Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Непрерывное развитие промышленности и совершенствование технологий производства различных видов продукции в значительной степени зависят от качества и количества потребляемой воды. Все большее число предприятий нуждается в воде высокого качества.

Состав сооружений для очистки воды, расходуемой на технологические нужды предприятий, зависит от количества воды в источнике, требований к качеству воды со стороны потребителей и масштабов водопотребления.

Цель данного курсового проекта - ознакомиться с методикой определения основных параметров природной воды и воды оборотных систем промышленных предприятий, последовательностью расчетов процессов стабилизации, умягчения и обессоливания воды.

Задачей данного курсового проекта является: запроектировать водозабор, водопроводные сети и водоводы для водоснабжения предприятия, расположенного в населенном пункте, разработать технологию очистки, стабилизационной обработки и охлаждения оборотной воды для производственных нужд, технологию водоподготовки для котельной предприятия.

1. Анализ исходных данных

1.1 Административно-хозяйственная характеристика района

водопровод стабилизационный очистка оборотный

Вологодская область расположена в североевропейской части Российской Федерации. Территория области простирается с запада на восток на 700 км и с севера на юг на 350 км, занимая площадь около 146 тыс. кв. км, что составляет около 1% от площади территории России.

В административном отношении область разделена на 26 районов. В области имеется около 6750 поселений, в том числе 15 городов, 14 посёлков городского типа и 6721 сельских населённых пунктов. К наиболее крупным городам относятся: областной центр Вологда, промышленный центр Череповец, Сокол, Великий Устюг.

Основой экономики области являются промышленное производство и транспорт. К числу наиболее развитых отраслей промышленности области относятся чёрная металлургия и металлообработка, химическая по производству минеральных удобрений, машиностроительная, лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная.

1.2 Природно-климатические характеристики района проектирования

Рельеф:

Для Вологодской области характерно относительно небольшое разнообразие природных условий. В геологическом отношении Вологодская область расположена в северо-западной части Русской платформы с глубоким залеганием кристаллического фундамента.

Рельеф территории области представляет собой волнисто-холмистую равнину, постепенно понижающуюся к северу, с наличием древних глубоких впадин и ложбин, образовавшихся в ледниковый период.

Климат:

Вологодская область расположена в зоне умеренно-континентального климата со сравнительно тёплым коротким летом и продолжительной холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Средняя месячная температура летом составляет +17,2 ?С,

зимой -11,6 ? С.

Суровость климата возрастает с запада на восток. Суровые зимы сопровождаются промерзанием грунтов на глубину 0,5-1,2 м.

Среднегодовая относительная влажность воздуха изменяется незначительно и составляет 78-81%, а годовое количество атмосферных осадков составляет 500-650 мм.

Грунты и почвы:

Территория области находится в зоне тайги, которая по характеру растительности разделяется на среднюю и южную подзоны. Леса занимают около 70% территории области и составляют её главное богатство.

Болота занимают около 12% территории области. Высокая заболоченность обусловлена расположением территории в зоне избыточного увлажнения, равнинным рельефом местности, высоким уровнем грунтовых вод и наличием низменностей, лишённых естественного дренажа.

Грунтовые воды:

Грунтовые воды залегают на глубине 1,3 м., с выходом на дневную поверхность в отдельные периоды года. Грунтовые воды не агрессивны по отношению к бетону.

1.3 Характеристика источника водоснабжения

Источником водоснабжения промпредприятия служит река Вологда. Она берёт начало из болот восточнее д. Бугры. Площадь её водосбора - 3030 км ², длина - 155 км., заболоченность около 1%. Бассейн реки Вологды ассиметричный, основные притоки - реки Масляная и Тошня. Катастрофические максимумы формируются в результате одновременного интенсивного таяния обильных снеговых осадков и выпадения дождей, усиливающих процессы таяния и увеличивающих объем весеннего стока.

Минимальные значения расходов воды рек Вологодской области приходятся на период, когда поверхностный сток прекращается, и реки переходят на грунтовое и частично подземное питание. Минимальные месячные расходы воды обычно наблюдаются в конце зимнего периода, когда истощаются запасы грунтовых вод.

1.4 Анализ качества воды

Проводим проверку правильности выполнения анализа воды.

1) Проверка электронейтральности

В связи с электронейтральностью воды суммарная концентрация катионов должна быть равна концентрации анионов. Считается анализ выполненным качественно, если разница не превышает ⁺ _- 2%.

;

В нашем случае:

;

19,07 ? 13,44

Погрешность составляет 29,5%, т.е. данные химического анализа не верны и, поэтому, необходимо произвести корректировку:

Ca²⁺=40 мг/л; Mg²⁺=25 мг/л; Na²⁺=40 мг/л; K⁺=55 мг/л;

HCO₃=132 мг/л; SO₄^{2 -} =118 мг/л; Cl =98 мг/л.

Отсюда:

7,198=7,235

Теперь погрешность составляет , что является допустимым.

2. Общая жесткость

= мг-экв/л.

2.1 Карбонатная жесткость

Карбонатная жесткость равна концентрации анионов HCO₃^- в мг-экв/л т.к. Ca²⁺ + Mg²⁺ = HCO₃^-, т.е.

мг-экв/л.

2.2 Некарбонатная жесткость

Жн.к.=Жобщ-Жк=4,05-2,62=1,43 мг-экв/л.

2.3 Найдем плотный осадок (соли)

Р = + 100 + 75 + 40 + 25 + 40 + 55 = 415 мг/л.

3. Расчет системы водяного охлаждения

Исходные данные для расчета оборотной воды:

- количество труб 8 шт.;

- внутренний диаметр трубы 62 мм;

- тепловая нагрузка на восемь труб 3 млн. ккал/ч;

- тепловая нагрузка на один охлаждаемый элемент 0, 375 млн. ккал/ч;

- тепловое напряжение 150 000 ккал/ч. м²;

-температура охлажденной воды 26 ⁰С.

3.1 Определяем потребные критические скорости, исключающие выпадение взвесей и местное кипение

Самоочищающая скорость, исключающая выпадение взвесей, по табл. 3 [1] должна быть для окалины не меньше 0,8 м/с.

