Водоснабжение промышленных предприятий

 

1. Введение

 

     Водоснабжение является одной  из важнейших отраслей техники,  направленной на повышение уровня жизни людей, благоустройства населённых пунктов и развитие промышленности. Совершенствование технологии различных видов производственных процессов в значительной степени зависит от количества и качества потребляемой воды.

    Промышленные предприятия при  различных производственных процессах  используют воду в весьма больших количествах. При этом на ряду с потреблением не очищенной или частично осветлённой воды для охлаждения оборудования, большое число потребителей технической воды, нуждается в воде высокого качества.

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

2. Исходные  данные

 

Вариант - 21

1. Требуемые расходы, л/с :

               Q₁ = 250

                      Q₂ = 2150

                      Q₃ = 1300

2. Требуемые напоры, м :

               Н₁ =  90

               Н₂ = 19

               Н₃ = 31

3.  Требуемое качество воды :

                   Для Q₁ : мутность <= 20 мг/л

                                  температура <=28 ⁰С

                                  жёсткость 0,6 мг^.экв/л

                   Для Q₂ : мутность <= 150 мг/л

                                  температура <=28 ⁰С

                                  жёсткость <= 3,5 мг^.экв/л

                   Для Q₃ : мутность <= 2,5 мг/л

                                  температура <=28 ⁰С

                                  жёсткость <= 3,5 мг^.экв/л

4. Качество сбрасываемой воды :

                  Для Q₁  :  мутность <= 20 мг/л

                                  температура 40⁰С

                                  жёсткость 1,5 мг^.экв/л

                  Для Q₂  :  мутность 1400 мг/л

                                  температура <=28 ⁰С

                                  жёсткость <= 3,5 мг^.экв/л

                  Для Q₃  :  мутность 5500 мг/л

                                  температура <=38 ⁰С

                                  жёсткость общая/карбонатная – 4,1/2,0 мг^.экв/л

 

     5. Характеристика источника

          5.1. Характеристика берега –крутой

          5.2.  Отметка при минимальном уровне воды, м – 250

          5.3.  Глубина реки при минимальном уровне воды, м – 3,5

          5.4.  Амплитуда колебаний, м – 4,3

          5.5.  Уклон местности – 0,01

          5.6.  Расстояние от реки до  промышленного предприятия, м –400

          5.7.  Показатели качества воды  источника:

                                  Мутность 900мг/л

                                  цветность 85

                                  жёсткость общая/карбонатная –5,5/2,7 мг^.экв/л 
 

1. Расчёт первого цикла 

Расход  первого цикла Q₁ = 250 л/с

Требуемые напоры Н₁ =  90 м

Требуемое качество воды :

                   Для Q₁ : М <= 20 мг/л

                                  t <=28 ⁰С

                                  Ж = 0,6 мг^.экв/л

Качество  сбрасываемой воды :

                  Для Q₁  :  М <= 20 мг/л

                                  t  = 40 ⁰С

                                  Ж = 1,5 мг^.экв/л

 

1.1. Расчёт охладителей 

  Так как температура воды подаваемой  в цех должна быть t <=28 ⁰С, а составляет t  = 40⁰С, то необходимо охлаждение.

  В качестве охладителей использую  вентиляторные градирни.

  Площадь оросителя определяется  по формуле: 

         
 

  где     F_ор. – требуемая поверхность оросителя,  м²;

            q _уд. – удельная плотность орошения, q _уд. = 12 м³/(м²·ч);

            Q_час. – расход первого цикла, м³/час; 

            Q_час.= Q₁ · 3,6= 250 · 3,6 = 900 м³/час 

         
 

  Площадь градирни составляет 40 –  50 % от площади оросителя F_ор.: 

         
 

  Принимаю площадь одной секции 16 м² => 1  градирня с 3 секции.(4 х 4)

  При испарении воды в испарительных  охладителях часть её теряется  на испарение. Величина потерь воды на испарение определяется по формуле: 

р₁=к · ∆t , %

  где   к – коэффициент, учитывающий  долю теплопередачи испарением  в 

                 общем процессе теплопередачи  в охладителе, зависит от времени

                 года и от вида охладителя, к =0,14 для лета;

          ∆t – перепад температур, ⁰С;

                                                  ∆t= t₁ -  t₂  , ⁰С

                  t₁ – температура до которой нагревается вода, ⁰С;

                  t₂ – требуемая температура, ⁰С.

                  t₁ и t₂ определяются по заданию. 

р₁=0,14 · (40-28) = 1,68 % 

         
 
         

 

   Количество воды теряемое на  унос капель ветром, рассматривается  в зависимости от конструкции охладителя, принимаю р₂= 3 %. 

         
 

Q_гр.доб. = q_{гр1.доб.}+ q_гр2.доб  , _.  м³/сут 

Q_гр.доб. = 362,88+ 648  = 1118,88 м³/сут 

  Объём  резервуара горячей воды перед  градирнями: 

         
 

  Высота резервуара h = 3 м, площадь s = 50м² , размеры 6х9 м. 
 
 
 
 

1.2. Умягчение воды  в натрий-катионитовой  установке 

  Ж_о.исх = 1,5 мг·экв/л

  Ж_тр. = 0,6 мг·экв/л

  Ж_уст. = 0,05 мг·экв/л

  Принимаю установку с одной  ступенью Na – катионитовых фильтров.

