Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Водоснабжение промышленных предприятий. Метод умягчения воды

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Якутский государственный инженерно-технический институт»

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра: водоснабжения

и водоотведения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

МЕТОД УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КП. ВиВ.08-ПЗ

обозначение

Выполнил:

студент V курса

группы ВВ-08

Дьяконов Д.С.

Руководитель:

Константинова Т.И.

Якутск 2012

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ПРОЕКТНАЯ РАЗРАБОТКА

КП.ВиВ.08-ПЗ.Р

обозначение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение Лист

1. Баланс системы водоснабжения ПП 3

1.1 Расчет баланса системы водоснабжения 3

1.2 Критерий рациональности использования воды 5

1.3 Определение требуемого расхода умягченной воды 6

2. Расчет и проектирование станции умягчения воды 8

2.1 Анализ химического состава воды 8

2.2 Расчет ступеней Na-катионирования 9

2.3 Расчет второй ступени Na-катионирования 10

2.4 Определение расходов воды на собственные нужды станции 14

2.5 Алгоритм расчета расходов воды на собственные нужды станции 14

2.6 Расчет первой ступени Na-катионирования 17

2.7 Солевое хозяйство 22

2.8 Подбор оборудования 24

Использованная литература 26

ВВЕДЕНИЕ

Водоснабжение промышленных предприятий (ПП) отличается разнообразием схем использования воды на производствах, требованиями к качеству воды, значительными расходами.

В данной работе реализованы проектирование и расчет станции умягчения воды для водоснабжения ТЭЦ, снабжающей электроэнергией заводы производящие анодную, катодную и электролитную медь.

Все расчеты произведены в соответствии с требованиями современной нормативно-технической и технологической документации.

Проектирование выполнено с применением современных материалов, технологий и оборудования.

1. Баланс систем водоснабжения промышленных предприятий

1.1. Расходы воды в оборотных системах

Требуемые объемы воды и характеристики производственного процесса необходимо определить по годовому потреблению воды на различные нужды ПП.

Во первых, необходимо оценить качество исходной. Исходная ода расходуется, как правило, на технические нужды и хозяйственно-питьевые. Причем, на технические нужды возможно подача воды из городского водопровода питьевого качества. Это решение обуславливается требованиями к качеству воды и экономическими соображениями. Во-вторых, необходимо оценить все потери воды на предприятии. Это безвозвратные потери воды в процессе производства и продувочные расходы – сброс воды из системы для освежения солевого состава воды оборотного водоснабжения. В-третьих, необходимо оценить потери оборотной горячей воды в охлаждающих устройствах, например градирнях потери на унос и испарение, определить расход охлажденной воды и найти добавочный расход воды.

Расчет баланса системы водоснабжения

1.2.1. Годовой объем производства

(1.1)

где Расчетная производительность промышленного предприятия; число рабочих дней в году: дней; - число рабочих часов в сутки, ч.

Годовой расход воды по каждой категории водопотребления

(1.2)

где среднегодовой расход воды на 1 т продукта для различных категорий водопотребления, согласно [2]; коэффициент изменения среднегодовых расходов воды по сезонам года.

Производство						_к
А	15	2,5	2,5	0,01	0,01	1
Б	11,25	1,9	1,9	0,01	0,01	1
В	20	3,3	3,3	0,01	0,01	1

Таблица 1

Годовые расходы воды по категориям водопотребления

Производство
А	197,1*10⁶	32,85*10⁶	0,13*10⁶	0,13*10⁶	32,85*10⁶
Б	187,2*10⁶	31,61*10⁶	0,16*10⁶	0,16*10⁶	31,61*10⁶
В	280,2*10⁶	46,23*10⁶	0,14*10⁶	0,14*10⁶	46,23*10⁶
Σ	664,5*10⁶	110,7*10⁶	0,43*10⁶	0,43*10⁶	110,7*10⁶

1.2.3. Потери воды в системе водоснабжения

Определяются согласно рекомендациям раздела 1 [1] в зависимости от теплообменных аппаратов, температур воды и воздуха.