Скорость воды, исключающая местное кипение, определяется по формуле:

Vм.к===0,9 м/с

Где: q - это максимальное тепловое напряжение в зоне нагрева.q=150000 тыс. ккал / м² ч.

d_э - диаметр трубы, d_э =62 мм.

3.2 Найдем расход воды, необходимой для охлаждения трубы

a) при скорости исключающей выпадение накипи:

Qм³/ч

Где: G₁ - тепловая нагрузка на одну трубу, 0,375*10⁶ккал/ч;

t₁ - температура горячей воды, 36 ^оС;

t₂ - температура холодной воды, 26^оС;

с - теплоемкость воды, 1.

б) при скорости, исключающей местное кипение:

Q_1м.к. = d²·0,785· V_м.к. ·3600 = 0,062² ·0,785·0,90·3600= 12,65 м³ / ч (где 3,14/4 =0,785)

Выбираем наибольший из двух расходов 37,5 м³/ч и 12,65 м³ /ч

При расходе воды 37,5 м³/ч скорость ее будет:

V= м/с.

При расходе воды 37,5 м³/ч вода нагреется на:

t = С.

Температура горячей воды будет:

t₁ = t₂ + t = 26 + 13 = 39°С [1].

Таким образом, на одну трубу приходится расход Q=37,5 м³/ч, а на 8 труб - 300 м³/ч.

4. Баланс воды в системе оборотного водоснабжения

Исходные данные для расчета:

а) Расход оборотной воды Q_об = 7200 м³/сут;

б) Требуемая концентрация солей в системе С_тр=1000 г./м³;

в) Остаток воды в цикле после испарения на охлаждение Q₁ =7056 м³/сут;

г) Концентрация солей в системе С₁ = 1660 мг/л;

д) Расход добавочной воды, исходя из количества воды,

которое испарилось: Q_доб = 144 м³/сут

е) Концентрация солей в добавочной воде С₂ = 415 мг/л.

Определим солевой баланс, т.е. какова будет концентрация солей на выходе и будет ли она находиться в допустимых пределах:

7056·1660 + 144·415=7200·С

С = 1634 мг/л.

Т.к.С=1634 мг/лС_тр=1000 мг/л, то вводим установку обессоливания.

Теперь определим допустимую концентрацию солей на выходе воды:

7056· C_1доп + 144·415 =7200·1000

C_{1 доп}=1011 г./м³

Q₁ = 7056 м³/ч (144 м³ испарилось)

C₁=1660 мг/л С=1660 мг/л Q = 7200 м³/ч далее

От градирни Стр.=1000 мг/л опять

Q_доб = 144 м³/сутки охлаждать

С₂ = 415 г./м³

из реки поступает

добавочная вода

Для получения в системе после охлаждения воды с концентрацией С_тр=1000 мг/л часть воды направляется на обессоливание для получения концентрации 10 мг/л. Затем обессоленная вода смешивается с остальной водой и получается вода с требуемой концентрацией С_тр:

Q₃ = 2880 м³/сутки

С₃ = 10 мг/л

Q = 7200 м³/сутки Q= 4320 м³/сутки Q₁ = 7200 м³/сутки

C = 1660 мг/л С =1660 мг/л С_1тр=1000 мг/л

Определим производительность установки обессоливания (сколько Q поступит на обессоливание):

11952000-1660Q₃+10Q₃=7200·1000

-1650Q₃=-4752000

Q₃ = 2880 м³/сутки.

Проверка: (7200-2880) ·1660+2880·10=7200·C

С=1000 мг/л.

Для получения воды с концентрацией С_тр = 1000 мг/л необходима установка обессоливания производительностью 2880м³/сут.

5. Стабилизационная обработка природной (добавочной) воды

Стабильность воды оценивается величиной показателя стабильности воды, представляющая собой индекс насыщения воды карбонатом кальция:

J=pH₀ - pH_s;

где: pH₀ - водородный показатель, измеренный с помощью pH-метра (pH₀=7,1);

pH_s - водородный показатель в условиях насыщения воды карбонатом кальция; определяем по номограмме:

pH_s=f₁(t) - f₂(Ca²⁺) - f₃(Щ)+f₄(P)=1,77-1,6-1,3+8,84=7,71

где: f₁(t) - функция температуры, до которой вода нагревается t=39^o.

f₂(Ca²⁺) - функция концентрации в воде кальция Ca²⁺=40 мг/л.

f₃(Щ) - функция общей щелочности воды Щ=2,11 мг/л.

f₄(P) - функция общего солесодержания в поступающей воде P=415 мг/л.

При известных выше данных, по рис. 3 [1] находим:

f₁(t) =1,77; f₂(Ca²⁺)=1,60; f₃(Щ)=1,3; f₄(P)=8,84.

Отсюда: J = 7,1 - 7,71 = -0,61 (до коагулирования).

Отрицательный индекс насыщения показывает, что природная добавочная вода коррозионная и, следовательно, для ее стабилизации требуется подщелачивание. Но т.к. у нас есть взвешенные вещества, то вводим коагулянт Al₂(SO₄)₃ который, в свою очередь, меняет нам щелочность, pH, углекислоту CO₂ исходной воды, что приводит к изменению значения индекса стабильности J. Следовательно, для стабилизации воды мы производим подщелачивание, но уже с щелочью, pH и углекислотой CO₂ рассчитанными после введения коагулянта.

Более подробно:

a) Находим сначала щелочность воды после коагулирования коагулянтом Al₂(SO₄)₃ по формуле: Щ_к=Щ₀ - (Д_к/е_к)=2,11 - 36/57=1,48 мг-экв/л.

Так как в воде присутствует одновременное содержание мутности (взвешенные вещества) и цветности, то доза коагулянта выбирается самая большая из двух величин: Д_к=31 мг/л.

б) Потом находим содержание свободной углекислоты CO₂ после коагуляции по формуле

= мг/л;

где: (CO₂)₀ - это концентрация CO₂ до коагулирования CO₂=18 мг/л.

