Размеры и вес Н—Na-катионитовых фильтров

 

 

 

Диаметр в мм	Высота слоя за­грузки в м	Размеры в мм					Вес металла в кг для фильтров		Нагрузочный вес в г
		Н	H1	L	L1	d	Н-катио­нитовых	Na-катио­нитовых
Катионитовые фильтры I ступени
1000	2	3375	850	205	650	50	1010	990	5
1500	2	3658	980	860	880	80	1585	1570	10
2000	2,5	4535	1000	885	1170	125	2635	2660	15
2600	2,5	4812	1100	1400	1480	150	4430	4485	30
3000	2,5	5045	1065	1738	1680	150	5410	5450	40
3400	2,5	5168	1500	1900	1900	200	6670	6710	50
Катионитовые фильтры II ступени
1000	1,5	2675	825	212	680	80	916	920	3,5
1500	1,5	2962	870	860	955	125	1480	1485	7,5
2000	1,5	3235	1175	885	1170	150	2225	2280	13,1 1
2600	1,5	3512	1060	1400	1500	200	3935	4010	20
3000	1,5	3745	1065	1706	1730	250	5120	5170	30

Таблица 59

Общая потеря напора в катионитовых фильтрах

 

 

 

Скорость фильт­рования в м1ч	Общая потеря напора в фильтре в м при крупности катеонита в мм
	0,3-0,8		0,5-1,1
	и высоте загрузки в м
	2	2,5	2	2,5
5	5	5,5	4	4,5
10	5,5	6	5	5,5
15	6	6,5	5,5	6
20	6,5	7	6	6,5
25	9	10	7	7,5

¹ Количество катнонитовых фильтров I ступени надо принимать: рабочих— не менее двух, резервных — один.

245

Суммарная рабочая площадь фильтров соста­вит ∑f_раб=3∙5,31=15,93 м², или ~16,3 м².

При высоте загрузки h_к=2,5 м объем сульфо-угля в трех фильтрах бу­дет: W_сул=32,5∙5,31≈39,7 м³>36,1 м³

Фактическая скорость фильтрования при нор­мальном режиме

 

а в условиях форсирован­ного режима (при регене­рации одного фильтра)

 

Общую потерю напо­ра в напорных катиони­товых фильтрах при фильтровании следует оп­ределять как сумму по­терь напора в ком­муника­циях фильтра, дре­наже и катионите (табл. 59).

Удельный расход соли для регенерации Na-кати­онитовой загрузки состав­ляет Д_с=200 г/г∙экв (ре­комендуется от 150 до 200 г/г∙экв при односту­пенчатой схеме).

Рис. 76. Катионитовый фильтр I ступени 1 — подача исходной воды; 2 — подача регенераци­онного раствора, 3 и 4 — подача и спуск промывоч­ной воды; 5— сброс отмывочной воды, 6—-выход умягченной воды; 7 — лаз круглый; 8 — лаз эллипти­ческий; 9 —верхнее распределительное устройство; 10 —слой катионита; 11 — штуцер для гидравличе­ской выгрузки катионита

Расход технической поваренной соли G_c на од­ну регенерацию каждого фильтра

 (149)

* При кратковременной

наибольшей нагрузке, связан­ной с выключением фильтров на регенерацию или ремонт, скорость фильтрования можно увеличить на 10 м/ч.

246

Для данного примера

                             

Определим расход осветленной воды на собственные нужды установки:

1) на промывку (взрыхление) катионитовой загрузки

                                                                (150)

где ω_взр —интенсивность взрыхления в л/сек на 1 м², равная при крупности зерен катионита 0,3—0,8 мм 3 л/сек∙м², при крупности зерен 0,5—1,1 мм 4 л/сек∙м²;

  t_взр — продолжительность взрыхления, равная 15 мин.