- Расход воды на продувку принимаем 3% от общего расхода оборотной воды:

(1.3)

- расход воды на испарение с градирни определяется на основании п. 11.9 [1], по формуле 1.3;

где - коэффициент учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимается согласно табл. 36 [1], ;

- разность температур воды перед и после охладителя,

--,

- расход воды на ветровой унос с градирни принимается в зависимости от вида охладителя по табл. 38 [1]:

Полученные данные используются для построения балансовой схемы водоснабжения ПП и определения .

1.3. Критерии рациональности использования воды

1.3.1. Техническое совершенствование оборотной системы

(1.3)

1.3.2. Рациональность использования воды

(1.4)

1.3.3. Безвозвратное потребление и потери воды

(1.5)

1.4. Определение требуемого расхода умягченной воды.

В системе оборотного водоснабжения ПП основную роль играют насосные станции для подачи оборотной воды на охлаждающие устройства и подачи охлажденной воды в цеха ПП. Для их питания требуется большое количество электроэнергии, которое вырабатывает ТЭЦ. В свою очередь, для генераторов ТЭЦ требуется глубоко умягченная вода.

Расход глубоко умягченной воды для ТЭЦ определяется по формуле 1.6:

(1.6)

где часовой расход электроэнергии на подачу воды, МВт/ч.

(1.7)

где Плотность воды, 1000 ; Коэффициент полезного действия насосов, ; суммарный годовой расход в системах ПП, м³/год; расчетный напор насосов, м; Время работы ТЭЦ в году. ч/год – при конденсационном режиме работе ТЭЦ (без отбора пара);

удельный расход умягченной воды для котлов, м³/МВ-ч

2. Расчет и проектирование станции умягчения воды

2.1. Анализ химического состава воды

Проектирование сооружений по умягчению воды начинается с выбора технологической схемы и состава сооружений и установок в зависимости от показателей качества исходной воды и требований потребителя. Для этого необходимо определить следующие показатели: форма жесткости, общую щелочность, общее солесодержание.

2.1.1. Общая жесткость воды, мг-экв/л

(2.1)

где содержание ионов кальция и магния в исходной воде.

2.1.2. Карбонатная жесткость воды

определяется по содержанию ионов бикарбонатов –

2.1.3. Не карбонатная жесткость

(2.2)

2.1.4. Общая щелочность воды

Определяется суммой анионов слабых кислот, способных реагировать соляной или серной кислотами. Поскольку в природных водах преобладает анион НСО₃, их щелочность при определяется концентрацией бикарбонатов.

2.1.5. Общее солесодержание

(2.3)

Расчет ступеней Na-катионирования

Na-катионирования п.12 приложения 7[1] применяется для умягчения подземных и поверхностных вод с содержанием взвешенных частиц до 5-8мг/л и цветностью до 30 градусов. Количество ступеней умягчения определяется требованием к качеству умягченной воды, согласно п.13 прил.7 [1] и по следующей методике:

Требуемая жесткость мг-экв/л.

2.2.1. Жесткость фильтра на выходе после первой ступени

(2.4)

где константа реакционной способности, ; коэффициент эффективности регенерации катионита для 1 ступени умягчения, принимается по табл.1 прил.7 [1], ;

общее солесодержание, мг-экв/л.

мг-экв/л

2.2.2. Жесткость фильтра после второй ступени

(2.5)

где коэффициент эффективности регенерации катионита для 2 ступени умягчения, по табл.1 прил.7 [1]; общее солесодержание после 1 ступени катионирования, определяется по формуле 2.6.

(2.6)

мг-экв/л

Расчет фильтров для Na-катионирования

Расчет заключается в выборе катионитового материала (загрузки). Числа рабочих и резервных фильтров по каждой ступени умягчения, определение расходов воды на собственные нужды станции (регенерацию катионитового материала: взрыхление, регенерацию, отмывку).

Регенерация загрузки катионитовых фильтров проводится технической солью.