в) Теперь определяем величину pH данной воды после обработки коагулянтом при известных температуре воды природного источника(19⁰С), общему солесодержанию, расчетной щелочности, и CO₂: pH=6,5.

Отсюда индекс стабильности после коагулирования равен: J=pH₀ - pH_s=6,5-7,71= -1,21

Отрицательное значение индекса насыщения показывает, что вода нестабильна, обладает коррозионными свойствами и требует дополнительной обработки подщелачиванием. Вывод:

Снижение щелочности и выделение CO₂ приводит к снижению величины pH. Выполняем подщелачивание природной добавочной воды для улучшения хлопьеобразования. Дозу щелочи вводим при коагулировании взвеси.

6. Стабилизация воды оборотных систем водоснабжения

водопровод стабилизационный очистка оборотный

При эксплуатации систем водоснабжения промышленных предприятий их пропускная способность с течением времени уменьшается и нормальное водоснабжение нарушается. Это объясняется образованием на внутренней поверхности труб, аппаратов и сооружений отложений нерастворимых солей (карбонатов кальция и магния).

При стабилизационной обработке воды следует вводить щелочные реагенты в смеситель, перед фильтрами и в фильтрованную воду перед вторичным хлорированием. При введении реагента перед фильтрами и в фильтрованную воду предварительно обеспечивается высокая степень очистки щелочных реагентов и их растворов.

При отрицательном индексе насыщения воды карбонатом кальция следует предусматривать ее обработку щелочными реагентами (известью, содой или этими реагентами совместно), гексаметафосфатом или триполифосфатом натрия.

Борьба с солевыми отложениями

При подкислении воды дозу кислоты Д_кис, мг/л, в расчете на добавочную воду определяем по формуле:

Д_кис=100·e_кис· (Щ_доб-Щ_об/К_у)/С_кис

где e_кис - эквивалентный вес кислоты, мг/мг-экв, для серной кислоты - 49;

Щ_доб - щелочность добавочной воды, мг-экв/л;

Щ_об - щелочность оборотной воды, мг-экв/л;

С_кис - содержание Н₂SO₄ в технической кислоте;

К_у - коэффициент концентрирования (упаривания) солей не выпадающих в осадок, определяемый:

 или

где Р₁, Р₂, Р₃ - потери воды из системы на испарение, унос ветром и сброс (продувку), %, расхода оборотной воды.

Щелочность оборотной воды определяем по формуле:

где ц - величина, зависящая от общего солесодержания оборотной воды, S_об и температуры охлажденной воды t₂, принимаемая по табл. 1 прил. 12 [3];

Са_доб - концентрация кальция в добавочной воде, мг/л;

(СО₂)_охл - концентрация двуокиси углерода в охлажденной воде, мг/л, определяемая по табл. 2 прил. 12 [3] в зависимости от щелочности добавочной воды и коэффициента упаривания воды в системе К_у;

(СО₂)_доб - концентрация двуокиси углерода в добавочной воде, мг/л.

Величина солесодержания оборотной воды S_об, мг/л, определяется по формуле:

S_об = S_доб · К_у,

где S_доб - солесодержание добавочной воды, мг/л.

Методом последовательного подбора определим оптимальную величину коэффициента упаривания:

Р₃=(Р₁-Р₂(К_у-1))/(К_у-1)

Задаваясь величинами К_у, определяем значения Р₃.

Ку	1,1	1,5	2	3	4
Р3	14,5	2,5	1	0	0

Определяем ионную силу раствора.

;

= 0,008К_у.

По величине µ из табл. 3 прил. 12 [3], находим коэффициенты активности f при значениях К_у, и определяем ПР_СаSO4 из зависимости:

f²·Ca·SO₄·К_у²< ПР_СаSO4

Ку	1,1	1,5	2	3	4
µ	0,009	0,012	0,016	0,024	0,032
f	0,6	0,59	0,57	0,54	0,52
ПРСаSO4	0,43	0,78	1,3	2,62	4,3

Строим график зависимости коэффициента упаривания от величины ПР_СаSO4



При значении ПР_СаSO4=2,4*10^-5 находим оптимальное значение коэффициента упаривания К_у=2,8. Тогда

%,

Расход добавочной воды требуется только для пополнения потерь воды на испарение и унос, что составляет

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃ =2,33%;

или

м³/ч.

Д_кис=100·49· (2,16-1,37/2,75)/80 = 17,6 мг/л

Часовой расход кислоты:

;

 кг/ч.

Суточный расход кислоты

кг/сут.

Борьба с солевыми отложениями (обработка фосфатами)

При обработке воды фосфатами для предупреждения карбонатных отложений нужно предусматривать продувку P₃, %:

%,

где: К_у.доп. - это допустимый коэффициент упаривания воды, определяемый по формуле:

К_у.доп. = (2 - 0,125·Щ_доб) (1,4-0,01·t₁) (1,1 - 0,01·Ж_доб)

К_у.доп = (2 - 0,125·1,48) (1,4 - 0,01·36) (1,1 - 0,01·4,21)=1,91

где: t₁ - температура оборотной воды до охладителя t₁= 39^?;

Ж_доб - жесткость общая добавочной воды Ж_доб = 4,21 мг-экв/л;

Щ_доб - щелочность добавочной воды Щ_доб = 1,48 мг-экв/л.

Расход продувочной воды:

м³/ч;

Расход фосфатов в пересчете на P₂O₅:

г/ч.

7. Предотвращение биологических обрастаний

Для предупреждения развития бактериальных биологических обрастаний в теплообменных аппаратах и трубопроводах применяем хлорирование оборотной воды в соответствии с прил. 11 СНиП. Дозу хлора определяем исходя из хлорпоглощаемости добавочной воды:

= 5·2,8 + 2 = 16 мг/л.

где: П - хлорпоглощаемость воды, добавляемой в систему, П = 5 мг/л.

Отсюда определяем производительность хлораторов:

= кг/ч;

где: Q_охл - это расход оборотной воды Q_охл = 7200 м³/сутки.