Тогда

                                

2) на отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенера­ции

                                          q_отм=ω_отмfh_к.                                 (151)

Тогда

                                q_отм=4,5∙5,4∙2,5=59,7 м³,

где ω_отм — интенсивность отмывки, равная 4—5 м³ на 1 м³ ка­тионитовой загрузки;

3) на растворение соли из расчета 5=10 л воды на 1 кг техни­ческой соли

                                                                       (152)

Тогда

                                     

4) на промывку солерастворителя диаметром 1030 мм

                                                             (153)

где f_с   — площадь солерастворителя, равная 0,8 м²;

  ω_c— интенсивность его промывки, равная 5 л/сек∙м²; t_c— продолжительность промывки солерастворителя, равная 5 мин.

Тогда

                                  

247

Суммарный расход воды да одну регенерацию при условии, что отмывочные воды катионитовых фильтров не используются повторно для взрыхления катионитовой загрузки,

                           ∑q=14,6+59,7+10+1,2=85,5 м³.

Общий добавочный расход осветленной воды при двукратной за сутки регенерации трех Na-катионитовых фильтров

                                   q_доб=85,5∙2∙3=513 м³.

Процент добавочной воды

                 p_дoб=(q_дoб∙100):Q_cyт=(513∙100):4450=11,6%.

Для сокращения расхода воды на собственные нужды установ­ки следует предусмотреть повторное использование отмывочных вод для взрыхления катионита и приготовления регенерационного раствора соли¹. При этих условиях расход воды на собственные нужды Na-катионитовой установки составит в процентном отно­шении

                               

Для приготовления раствора соли требуемой концентрации слу­жит солерастворитель (рис. 77). В его цилиндрическом корпусе со сферическими днищами размещены слои кварцевого песка общей высотой 0,4—0,5 м и дренаж в виде стальных листов с отверстия­ми. Сверху корпуса солерастворителя устроена воронка для за­грузки соли, а под ней установлена задвижка. Кроме того, для об­служивания солерастворителя установлены задвижки на следую­щих трубопроводах: на подающем воду, на отводящем соляной раст­вор на катионитовый фильтр, на подающем промывную воду под дренаж, на отводящем промывную воду и на спускном.

Расчет солерастворителя. Расчетное количество соли на одну регенерацию каждого фильтра в данном примере равно: G_c = = 1000 кг (см. выше).

Полезная емкость по соли серийно изготовляемого солераство­рителя составляет 550 кг (табл. 60).

Таблица 60 Размеры и вес солерастворителей

Диаметр в мм	Полезная ем­кость по соли в кг	Полная высо­та в мм	Высота корпу­са в мм	Вес металла в кг	Нагрузочный вес в т
478	100	1725	1185	370	0,7
670	240	1550	1025	420	1
1030	550	1880	1205	840	2

¹ Первая половина воды от отмывки катионита спускается в водосток, а вторая — направляется в бак для использования при взрыхлении катионита или приготовлении регенерационного раствора.

248

Следовательно, нужно иметь n=1000:550=1,82≈2 рабочих со-лерастворителя и один резервный. Объем раствора соли, пропускае­мого через гравийные слои каждого из двух солерастворителей для очи­стки от загрязнений,

 

где q_p.c — количество воды для растворения 1 кг соли, равное 10 л;

  1070 кг/м³ — объемный вес 10%-ного соляного раствора.

Тогда для данного примера

 

Скорость фильтрования раство­ра соли через гравийные слои при площади солерастворителя f_с=0,8 м² составит

 

т. е. меньше предельно допустимой.

Рис. 77. Солерастворитель напор­ный диаметром 670—1030 мм

Полезный объем каждого соле­растворителя принимается на 35—40% больше расчетного количества соли, т. е.

 

Отсюда высота полезного объема каждого солерастворителя h_с=0,64:0,8=0,8 м при полной высоте корпуса 1,205 м.

Б. Натрий-катионитовый метод умягчения воды по двухступенчатой схеме

Натрий-катионирование производится в две ступени, если оста­точная жесткость воды должна быть снижена до 0,01 мг∙экв/л (глубокое умягчение). Применение двухступенчатой схемы целе­сообразно при жесткости исходной воды более 10 мг∙экв/л. При расчете фильтров II ступени жесткость поступающей воды прини­мают равной 0,1 мг∙экв/л (см. табл. 52).

