РЕШЕНИЕ. На собственные нужды катионитовой установки расходуется осветленная, но не умягченная вода, в этом случае

На собственные нужды катионитовой установки расходуется осветленная, но не умягченная вода, в этом случае

Nа -катионитовые фильтры рассчитывают по полезной производительности установки.

1. Расчитываем Na -катионитовые фильтры Ι-ой ступени.

Находим Q_полез для Nа –катионитовых фильтров 1 ступени

м³/сут.

Если в схеме катионитовой установки имеются фильтры второй ступени, которые отмываются умягченной водой, то величина Q _полез в формуле 1 должна быть несколько увеличена. Катионитовые фильтры второй ступени регенерируются сравнительно редко, поэтому расход умягченной воды на их отмывку невелик и может быть ориентировочно принят в 1-2% от полезной производительности.

Принимая расход умягченной воды на отмывку фильтров второй ступени в размере 2% от полезной производительности, найдем общий расход умягчаемой воды:

м³/сут.

24 – работа установки в течение суток, час

2. Находим объем сульфоугля СК-1

;

где n – число фильтроциклов в сутки

шт

t – полезная продолжительность фильтроцикла, принимаем 10,5 ч (по заданию);

t ₁ – продолжительность операций связанных с регенерацией фильтра принимаем 1,5 ч (по заданию);

T – продолжительность работы катионитовой установки в течении суток.

Е _раб – рабочая обменная способность катионита, для Na -катионитовых фильтров, г-экв/м³

3. Находим рабочую обменную способность Na -катионитовых фильтров, определяем по формуле В.А.Клячко:

α _Э – коэффициент эффективности регенерации фильтров, находим по графику 1 методических указаний, соли 200 г. По заданию α_Э = 0,82

β _Na – коэффициент учитывающий снижение обменной способности катионита находят по табл.2 методических указаний и зависит от концентрации Na ⁺ в умягчаемой воде, по формуле

мг-экв/л,

получаем β _Na = 0,9

где – квадрат концентрации Na ⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ – общая жесткость исходной воды, мг-экв/л;

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита принимается в пределах 4–5 м³/м³, принимаем 5 м³/м³.

Тогда г-экв/м³.

Е_полн рабочая обменная способность катионита, для Na -катионитовых фильтров, находят по табл. 1 методических указаний (600 г-экв/м³);

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита; обычно принимается в пределах 4–5 м³/м³ катионита q = 5 м³/м³;

4. Необходимый объем сульфоугля СК-1 для Nа -катионитовых фильтров Ι-ой ступени

м³/сут

м³;

5. Принимаем высоту загрузки –2,2 м табл. 2 методических указаний, тогда необходимая площадь фильтрования составит

м²;

6. Скорость фильтрования Q _расч – м³/ч

м/час,

т.е. в допустимых пределах (5–25 м/ч)

Принимаем 3 рабочих фильтра диаметром 1030 мм по табл. 2 методических указаний.

7. После того как определили суммарную площадь фильтрования, проверяем м³ и м³ при высоте загрузки – 2,2 и площадь фильтрующей поверхности фильтра – 0,78 которые находят по табл. 2 методических указаний.

При проверке площади и объема разница между полученными расчетными величинами и серийно выпускающими промышленность не должна быть ±10 %,как больше расчетной, так и меньше ее.

В этом случае разница составляет F = 6,8 %, V = 7 %.

Кроме трех рабочих Nа -катионитовых фильтров, принимаем 1 резервный такого же размера.

II. Рассчитываем Na -катионитовые фильтры второй ступени.

Для фильтров второй ступени Q _пол принимается 150 м³/ч, так как схема параллельная, и по этой схеме полезный объем воды, подаваемый на
Nа -катионитовые фильтры II-ой ступени равен Q _пол для всей установки.

1. Находим объем сульфоугля:

, м³

где n – число фильтроциклов в сутки

t – полезная продолжительность фильтроцикла Na -катионитовых фильтров второй ступени, принимается 150–200 ч;

t ₁ – продолжительность операций связанных с регенерацией фильтра.
1,5 ч (по заданию);

T – продолжительность работы катионитовой установки в течении суток;

Ж₀ – общая жесткость умягчаемой воды для II-ой ступени принимаем
0,15 мг-экв/л;

2. Находим рабочую обменную способность Na -катионитовых фильтров II-ой ступени.