Т - продолжительность периода хлорирования, Т=1 ч

n - число периодов обработки воды хлором в сутки, n=4

Для предупреждения биологических обрастаний градирен применяется дополнительное периодическое хлорирование воды перед поступлением ее на охладитель. Принимаем дозу добавочного хлора 7-10 мг/л и периодичность обработки 3 - 4 раза в месяц по 1 часу.

Кроме хлорирования применяют обработку раствором медного купороса. Доза медного купороса 1-2 мг/л, периодичность 3-4 раза в месяц, продолжительность 1 час.

Определяем емкость бака для приготовления раствора медного купороса:

=м³;

где: t - продолжительность введения медного купороса, 1 час;

D - доза медного купороса, 2 мг/л;

С_мк - концентрация медного купороса в растворе, 20000 г./м³.

8. Борьба с механическими отложениями в оборотной системе

В оборотную систему водоснабжения предприятия вносится большое количество грубодисперсных примесей с добавочной водой (природной) и с воздухом на градирне. Возможность и интенсивность образования механических отложений в резервуарах градирни и в теплообменных аппаратах определяется на основе опыта эксплуатации оборотных систем предприятий, расположенных в данном районе. Для уменьшения количества грубодисперсных примесей, вводимых в систему оборотного водоснабжения, применяем осветление добавочной воды непрерывно, т.к. концентрация взвешенных веществ в источнике 40 мг/л. Для интенсификации процесса осветления применяем коагулирование воды и ее фильтрование. Как было сказано выше, определим дозу извести для подщелачивания добавочной воды (для улучшения процесса хлопьеобразования механических примесей) по формуле:

Д_и =28·в_и·Кt·Щ = 28·0,20·1·2,6= 14,56 мг/л.

где: в_и - это коэффициент, определяемый в зависимости от pH=7,1 добавочной воды (до стабилизационной обработки) и индекса насыщения j= -0,54

Кt=1 - это коэффициент, зависящий от температуры воды: при t=26⁰C.

Щ - это щелочность воды добавочной до стабилизационной обработки Щ=2,60.

Поступление механических загрязнений в виде пыли из воздуха является основной причиной механических отложений в оборотной системе.

Количество пыли из воздуха можно выразить величиной:

=0,25*1,95=0,488, г/м³;

К - экспериментальный коэффициент, зависящий от плотности орошения на охладителе, К=1,95; С_возд - загрязненность воздуха, 0,25 г./м³.

Для предотвращения и удаления механических отложений в теплообменных аппаратах предусматриваем периодическую гидроимпульсную очистку их в процессе работы. В трубопроводах предусматриваем скорости течения воды не менее 1,5 м/с. Также необходимо принимать систематическую чистку резервуаров под градирней.

9. Расчет водоподготовительной установки для системы охлаждения

а) Требования к качеству воды:

· кремниевая кислота [SiO₃] - 0,05 мг/л;

· железо общее [Fe²⁺] и [Fe³⁺] - до 0,1 мг/л;

· свободная углекислота [CO₂] - 0 мг/л;

· жесткость Ж - до 0,01 мг-экв/л;

· солесодержание - до 0,3 мг/л.

б) Выбор схемы водоподготовки:

Учитывая исходные данные, принимаем двухступенчатую схему обессоливания воды:

Н I - А I - Н II - Д - А II;

Н I, Н II - водород-катионитовые фильтры первой и второй ступени;

А I, А II - анионитовые фильтры первой и второй ступени;

Д - декарбонизатор (дегазатор).

В соответствии с принятой схемой обессоливания, требованиями к качеству обессоленной воды и показателями качества исходной воды предусматривается загрузка катионитовых фильтров I и II ступеней сильнокислотным катионитом марки КУ-2. Анионитовый фильтр I ступени загружается слабоосновным анионитом АН-2Ф, II ступени - сильноосновным анионитом АВ - 17.

Расчет начинается с оборудования, расположенного в «хвосте» установки, что дает возможность учесть дополнительную нагрузку на предыдущую ступень, связанную с расходами воды на собственные нужды рассчитываемой ступени.

10. Расчет солесодержания после коагуляции

Нам известна доза извести для подщелачивания, для улучшения процесса хлопьеобразования механических примесей по формуле:

Д_и=28·в_и·Кt·Щ=28·0,20·1·2,16=12,10 мг/л.

где: в_и - это коэффициент, определяемый в зависимости от pH=7,1 добавочной воды (до стабилизационной обработки) и индекса насыщения j= -0,54

Кt=1 - это коэффициент, зависящий от температуры воды: при t=26⁰C.

Щ - это щелочность воды добавочной до стабилизационной обработки Щ=2,16.

Теперь определяем количество примесей, поступающих с исходной водой:

= мг/л;

М - количество взвешенных веществ в исходной воде, М=40 мг/л (принимается равным мутн-ти)

D_к - доза коагулянта по безводному продукту D_к=36, мг/л;

К_к - коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия (К_к =0,55);

Ц - цветность исходной воды, Ц=60? град.;

В_и - количество нерастворимых веществ, вводимых с известью=0, мг/л.

Теперь определяем солесодержание после коагуляции:

, мг/л;

[HCO₃^-]_к, [HCO₃^-]₀ - концентрация HCO₃^- в воде после коагуляции и в исходной воде, мг/л;

[SO₄^2-]₀, [SO₄^2-]_к - концентрация SO₄^2- в исходной воде и в воде после коагуляции, мг/л;

Р₀ - солесодержание исходной воды, мг/л.

мг/л;

Щ_к - щелочность воды после коагулирования, 1,57 мг-экв/л.

= , мг/л;

где: е_к-эквивалентный вес безводного вещества Al₂(SO₄)₃=57

мг/л

Определяем общее эквивалентное солесодержание содержание после коагуляции:

, мг-экв/л;

мг-экв/л.

11. Расчет анионитовых фильтров II ступени

Определяем количество кремниевой кислоты, подлежащей удалению:

мг-экв/л.