249

Расчет Na-катионитовых фильтров I ступени ведется на задан­ную полезную производительность с учетом 2%-ной потребности в умягченной воде для отмывки фильтров II ступени.

Скорость фильтрова­ния на фильтрах I ступе­ни принимается в зависи­мости от жесткости ис­ходной воды от 10 до 25 м/ч, а на фильтрах 11 ступени — не более 60 м/ч, так как в них умягчается вода с мень­шей жесткостью.

Рабочий цикл фильт­ров II ступени продолжа­ется 150—200 ч (вместо 10,5 ч для фильтров I сту­пени). Толщина слоя ка­тионита составляет 1,5 м (рис. 78 и табл. 58).

Рис. 78. Катионитовый фильтр II ступени 1 — подача исходной воды; 2 — подача регенераци-онного раствора; 3 и 4 — подача и спуск промывоч­ной воды; 5—сброс отмывочной воды и первого фильтрата; 6 — выход умягченной воды; 7— лаз круглый; 8—лаз эллиптический; 9 —верхнее распре­делительное устройство; 10 — слой катионита; 11 — штуцер для гидравлической выгрузки катионита

Удельный расход со­ли для регенерации филь­тров I ступени прини­мается 120—150 г на 1 г∙экв поглощенных ка­тионов (вместо 150—200 г при одноступенчатом Na-катионировании), Для ре­генерации фильтров II ступени удельный расход соли должен составлять 300—400 г на 1 г∙экв по­глощенных катионов. По­скольку регенерация этих фильтров производится через более значительные интервалы, общий расход соли при двухступенча­том Na-катионировании меньше, чем при односту­пенчатой схеме.

Фильтры II ступени отмывают (после регене­рации) умягченной водой, полученной на фильтрах I ступени.

Поэтому для фильтров

250

 

II ступени величина рабочей обменной способности Na-катионита будет более высокой, а именно:

                                                                 (154)

Значения коэффициентов а_э и β_Na приведены в табл. 56 и 57.

Необходимо иметь в виду, что ни одноступенчатая, ни двухсту­пенчатая схема Na-катионирования не может быть применена, если карбонатная жесткость исходной воды больше заданной ще­лочности умягченной воды. В таких случаях для снижения оста­точной щелочности умягченной воды применяют метод Н—Na-ка­тионирования.

§ 45. Расчет установки для h-na-катионирования воды

Водород–натрий-катионитовый способ применяется для уда­ления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновре­менного снижения щелочности воды.

Пример. Расчетная производительность водоумягчительной ус­тановки Q_час=190м³/ч.

Качество исходной воды из городского водопровода характери­зуется следующими данными: общая жесткость Ж_о=4,5 мг∙экв/л; щелочность (карбонатная жесткость) Щ=2,3 мг∙экв/л; количест­во взвешенных веществ не более 5—8 мг/л; содержание ионов SO₄^2– 96 мг/л, или 96:48,03≈2 мг∙экв/л и ионов С1^– 28,4 мг/л, или 8,4:35,46=0,8 мг∙экв/л.

Таким образом, сумма сульфатных и хлоридных ионов (SO₄^2–+С1^–)= =A=2,8 мг∙экв/л, т. е. не превышает допустимой величины 3—4 мг∙экв/л (см. табл. 52).

Содержание ионов натрия Na⁺составляет 14 мг/л, или 14:23=0,6 мг∙экв/л<1 мг∙экв/л.

Допустимая остаточная щелочность умягченной воды а=0,35 мг∙экв/л:

Так как отношение Ж_к:Ж_о=2,3:4,5=0,51>0,5, то по этому условию, а равно и по другим показателям анализа исходной воды принимаем согласно табл. 53 схему параллельного Н — Na-катио­нирования.

Расход воды, подаваемой на Н-катионитовые фильтры,

                                                             (155)

Для данного примера

             

Удельный .расход серной кислоты H₂SO₄ на регенерацию Н-ка­тионитовой загрузки принимаем: S=90 г/г∙экв.

251

Величину коэффициента эффективности регенерации а_э^Н при расчете Н-катионитовых фильтров определяем по табл. 61 рав­ной 0,83.

