Розрахунок Na-катіонітових фільтрів I ступеня

Початковими даними для розрахунку катіонного фільтру є: продуктивність, склад початкової води, що поступає на фільтри, залишкова жорсткість фільтру.

2.5.1 Розрахунок катіонного фільтру починають з підбора діаметра фільтра по швидкості фільтрування, яка визначається з рівнянь, м/год:

де – нормальна швидкість фільтрування, приймається, м/год [5≤ ≤25].

– продуктивність водопідготовки, м³/год; приймається з таблиці 2, пункт 53 для розрахункового періоду;

– площа фільтрування катіонного фільтру м²; визначається підбором за табл.

Таблиця Площі фільтрування стандартних фільтрів залежно від діаметра

Діаметр фільтра, мм
Площа фільтрування f, м^2	0,39	0,76	1,72	3,1	5,2	6,95	9,1

а) кількість працюючих фільтрів (для 1 ступені катіонування мінімальне значення працюючих фільтрів а = 2).

б) максимальна швидкість, м/год:

де – максимальна швидкість фільтрування, приймається [5≤ ≤35, м/год.];

– продуктивність водопідготовки, м³/год; приймається з таблиці 2, пункт 53 для розрахункового періоду;

– кількість працюючих фільтрів при регенерації одного з них, шт.

2.5.2 Кількість солей жорсткості А, г·екв/діб, що видаляється на NH₄-Na і Na-катіонітних фільтрів 1 ступеня визначається за формулою, г·екв/діб:

де 24 – кількість годин за добу;

– кількість солей жорсткості, які залишаються на катіонітному фільтрі 1 ступеня, г·екв/м³:

2.5.3 Кількість солей жорсткості, що видаляються на Na-катіонітних фільтрах при «голодній» регенерації за добу, визначається за формулою, г·екв/діб:

– карбонатна жорсткість початкової води, мг·екв/л;

– залишкова карбонатна жорсткість залежно від вимог до обробленої води і якості початкової води приймається рівної 0,7-1,5 мг·екв/м³.

2.5.4 Число регенерацій кожного фільтру в добу «n» визначається за формулою:

де n – число регенерацій кожного фільтру в добу;

– висота шару катіоніта, м, з таблиці

– робоча обмінна характеристика катіоніта при катіонуванні, г-екв/м³, визначається з рівняння:

де – коефіцієнт ефективності регенерації, що враховує неповноту регенерації катіоніта залежно від питомої витрати солі на регенерацію, [5];

– коефіцієнт, що враховує зниження обмінної здатності катіоніта по Са⁺² і Mg⁺² за рахунок часткового затримання катіонітів Na⁺, приймається за табл. 5-6. [5], де значення приведені залежно від відношення ;

– концентрація натрію в зм'якшуваній воді, мг-екв/м³;

– повна обмінна здатність катіоніта, г-екв/м³ за заводськими даними, [5];

– питома витрата води на обмивання катіоніта, м³/м³ [5];

0,5 – частка пом'якшення води на відмивку.

Коефіцієнт ефективності регенерації натрій-катіоніта

Питома витрата солі на регенерацію, г/г-екв	αNa	Питома витрата солі на регенерацію, г/г-екв	αNa	Питома витрата солі на регенерацію, г/г-екв	αNa
	0,62		0,77		0,85
	0,64		0,78		0,86
	0,67		0,8		0,87
	0,69		0,81		0,88
	0,72		0,82		0,88
	0,74		0,83		0,89
	0,75		0,84		0,90

Значення коефіцієнта β _Na [5, табл. 5.6]

	βNa		βNa		βNa		βNa
0,01	0,93	0,08	0,85	0,6	0,69		0,57
0,02	0,92	0,09	0,84	0,7	0,68		0,54
0,03	0,91	0,1	0,83	0,8	0,67		0,53
0,04	0,89	0,2	0,8	0,9	0,66		0,52
0,05	0,88	0,3	0,77		0,65		0,52
0,06	0,87	0,4	0,73		0,62		0,51
0,07	0,86	0,5	0,70		0,60		0,50

Орієнтовні значення Е _п [5]

Катіоніт	Величина зерен, мм	Е п, г·екв/м^3
Сульфовугілля	0,3-0,8
Сульфовугілля	0,5-1,1
Катіоніт КУ-2	0,8-1,2

2.5.5 Витрата куховарської солі 100% реагенту на одну регенерацію фільтру визначається з рівняння, кг:

де – питома витрата реагенту на регенерацію катіоніта, г/год·екв.