В соответствии с п. 9 прил. 8 СНиП при содержании SiO₃^2- в обессоленной воде до 0,1 мг/л принимаем анионит АВ-17 с кремнеемкостью 0,5 г-экв/м³, минимальным остаточным содержанием SiO₃^2- в фильтрате 0,05 мг/л и Е_полн^АII=530 г.-экв/м³.

Определяем рабочую обменную способность:

, г-экв/м³;

_э^АII - коэффициент эффективности регенерации анионитовых фильтров II ступени. Так как через анионитовые фильтры II ступени пропускается регенерационный раствор, предназначенный для регенерации обеих ступеней, то можно принять _э^АII=1;

q_отм^АII - удельный расход воды на отмывку 1 м³ анионита, принимаем согласно прил. 8, п. 8 СНиП 10м³/м³;

[SiO₃^2-] - концентрация SiO₃^2- в отмывочной воде.

г-экв/м³.

Определяем продолжительность работы каждого анионитового фильтра между регенерациями:

, ч;

n_р - число регенераций анионитовых фильтров;

_р - общая продолжительность всех операций по регенерации фильтра, ч.

 ч.

Определяем расчетную скорость фильтрования:

, м/ч;

Н^АII - высота слоя анионита, согласно п. 9, прил. 8/3/ Н^АII=1,5 м;

d_АII - средний диаметр зерен анионита, принимаем 1 мм;

[SiO₃^2-]_II - содержание SiO₃^2- в воде после анионитовых фильтров II ступени:

мг-экв/л.

м/ч.

Определяем общую площадь анионитовых фильтров II ступени по формуле:

, м²;

Q_эф^AII - производительность анионитовых фильтров II ступени с учетом собственных нужд. Так как на собственные нужды катионитовых и анионитовых фильтров II ступени расходуется частично обессоленная вода после анионитовых фильтров I ступени, то количество воды, поступающее на фильтры II ступени равно Q_эф = 2880 м³/сут=120 м³/ч.

м².

К установке принимаем типовые анионитовые фильтры марки ФИПа II -2,0-0,6, ТКЗ.

Технические характеристики:

· диаметр, D = 2000 мм;

· площадь одного фильтра, F_ф = 3,14 м²;

· общая высота. Н_общ = 3235 мм;

· высота загрузки, h_з = 1,5 м;

· фактический объем, W_ф = 7,6 м³;

· объем анионита, W_ан = 3,8 м³.

Определяем количество фильтров:

, шт.;

шт.

Принимаем 4 рабочих и один резервный анионитовый фильтр.

Определяем фактическую площадь фильтрования:

, м²;

N_раб^AII - количество рабочих фильтров, шт.

м².

Определяем объем загрузки во всех рабочих фильтрах:

, м³;

 м³.

Определяем скорость фильтрования при нормальном режиме:

, м/ч;

м/ч.

Определяем скорость фильтрования при регенерации одного фильтра (форсированный режим):

, м/ч;

м/ч. << 50 м/ч.

Для подачи воды на анионитовые фильтры II ступени устанавливаем центробежный насос производительностью Q_н = Q_эф = 120 м³/ч.

Определяем напор насоса:

, м;

Н_треб - требуемый напор воды на предприятии, 40 м;

h_ф^AII - потери напора в напорном анионитном фильтре, принимаем 5 м;

h_зап - потери напора на запас, принимаем 3 м.

м.

Принимаем два насоса марки К-120/55 с электродвигателем мощностью 21,2 кВт, частотой вращения 2900 об/мин (один насос рабочий, второй - резервный).

12. Расчет Н-катионитовых фильтров второй ступени

Согласно п. 6, прил. 8 СНиП, рабочая скорость фильтрования на Н-катионитовых фильтрах II ступени принимается до 50 м/ч; высота слоя катионита - 1,5 м; удельный расход 100%-ной серной кислоты - 100 г./1г-экв поглощенных катионов; емкость поглощения катионита КУ-2 - 400-500 г.-экв/м³, емкость поглощения сульфоугля - 200 г.-экв/м³.

Расход воды на отмывку катионита после регенерации составляет 10 м³ на 1 м³ катионита.

Отмывку следует производить водой, прошедшей через анионитовые фильтры I ступени.

Воду для отмывки катионитных фильтров второй ступени следует использовать для взрыхления водород-катионитных фильтров первой ступени и приготовления для них регенерационного раствора.

Продолжительность регенерации и отмывки водород-катионитных фильтров второй ступени следует принимать 2,5-3 ч.

Определяем площадь катионитовых фильтров II ступени:

, м²;

_р^KII - рабочая скорость фильтрования на Н-катионитовых фильтрах II ступени, м/ч.

м².

К установке принимаем 2 рабочих и 1 резервный фильтр марки ФИПа-II-2-0,6 ТКЗ.

Технические характеристики:

· диаметр, D = 2000 мм;

· площадь одного фильтра, F_ф = 3,14 м²;

· общая высота. Н_общ = 6505 мм;

· высота загрузки, h_з = 3,7 м;

· фактический объем, W_ф = 19 м³;

· объем катионита, W_кат = 18,03 м³.

Определяем общую площадь Н-катионитовых фильтров II ступени:

, м²;

м².

Определяем количество регенераций Н-катионитовых фильтров II ступени:

;

прил 7. 13. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05-0,1 г-экв/м³, при двухступенчатом - до 0,01 г.-экв/м³.

[Na⁺]_I - количество натрия, подлежащего задержанию после водород-катионитовых фильтров I ступени, принимаем [Na⁺]_I = 0,1 мг-экв/л;

[Ca²⁺]_I + [Mg²⁺]_I - количество кальция и магния, подлежащего задержанию после водород-катионитовых фильтров I ступени, принимаем

[Ca²⁺]_I + [Mg²⁺]_I = 0,05 мг-экв/л;

W^KII - объем загрузки в рабочих катионитовых фильтрах II ступени, м³:

м³;

 м³.

