Особые условия и рекомендации

При данном расчете применена упрощенная методика с использованием показателей, приведенных в рекомендованной литературе.

В отличие от расчетной схемы в данном примере декарбонизатор с баком декарбонизованной воды устанавливается перед Н-катионитным фильтром 2-й ступени, на 1-й ступени катионирования предусматривается как возможный вариант включения последовательно двух Н-катионитных фильтров с загрузкой их сульфоуглем и катионитом КУ-2 (при ).

В дополнение к методическим указаниям по расчету схем обессоливания следует отметить некоторые специфические допущения, положенные в основу расчета «цепочек».

1. Расчет объемов загрузки фильтров «цепочки» проводят, предполагая, что в первую очередь истощается фильтр А₁.

2. Расчет начинают с первого по ходу воды фильтра, в связи с чем продолжительность работы последующих фильтров в дальнейшем принимают с коэффициентом запаса в пределах от 1,1 до 1,5 в зависимости от качества исходной воды. В процессе расчета коэффициент запаса уточняется и при необходимости расчет корректируется.

3. При заданной скорости фильтрования порядка 25 м/ч производительность «цепочек» на основе стандартного ряда фильтров диаметром 1; 1,5; 2; 2,6; 3 и 3,4 м принимают равной соответственно 20; 45; 80; 130; 175 и 225 м³/ч.

4. Для проведения ремонтов оборудования предусматривают резервные «цепочки», не загруженные ионообменными материалами.

5. Все операции по регенерации «цепочки» проводятся автоматически в соответствии с программой регенерации, при составлении которой учитывается следующее:

- взрыхление фильтров проводится поочередно, начиная с А₂, водой, прошедшей «цепочку» предыдущих фильтров;

- регенерационные растворы кислот, приготовленные на осветленной воде, и щелочи, приготовленные на обессоленной воде, поступают двумя параллельными потоками соответственно на фильтры Для приготовления регенерационных растворов используются насосы-дозаторы;

- отмывка фильтров проводится по трассе регенерации;

- доотмывка фильтров осуществляется вначале для каждого фильтра и заканчивается рециркуляцией декарбонизованной воды через всю «цепочку» в обвод декарбонизатора с помощью насосов декарбонизованной воды.

Расчет Н-катионитных фильтров 1-й ступени ( )

1. Исходя из общей производительности ВПУ, единичную производительность «цепочки» выбираем равной 175 м³/ч на основе фильтров диаметром 3 м. Высота слоя загрузки в Н-фильтрах 1-й ступени принята равной 2,5 м, объем загрузки составляет 17,7 м³. Фильтрующий материал в фильтре – сульфоуголь, – катионит КУ-2.

2. Количество воды, которое может быть обработано в первом корпусе до проскока жесткости при моль/дм³: = 17,7·350/2 = 3100 м³.

3. Количество ионита КУ-2, необходимое для поглощения натрия из 3100 м³ воды во втором корпусе при моль/дм³: 3100·1,08/400 = 8,4 м³.

4. Остальное количество катионита КУ-2 в фильтре Н₁, т.е.
17,7 – 8,4 = 9,3 м³, может быть использовано условно до проскока натрия. Принимая, что рабочая емкость КУ-2 по натрию в 2,1 раза меньше, чем по жесткости, определяем количество воды, которое фильтр Н₁ может пропустить дополнительно при = 800 моль/дм³: 9,3·800/(2 + 2,1·1,08) = 1750 м³.

5. Общее количество воды, которое могут пропустить оба корпуса i-й ступени за фильтроцикл, составит 3100 + 1750 = 4850 м³.

6. Коэффициент запаса, учитывающий расход воды на собственные нужды, принимаем равным 1,1.

Расчет анионитных фильтров 1-й ступени (А₁)

1. Количество воды, пропущенной через фильтр А₁ в межгенерационный период, составляет 4850/1,1 = 4400 м³.

2. Объем анионита АН-31, необходимый для обработки 4400 м³ воды при
Е_ан = 900 моль/дм³ и = 2,41 ммоль/дм³, будет 4400·2,41/900 = 11,8 м³.

3. В результате использования емкости анионита АН-31 при отмывке фильтров Н₁, Н₂ и А₂ в течение соответственно 30, 20 и 30 мин при скорости отмывки 10 м/ч необходимый объем досыпки анионита в фильтр А₁ составит 7,1·10(30+30)/(60·2,41·900) = 2,5 м³.

4. Общая высота слоя анионита в фильтре А₁ (11,8+2,5)/7,1 = 2 м.