2.4. Расчет второй ступени Na-катионирования

2.4.1. Объем катионита

(2.7)

где – коэффициент запаса по жесткости для второй ступени принимается ;

– рабочая обменная емкость катионита, опреляется по формуле 2.8

(2.8)

где – коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca²⁺ и Mg²⁺ вследствие частичного задержания катионов Na⁺, принимается по табл. 2 [1] или по формулам:

(2.9)

где – для расчета второй ступени катионирования – это концентрация Na⁺ в воде после первой ступени умягчения:

(2.10)

мг-экв/л;

т.к. b^II_Na > 10, то для фильтров второй ступени эта величина определяется по формуле:

(2.11)

где , – концентрации ионов кальция и натрия, мг-экв/л; – коэффициенты активности соответствующих ионов, которые можно найти по прил. 3 [3], если ионная сила раствора - m ³ 0,005. Ионная сила раствора в этом случае определяется:

(2.12)

т.к , то-

где =0,5*(С_Na+2*C_Ca)*10^-3 ; z-валентность иона.

мг-экв/л

– полная обменная емкость катионита, принимается по п. 15 [1], для катионита КУ-2-8, г-экв/м³;

– число регенераций каждого фильтра в сутки, принимается для второй ступени:

(2.13)

где – продолжительность работы станции в течение суток, =20ч; – продолжительность межрегенерационного периода работы фильтра второй ступени, ч:

(2.14)

где – высота загрузки фильтра, м, п. 22 [1]; – скорость фильтрования, м/ч, п. 22 [1]; – 80%-ный калибр зерен катионита в мм; t^II – продолжительность всех операций регенерации фильтров (взрыхления, регенерации и отмывки), ч (прил. 2) [3].

Взрыхление катионита происходит с интенсивностью 5 л/с м² в течение 30мин, продолжительность регенерации составляет – 75 мин, отмывки – 60 мин согласно (прил. 2) [3].

2.4.2. Площадь катионитовых фильтров

(2.15)

Фильтры принимаются типовые напорные диаметром D =2 типа ТКЗ

Необходимое количество фильтров определяется:

(2.16)

принимается 3 рабочих и 1 резервный

2.4.3. Проверка фактической и расчетной скорости фильтрования

(2.17)

- Фактическая скорость фильтрования

(2.18)

- Фактическое время межрегенерационного периода

(2.19)

Принимается 1 промывка в 16 смен, ч

2.4.4. Расход соли на 1 регенерацию одного фильтра

(2.20)

где – удельный расход поваренной соли на регенерацию, принимается по табл. 1 и п. 21 прил. 7 [1], ;

– количество поглощенных (задержанных) катионов жесткости за 1 фильтроцикл, г-экв:

(2.21)

где – фактическая площадь одного фильтра, м².

Суточный расход соли для всех рабочих фильтров, т.

(2.22)

Определение расходов воды на собственные нужды станции.

Для взрыхления загрузки фильтров второй ступени катионирования, ее регенерации и отмывки используется частично умягченная вода, т.е. после первой ступени катионирования. Поэтому первая ступень должна быть рассчитана с учетом этих дополнительных расходов воды.

Таким образом, общий расход, поступающий на фильтры первой ступени катионирования (прил. 1) [3], определяется, м³/сут:

(2.23)

где – расход воды для взрыхления загрузки, м³/сут;

– расход воды для приготовления регенерационного раствора, м³/сут;

–расход воды для отмывки катионитовой загрузки от регенерационного раствора, м³/сут.

Для собственных нужд при эксплуатации Na-катионитовых фильтров первой ступени используется исходная вода или остатки регенерационных растворов и отмывочных вод фильтров второй ступени..

Алгоритм расчета расходов воды на собственные нужды второй ступени Na-катионирования.

2.6.1. Объем воды на взрыхление загрузки одного фильтра, м³

(2.24)

где – интенсивность подачи воды для взрыхления, принимается по п. 21 [1]

л/с*м²;

– продолжительность взрыхления (п. 21 [1]).

- среднесуточный расход воды на взрыхление рабочих фильтров, м³/сут:

(2.25)

2.6.2. Объем воды для приготовления раствора NaCl, м³.

(2.26)

где – активная концентрация технической соли, по [8] п. 15.12 – С = 93 %;

- плотность раствора, по прил. 5 [3], для 5 % - 1,036 т/м³, 10 % - 1,07 т/м³;

– концентрация рабочего раствора соли, %, принимается по п. 21 прил. 7 [1].

