и температура декарбонизованной воды.

2.Содержание углекислоты до и после декарбонизатора.

Рассчитать декарбонизатор для следующих исходных данных. 1. Производительность декарбонизатора 1019 м3/ч.

94

2.Вода поступает на декарбонизатор после водород-катио-нирования с «голодной» регенерацией фильтров с температурой 20 °С. Карбо-

натная жесткость исходной воды составляет Жисхк = 5,5мг-экв/дм3.

В процессе водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров карбонатная жесткость снижается и составляет на входе в декарбонизатор Жостк = 1,5 мг-экв/дм3.

3.Содержание свободной растворенной углекислоты исходной воде

равноСОи2.в = 22 мг/дм3. Концентрация углекислоты после декарбонизации 5 мг/л. Карбонатная жесткость после декарбонизации должна удовлетворять нормам качества воды для теплосетей с от-

крытой системой теплоснабжения и составлять при температуре сетевой воды 115 °С 0,7…0,8 мг-экв/дм3.

Нижеприведенный расчет выполнен по методике А.А. Кастальского по исходным данным примера расчета комплексной схемы обессоливания и обескремнивания воды, табл. 2.27.

1. Определяется концентрация растворенной углекислоты в воде, поступающей на декарбонизатор после Н-катионирования (или подкисления) по формуле:

СО2 =	44Жк+СО2	и.в.	,	(2.16)
1000

где СО2 – концентрация углекислоты в воде, поступающей в декарбонизатор, кг/м3; Жк = Жисхк – Жостк = 5,5 – 1,5 = 4 мг-экв/дм3 – карбонатная жесткость исходной воды, разрушаемая в процессе водоподготовки; СОи2.в – концентрация растворенной свободной углекислоты в исходной

воде, мг/л.

СО2 = 44·(5,5 – 1,5) + 22 = 198 мг/л (0,198 кг/м3).

Примечание I. Если нет данных о концентрации свободной углеки-

слоты в исходной воде СО2и.в , то ее определяют по щелочности (кар-

бонатной жесткости) и рН исходной воды по номограмме, приведенной на рис. 2.6.

95

Рис. 2.6. Номограмма для определения свободной углекислоты в воде при сухом остатке 200 мг/дм3 [1, 3]

Номограмма составлена для воды с сухим остатком 200 мг/дм3 при температуре 10 и 20 °С. При других значениях сухого остатка следует вводить поправочный коэффициент α, табл. 2.34.

Таблица 2.34

Поправочный коэффициент на сухой остаток исходной воды

Сухой остаток, мг/дм3	100	200	300	400	500	750	1000
Поправочный
коэффициент α	1,05	1,0	0,96	0,94	0,92	0,87	0,83

Тогда концентрация растворенной свободной углекислоты в исходной воде может быть определена из выражения:

СОи2.в = СО2таб α,

(2.17)

где СО2таб – концентрация растворенной свободной углекислоты, опре-

деленная по номограмме; α – поправочный коэффициент на сухой остаток исходной воды, определенный по табл. 2.34.

Примечание II

А. Для схем предочистки с коагуляцией без известкования формула (2.16) будет иметь вид:

96

СО2 = 0,268 (Щисх )3 + 44 Щкоаг ,

где Щисх, Щкоаг – щелочности, соответственно, исходной и коагулированной воды, мг-экв/дм3 [2].

Б. Для схем предочистки с рН ≈10,2 концентрацию CO2 определяют с учетом связывания СО2 исходной воды при известковании и остаточных бикарбонатной и карбонатной щелочностей:

СО2 = 44 Щикб + 22 Щикк ,

где Щикб , Щикк – щелочности, соответственно, бикарбонатная и кар-

бонатная известково-коагулированной воды [2].

2. Необходимая поверхность насадки (поверхности десорбции), м2, обеспечивающая заданный эффект удаления углекислоты, определяется из уравнения:

F =	G	,	(2.18)

kжΔсср

где G – количество углекислоты, подлежащее удалению в декарбонизаторе, кг/ч, определяемое по формуле:

G = Q (CO2 −COо2.в ),

(2.19)

где Q – количество воды, поступающей на декарбонизатор, м3/ч;

СО2 – концентрация углекислоты в воде, поступающей на декарбонизатор, кг/м3, определяемая по формуле (2.16);

СОо2.в – концентрация углекислоты в декарбонизованной воде (прини-

мают 0,005 кг/м3 или 5 мг/дм3);

kж – коэффициент десорбции углекислоты, м/ч. Для декарбонизаторов с кольцами Рашига 25х25х3 и плотностью орошения насадки 60 м3/(м2·ч) определяют в зависимости от температуры декарбонизуемой воды по графику рис. 2.7; сср – средняя движущая сила десорбции, кг/м3, определяемая по

рис. 2.8 в зависимости от концентрации углекислоты в воде до и после декарбонизации.