Поскольку фильтры второй ступени отмываются умягченной водой после фильтров первой ступени, то второй член в формуле (3) можно упустить. Следовательно, Е _раб определяется по уравнению:

;

α_Э – коэффициент эффективности регенерации по графику 1 методических указаний.

Фильтры II-ой ступени регенерируются повышенным содержанием удельного расхода соли, порядка 300–400 г/г-экв поглощенных катионитов – определяем по графику 1 соль берем 400г на 1 г-экв

Тогда α_Э = 0,9

β _Na – коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита зависит от концентрации Na ⁺ в умягчаемой воде.

Определения концентрации Nа в умягчаемой воде, поступающей на фильтры II ступени, следует принимать равной сумме катионов Cа ²⁺, Мq ²⁺, Nа ⁺, К ⁺ в исходной воде, поскольку при пропуске воды через фильтры первой ступени катионы Cа ²⁺, Мq ²⁺, К ⁺ заменяются на катионы Nа ⁺, то концентрацию натрия определяем по формуле:

мг-экв/л

Na ⁺ – концентрации Na⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ –общая жесткость исходной воды, мг-экв/л.

Подставляем в формулу (4) получаем

мг-экв/л, по графику 2 методических указаний получаем β_Na = 0,54

– квадрат концентрации Na ⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ –общая жесткость исходной воды, мг-экв/л.

Подставляем полученные данные в формулу (5)

мг-экв./м³

3. Необходимый объем сульфоугля СК-1 для Nа -катионитовых фильтров II-ой ступени Q_полез м³/сут

м³

Q_расч = Q_полезн, так как на фильтр II-ой ступени поступает все количество умягчаемой воды.

Ж₀ – общая жесткость для фильтров II-ой ступени принимается
0,15 мг-экв/л

В случаи двухступенчатого Nа -катионирования общая жесткость в фильтрах Ι-ой ступени вода умягчается до остаточной жесткости
0,1–0,20 мг-экв/л. При обычной скорости фильтрования 15–25 м/ч.

4. В целях однотипности оборудования принимаем 7 фильтров диаметром 1030 мм с высотой загрузки 2,2 м.

После выбора высоты загрузки Н находим суммарную площадь F фильтрования по формуле

м²;

5. Скорость фильтрования

м/ч, что допустимо.

Допускается увеличение скорости в пределах (50–60 м/ч)

6. После того как определили суммарную площадь фильтрования, проверяем м² и м³ при высоте загрузки – 2,2 и площадь фильтрующей поверхности фильтра – 0,78, которые находят по табл. 2 методических указаний.

При проверке площади и объема разница между полученными расчетами величинами и серийно выпускающими промышленность не должна быть ±10%,как больше расчетной, так и меньше ее.

В этом случае разница составляет F = 3,6%, V = 3,4%.

Кроме семи рабочих Nа -катионитовых фильтров, принимаем 2-ой резервный такого же размера.

III. Рассчитываются Н -катионитовые фильтры водоумягчительной установки для работы по схеме параллельного Н - Na -катионирования.

Находят расход воды, который должен быть подан на H -катионитовые фильтры по формуле:

1. – количество воды, отделяемое на H - катионитовые фильтры в м³/ч, при параллельном Н - Na -катионировании.

Расход q_H определяем по формуле

м³/ч

суточное количество умягчаемой воды 101,25 · 24 = 2430 м³/ сут;

где Q _полезн – общий расход умягчаемой воды, поступающий на установку, 150 м³/ч;

Ж_к – карбонатная жесткость умягчаемой воды, 3 мг-экв/л.

Ж₀ – общая жесткость умягчаемой воды, 4 мг-экв/л;

а – щелочность умягчаемой воды, 0,3мг-экв/л

2.Находим объем катионита для загрузки в H -катионитовые фильтры по формуле

,м³

3. Находим рабочую обменную способность Н -катионитовых фильтров по формуле В.А. Клячко с той лишь разницей, что коэффициент определяется в зависимости от удельного расхода Н ₂ SО ₄ равный 70 г/г-экв. рис. 3 методических указаний

, г-экв/ м³;

= 0,8

β _Na определяем по рис. 2 методических указаний

мг-экв/л

–квадрат концентрации Na⁺ в исходной воды;

Ж₀ –общая жесткость исходной воды.

