Станция обессоливания воды

Аннотация

     В данном курсовом проекте разработана  технологическая схема подготовки воды для промышленного водоснабжения, в соответствии с требованиями потребителя.

     Технологическая схема включает следующие сооружения и оборудование:

  • подогреватель воды (воду подогревают до 30-400С);
  • реагентное хозяйство (в данном проекте в качестве реагентов используют Al2(SO4)3,Na2CO3 и H2SO4.);
  • осветлительные фильтры;
  • механические фильтры;
  • ионообменные фильтры (H-катианитовые, CO3- анионитовые).
  • Дегазатор
 

     Так же были выполнены балансовая схема  и компоновка станции с указанием  габаритов здания, основного и  вспомогательного оборудования, подъездные пути, баки и т.п.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание

         Введение ……………………………………………………………………..4

1. Выбор технологической схемы подготовки воды для промышленных предприятий……………………………………………………………………...5

2. Расчеты изменения химического состава воды в процессе ее обработки..7

       2.1Показатели качества исходной воды…………………………………….7

       2.2 Обработка воды коагулянтом – сульфатом алюминия………………..8

2.3.Обессоливание  воды.Обработка коагулированной  воды на Н -    катионитовых и СО3-анионитовых фильтрах……………………………...8

  2.4. Обработка  воды на дегазаторе…………………………………………..10

3.Расчет  инообменного фильтра……………………………………………...10

4.Расчет  механических фильтров……………………………………………..15

5.Расчет осветлителя…………………………………………………………….17

6. Реагентное  хозяйство………………………………………………………....20

6.1.Последовательность  расчета реагентного хозяйства  для реагентов, дозируемых непрерывно (Н2SO4, Na2CO3, коагулянт, Ca(OH)2)……….…..20

6.2.Последовательность  расчета реагентного хозяйства  для реагентов,  
подаваемых на регенерацию ионообменных фильтров……….………….21

     7. Компоновка станции……………………………………………………….24

     8. Литература………………………………………………………………….25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Введение

     Основной  целью данного курсового проекта  является овладение методикой расчета  и проектирования станции обессоливания воды для промышленного водоснабжения.

     На  промышленных предприятиях вода расходуется на самые различные нужды: для охлаждения действующих агрегатов, для питания котлов и д.р. Вода для этих целей должна в большей или меньшей степени освобождена от взвеси, солей жесткости и растворенного кислорода. Для всех этих нужд требуется вода определенного качества, и чтобы ее получить, необходимо знать технологический процесс производства, а также химический состав исходной воды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Выбор технологической  схемы подготовки  воды для промышленных  предприятий

     Выбор технологии водоподготовки определяется показателями качества исходной воды и требованиями потребителя.

     Подготовка  умягченной воды осуществляется на стациях  умягчения, а подготовка обессоленной воды – на станциях обессоливания.

     Для улучшения коагулирования и ионного обмена осуществляется подогрев воды на подогревателях до температуры 30 – 40 0С.

     Осветление  воды осуществляется в осветлителях со слоем взвешенного осадка конструкции  ЦНИИ. Ввод раствора коагулянта производится непосредственно в осветлитель.

     Осветленная вода из осветлителей направляется в  бак осветленной воды, рассчитанный на 4-х часовое пребывание, откуда насосами подается на осветлительные (механические) фильтры для задержания взвешенных веществ. Осветлительные фильтры  загружаются песком или антроцитом – в случае проведения предварительного реагентного умягчения воды во избежание  выщелачивания песка, т.к. рН воды после  проведения реагентного умягчения  воды составляет 9,8 – 10,6. Двух- и трехкамерные фильтры применяют при небольшой  площади станции водоподготовки, однако они требуют большой высоты зданий. Горизонтальные осветлительные фильтры применяются при небольшой  высоте зданий. 

    П –  О – МФ – Н – CO3 – Д

    Технологическая схема

    В соответствии с необходимой глубиной обессоливания воды проектируют одно-, двух- и трехступенчатые установки, но во всех случаях для удаления из воды ионов металлов применяют сильнокислотные Н-катиониты с большой обменной способностью. В одноступенчатых ионитовых установках воду последовательно пропускают через группу фильтров с Н-катионитом, а затем через группу фильтров со слабоосновным анионитом. Остаточное солесодержание при одноступенчатом ионировании принимают до 20 мг/л.(по зад. 10 мг/л)

    Метод Н-катионирования заключается в обработке воды на катионите в Н-форме.

    Н-катионитовые фильтры отключают на регенерацию по проскоку ионов Na.