Е_раб^KII - рабочая обменная емкость катионита фильтров II ступени, г-экв/м³:

, г-экв/м³;

_э^KII - коэффициент эффективности регенерации катионита, принимаем по табл. 4, прил. 7/СНиП/, _э^KII = 0,85;

Е_полн^KII - паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде, г-экв/м³ (для катионита КУ-2 Е_полн^KII = 450 г.-экв/м³);

q_отм^KII - удельный расход воды на отмывку катионита, принимаем 10 м³/м³ катионита. Отмывка производится водой, прошедшей через анионитовые фильтры I ступени. Далее эта вода используется для взрыхления Н-катионитовых фильтров I ступени и приготовления для них регенерационного раствора.

г-экв/м³.

.

Принимаем количество регенераций Н-катионитовых фильтров II ступени равным 1.

Согласно п. 6, прил. 8/3/ принимаем продолжительность регенерации и отмывки фильтров 3 часа.

Определяем продолжительность работы Н-катионитовых фильтров II ступени:

, ч;

ч.

Уточняем скорость фильтрования при нормальном режиме:

, м/ч;

м/ч.

Определяем скорость фильтрования при форсированном режиме:

, м/ч;

м/ч (<50 м/ч).

13. Определение расходов реагентов и воды на собственные нужды фильтров II ступени

13.1 Собственные нужды анионитовых фильтров II ступени

Определяем расход едкого натра (NaOH), необходимый для регенерации анионитовых фильтров II ступени:

, кг/сут;

q_NaOH^AII - удельный расход NaOH, принимаем по табл. 4/3/, q_NaOH^AII=500 г./г-экв поглощенного SiO₃^2-.

кг/сут.

Определяем расход частично обессоленной воды после анионитовых фильтров I ступени для приготовления 4%-ного раствора NaOH:

, м³/сут;

м³/сут.

Определяем расход частично обессоленной воды для отмывки анионитовых фильтров II ступени:

, м³/сут;

 м³/сут. = 15,7 м³/ч.

Определяем расход воды на взрыхление анионитовых фильтров II ступени:

, м³/сут;

q_взр^AII - интенсивность подачи воды для взрыхления анионитовых фильтров II ступени. Зависит от крупности зерен анионита и для зерен крупностью 1,1 мм q_взр^AII = 4 л/с*м²;

t_взр^AII - продолжительность взрыхления анионитовых фильтров II ступени, 15 мин.

м³/сут.

Для взрыхления анионитовых фильтров II ступени используется вторая половина отмывочной воды этих же фильтров. Емкость бака для взрыхления принимаем из расчета хранения запаса воды на два взрыхления.

Определяем объем бака для взрыхления анионитовых фильтров II ступени:

, м³;

м³.

Определяем расход воды, который будет подаваться насосом из этого бака на взрыхление:

, м³/ч;

 м³/ч.

Принимаем насосный агрегат (один рабочий, второй - резервный) марки Д1250-14 с электродвигателем А 101-8, мощностью 75 кВт, частотой вращения 730 об/мин.

13.2 Собственные нужды Н-катионитовых фильтров II ступени

Регенерацию Н-катионитовых фильтров II ступени принимаем 1 - 1,5% раствором серной кислоты.

Определяем расход 100% серной кислоты для регенерации Н-катионитовых фильтров II ступени:

, кг/сут;

где: q_H2SO4^KII - удельный расход серной кислоты, принимаем согласно прил. 8 /3/, 100 г./г-экв поглощенных катионов.

[Na⁺]_I - количество натрия, подлежащего задержанию после водород-катионитовых фильтров I ступени, принимаем [Na⁺]_I = 0,1 мг-экв/л;

[Ca²⁺]_I + [Mg²⁺]_I - количество кальция и магния, подлежащего задержанию после водород-катионитовых фильтров I ступени, принимаем

[Ca²⁺]_I + [Mg²⁺]_I = 0,05 мг-экв/л;

кг/сут.

1% H₂SO₄:

м³/сут.

Определяем расход частично обессоленной воды для отмывки катионитовых фильтров II ступени:

, м³/сут;

м³/сут.

Определяем расход воды на взрыхление катионитовых фильтров II ступени:

, м³/сут;

q_взр^KII - интенсивность взрыхления, принимаем 4 л/с*м²;

t_взр^KII - время взрыхления, 15 мин.

м³/сут.

Определяем объем бака для взрыхления Н-катионитовых фильтров II ступени:

, м³;

м³.

Определяем производительность насоса:

, м³/ч;

 м³/ч.

К установке принимаем один рабочий и один резервный насосный агрегат марки Д 1250-14, тип А 101-8. Мощность на валу насоса 75 кВт, частота вращения 730 об/мин.

Для взрыхления катионитовых фильтров II ступени используется наиболее чистая часть отработанной отмывочной воды этих же фильтров.

13.3 Собственные нужды II ступени обессоливающей установки

Определяем количество воды, расходуемой на собственные нужды II ступени обессоливающей установки:

, м³/сут;

S_{p NaOH}^AII - расход частично обессоленной воды после анионитовых фильтров I ступени для приготовления 4% раствора NaOH, м³/сут;

S_{p H2SO4}^KII - расход частично обессоленной воды для приготовления 1% раствора H₂SO₄, м³/сут.

S_отм^AII - расход частично обессоленной воды для отмывки анионитовых фильтров II ступени, м³/сут;

S_отм^KII - расход частично обессоленной воды для отмывки Н-катионитовых фильтров II ступени, м³/сут.

м³/сут = 23,4 м³/ч.

Количество частично обессоленной воды, которое должно быть подано анионитовыми фильтрами I ступени на II ступень обессоливания (без учета воды, расходуемой для приготовления NaOH для регенерации фильтров I ступени) будет равно:

, м³/ч; Q_эф = 120 м³/ч

м³/ч=3355,66 м³/сут.

14. Расчет анионитовых фильтров I ступени

Определяем рабочую обменную способность анионита:

, г-экв/м³;

_э^AI - коэффициент эффективности регенерации, при удельном расходе 100%-ной NaOH q_NaOH^AI=70 г./г-экв, _э^AI=0,9;

[Cl^-]_k, [SO₄^2-]_k - содержание хлоридов и сульфатов в воде, поступающей на анионитовые фильтры I ступени, после коагуляции, мг-экв/л;

Е_полн^AI - полная обменная емкость анионита АН-2Ф, зависит от марки анионита. По Cl ^- Е_полн^AI=500 г.-экв/м³, по SO₄^{2 -} Е_полн^AI=700 г.-экв/м³.