β _Na = 0,90

г-экв/м³

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита; обычно принимается в пределах 4–5 м³/м³ катионита q = 5 м³/м³.

При том же режиме работы и регенерации фильтров, что в Na -катионировании

n – число фильтроциклов в сутки

шт.

t – полезная продолжительность фильтроцикла, принимаем 10,5 часа. (по заданию)

t ₁ – продолжительность операций связанных с регенерацией фильтра
1,5 ч (по заданию);

T – продолжительность работы катионитовой установки в течении суток. 24 ч.

4. Необходимый объем катионита для загрузки в Н -катионитовые фильтры будет равен

м³

5. Принимаем к установке 3 рабочих фильтров диаметром по 1525 мм с высотой загрузки 2200 мм (табл. 2 методических указаний).

м².

6. Скорость фильтрования:

м/ч,

т.е. в допустимых пределах (5–25 м/ч)

7. После того как определили суммарную площадь фильтрования, проверяем м³ и м³ при высоте загрузки – 2,2 и площадь фильтрующей поверхности фильтра – 1,77, которые находят по табл. 2 методических указаний.

При проверке площади и объема разница между полученными расчетами величинами и серийно выпускающими промышленность не должна быть ±10%,как больше расчетной, так и меньше ее.

В этом случае разница составляет F = 0,95 %, V = 0,6 %.

Кроме трех рабочих Н -катионитовых фильтров, принимаем 1 резервный такого же размера.

ВАРИАНТ 2

при последовательном Н - Na -катионировании

Рассчитать катионитовые фильтры водоумягчительной установки для работы ее по схеме последовательного Н-Na -катионирования при следующих условиях:

Na -катионитовые фильтры в установку двухступенчатые

Q _полез= 150 м³/ч; Ж₀ = 4 мг-экв/л; содержание Na в исходной воде –
0,4 мг-экв/л; полезная продолжительность фильтроцикла – 10,5 ч; продолжительность регенерации 1,5 ч; удельный расход соли на регенерацию фильтров Ι-ой ступени 200 г на 1 г-экв поглощенных катионитов.

Н -катионитовые фильтры в установке одноступенчатого катионирования; щелочность умягчаемой воды – 0,3 мг-экв/л; Ж_о = 4 мг-экв/л, карбонатная жесткость Ж_к = 3 мг-экв/л, удельный расход (обычно принимают)
H ₂ SO ₄ = 70 г/г-экв, b = 0,2 мг-экв/л.

Установка работает круглосуточно. Фильтры загружают сульфоуглем СК-1.

1. Определяем расчетный расход воды поступающей на Н -катионитовые фильтры по последовательной схеме

м³/ч

суточное количество умягчаемой воды 107,81 · 24 = 2587,44 м³/сут,

где Q _полезн – общий расход умягчаемой воды, 150 м³/ч;

Ж_к – карбонатная жесткость умягчаемой воды, 3 мг-экв/л;

а ₁ – заданная карбонатная жесткость смешанной воды
(Н -катионированной и исходной) принимается равной 0,7 мг-экв/л;

b – средняя за рабочий цикл кислотность фильтрата

Н -катионитовых фильтров принимают 0,2 мг-экв/л (при условии отключения фильтров на регенерацию в момент увеличения щелочности фильтрата до 0,35–1 мг-экв/л).

2.Находим объем катионита для загрузки в H -катионитовые фильтры по формуле

;

3. Находим рабочую обменную способность Н -катионитовых фильтров.

определяем по формуле В.А. Клячко с той лишь разницей, что коэффициент определяется в зависимости от удельного расхода Н ₂ SО ₄ равный 70 г/г-экв рис. 3.

= 0,8;

β _Na находим по рис. 2 методических указаний в зависимости от концентрации натрия и общей жесткости в исходной воде, которые определяют по формуле

мг-экв/л

– квадрат концентрации Na ⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ –общая жесткость в исходной воде, мг-экв/л;

β_Na = 0,90;

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита; обычно принимается в пределах 4–5 м³/м³ катионита q = 5 м³/м³

При том же режиме работы и регенерации фильтров, что в
Na -катионировании

n – число фильтроциклов в сутки

шт.

t – полезная продолжительность фильтроцикла, принимаем 10,5 ч (по заданию)

t ₁ – продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтра
1,5 ч (по заданию).

T – продолжительность работы катионитовой установки в течении суток.