2.5.6 Витрата 26 % насиченого розчину NaCl на одну регенерацію при використанні Na-катіонітного фільтру, м³:

де – густина розчину регенерації при t = 20 ºС, кг/л, приймаємо за табл. [5];

26 – 26% вміст солі (NaCl),в насиченому розчині солі при t = 20 ºС

Густина розчинів солі (NaCl) при 20^оС, г/мл [5, табл. 15-6]

Концентрація розчину, %	Густина розчину NaCl, г/мл	Концентрація розчину, %	Густина розчину NaCl, г/мл	Концентрація розчину, %	Густина розчину NaCl, г/мл
	1,0053		1,0486		1,1162
	1,0125		1,0559		1,1319
	1,0196		1,0633		1,1478
	1,0268		1,0707		1,1639
	1,0340		1,0857		1,1804
	1,0413		1,1009		1,1972

2.5.7 У разі сумісного NH₄-Na – ті, що катіонують витрату реагентів на одну регенерацію визначають за формулами:

а) витрата сульфату амонія , кг:

б) витрата куховарської солі , кг:

2.5.8 Визначаємо добову витрату технічного реагенту на регенерацію фільтрів, кг/діб:

де 93 – процентний вміст реагенту в технічному реагенті, використовуваному для енергетичних цілей.

2.5.9 Визначаємо витрату води на одну регенерацію катіонітного фільтру складається з:

а) витрати води на взрихляючу промивку фільтру, м³:

де - кількість води на одну взрихляючу промивку фільтру, м³;

- інтенсивність взрихляючої промивки фільтрів, л/с · м²;

- тривалість взрихляючої промивки, хв. [5];

б) витрата води на приготування розчину регенерації солі, м³:

де – концентрація розчину регенерації, % [5];

- густина розчину регенерації, т/м3 за табл. 15.6 [5].

в) витрата води на відмивання катіоніта від продуктів регенерації, м³:

де - питома витрата води на відмивання катіоніта, м³/м³ [5].

Витрата води на одну регенерацію катіонітного фільтру без використання відмивочної води на розпушування складає:

При використовуванні відмивочної води на взрихляючу промивку витрата води на одну регенерацію, м³:

де - витрата води на власні потреби катіонітного фільтру без використання відмивочних вод на розпушування, м3, на одну регенерацію;

- те ж саме, з урахуванням використання відмивочних вод на взрихління фільтру, м³.

2.5.10 Середньочасова витрата води на власні потреби катіонітних фільтрів, м3/год., визначається за формулою м³/год.од:

2.5.11 Період міжрегенерації роботи фільтру визначається з рівняння, год:

де Т – період міжрегенерації кожного катіонітного фільтру;

– час регенерації фільтру, год.

2.5.12 Час регенерації катіонітного фільтру у зв'язку з великими коливаннями, залежними від ряду чинників, слідує визначати для кожного конкретного випадку розрахунковим шляхом за формулою, хв:

а) – час взрихляючої промивки фільтру, хв [5];

б) – час пропуску розчину регенерації через фільтр, хв., визначається з рівнянь, хв.:

де - швидкість пропуску розчину регенерації, м/год., [5];

в) – час відмивання фільтру від продуктів регенерації, хв. визначається з рівнянь, хв.:

де - швидкість відмивання, м/год., [5].

Таблиця Технологічні дані для розрахунку Na-катіонітових фільтрів [5, табл. 5.4]