5. Коэффициент запаса принимаем равным 1.

Расчет Н-катионитных фильтров 2-й ступени ( )

1. Материалы загрузки фильтров – сульфоуголь ( моль/дм³).

2. Необходимый объем загрузки сульфоугля в фильтр Н₂ при
С_Na = 0,2 ммоль/дм³ равен 4400·0,2/200 = 4,4 м³.

3. Необходимый объем досыпки в фильтр сульфоугля, емкость которого используется в процессе отмывки «цепочки» осветленной воды в течение 150 мин со скоростью 10 м/ч, равен 7,1·10·150/(60·3,08·350) = 1,6 м³.

4. Общая высота слоя сульфоугля в фильтре Н₂ 4,4 + 1,6/7,1 = 0,9 м.

Расчет анионитных фильтров 2-й ступени (А₂)

1. Материал загрузки фильтров – анионит АВ-17.

2. Количество анионита, необходимого для поглощения 10/76 + 4/44 =
= 0,36 ммоль/дм³ анионитов слабых кислот из 4400 м³ воды, будет 4400·0,36/200 = = 7,9 м³.

3. Высота слоя анионита в фильтре А₂ равняется 7,9/7,1 = 1,1 м.

Количество одновременно работающих «цепочек» с учетом расхода обессоленной воды на собственные нужды, принятого равным 5 %, будет 330·1,05/175 = 2.

К установке принимают четыре «цепочки», из которых две – рабочие: одна – регенерационная и одна – резервная без загрузки материалов в фильтры.

Выбор вспомогательного оборудования ВПУ, расчет воды на собственные нужды и определение продолжительности отдельных операций при регенерации проводят по методике, рассмотренной ранее.

В табл. 14.3 приведена примерная программа регенерации «цепочки». В соответствии с программой регенерации фильтров уточненный расход воды на соответствующие нужды «цепочек» составляет:

обессоленной воды 21 + 73 = 94 м³, т.е. 94·100/4400 = 2,2 %,

осветленной воды 18 + 18 + 18 + 18 + 35 + 24 + 178 + 35 + 35 + 35 + 24 + 35 =
= 491 м³, т.е. 491·100/4400 = 11,0 %.

С учетом расхода осветленной воды на собственные нужды принятый коэффициент запаса, равный 1,1, для Н-фильтрования 1-й ступени требует формального уточнения, однако, принимая во внимание заданную точность расчета (до первого знака после запятой), полученные параметры расчетной схемы достоверны.

Таблица 14.3

Программа регенераций фильтров «цепочка»

Начало опера-ции, ч, мин	Операция	Продолжительность операции, мин	Скорость фильтрования, м/ч	Расход воды, м3
0.00	Взрыхление А2 водой после Н2
0.15	Взрыхление Н2 водой после А1
0.30	Взрыхление А1 водой после Н1
0.45	Взрыхление Н1 водой после
0.60	Взрыхление осветленной водой Пропуск регенерационных растворов
1.15	4 %-я щелочь, приготовленная на обессоленной воде
1.15	1,5 %-я кислота, приготовленная на осветленной воде
1.45	5 %-я кислота, приготовленная на осветленной воде
2.00	Отмывка анионитных фильтров по линии регенерации обессоленной водой
2.05	Отмывка катионитных фильтров по линии регенерации осветленной водой
4.35	Отмывка осветленной водой со сбросом в дренаж
5.05	Отмывка Н1 водой после со сбросом в дренаж
5.35	Отмывка А1 водой после Н1 со сбросом в дренаж
6.10	Отмывка Н2 декарбонизованной водой со сбросом в дренаж
6.30	Отмывка А2 водой после Н2 со сбросом в дренаж
7.00	Отмывка при рециркуляции			-
7.20	Включение в работу	-	-	-

14.6. Расчет электродиализной установки

Задание. Спроектировать электродиализную установку циркуляционного типа производительностью Q = 10 м³/ч. Источники водоснабжения – вода артезианской скважины с общим солесодержанием 6850 мг/дм³, солесодержание обработанной воды 500 мг/дм³.

Исходные данные. В ЭДУ используются ионитные мембраны отечественного производства типов МК и МА толщиной 0,7 мм, размером 500 х 1500 мм с удельным поверхностным сопротивлением для стандартных условий (0,1 н. раствор NaCl) 30 Ом·см². Прокладочные рамки – из паронита толщиной 0,8 мм. В мембранном пространстве уложены турбулизирующие сетки-сепараторы из винипласта, определяющие значения коэффициентов экранирования мембран и электрического сопротивления камеры, равны соответственно 0,75 и 0,54. Потеря напряжения на электродах Е_э = 4 В. Напряжение постоянного тока в течение цикла остается неизменным. Анализ исходной воды артезианской скважины, прошедшей стадию осветления, приведен в табл. 14.4.