    Регенерацию Н- катионитовых фильтров производим серной кислотой – Н2SO4.

    Для обессоливания воды в качестве обменных ионов, находящихся в анионите, могут  быть использованы СО3 ,которые в результате реакции с ионом водорода образуют воду или угольную кислоту, легко удаляемую из воды.

    СО3-анионитовые фильтры отключают на регенерацию по проскоку анионов сильных кислот (SO42-, Cl-, NO2)

    Регенерацию СО3-анионитовых фильтров производим содой – Na2CO3.

    Первые  порции после отмывки ионных фильтров сбрасываем на нейтрализацию, последующие  сбрасываем в баки для последующего взрыхления этой водой соответствующего ионообменного фильтра.

    Регенерационные растворы готовим на осветленной  воде.

    Для приготовления раствора коагулянта применяем исходную воду.

    Взрыхление  ионообменных фильтров производим из подземных резервуаров с помощью  насосов.

2.РАСЧЕТЫ ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА  
ВОДЫ В ПРОЦЕССЕ ЕЕ ОБРАБОТКИ

Таблица 1

№

п/п

 Показатель Ед. изм. Формула, расчет Величина
1 2 3 4 5
2.1Показатели качества исходной воды
1. Содержание:

ионов кальция

ионов магния 

Общая жесткость

  
г-экв/м3

г-экв/м3 

г-экв/м3

  

=2,6+3,83

  
2,6 

3,83 
 

5,43

2. Щелочность

некарбонатная

жесткость

 г-экв/м3 

г-экв/м3

  

=5,43-2,98

 2,98 
 

2,45

3. Содержание:

сульфатов

хлоридов

содержание

  
г-экв/м3 

г-экв/м3 

г-экв/м3

  

=2,98+2,19+3,24-2,6-2,83=2,98

  
2,19 

3,24 
 

2,98

4. Температура 0С tисходная

tподогрева

 10

30

5. Общее

солесодержание

 г/м3

=61∙2,98+12,2∙2,83+35,5∙3,24+2,19∙48+20∙2,6+25(2,98)=562,95

518,5

  
 
 
 
 
 
562,95
6. Величина  рН ед. рН рН 7,2
7. Содержание  СО2

(значения констант и коэффициентов активности см. прил.1 и 2)

 г-моль/м3

0,36 
 
 

-3,44

                                                                                                                                                                                                       8. Содержание  взве-шенных веществ, цветность  
г/м3

град

  
М0

Ц0                      

 
20

30

                 

9. Состав  исходной воды  
 
  2,6 2,83 2,98
СО2 Ca2+ Mg3+ Na+ + К+
НСО3- SO42- Cl-
0,36 2,98 2,19 3,24
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2 Обработка воды коагулянтом – сульфатом алюминия
1. Доза  коагулянта г/м3

г-экв/м3

25

0,43

2. Состав  воды после коагулирования г-экв/м3

Сl

СO2= СO2+Dк=0,36+0,43

 2,6

2,83

2,98 

2,55

2,62

3,24

0,79 

 
 
  
  2,6 2,83 2,98
СО2 Ca2+ Mg3+ Na+ + К+
НСО3- SO42- Cl-
0,79 2,55 2,62 3,24
 
 
 
 
 

2.3.Обессоливание воды.

  Обработка коагулированной  воды

     

на  Н-катионитовых и СО

3

-анионитовых  фильтрах

1. Остаточная  жесткость после Н-катионитовых фильтров 1 ступени г-экв/м3

ЖостН=

 
0,033
2. Коэффициент эффективности  регенерации (Прил.4)     0,68
3. Удельный расход кислоты на регенерацию Н-катионитовых фильтров г/г-экв a 50
4. Содержание  Na после Н-катионитовых фильтров 1 ступени г-экв/м3  

  
 
0,082
5. Состав воды после Н-катионитовых фильтров 1 ступени 
 
 
 

После взаимодействия

  
 
 
 
 
 
 
  
  0,033 0,082 8,295
СО2 Жост Naост Н+
НСО3- SO42- Cl-
0,67 2,55 2,62 3,24
 
 
 
 
 
 
 

  

  0,033 0,082 8,295
СО2 Жост Naост Н+
SO42- Cl-
3,22 2,62 3,24
 
 

6. Состав воды после СО3-анионитовых фильтров  
 
 
 

После взаимодействия

  
 
 
 
 
    
 
  0,033 0,082
СО2 Жост Naост
SO42-  +Cl-
 
 
 
 
 
 
                                            7,36                 0,115 

  

  0,033 0,082 8,295
СО2 Жост Naост Н+
SO42-  +Cl- СО32-
3,22 0,115 8,295
 
  

7 Общее солесодержание г/м3 Р=0,016∙20+0,017∙12+0,082∙25+0,05∙49+

+0,065∙35,5=7,33

 

2.4. Обработка воды на дегазаторе

1. Содержание  углекислоты в обрабатываемой воде г-моль/м3

г/м3

 СО2вход.