4. Необходимый объем катионита для загрузки в Н -катионитовые фильтры будет равно:

м³

5. Принимаем к установке 3 рабочих фильтров диаметром по 1525 мм с высотой загрузки 2200 мм (табл.2).

м²;

6. Скорость фильтрования:

м/ч, т.е. в допустимых пределах (5–25 м/ч);

7. После того как определили суммарную площадь фильтрования, проверяем м³ и м³ при высоте загрузки – 2,2 и площадь фильтрующей поверхности фильтра – 1,77, которые находят по табл. 2 методических указаний.

При проверке площади и объема разница между полученными расчетами величинами и серийно выпускающими промышленность не должна быть ±10%,как больше расчетной, так и меньше ее.

В этом случае разница составляет F = 5,6 %, V = 5,7 %.

Кроме трех рабочих Н -катионитовых фильтров, принимаем 1 резервный такого же размера.

II. Расчет Na -катионитовых фильтров Ι-ой ступени при последовательном Н - Na -катионировании.

1. Расчитываем Na -катионитовые фильтры Ι-ой ступени.

Находим Q _полез для Nа -катионитовых фильтров Ι-ой ступени

м³/ сут.

Если в схеме катионитовой установки имеются фильтры второй ступени, которые отмываются умягченной водой, то величина Q _полез в формуле (1) должна быть несколько увеличена. Катионитовые фильтры второй ступени регенерируются сравнительно редко, поэтому расход умягченной воды на их отмывку невелик и может быть ориентировочно принят в 1–2 % от полезной производительности.

Принимая расход умягченной воды на отмывку фильтров второй ступени в размере 2 % от полезной производительности, найдем общий расход умягчаемой воды:

м³/сут.

24 – работа установки в течение суток, час

2. Находим объем сульфоугля СК-1

;

где n – число фильтроциклов в сутки

шт.

t – полезная продолжительность фильтроцикла, принимаем 10,5 ч (по заданию);

t ₁ – продолжительность операций связанных с регенерацией фильтра
1,5 ч (по заданию);

T – продолжительность работы катионитовой установки в течении суток.

Е _раб – рабочая обменная способность катионита, для Na -катионитовых фильтров, г-экв/м³.

3. Находим рабочую обменную способность Na -катионитовых фильтров, определяем по формуле В.А. Клячко.

Е _раб = α _Э β _Na Е _полн - 0,5 q Ж₀

α_Э – коэффициент эффективности регенерации фильтров, находим по графику 1 (методических указаний) соли 200г. По заданию α_Э = 0,82

β _Na – коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита находят по табл. 2 методических указаний и зависит от концентрации Na ⁺ в умягчаемой воде, по формуле

мг-экв/л,

получаем β_Na = 0,9

где С ² _Na – квадрат концентрации Na ⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ –общая жесткость исходной воды, мг-экв/л;

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита принимается в пределах 4–5 м³/м³, принимаем 5 м³/м³.

Тогда Е_раб = α_Э β_NaЕ_полн. – 0,5qЖ₀ = 0,82 * 0,9 * 600 – 0,5 *5 * 4 = 433 г-экв/ м³.

Е_полн рабочая обменная способность катионита, для Na -катионитовых фильтров, находят по табл.1 методических указаний (600 г-экв/ м³)

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита; обычно принимается в пределах 4–5 м³/м³ катионита, q = 5 м³/м³

4.Необходимый объем сульфоугля СК-1 для Nа -катионитовых фильтров Ι-ой ступени

м³

5. Принимаем высоту загрузки – Н 2,2 м табл. 2 методических указаний, тогда необходимая площадь фильтрования составит

м²

6. Скорость фильтрования

м/ч;

т.е. в допустимых пределах (5–25 м/ч)

Принимаем 4 рабочих фильтра диаметром 1525 мм по табл. 2 методических указаний.

7. После того как определили суммарную площадь фильтрования, проверяем F = 1.77*4 =7.08 м³ и

V = 4* 2,2 * 1.77 = 15.58 м³ при высоте загрузки – 2,2 и площадь фильтрующей поверхности фильтра – 1,77, которые находят по табл. 2 методических указаний.

При проверке площади и объема разница между полученными расчетами величинами и серийно выпускающими промышленность не должна быть
10 %,как больше расчетной, так и меньше ее.

В этом случае разница составляет F = 8.2%, V = 8.85%.