Среднее содержание солей в 1 мг/экв составляет Э_ср = 6850/112,3 = 61 мг/ммоль.

Таблица 14.4

Анализ исходной осветленной воды

Катион	Содержание ионов	Анион	Содержание ионов
мг/дм3	ммоль/дм3	мг/дм3	ммоль/дм3
		9,3			32,6
		29,4			76,9
		64,3			2,8
		9,3	-	-	-
Всего		112,3	Всего		112,3

Ионная сила раствора

= [(9,3 + 29,4 + 32,6) + 0,5 · (64,3 + 9,3 + 76,9 + 2,8)]·10^-3 = 0,15. Проверяем ионную силу раствора по эмпирической формуле = 0,000022·6850 = 0,15.

Расчет электродиализной установки циркуляционного типа заключается в определении следующих величин.

1. Коэффициент допустимого концентрирования в рассольных камерах

2. Предельная концентрация ионных примесей в рассольных камерах

3. Количество растворенных примесей, удаленных за 1 ч работы ЭДУ, при снижении общего солесодержания с 6850 по 500 мг/дм³ составит

4. Количество электричества, необходимое для работы ЭДУ при заданном количестве воды, составит

,

где η_э – коэффициент выхода по току, зависящий от исходного солесодержания воды. Для расчетных условий η_э = 0,84:

.

5. Оптимальную плотность тока i_т определяют по табличным величинам в зависимости от принятой стоимости электроэнергии и мембран. Для расчетных условий i_т = 0,007 А/см².

6. Общая площадь мембран ЭДУ

7. Число пар мембран в аппарате ,

где f_нетто – площадь единичной мембраны, равная 0,75·50·150 = 5.6·10³ см².

8. Число пар мембран в каждой ванне, если принять, что параллельно работают четыре (m = 4), n = 845/4 = 211.

9. Необходимое напряжение электрического тока на зажимах выпрямителя зависит от удельной проводимости раствора в обессоливающих и рассольных камерах, удельной проводимости и потенциала мембран, падения напряжения на электродах.

10. Удельная электрическая проводимость водных растворов λ_в может быть рассчитана по формуле

где k_э – коэффициент пропорциональности, равный 1/8300; значение (1 - b) для вод различных типов составляет 0,805–0,935. Для вод артезианских скважин
(1 – b) = 0,875, для раствора NaCl (1 - b) = 0,905.

Удельная проводимость в начале цикла:

обрабатываемой воды

.

рассола при кратности концентрирования 3,8

.

Удельная электрическая проводимость обрабатываемой воды в конце цикла

11. Внутреннее электрическое сопротивление одной камеры, в омах, определяется по формуле

где d – расстояние между мембранами, см; k_c – коэффициент электрического сопротивления, создаваемого турбулизирующей сеткой: k_c = 0,54; ρ_к, ρ_а – удельное сопротивление мембран (ρ_к = ρ_а = 30 Ом·см²).

Электрическое сопротивление камеры в начале цикла

Электрическое сопротивление камеры в конце цикла

Среднее электрическое сопротивление одной камеры

12. Потенциал мембраны определяется по формуле

В начале цикла ;

в середине цикла ;

в конце цикла

13. Напряжение на ванне, необходимое для поддержания расчетной плотности тока, определяется по формуле

14. Плотность тока при U=269 В:

в начале цикла

в конце цикла

15. Деполяризующая скорость воды и рассола в камерах должна быть равна или превышать практическую скорость, которая в зависимости от типа турбулизирующей сетки составляет 2,9 - 9,3 см/с. Для сетки из перфорированного гофрированного винипласта выбираем деполяризующую скорость движения воды 5,5 см/с.

16. Расход обрабатываемой воды и рассола через аппараты ЭДУ должен составлять:

17. Расход электроэнергии на обработку воды в ЭДУ (собственно электродиализ)

Для прокачивания воды и рассола через аппараты ЭДУ выбираем четыре насоса типа 2Х-9ЕХ3 производительностью 29 м³/ч, напором 137 Па в комплекте с электродвигателями мощностью N_н = 5,5 кВт.

18. Расход электроэнергии на обработку 1 м³ воды в ЭДУ составит

Глава пятнадцатая