СО2вход

 7,36

323,84

2. Содержание  углекислоты в обработанной воде г-моль/м3

г/м3

 СО2вых.

СО2вых

 3

0,068

3. Количество  удаляемой углекислоты г-моль/м3

г/м3

 СО2уд.

СО2уд

 7,292

320,84

4. Состав воды после декарбонизации 
 
 
 
  
 
  0,033 0,082
СО2 Жост Naост
SO42-  +Cl-
 
 
 
    
 
 

                                0,068             0,115    

 

     

3.Расчет инообменного фильтра

№

п/п

 Показатель Ед.изм. Формула, расчет Н СО3
1. Выбранный тип  ионообменного материала и его  полная обменная емкость г-экв/м3 Тип:

Н – сульфоуголь  мелкий (0,3-0,8)

СО3-анионит АН-31(0,4-2)

Еполн

  
 
 
1500		  
 
 
1500
2. Рабочая обмен-ная емкость г-экв/л

Е Р І =0,68·1500-0,5·5·8,41

  
998,98		  
 
 
ЕР І І=0,85·1500– 0,8·20·5,86   1181,24
3. Коэффициент эффективности  регенерации   αэ 0,68 0,85
4. Удельный расход реагента на регенерацию г/г-экв α 50 100
6. Коэффициент, учитывающий  неполноту обме-на ионов в отмы-вочной воде   φ 0,5 0,8
7. Удельный расход отмывочной воды м3/м3 qу 5 20
8. Суммарная концентрация задерживаемых ионов в отмывочной воде г-экв/м3 ΣИо 8,41 5,86
9. Скорость  фильтрования воды в нормаль-ном  режиме для Na -фильтров первой ступени,  

К ´= 0,025 – для Н-I

К ´= 0,03  - для СО3

    
Vн. 9,41 16,63 
10. Суммарная концентрация задерживаемых ионов в обрабатываемой воде г-экв/м3 Σ И

Примечание: эта величина принимается в зависимости  от технологии обработки, равной сумме  задерживаемых катионов или анионов  в воде, которая поступает на данный ионообменный фильтр.

 8,295 5,745
11. Высота загрузки м Н 2 2,5
12. Продолжительность фильтроцикла (период между регенерациями) час Т - принимается равной 8, 12 или 24 часа в зависимости от крупности станции; на крупных станциях Т – меньше. 24 24
14. Необходимая площадь фильтров м2  
 
 		  
 
 
f= 

f=

 14,7  
 
7,58
15. Количество  и тип принятых стандартных рабочих  фильтров шт тип: 
 

nр

 ФИПа-І -3, 0-0,6

2

 ФИПа- І І -2, 6-0,6

2

16. Количество  резервных фильтров шт nрез 1 1
17. Площадь фильтрования одного стандартного фильтра м2 fcт 7,1 5,3
18. Общая площадь  фильтров м2

f=27,1

  
14,2		  
 
 
f=25,3   10,6
19. Высота загрузки м Н 2,5 1,5
20. Действительная  скорость фильтрования в нормальном режиме м/час      

 
 
8,87		  
 
  11,89
21. Скорость  фильтрования при отключении одного из фильтров на регенерацию м/час

 
 
17,75		  
  23,77
22. Объем загрузки фильтров м3  

  
 
35,5		  
 
 
  15,9
23. Число регенераций  в сутки раз/сутки

 
 
0,707 раз/сут		  
  0,925 раз/сут
24. Интенсивность взрыхления л/сек·м2 2,8 3
25. Расход  воды на взрыхление л/сек  

  
 
19,88		  
 
 
 
  15,9
26. Продолжительность взрыхления мин tв 12 30
27. Объем воды на одно взрыхление м3

 
 
 
 
14,31		  
 
  28,62
28. Крепость  регенерационного раствора и его  объемный вес %,

кг/м3

 С, 1,5 4
γр 1,004 1,04
29. Количество 100%-ного регенерационного раствора кг  

  
 
 
 
886,59		  
 
  939,09
30. Объем регенерационного раствора на одну регенерацию м3

 
 
 
 
 
58,87		  
  22,57
31. Скорость пропускания  регенерационного раствора м/час Vp.p/ 10 6
32. Продолжительность пропускания регенерационного раствора мин