, г-экв/м³;

г-экв/м³.

q_отм^AI - удельный расход на отмывку 1 м³ анионита, определяем по п. 8, прил. 8/3/, q_отм^AI=10 м³/м³.

г-экв/м³.

Определяем расчетную скорость фильтрования на анионитовых фильтрах I ступени:

, м/ч;

Н^AI - высота слоя анионита в фильтре, принимаем согласно п. 9, прил. 8 СНиП, Н^AI=2 м;

Т^AI - продолжительность работы анионитовых фильтров I ступени между регенерациями. Т^AI = Т^AII, т.к. регенерация анионитовых фильтров I и II ступеней производится одновременно последовательным пропуском регенерационного раствора через аниониты II и I ступеней, ч;

d_AI - крупность зерен анионита, принимаем 1 мм;

[Cl^-]_I, [SO₄^2-]_I - содержание анионов сильных кислот после анионитовых фильтров I ступени, принимаем [Cl^-]_I + [SO₄^2-]_I = 0,01 мг-экв/л.

м/ч.

Это отвечает требованиям п. 7 прил. 8 /1/.

Определяем площадь фильтрования:

, м²;

n^AI - количество регенераций анионитовых фильтров I ступени в сутки, принимаем =2.

м².

Принимаем 4 рабочих и 1 резервный фильтр марки ФИПа- I - 3,0 - 0,6.

Технические характеристики:

· диаметр, D = 3000 мм;

· площадь одного фильтра, F₁ = 7,1 м²;

· общая высота. Н_общ = 4450 мм;

· высота загрузки, h_з = 1,8 м;

· общий объем, V_общ = 29 м³;

· объем анионитового слоя, V_загр = 12,6 м³.

Определяем общую площадь фильтрования:

, м²;

м².

Определяем объем загрузки для анионитовых фильтров I ступени:

, м³;

м³.

Определяем расход 100% едкого натра NaOH, необходимого для регенерации анионитовых фильтров I ступени. Для этого нужно решить систему уравнений:

;

q_NaOH^AI - удельный расход NaOH при регенерации анионитовых фильтров I ступени, принимаем 70 г./г-экв.

;

;

.

Определяем общее количество воды, подаваемое анионитовыми фильтрами I ступени:

, м³/сут;

м³/сут.

Определяем скорость фильтрования на анионитовых фильтрах I ступени при нормальном режиме:

, м/ч;

м/ч.

Согласно п. 17, прил. 7СНиП скорость фильтрования на фильтрах I ступени, при общей жесткости до 5 г-экв, не должна превышать 25 м/ч. В нашем случае условие выполнено.

Определяем скорость фильтрования при форсированном режиме:

, м/ч;

м/ч.

Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с допустимой величиной при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

Определяем расход воды на отмывку анионитовых фильтров I ступени:

, м³/сут;

q_отм^AI - удельный расход воды на отмывку анионита, принимаем по п. 6.321/3/ = 10 м³/м³.

м³/сут = 42,6 м³/ч.

Определяем расход воды на взрыхление анионитовых фильтров I ступени:

, м³/сут;

q_взр^AI - интенсивность взрыхления, принимаем 4 л/с*м²;

t_взр^AI - время взрыхления, 15 мин.

м³/сут.

Взрыхление анионитовых фильтров I ступени производится водой, использованной ранее для отмывки этих фильтров. Первая часть отмывочной воды сбрасывается в сток, вторая часть - в требуемом количестве направляется в бак для взрыхления.

Едкий натр поступает в цех водоподготовки в бочках в твердом виде. Его растворяют в специальном баке. Приготовленный крепкий раствор (Р_NaOH= 42%) насосом марки 1В6/10Х перекачивается в цистерну - хранилище, откуда компрессором выдавливается в мерник едкого натра. Насосами - дозаторами крепкий раствор едкого натра подается в трубопровод, по которому направляется в анионитовые фильтры I и II ступени.

Определяем объем бака для растворения NaOH. Объем бака рассчитывается на хранение суточного количества NaOH:

, м³;

 м³.

15. Расчет Н-катионитовых фильтров I ступени

Определяем производительность Н-катионитовых фильтров I ступени:

, м³/ч;

м³/сут=183,7 м³/ч.

Загрузку Н-катионитовых фильтров I ступени принимаем катионитом марки КУ - 2.

Определяем рабочую обменную емкость катионита марки КУ - 2:

, г-экв/м³;

_э^KI - коэффициент эффективности регенерации, определяем по табл. 1, п. 15, прил. 7СНиП, _э^KI = 0,68;

Е_полн^KI - полная обменная емкость катионита, согласно п. 15, прил. 7/3/,

Е_полн^KI = 1600 г.-экв/м³;

q_отм^KI - расход воды на отмывку катионита после регенерации, q_отм^KI = 6 м³/м³;

[катионов]₀ - содержание катионов в отмывочной воде, осветленной на механических фильтрах, мг-экв/л.

г-экв/м³.

Определяем объем катионита в фильтрах:

, м³;

n^KI - число регенераций, n^KI =2.

м³.

Определяем общую площадь Н-катионитовых фильтров I ступени:

, м²;

м².

К установке принимаем 3 рабочих и 1 резервный фильтр марки ФИПа I 1,4 - 0,6Н.

Технические характеристики:

· диаметр, D = 1500 мм;

· площадь одного фильтра, F₁ = 1,78 м²;

· общая высота. Н_общ = 2985 мм;

· высота загрузки, h_з = 1,8 м;

· общий объем, V_общ = 3,58 м³;

· объем анионитового слоя, V_кат = 2,66 м³.

Определяем фактическую площадь фильтрования:

, м²;

м².

Определяем скорость фильтрования при нормальном режиме:

, м/ч;

м/ч.

что удовлетворяет требованиям п. 6.283/3/, _н^KI25 м/ч.

Определяем скорость фильтрования при форсированном режиме:

, м/ч;

м/ч.

Определяем расход фильтрованной воды на отмывку катионитовых фильтров I ступени:

, м³/сут;

м³/сут.

Определяем расход воды на взрыхление загрузки Н-катионитовых фильтров I ступени:

, м³/сут;

м³/сут.

Взрыхление Н-катионитовых фильтров I ступени производится второй частью отмывочной воды.

Определяем расход 100% серной кислоты на регенерацию загрузки Н-катионитовых фильтров I ступени:

, кг/сут;

кг/сут.

Определяем расход осветленной воды для приготовления 1% раствора серной кислоты:

, м³/сут;

м³/сут.

Серная кислота (содержание моногидрата 94%) поступает на станцию обессоливания в железнодорожных цистернах. Перелив кислоты в стационарные цистерны осуществляется с помощью сифонной установки, заряжаемой вакуум - насосом. Из цистерны серная кислота с помощью компрессора выдавливается в мерники, откуда насосами - дозаторами подается в трубопроводы, по которым направляется в катионитовые фильтры I и II ступеней.

Определяем общее количество 100% серной кислоты, подаваемое на катионитовые фильтры I и II ступеней:

, кг/сут;

кг/сут.

Определяем объем стационарной цистерны, исходя из расчетной продолжительности хранения серной кислоты Т_хр=30 суток:

, м³;

м³.

Определяем часовой расход концентрированной серной кислоты для регенерации

Н-катионитовых фильтров I ступени:

, м³/ч;

t_H2SO4^KI - продолжительность подачи регенерационного раствора, ч;

, ч;

_рег^KI - скорость пропуска регенерационного раствора, 10 м/ч;

W_H2SO4^KI - объем регенерационного раствора, необходимый для регенерации одного фильтра, м³;

, м³;

м³.

ч.

м³/ч.

К установке принимаем два насоса - дозатора марки НД 1500/10 (один - рабочий, второй - резервный).

Количество воды, расходуемое на собственные нужды установок первой ступени:

, м³/ч

м³/сут=49,98 м³/ч

Количество воды, расходуемое на собственные нужды установок первой и второй ступени:

, м³/ч

м³/ч (1675,14 м³/сут)

Количество воды для ВПУ:

, м³/сут

м³/сут

16. Расчет декарбонизатора

Расчетное количество воды, поступающее на декарбонизатор после катионитовых фильтров II ступени 120 м³/ч или 2880 м³/сут.

Декарбонизатор загружается насадкой из колец Рашига размером 25*25*3 мм.

Определяем количество угольной кислоты, удаляемое в декарбонизаторе:

, кг/ч;

[CO₂]_вх - содержание углекислоты в воде, поступающей на декарбонизатор, мг/л;

[CO₂]_вых - содержание углекислоты в декарбонизованной воде.

кг/ч.

Определяем необходимую площадь колец Рашига:

, м²;

К_д - коэффициент декарбонизации, 0,51 м/ч;

С_десорб - средняя движущая сила десорбции. 0,0325 кг/м³.

м².

Поверхность 1 м³ насадки из колец Рашига 25*25*3 мм равна 204 м².

Определяем объем насадки из колец Рашига:

, м³;

 м³.

Определяем площадь декарбонизатора:

, м²;

q_ор - плотность орошения, 60 м³/м²*ч.

м².

Принимаем к установке четыре типовых декарбонизатора марки Б-234 (четыре - рабочих, один - резервный).

Технические характеристики:

· производительность 100 м³/ч;

· диаметр корпуса 1460 мм;

· площадь поперечного сечения 1,67 м²;

· расход воздуха при удельном расходе воды 25 м³/м³ - 2500 м³/ч;

Определяем высоту слоя насадки в декарбонизаторе:

, м;

м.

Определяем расход воздуха на декарбонизацию: м³/ч.

Определяем напор, развиваемый вентилятором: мм. вод. ст.

Принимаем к установке вентиляторный агрегат марки А 4095 - 3.

17. Расчет механических фильтров

Общее количество осветленной воды, которое должно быть получено от механических фильтров (полезная производительность) без учета воды, расходуемой на приготовление раствора коагулянта:

, м³/ч;

м³/сут ~69,79 м³/ч.

Во избежание увеличения содержания кремниевой кислоты в воде, поступающей на ионообменные фильтры, скорые напорные фильтры загружаются малозольным термостойким дробленым антрацитом крупностью 1 мм.

Для восстановления фильтрующей способности применяем промывку фильтров обратным током воды с интенсивностью 15 л/с*м².

Определяем общую площадь фильтрования:

, м²;

Q - полезная производительность станции, м³/сут;

Т_ст - продолжительность работы станции в течение суток, 24 ч;

_н - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, принимаем 4 м/ч;

n_пр - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, n_пр=3;

-15 л/см² -интенсивность промывки;

t-время промывки, ч.

м².

Принимаем 4 рабочих фильтров и 1 резервный марки ФОВ - 3,0 - 0,6.

Технические характеристики:

· диаметр, D = 3000 мм;

· площадь фильтрования, F₁ = 7,07 м²;

· высота загрузки, h_з = 1000 мм;

· объем фильтрующей загрузки V = 22 м³.

· общая высота, H = 4315 мм.

Объем воды на промывку одного фильтра

q_пр, м³

q_пр=44,67 м³

Запас воды на две промывки хранится в баке

W_б=2, м³

W_б=2 м³

Принимаем бак с размерами 6*6*2,5

Промывка производится насосом, производительность которого равна:

Q_нс=3,6, м³/ч

Q_нс=3,6 м³/ч

Принимаем два рабочих насоса и один резервный

Суточный расход воды на промывку

S_пр=, м³/сут.

S_пр=44,67 м³/сут.

Суточное количество воды при сбросе одного фильтрата

S_ф=, м³/сут.

S_ф= м³/сут.

Суточный объем воды от промывки и первый фильтрат, поступающий на сооружения

S=S_пр+S_ф, м³/сут

S=536,04+8,06=544,1 м³/сут

Определяем суточное количество исходной воды

S=S_мех+0.1S, м³/сут