G =1019 (0,198 −0,005) =196,7 кг/ч;

	kж = 0,4 м/ч ; сср= 0,05 кг/м3.
F =	G	= 199,6 / 0,4·0,05 = 9835 м2.

kжΔсср

97

55	t,оС
50
45
40
35
30
25
20
15
10					kж, м/ч
5
0
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Рис. 2.7. График зависимости коэффициента десорбции kж
от температуры: декарбонизатор загружен кольцами Рашига
25х25х3 мм; плотность орошения насадки 60 м3/(м2·ч)

600	СО2, мг л
					2
500
				1
						3
400
300
200
100						Ccр, кг/м3
0
0	0,02	0,04	0,06	0,08	0,1	0,12	0,14

Рис. 2.8. Зависимость средней движущей силы десорбции сср от концентрации СО2 в воде до декарбонизатора:

1…3 – концентрация СО2 в декарбонизованной воде, равная, соответственно, 3,0; 5,0 и 10,0 мг/дм3

98

3. Площадь поперечного сечения декарбонизатора, м2, определяется по формуле:

	f =	Q	,	(2.20)
		60

где 60 – оптимальная плотность орошения насадки, м3/(м2·ч), на единицу площади поперечного сечения декарбонизатора.

f= 60Q = 1019 / 60 = 17,0 м2.

4.Диаметр декарбонизатора, м, составляет:

	D =		4f		.	(2.21)
		3,14
	D =	4 17,0				= 4,65 м.
		3,14
	5. Высота слоя насадки рассчитывается:
	h =	Vк.р		,		(2.22)
			f

где Vк.р – объем, м3, занимаемый кольцами Рашига 25х25х3 мм при беспорядочной загрузке в декарбонизаторе, определяемый по выражению:

	V	=	F	,	(2.23)
			204
	к.р

где F – поверхность десорбции, м2, определяемая по формуле (2.18); 204 – поверхность 1м3 насадки из колец Рашига 25х25х3 мм при беспорядочной загрузке, м2/м3.

V	= 9835 = 48,2 м3;	h = 48,2 = 2,84 м.
к.р	204	17,0
6. Необходимый расход воздуха, подаваемого в декарбонизатор,
м3/ч, равен:
Qвоз = b Q= 25·1019 = 25475 м3/ч,			(2.24)

где b – удельный расход воздуха при насадке из колец Рашига: принимается: равным 25 м3/м3 при умягчении воды; равным 40 м3/м3 при обессоливании.

7. Суммарное сопротивление проходу воздуха через декарбониза-

тор, мм вод. ст., определяется из формулы:
∑ξ= 25h + 40 ,	(2.25)

где 25 – сопротивление проходу воздуха 1 м высоты слоя насадки из колец Рашига 25х25х3 мм, измеряемое в мм вод. ст.; 40 – сопротивление проходу воздуха конструктивных элементов декарбонизатора, мм вод. ст.

∑ξ= 25h + 40 = 25·2,84 + 40 = 111 мм вод. ст. = 1110 Па.

99

Вентилятор к декарбонизатору должен обеспечить расход воздуха, определенный из выражения (2.24), а напор несколько выше рассчитанного по формуле (2.25) сопротивления проходу вздуха в декарбонизаторе.

Исходя из требуемой производительности 1019 м3/ч по табл. 2.35 принимаем к установке четыре декарбонизатора производительностью 300 м3/ч каждый с диаметром Dв.н = 2520 мм и высотой засыпки колец Рашига 3,1 м.

Таблица 2.35

Выбор типа декарбонизатора в зависимости от производительности и карбонатной жесткости воды [1, 3]

					Карбонатная жесткость обрабатывае-
	Произво-		Площадь	Расход		мой воды,		мг-экв/дм3
	дитель-	Диаметр	поперечно-	воздуха,	4…5		6…8	9…11		12…14
	ность,	D , мм	го сечения,	м3/ч
					Высота насадки колец Рашига Нк.р, м
	м3/ч	в.н	м2
					2,9…3		3,1…3,3	3,4…3,6		3,7…3,9
							Шифр декарбонизатора
	15	565	0,25	375	Б230		Б240	Б250		Б260
	25	730	0,417	625	Б231		Б241	Б251		Б261
	50	1030	0,833	1250	Б232		Б242	Б252		Б262
	75	1260	1,25	1880	Б233		Б243	Б253		Б263
	100	1460	1,67	2500	Б234		Б244	Б254		Б264
	125	1630	2,08	3100	Б235		Б245	Б255		Б265
	150	1790	2,5	3750	Б236		Б246	Б256		Б266
	200	2060	3,33	5000	Б237		Б247	Б257		Б267
	250	2315	4,17	6250	Б238		Б248	Б258		Б268
	300	2520	5,0	7500	Б239		Б249	Б259		Б269

2.11.Пример расчета схемы глубокого обессоливания и обескремнивания воды водород-катионированием

спротивоточной регенерацией фильтра, двухступенчатым анионированием на высокоосновных и низкоосновных анионитах

спромежуточной декарбонизацией

Исходные данные для расчета

1.Требуется рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки 100 м3/ч добавочной воды для питания паровых котлов высокого давления (100 атм и выше).

2.В качестве исходной используется вода из артезианской скважины с показателями, представленными в табл. 2.36.

100