 
 
 
49,75		  
  42,58
33. Объем воды на одну отмывку одного фильтра м3  

  
 
88,75 		 
  159
34. Скорость пропускания отмывочной воды м/час Vот 10 6
35. Продолжительность отмывки мин  

  
 
 
 
75		  
 
 
  300
36. Общая продолжительность регенерации одного фильтра мин  

  
 
137		  
  373
37. Емкость бака для  хранения взрыхляющей воды м3 Wбака = 2W 28,62 57,24
39. Расход  воды, который должен поступать на данные фильтры с предыдущей ступени  обработки м3/час В соответствии с балансовой схемой! Если на фильтрах теряется только расход на отмывку, то расход воды, поступающий на данные фильтры составит:

 

  
 
 
 
 
 
 
 
 		  
 
 
 
 
 
 
 
138,26
143,49  
 
 
 
 
 
 
4.Расчет механических фильтров
1. Выбранный тип загрузки мм d 1,0

Антрацит

2. Принятая 

скорость фильтрования при нормальном режиме

 м/ч Vн 10
3. Необходимая площадь фильтрования м2

14,8
4. Количество  и тип принятых стандартных рабочих  фильтров шт Тип 
 

nр

 ФОВ-2,6-0,6 

3

5. Количество  резервных фильтров шт nрез 1
6. Площадь

фильтрования  одного стандартного фильтра

 м2 fcт 5,3
7. Общая площадь  фильтра м2 15,9
8. Действительная  скорость

фильтрования  в нормальном режиме

 м/ч 9,35
9. Скорость  фильт-рования при отк-лючении  одного из фильтров на взрыхляющую  промывку м/ч 14,03
10. Интенсивность промывки л/с·м2 ω 12
11. Продолжитель-ность  промывки мин tп 6
12. Расход  на промывку л/с 63,6
13. Объем воды на одну промывку м3 22,9
14. Объем бака для хранения промывной воды м3 45,8
15. Концентрация  взвешенных веществ в воде, поступающей  на механические фильтры мг/л После осветлителей Сос =10;  
16. Грязеемкость  загрузки фильтра кг/м2 Г 1,5
17. Количество  про-мывок каждого фильтра в  сутки раз/сут 1,496
18. Расход  воды, который должен поступать на механические фильтры м3/час

где Qпр – прочие расходы фильтрованной воды, м3/сут.

 152,98
 
 
 
 
 
 
 

5.Расчет осветлителя

     

Для осветления воды применяем осветлители типа ЦНИИ.  

1. Количество  воды, теряемой при сбросе осадков  из осветлителей % 0,1113
2. Коэффициент разбавления  осадка   Кр = 1,2 – 1,5 1,3
3. Содержание  взвешенных

веществ в осветлителе 

 мг/л Свзв 31,4
4. Остаточное  со-держание взве-шенных веществ в  осветлителе мг/л Сос = (8 ÷ 12) 10
5. Средняя концен-трация взвешен-ных веществ в осадкоуплотни-теле в зависимо-сти от М и Т  мг/л δср 25
6. Время

уплотнения Т 

 ч Т 8
7. Расчетный рас-ход  воды на осветлители м3/ч 153,22
8. Коэффициент распределения   К = 0,8  
9. Площадь зоны осветления м2 34,05
10. Диаметр зоны осветления м 6,59
11. Диаметр шламо-уплотнителя м 3,7
12. Диаметр подво-дящей  трубы м 0,3
13. Диаметр воз-духоотделителя м 1,39
14. Площадь коль-цевой  рабочей зоны м2 8,5
15. Диаметр нижней цилиндрической части осветлителя м 12,87
16. Общая площадь  шламоприемных окон м2 0,92
17. Число и размеры  шламоприемных окон шт.

мм

 n = 16 – 20

;

h = 0,1 – 0,15

 18 

6,13 

0.12

18. Диаметр шламо-отводящей  трубы с окнами м 0,85
19. Диаметр шламо-отводящей  трубы без окон м 0,66
20. Диаметр кольце-вой  водосборной трубы в шламо-уплотнителе м 0,27
21. Общая площадь  отверстий в трубе м2 0,028
22. Диаметр и 

количество отверстий

 мм

шт.

 d10 = 25 ¸ 40

30 

40,19

23. Диаметр трубы, отводящей воду из шламоуплот-нителя м 0,085
24. Суммарная пло-щадь отверстий в верхнем дырчатом днище м2 0,043
25. Диаметр отверстия мм 11,55
26. Число отверстий шт. 410
27. Шаг отверстий м 0,0118
28. Сечение сборного желоба м2 0,0567
29. Полезная высота желоба (от дна желоба до центра отверстий) м 0,185
30. Ширина желоба м Вж = 1,6 · hп.ж =1,6 *  0,185=0,295 0,295
31. Число отверстий  в стенках жело-ба, принятых d14=d13 шт. 1083
35. Диаметр отверстий  сопел м 0,135
 
 
 
 
 

     

6. Реагентное хозяйство

     

1. Все реагенты  дозируются в виде растворов  или водных суспензий.