  Расчёт одноступенчатой Na – катионитовой установки ведётся на полезную производительность, т.к. для собственных нужд используется осветлённая, но не умягчённая вода. Рабочая обменная способность одноступенчатого Na – катионионита находится по формуле: 

Е^Na_раб. = α_э· β_Na · Е_полн. – 0,5· q_уд. ·Ж_о.исх,  мг·экв/л 

  где   α_э – коэффициент эффективности регенерации, учитывающий

                 неполноту регенерации катионита,  зависит от удельного расхода 

                 соли, De, используемого для регенерации, принимается по

                 [1, табл.1, прил.7]; De = 200 г/г·экв => α_э = 0,81;

          β_Na – коэффициент, учитывающий снижение обменной способности

                   катионита по Ca²⁺ + Mg²⁺ в следствии частичного задержания

                   катионов Na⁺,принимается по [1, табл.2, прил.7]; 

С_Na = Na⁺ /23= 15/23 = 0,65  мг·экв/л 

С_Na/ Ж_о.исх = 0,65 /1,5= 0,28 => β_Na = 0,76 

          Е_полн. – полная обменная ёмкость катионита, определяется по

                      паспортным данным. При расчётах принимается по [1, прил.7];

                      Е_полн. =500  г·экв/м² – для сульфоугля крупностью 0,3– 0,8мм;

          q_уд. – удельный расход воды на отмывку катионита в м³ на 1 м³

                   катионита. При расчётах принимается по [1, прил.7];

                   q_уд. = 4 м³/м³ – для сульфоугля;

          Ж_о.исх – общая жёсткость исходной воды,  мг·экв/л. 

Е^Na_раб. = 0,81 · 0,76· 500 – 0,5 · 4 · 1,5= 304,8 мг·экв/л

 

  Количество воды подлежащее умягчению,  выраженное в процентах, от  общего количества воды, определяется по формуле: 

         
 

  где      Ж_уст.. – предел умягчения установки, мг·экв/л;

             Ж_тр. – требуемая жёсткость в первом цикле, мг·экв/л. 

         

  Количество воды, выраженное в  л/с: 

         
 

Q^у_час = 558,6 м³/час;  

Q^у_сут = 13406,9 м³/сут. 

  Необходимый объём катионита: 

         
 

где   Q^у_сут – полезная суточная производительность установки, м³/сут;

         n_р – число фильтроциклов установки в сутки.

  Число  фильтроциклов установки определяется  выражением: 

         

где    Т – продолжительность работы катионитовой установки в сутки, ч; Т=24 ч;

          t – полезная продолжительность одного фильтроцикла в ч.,

               принимается от 10 до 22 часов; t = 10ч;

     t₁ – продолжительность операций, сопровождающих регенерацию

           катионитового фильтра;     t₁ = 1,5 ч. 

         
 
         

 

  Расчётная  скорость фильтрования V^Na_расч., м/ч, определяется по формуле:

 
 
 
 

где    h_к – принятая высота катионитовой загрузки, принимаем, м,

                 по [3. табл.58, стр.245], h_к = 2,5 м;

         d₈₀ – 80%-ый калибр катионитовой загрузки, d₈₀ = 0,8мм;

 
 
 
 
 

    Необходимая суммарная рабочая  площадь Na – катионитовых фильтров определяется по формуле:

 
 
 
 
 

  где    n – число промывок в сутки, n=1;

           t_взр. – 0,25 ч. (15 минут) – продолжительность взрыхления катионита;

           t_рег. – 0,42 ч. (25 минут) – продолжительность регенерации;

           t_отм. – 0,83 ч. (50 минут) – продолжительность отмывки катионита от

                     регенерационного раствора.

 
 
 
 
 

  Требуемая площадь катионита:

 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Принимаю фильтры диаметром d_ф = 2 м по [3. табл.58, стр.245], тогда площадь одного Na – катионитового фильтра: 

 
 
 
 
 
 
 
 

  Количество Na – катионитовых фильтров определяется по формуле: 

 
 
 
 
 
 
 
 

Принимаем 6 рабочих и 2 резервный.

  По найденным размерам уточняется  суммарная площадь фильтров и  находится фактическая скорость фильтрования: 

V_факт= Q^у_час / ∑f_раб.  ,  м/ч  

  где  Q^у_час – часовая полезная производительность установки, м³/час;

          ∑f_раб. – уточнённая рабочая площадь фильтрования, м². 

∑f_раб. = N_ф · f_раб.=3 · 3,14 =18,84м²

V_факт= 558,6 / 18,84= 29,64/ч 

  Находим скорость фильтрования  в условиях форсированного режима, т.е. при регенерации одного  фильтра: 

V_форс.= Q^у_час / f_раб. · ( N – 1)  ,  м/ч

V_форс.= 558,6/ 3,14 · (6-1) = 35,6  м/ч 

  Расход воды на взрыхление  q_взр., м³/час, катионитовой загрузки определяется по формуле: 

 
 
 
 

  где  W_взр. -  интенсивность подачи воды для взрыхления катионита,

                      W_взр. = 4 л/(с· м²), при крупности зёрен катионита 0,5 – 1,1 мм;

          t_взр – продолжительность взрыхления, 15– 30 минут [1. прил.7]