Для повышения эффекта регенерации следует применять ступенчатую регенерацию катионитовой загрузки. В этом случае сначала регенерация проводится 5 %-ным раствором поваренной соли, а затем через загрузку пропускается 10 %-ный раствор поваренной соли.

Среднесуточный расход воды для регенерации рабочих фильтров, м³/сут:

(2.27)

2.6.3. Объем воды для отмывки загрузки фильтров от продуктов регенерации, м³.

(2.28)

где – удельный расход на отмывку загрузки, принимается по п. 15 прил. 7 [1]. м³/м³

Среднесуточный отмывочный расход, м³/сут:

(2.29)

2.6.4. Определение скоростей при различных режимах эксплуатации фильтров: взрыхлении, регенерации, отмывке, м/ч.

(2.30)

где – расход при взрыхлении (регенерации, отмывке), м³/ч:

(2.31)

где – продолжительность операций, мин (прил. 2).

Расчет первой ступени Na-катионирования.

2.7.1. Объем катионита первой ступени.

(2.32)

Рабочая обменная емкость для первой ступени Na-катионирования, г-экв/м³:

(2.33)

где – коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca²⁺ и Mg²⁺, рассчитывается по формуле:

(2.34)

где С_Na – при расчете первой ступени – это концентрация натрия в исходной воде.

г-экв/м³

2.7.2. Площадь фильтров первой ступени определяется аналогично второй ступени по формулам (2.23 – 2.24). Затем по той же литературе принимаются типовые фильтры и назначается количество рабочих и резервных.

Фильтры принимаются типовые напорные диаметром D = 2м типа ТКЗ.

Необходимое количество фильтров определяется:

принимаем 2 раб и 1 резервный

Проверка фактической и расчетной скорости фильтрования.

(2.35)

где - продолжительность межрегенерационного периода, час,

(2.36)

Затем определяется фактическая скорость фильтрования на первую ступень и сравнивается с расчетной скоростью, м/ч:

(2.37)

Потом рассчитывается фактической время межрегенерационного периода:

(2.38)

Расход поваренной соли для регенерации одного фильтра.

Определяется аналогично второй ступени по формуле (2,20).

- количество поглощенных (задержанных) катионов жесткости за 1 фильтроцикл, г-экв:

(2.39)

Суточный расход поваренной соли для всех рабочих фильтров.

Определяется аналогично второй степени по формуле (2.22).

Расходы на собственные нужды первой ступени.

Определяются аналогично второй ступени по формулам (2.23) – (2.29).

2.8. Солевое хозяйство

Для нормальной эксплуатации солевого хозяйства в соответствии с п. 6.202 – 6.203 [1] склады реагентов следует рассчитывать на 30-суточное хранение (для поваренной соли – до 40 сут). Поэтому на станции умягчения предусматриваются склады на хранения реагента.

Принимается «мокрое» хранение соли, так как суточный расход соли более 500 кг.

При «мокром» хранении за пределами здания устраиваются баки-хранилища 20%-ной соли на месячный запас, а в здании станции умягчения предусматриваются насосы для перекачки насыщенного раствора из баков-хранилищ в расходные баки 5-10% - ного раствора.

Общий суточный расход соли:

Баки-хранилища

Для надежности эксплуатации рекомендуется принимать и устанавливать в здании станции умягчения баки для взрыхления, регенерации и отмывки на объемы воды, найденные по формулам (2.23, 2.24, 2.25). Конструкция и размеры баков принимаются в соответствии с разделом 14 п. 14.11 [1].

Объем баков рассчитывается, м₃

(2.40)

где - время, на которое заготавливается соль, пп. 6.202 – 6.203 [1]; сут

- плотность 20 %-ного раствора, 1,15 т/м³;

- концентрация раствора в баке-хранилище. =20%

Принимается 2 бака следующих размеров:

м – ширина;

Водоснабжение промышленных предприятий. Метод умягчения воды 📙 Курсовая → 🆔 55744