     

2. Хранение реагентов  может осуществляться либо в  сухом виде, либо в виде насыщенных  растворов («мокрое» хранение). «Сухое»  хранение применяется при небольшом  расходе реагента (до 50 – 100 кг/сут  технического продукта), в противном  случае применяется «мокрое»  хранение. В данном курсовом проекте используется «мокрое» хранение.

     

3. Непрерывное  дозирование растворов может  производиться либо с помощью  плунжерных насосов-дозаторов; дозирование  извести осуществляется дозаторами  ДИМБА.

     

4. Подача реагентов  на регенерацию ионообменных  фильтров производится из специальных  мерников или баков; объем мерника  рассчитывается на объем регенерирующего  раствора, необходимый на одну  регенерацию одного фильтра.

     

5. Перед тем  как производить расчет, необходимо  выбрать схему хранения, приготовления  и дозирования каждого реагента  
 

 
6.1.Последовательность расчета реагентного хозяйства для реагентов, дозируемых непрерывно (Н2SO4, Na2CO3, коагулянт, Ca(OH)2)
1. Доза реагента г-экв/м3 Д 0,43
2. Суточный расход 100 %-ного

реагента

 кг 65,88 

242,26

3. Содержание 

активного вещества в товарном (техническом реагенте)

 % С 33,5
4. Крепость насы-щенного  раствора % Сн 26
5. Принятый способ хранения   «Сухой» или «мокрый» мокрый
6. Объемный (удель-ный) вес техни-ческого реагента или  насыщенного раствора (при «мокром» хранении) т/м3 γ 1,306
7. Объем баков  или площадь склада для хранения 30-суточного запаса 

Размеры баков

 м3 
 

м2 

м

  

 B×L×H

 21,4 
 
 
 

3х3х2,5

8. Принятые насосы для подачи насыщенного раствора из баков мокрого хранения в растворные баки и их основные характеристики   Тип  
 

nр

nрез

 НД 100/10 
 

1

1

9. Крепость дозируемого  раствора, его удельный вес %

т/м3

 СД 

γД

 5 

   1,05

10. Объем раствора, необходимый в смену (8 ч) м3 1,54 
 
 
 
11. 		Объём расходного бака и количество.

Размеры расходного бака

 м3

шт

м

  
    B1×L1×H1		 1,1х1,1х1,3
12 Насосы-дозаторы   Тип:

nр

nрез

 НД-400/16

1

1

 

6.2.Последовательность расчета реагентного хозяйства для реагентов,  
подаваемых на регенерацию ионообменных фильтров

(Н-СО3) 

1. Удельный расход 100 % реагента на регенерацию г/г-экв а Н 

50 г/г-экв

 СО3 

100г/г-экв

2. Объем загрузки одного фильтра и ее рабочая обменная емкость м3 

г-экв/м3

 WЗ 

ЕР

 35,5 

998,98

 15,9 

1181,24

3. Расход 100 %-ного реагента на одну регенерацию кг  
 
1773,19		  
 
  1878,17
4. Количество  фильтров и количество регенераций  каждого фильтра раз/сут m 0,707 0,925
n 2 2
5. Содержание  активного продукта в товарном реагенте % С 75 96
6. Суточный  расход 100 %-ного

реагента

 т  

  
 
2,507		  
  3,475
7. Суточный  расход технического реагента т  
 
 
3,34		  
  3,66
8. Объемный (удельный) вес технического реагента или насыщенного  раствора (при «мокром» хранении) т/м3 γ 1,686 1,146
9. Объем баков  для хранения 30-суточного запаса м3
0,079 0,684
10. Количество  и объем принятых стандартных  баков м3

шт

      
 
11. Тип и количество насосов для подачи насыщенного  раствора (при «мокром» хранении) и их

основные  данные

     2Х-6Л-1
12        
13. Крепость регенерационного раствора в мернике или в баке-мернике  и удельный вес %

т/м3

 СР 

γР

 75

1,686

 14

1,146

14. Объем одного мерника или бака-мерника м3
 

  
 
 
1,4		  
   11,7