Показник	Од. вимір.	Фільтр І ступеню	Фільтр П ступеню
1. Висота шару катіоніта	м	2-2,5	1,5
2. Величина зерен катіоніта	мм	0,5-1,2	0,5-1,2
3. Швидкість фільтрування^2 для нормального режиму не повинна перевищувати при твердості води: 5 мг-екв/л 5-10 мг-екв/л 10-15 мг-екв/л	м/год	25 (35)^1 15 (25)^1 10 (20)^1	Не більше 40
4. Розпушуюче промивання катіоніта^3: інтенсивність для величини зерен катіоніта, мм: 0,5-1,1 0,8-1,2 тривалість	л/(м^2·с)   хв.	20-30	20-30
5. Питома витрата солі на регенерацію для води твердістю не більше, мг-екв/л:	г/г-екв	100-120 120-150 170-250 275-300	- - - -
6. Концентрація регенераційного розчину	%	5-8	8-12
7. Швидкість пропускання регенераційного розчину	м/год	3-4	3-5
8. Робоча обмінна ємність катіоніта	г-екв/м^3	За розрахунком	250-300
9. Відмивання катіоніта від продуктів регенерації: швидкість пропускання води крізь катіоніт	м/год	6-8	6-8
питома витрата води, якщо фільтр завантажений: сульфовугіллям катіонітом КУ-2	м^3/м^3
Примітки: 1. В дужках наведена швидкість фільтрування для завантаження дрібним катіонітом із величиною зерен 0,3-0,8 мм. 2. Допустиме тимчасове збільшення швидкості на 10 м/год порівняно з указаною під час вимкнення фільтра на регенерацію (максимально допустима швидкість). Швидкість фільтрування менше 5 м/год не припустима, бо можливе різке зменшення обмінної ємності катіоніта. 3. Вода для розпушуючого промивання повинна подаватись насосами з бака, об'єм якого вибирають залежно від діаметра та числа фільтрів, які належить одночасно промивати; окрім того, цей об'єм повинен забезпечувати ще одне додаткове промивання понад розраховану кількість. Допускають розпушуюче промивання здійснювати з трубопроводу обробленої води, якщо витрата на розпушення не перевищує 50% загальної витрати фільтрату. Швидкості руху води в трубопроводах, які подають та відводять промивну воду, приймають рівними 1,5-2 м/с. 4. Число регенерацій кожного натрій-катіонітового фільтра першого ступеня приймають від одного до трьох. 5. Якщо потужність водопідготовки не перевищує 20 м^3/год, доцільно під час проектування розглянути варіант промивання та регенерації лише в денну зміну.

2.6 Розрахунок Na- катіонітних фільтрів 2 ступеня

2.6.1 Розрахунок фільтрів починають з підбору діаметру фільтру по швидкості фільтрування, яка визначається з рівнянь:

а) нормальна швидкість, м/год.:

де - нормальна швидкість фільтрування, для катіонітних фільтрів п ступеня приймається (5 < < 40) м/год.;

- рекомендована швидкість фільтрування для каніонітних фільтрів (Cl - іонітних) приймається (15-20) м/год.;

- кількість фільтрів, приймається залежно від вимог проектованої установки; якнайменша кількість фільтрів, = 1.

б) максимальна швидкість, м/год:

де - максимальна швидкість фільтрування для катіонітних і аніонітних фільтрів п ступеня приймається (5 < < 50) м/год.;

2.6.2 Кількість солей жорсткості А, г-екв/діб., що видаляється на катіонітних фільтрах, визначається з рівняння, г-екв/діб:

де - (0,1-0,2), мг-екв/л – звичайно на катіонітні фільтри 2 ступеня поступає вода із залишковою жорсткістю фільтру до 0,1 мг-екв/л; 0,02 - мг-екв/л -залишкова швидкість води після катіонітних фільтрів п ступеня.

2.6.3 Кількість іонів НСО₃, що видаляються на аніонітних фільтрах, г-екв/діб., визначається з рівняння, г-екв/діб:

де - бікарбонатна лужність початкової води, г/екв-м2.

- залишкова лужність після Cl – іонування, г-екв/м2.

2.6.4 Число регенерацій кожного фільтру в добу «n» визначається за формулою:

де = 300 г-екв/м³ - робоча обмінна здатність катіоніта (або аніоніта) для фільтрів 2 ступеня.

Далі розрахунок катіонітних фільтрів 2 ступеня ведеться аналогічно розрахунку фільтрів 1 ступеня.

2.7 Підбір обладнання

2.7.1 Підбір деаератора

Захист від корозії поверхонь нагріву теплогенераторів, теплообмінної апаратури і трубопроводів здійснюється видаленням з живильної води парогенераторів і живильної води теплових мереж корозійно-активних газів кисню і вільної вуглекислоти. Для дегазації води в теплогенеруючих установках переважно застосовуються деаератори атмосферного типу, працюючі при абсолютному тиску приблизно рівним 0,12 МПа. За значенням Gg (з розрахунку теплових схем) за табл. 13.2. [5] підбираємо деаератор типу ДСА.

Живильні насоси перекачують живильну воду з деаераторів в теплогенератор. Число живильних насосів в котельні повинно бути не менше двох.