Кроме трех рабочих Nа -катионитовых фильтров, принимаем 1 резервный такого же размера.

II. Рассчитываем Na -катионитовые фильтры второй ступени.

Для фильтров второй ступени Q _пол принимается 150 м³/ч так как схема параллельная, и этой схеме полезный объем воды, подаваемый на
Nа -катионитовые фильтры II ступени равен Q _пол для всей установки.

1.Находим объем сульфоугля:

, м³

где n – число фильтроциклов в сутки

t – полезная продолжительность фильтроцикла Na -катионитовых фильтров второй ступени, принимается 150–200 ч.

t ₁ – продолжительность операций связанных с регенерацией фильтра.
1,5 ч (по заданию);

T – продолжительность работы катионитовой установки в течении суток.

Ж₀ – общая жесткость умягчаемой воды для II-ой ступени принимаем 0,15 мг-экв/л.

2. Находим рабочую обменную способность Na -катионитовых фильтров II-ой ступени.

Поскольку фильтры второй ступени отмываются умягченной водой после фильтров первой ступени, то второй член в формуле (3) 0,5* q *Ж₀ можно упустить. Следовательно, Е _раб определяется по уравнению:

Е _раб = α _Э β_NaЕ _полн;

α_Э – коэффициент эффективности регенерации по графику 1 методических указаний.

Фильтры II-ой ступени регенерируются повышенным содержанием удельного расхода соли, т.е. 300-400г/г-экв поглощенных катионитов, определяем по графику 1, соль берем 400г. на 1 г-экв.

Тогда α_Э = 0,9

β _Na – коэффициент учитывающий снижение обменной способности катионита зависит от концентрации Na ⁺ в умягчаемой воде.

Определения концентрации Nа в умягчаемой воде, поступающей на фильтры II-ой ступени, следует принимать равной сумме катионов Cа ²⁺, Мq ²⁺, Nа ⁺, К ⁺ в исходной воде, поскольку при пропуске воды через фильтры первой ступени катионы Cа ²⁺, Мq ²⁺, К ⁺ заменяются на катионы Nа ⁺, то концентрацию натрия определяем по формуле

С ² _Na = Ж₀ + Na ⁺ = 4 + 0,4 = 4,4 мг-экв/л

Na ⁺ – концентрации Na ⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ –общая жесткость исходной воды, мг-экв/л.

Подставляем в формулу (4) получаем

= 4,85 мг-экв/л,

по графику 2 методических указаний получаем β_Na = 0,54

С²_Na –квадрат концентрации Na⁺ в исходной воде, мг-экв/л;

Ж₀ –общая жесткость исходной воды, мг-экв/л.

Подставляем полученные данные в формулу (5)

Е _раб = α_Э β _Na Е _полн. = 0,9*0,54*600 ≈ 292 мг-экв./м³ 3.Необходимый объем сульфоугля СК-1 для Nа – катионитовых фильтров II ступени

м³

Q _расч = Q _полезн т. к. на фильтру II-ой ступени поступает все кол-во умягчаемой воды.

Ж₀ – общая жесткость для фильтров II-ой ступени принимается 0,15 мг-экв/л

В случаи двухступенчатого Nа -катионирования общая жесткость в фильтрах Ι-ой ступени вода умягчается до остаточной жесткости
0,1–0,20 мг-экв/л. При обычной скорости фильтрования 15–25 м/ч.

В целях однотипности оборудования принимаем 7 фильтра диаметром 1030 мм с высотой загрузки 2,2 м.

4. После выбора высоты загрузки Н находим суммарную площадь F фильтрования по формуле

м²

5. Скорость фильтрования

м/ч, что допустимо.

Допускается увеличение скорости до 50–60 м/ч.

6. После того как определили суммарную площадь фильтрования, проверяем F = 0,78*7 =5,46 м²

V = 7* 2,2* 0,78 = 12,0 м³ при высоте загрузки – 2,2, и площадь фильтрующей поверхности фильтра – 0,78 которые находят по табл. 2 методических указаний.

При проверке площади и объема разница между полученными расчетами величинами и серийно выпускающими промышленность не должна быть ±10 %,как больше расчетной, так и меньше ее.

В этом случае разница составляет F = 3,6 %, V = 3,4 %.

Кроме семи рабочих Nа -катионитовых фильтров, принимаем 2 резервный такого же размера.

Поиск по сайту: