На вторую ступень натрий-катионирования поступает вода с содержанием 7,5 мг-экв/дм3 катионов натрия. Тогда соотношение концентраций С2Na/Жо = 7,52/0,1 = 562. В этом случае обменная емкость катио-
нита принимается по технологическим данным из табл. 2.12 и составляет Ер = 250 г-экв/м3.
Таблица 2.14
|
Коэффициент снижения обменной емкости катионита [3] |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С2Na/Жо |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,1 |
β |
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,89 |
0,88 |
0,87 |
0,86 |
0,85 |
0,84 |
0,83 |
С2Na/Жо |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
2 |
β |
0,8 |
0,77 |
0,73 |
0,70 |
0,69 |
0,68 |
0,67 |
0,66 |
0,65 |
0,62 |
С2Na/Жо |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
– |
– |
β |
0,60 |
0,57 |
0,54 |
0,53 |
0,52 |
0,52 |
0,51 |
0,50 |
– |
– |
5. Число регенераций каждого фильтра в сутки «n» рассчитывается по формуле:
n = А / f Нсл Ер а = 139,2 / (3,14 1,5 250 1) ≈ 0,1 регенерация в сутки или 1 раз в течение 10 суток.
6. Расход 100%-й поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется уравнением:
Qс = (Ер f Нсл qс) /1000 = (250 3,14 1,5 350)/1000 = 412 кг, где
qс – удельный расход соли на регенерацию г/г-экв, равный 350 г/г-экв. 7. Суточный расход технической соли на регенерацию фильтров
рассчитывается по уравнению:
Qт.с = (Qс n а 100) / 93 = (412 0.1 1 100) /93 = 44,3 кг/сут, где в этом выражении «93» – содержание NaCI в технической соли, %.
8. Расход воды на одну регенерацию натрий-катионитового фильтра слагается из следующих составляющих:
а) расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра, м3, определяемого из соотношения:
Qвзр = i f 60 t /1000 = 4 3,14 60 30/1000 = 23 м3, где
i, t – интенсивность и длительность взрыхляющей промывки соответственно, принимаемые по табл. 2.12.
б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли, м3:
Qр.р = (Qс 100) / (1000 bρ) = 412 100/1000 10 1,071 = 3,85 м3,
где b – концентрация регенерационного раствора, %. Концентрация регенерационного раствора для первой ступени натрий-катионирования составляет 5…8 %, для второй ступени ионирования 8…12 %. Прини-
51
маем концентрацию регенерационного раствора равным b = 10 %,
табл. 2.12;
ρ – плотность 10%-го регенерационного раствора, т/м3, принимается по таблице плотностей водных растворов, Приложение 3, и составля-
ет ρ = 1,071 т/м3 для b = 10 %.
в) расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м3
Qотм = q f Нсл = 6 3,14 1,5 = 29 м3, где
q – удельный расход воды на отмывку катионита, равный 6 м3/м3, определяемый по табл. 2.12.
Тогда расход воды на одну регенерацию составит: Qс.н = Qвзр + Qр.р + Qотм = 23 + 3,85 + 29 ≈ 56 м3.
9. Среднечасовой расход воды на собственные нужды натрийкатионитовых фильтров второй ступени определяется в соответствии с выражением:
Qс.н.NaII (час) = (Qс.н. а n)/ 24 = (56 1 0,1) / 24 = 0,23 м3/ч.
Примем с запасом Qс.н. (час) = 0,5 м3/ч.
Это количество воды будет подвергаться первичному натрийкатионированию для собственных нужд натрий-катионитовых фильтров второй ступени.
2.8.3. Расчет натрий-катионитовых фильтров первой ступени
1. Через эти фильтры будет пропускаться следующее количество
воды:
QNaI = 58 + 0,5 = 58,5 м3/ч.
2. На первичные натрий-катионитовые фильтры вода поступает после предвключенных водород-катионитовых фильтров, регенерированных недостатком кислоты (с «голодной» регенерацией). Общая жест-
кость водород-катионированной воды составляет:
Жо = Жнк + Щост = 1 + 0,7 = 1,7 мг-экв/дм3,
где Жнк – исходная некарбонатная жесткость воды, поступающей на Н-катионитовые фильтры; мг-экв/ дм3; Щост – остаточная после декарбонизации щелочность, мг-экв/дм3.
3. Скорость фильтрования через основные натрий-катионитовые фильтры допускается в пределах 15…30 м/ч. Следовательно, необходимая площадь фильтрования должна составлять:
58,5/15…58,5/30 = 3,9…1,95 м2.
Из существующих стандартных фильтров (табл. 2.10) выбираем фильтры, у которых:
диаметр – D = 2000 мм;
52
площадь фильтрования каждого – f = 3,14 м2; высота слоя сульфоугля Нсл = 1,8 м.
4.Принимаем их к установке в количестве 3 шт. с таким расчетом, чтобы в наихудшем случае один из них был в полезной работе, один – на регенерации и один, не загруженный сульфоуглем, служил для гидроперегрузки угля и замены катионитного фильтра, выключаемого на ремонт или ревизию. Нормально, таким образом, будут работать два фильтра, а = 2.
5.Устанавливаются скорости фильтрования в нормальном и форсированном режимах.
При этом нормальная скорость фильтрования составляет:
wн = QNaI/ (f а) = 58,5/ (3,14 2) = 9,3 м/ч.
На периоды регенерации в работе будет оставаться один фильтр с максимальной скоростью фильтрования:
wмax = QNaI /[f (а–1)] = 58,5/ 3,14 = 18,6 м/ч.
6. По выражению (2.9) рассчитывается рабочая обменная емкость Ер катионита, в качестве которого выбран сульфоуголь с крупностью зерен 0,5…1,1 мм:
Ер = α β Еп – 0,5 q Жо,
где q – удельный расход воды на отмывку сульфоугля, равный для первой ступени натрий-катионирования q = 4 м3/ м3 и определяемый по табл. 2.12.
По табл. 2.12 находится удельный расход соли на регенерацию сульфоугля qс. Для первой ступени натрий-катионирования при жесткости обрабатываемой воды до 5 мг-экв/дм3 он составляет qс = 120 мгэкв/дм3.
По удельному расходу соли, пользуясь табл. 2.13, определяется коэффициент эффективности регенерации α = 0,67.
Коэффициент β находится по табл. 2.14 и при величине отношения СNa2/Жо = 7,52/1,7 = 33 не определяется. Поэтому целесообразно принять рабочую обменную емкость сульфоугля при натрий-
катионировании в соответствии с данными табл. 2.15, согласно которым Ер = 200 г-экв/м3.
53
Таблица 2.15
Рабочая обменная способность сульфоугля при натрий-катионировании
Содержание |
Удельный |
Общая жесткость поступающей на фильтры воды, мг-экв/дм3 |
|||||||||||||
натрия |
в |
расход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
10 |
|
|
15 |
|
20 |
|||||||
обрабаты- |
соли на |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ваемой |
во- |
регенера- |
|
|
|
|
Фракционный состав сульфоугля, мм |
|
|
||||||
де, в % от |
цию, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3… |
|
0,5… |
|
0,3… |
|
0,5… |
0,3… |
|
0,5… |
0,3… |
|
0,5… |
|||
Жо |
|
г/г-экв |
0,8 |
|
1,1 |
|
0,8 |
|
1,1 |
0,8 |
|
1,1 |
0,8 |
|
1,1 |
1 |
|
120 |
330 |
|
300 |
|
321 |
|
290 |
310 |
|
280 |
300 |
|
270 |
|
150 |
370 |
|
330 |
|
360 |
|
320 |
350 |
|
310 |
340 |
|
300 |
|
|
|
200 |
400 |
|
360 |
|
390 |
|
360 |
380 |
|
350 |
370 |
|
330 |
10 |
|
120 |
310 |
|
280 |
|
320 |
|
290 |
260 |
|
240 |
240 |
|
220 |
|
150 |
350 |
|
310 |
|
350 |
|
320 |
290 |
|
260 |
280 |
|
250 |
|
|
|
200 |
390 |
|
340 |
|
390 |
|
350 |
330 |
|
290 |
310 |
|
270 |
|
|
120 |
220 |
|
200 |
|
200 |
|
180 |
180 |
|
160 |
150 |
|
130 |
50 |
|
150 |
250 |
|
220 |
|
220 |
|
200 |
200 |
|
180 |
170 |
|
150 |
|
200 |
270 |
|
250 |
|
250 |
|
220 |
220 |
|
200 |
190 |
|
170 |
|
|
|
250 |
290 |
|
260 |
|
260 |
|
240 |
240 |
|
210 |
200 |
|
180 |
7. Число регенераций каждого фильтра в сутки «n» равно:
n = (24 Жо QNa1)/ (f Нсл Ер а) = 24 1,7 58,5/ 3,14 1,8 180 2 = 1,17.
Принимаем число регенераций n = 1 раз в сутки.
8. Расход 100%-й поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется уравнением:
Qс = (Ер f Нсл qс) / 1000 = 200 3,14 1,8 120/ 1000 ≈ 136 кг. 9. Суточный расход технической соли составит:
Qт.с = (Qс n а 100) / 93 = (136 1 2 100) / 93 = 292,5 кг/сут. 10. Расход воды на взрыхляющую промывку фильтра равен:
Qвзр = (i f 60 t) /1000 = (4 3,14 60 30) /1000 = 23 м3,
где i, t – интенсивность и время взрыхления соответственно, эти величины определяются по табл. 2.12.