Натиск живильного насоса, МПа:

де (МПа) - максимальний надмірний тиск в барабані теплогенератора.

При визначенні продуктивності живильних насосів слід враховувати витрати:

на живлення парових (всіх робітників) теплогенераторів;

- на безперервне продування теплогенераторів;

- на пароохлоджувачі теплогенераторів;

- на редукційно-охолоджувальні і охолоджувальні установки.

По натиску і продуктивності по [5] вибираємо живильні насоси.

2.7.2 Підбір конденсатного насоса

Конденсатні насоси перекачують конденсат з баків або бойлерних установок в деаератор. Кількість встановлюваних конденсатних насосів повинна бути не менше двох.

Продуктивність конденсатних насосів визначається виходячи з максимальної кількості конденсату, але без резерву, м³/год.од:

Натиск конденсатного насоса, МПа:

де - надмірний тиск в деаераторе ( = 0,02 МПа)

По продуктивності і натиску по [5] вибираємо конденсатні насоси.

2.7.3 Підбір насоса сирої води

Продуктивність насоса сирої води GC₃, м³/год. (з розрахунку теплової схеми).

Натиск насоса сирої води повинен забезпечити подачу води через все обладнання водопідготовчої установки, а деаератор з Р = 0,12 МПа, розташованому на відмітці h = 6,5 м (див. креслення по компоновці).

Втрати натиску на водопідготовчій установці складаються з:

втрати натиску у водопідігрівачі сирої води; втрати натиску в катіонітном фільтрі 1 ступеня; втрати натиску в катіонітном фільтрі 2 ступеня; втрати натиску в підігрівачі хімочищеної води; втрати натиску на введенні в деаератор; висота підйому води в деаераційнуколонку; втрати натиску в шайбах витратомірів; втрати натиску в трубопроводах;	0,04 МПа 0,07 МПа 0,09 МПа 0,04 МПа 0,1 МПа 0,125 МПа (0,015х3)=0,045 МПа 0,03 МПа
Сумарна втрата натиску:	0,54 МПа

Потрібний натиск насоса сирої води з урахуванням натиску на введенні 0,15 МПа складе, МПа:

Н_СВ = 0,54 – 0,15 = 0,39

Приймаємо до установки по [5] два насоси (один з них резервний).

2.7.4 Підбір мірника розчину солі

Місткість мірника розчину солі приймаємо по більшій витраті солі на регенерацію фільтрів 2 ступеня, м³:

де – витрата 26%-ного насиченого розчину солі на одну регенерацію,м³;

1,3 – коефіцієнт запасу місткості.

Висота мірника приймається рівній висоті бункера солі, оскільки мірник наповнюється як судина, що повідомляється, за період міжрегенерації.

Приймається до установки мірник місткістю V_М=0,5 м³ і заввишки h = 2 м.

2.7.5 Підбір резервуару мокрого зберігання солі

Об'єм резервуарів мокрого зберігання солі, м³:

де - добова витрата солі, кг/діб;

- кількість діб, на яке передбачається запас (10 або 30 діб);

- кількість діб, на яке передбачений залишок солі (5-10 діб).

= 97+10,3=107,3 кг/діб

де 97 кг/діб -добова витрата солі на регенерацію фільтрів 1 ступеня;

10,3 кг/діб - добова витрата солі на регенерацію фільтрів 2 ступеня.

Приймаємо до установки, для якого зберігання солі залізобетонний резервуар місткістю VС, м3 і заввишки h = 2 м.

2.7.6 Підбір промивального насоса

Натиск насоса для взрихлюючої промивки катіонітового фільтру можна прийняти 0,1-0,12 МПа.

Продуктивність насоса повинна забезпечити взрихлюючу промивку фільтра:

, м3/год.од

де i - інтенсивність взрихлюючої промивки фільтрів, л/с· м2;

- площа фільтрування катіонного фільтру м2;

Приймаємо до установки один промивальний насос.

2.7.7 Підбір промивального бака

Для розпушування катіоніта в катіонітних фільтрах встановлюється бак, місткість якого рівна, м³:

,

де – витрата води на взрихляюючу промивку фільтру, м3/год.од

1,3 – коефіцієнт запасу місткості.

Приймаємо до установки бак, місткістю VП = 14,2, м3 і заввишки h = 2,5 м.

Дата добавления: 2015-11-14