11. Расход воды на приготовление регенерационного раствора рассчитывается согласно выражению:
Qр.р = (Qc 100) / (1000 b ρ) = 136 100 / 1000 8 1,056 = 1,6 м3,
где b и ρ – концентрация и плотность регенерационного раствора, b = 8 %, табл. 4.8; ρ (при b = 8 %) = 1,056 т/м3 (Приложение 3).
12.Расход воды на отмывку катионита определяется по формуле: Qотм = q f Нсл = 4 3,14 1,8 = 23 м3.
13.Тогда расход воды на одну регенерацию натрий-катионитового
фильтра слагается из составляющих:
Qс.н. = Qвзр + Qр.р. + Qотм = 23 + 1,6 + 23 ≈ 48 м3.
54
14. Среднечасовой расход воды на собственные нужды натрий-ка- тионитовых фильтров определяется на основании:
Qс.н.NaI (час) = (Qс.н. n a) / 24 = 48 1 2 /24 = 4 м3/ч.
2.8.4.Расчет предварительных водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией
1. Среднечасовой расход воды, поступающей на предварительные Н-катионитовые фильтры, должен обеспечивать требуемую производительность водоподготовительной установки на питание паровых котлов Q и собственные нужды Н-катионитовых и натрий-катионитовых
фильтров I и II ступеней:
Qгол = Q + Qс.н.NaI + Qс.н.NaII = 58 + 4,0 + 0,5 = 62,5 м3/ч.
Кроме того, предварительные водород-катионитовые фильтры должны обеспечивать расход воды на горячее водоснабжение в количестве 272 м3/ч и подпитку тепловых сетей в размере 13 м3/ч:
ИТОГО: Qгол = 62,5 + 272 + 13 ≈ 348 м3/ч.
2. При заданной производительности оценивается требуемая для этого общая площадь фильтрования:
F = Qгол / w = 348/10 = 34,8 м2,
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 = 10 м/ч.
3. При известной общей площади фильтрования, зная характеристику стандартного фильтра, можно рассчитать необходимое количество фильтров по соотношению:
а = F/f = 34,8 / 6,95 = 5 штук, где
f – площадь фильтрования стандартного водород-катионитоваго фильтра при «голодной» регенерации, устанавливаемая по табл. 2.16.
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:
диаметр фильтра – D = 3400 мм; высота слоя – Нсл = 2,5 м;
площадь фильтрования – f = 6,95 м2.
55
Таблица 2.16
Водород-катионитовые фильтры (при «голодной» регенерации)
Показатель |
|
|
Диаметр стандартного фильтра, мм |
|
|
||||
450 |
700 |
1000 |
1500 |
2000 |
2600 |
|
3000 |
3400 |
|
|
|
||||||||
Высота слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
катионита,м |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,5 |
2,5 |
|
2,5 |
2,5 |
Площадь |
0,17 |
0,39 |
0,76 |
1,72 |
3,10 |
5,20 |
|
6,95 |
9,10 |
фильтрова- |
|
||||||||
ния, м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем ка- |
0,34 |
0,78 |
1,52 |
3,44 |
7,75 |
13,0 |
|
17,38 |
22,75 |
тионита, м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Карбонатная жесткость (щелочность) исходной воды при прохождении через предварительные Н-катионитные фильтры, отрегенерированные теоретически необходимым количеством серной кислоты, будет снижаться в среднем с 9,0 до 0,7 мг-экв/дм3.
Количество солей жесткости, удаляемых на фильтрах, определяется по формуле [3]:
Агол = 24 Qгол (Жк – Жк.ост) = 24 348 (9,0 – 0,7) = 69321,6 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 = 7,5 / 10 = 0,75 и
–характеристики анионного состава исходной воды «А»:
А= HCO3 ¯/ (CI¯ + SO4 2¯ )= 9,0/ (5,5 + 3) = 1,06.
Для исходной воды данного состава при 0 ≤ К ≤ 1; 10 ≥ А ≥ 1 ра-
бочая обменная способность сульфоугля принимается равной Ергол = 300 г-экв/м3.
6. При этом число регенераций каждого фильтра в сутки составит:
n = Агол / (f Нсл Ергол а) = 69321,6 / (9,1 2,5 300 5) = 2,66.
Принимаем число регенераций n = 3 р/сут.
7. Расход 100%-й серной кислоты на одну регенерацию определяются по уравнению:
Qк (гол) = (qк f Нсл Ергол) / 1000 = (45 6,95 2,5 300) / 1000 = 235 кг,
здесь qк = 45 г/г-экв – удельный расход серной кислоты при «голодном» режиме регенерации, который принимается по табл. 2.17.
56