Таблица 61

Значения коэффициента эффективности регенерации а_э^Н при различных удельных расходах H₂SO₄

Удельный расход H2SO4 в г/г∙экв поглощенных катионов	40	50	60	70	80	90	100	125	150	175	200	250
аэН	0,62	0,68	0,74	0,78	0,81	0,83	0,85	0,89	0,91	0,92	0,93	0,95

Рабочая обменная способность Н-катионита составит

                         (156)

где q_о  — удельный расход осветленной воды на отмывку катио­нита, равный 5 м³/м³;

  C_Na — концентрация натрия в исходной воде, равная 0,6 мг∙экв/л;

  С_к — концентрация калия в исходной воде в мг∙экв/л (в данном примере С_к=0).

Величина E_полн определяется по данным паспорта завода; при крупности сульфоугля 0,3—0,8 мм E_полн=550 г∙экв/м³.Тогда

                

Необходимый объем катионита для загрузки в Н-катионитовые фильтры

                                               (157)

Тогда, при Q^Н_полез=Q_H и числе регенераций за сутки n=2

                              

Расчетная скорость фильтрования на Н-катионитовых фильт­рах

              (158)

где h_к — высота катионитовой загрузки, принимается равной 2,5 м;

252

T₀—продолжительность работы фильтра при снижении кис­лотности фильтрата до нуля, равная 10,5 ч; d₈₀— 80%-ный калибр зерен катионитовой загрузки, равный 0,8 мм. Индексом «исх» обозначена исходная вода, а индексом «ф» — фильтрат Н-катионитовых фильтров, тогда  и

В данном примере

 

Необходимая площадь Н-катионитовых фильтров F_H=W_H:h_к=9,9:2,5≈4 м².

Принимаем три рабочих фильтра и один резервный D=1,5 м и f=1,77 м².

Суммарная площадь трех рабочих фильтров ∑f=3∙1,77=5,31м²>4м².

Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме υ_ф=72,6:5,31≈13,7 м/ч<17 м/ч, а при выключении одного ра­бочего фильтра на регенерацию (форсированный режим) υ'_ф=72,6:(2∙1,77)=20,5 м/ч, что вполне допустимо.

Объем загрузки Н-катионитовых фильтров

W_H=3∙1,77∙2,5=13,3 м³>10 м³.

Вода, прошедшая через Н-катионитовые фильтры (кислый фильтрат), смешивается с водой, прошедшей через Na-катионито-вые фильтры (щелочной фильтрат). В результате происходящей взаимной нейтрализации (см. табл. 52) умягченная вода приобре­тает оптимально низкую щелочность (при схеме параллельно­го Н — Na-катионирования 0,3 мг∙экв/л).

Смешанный фильтрат подается в дегазатор для удаления СО₂, образующейся при Н-катионировании и при смешении кислого и щелочного фильтратов.

Расход воды через Na-катионитовые фильтры

             Q_Na=Q_час—Q_Н=190-72,6=117,4 м³/ч, или 61,8%.

Рабочая обменная способность для Na-катионитовых фильтров по формуле (144)

                E^Na_раб=0,81∙0,85∙550—0,5∙4∙4,5≈370 г∙экв/м³.

Расчетная скорость фильтрования на Na-катионитовых фильт­рах по формуле (146)

 

253

Объем загрузки Na-катионитовых фильтров по формуле (145)

                                 

Необходимая площадь фильтров

                             ∑f_Na=W_Na:h_к=17,6:2,5≈7,04м².

Принимаем четыре рабочих Na-катионитовых фильтра диамет­ром 1,5 м и f=1,77 м². При Н — Na-катионитовом умягчении ре­зервного Na-катионитового фильтра не предусматривают, что учи­тывают возможность использования в таком качестве резервного Н-катионитового фильтра.

Суммарная площадь рабочих Na-катионитовых фильтров со­ставит ∑f_Na=4∙1,77=7,08м²>7,04 м².

Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме υ_ф=117,4:7,08≈16,6 м/ч<25 м/ч, а при выключении одного фильтра на регенерацию υ'_ф=117,4:(3∙1,77)≈22,1 м/ч.

Объем загрузки рабочих Na-катионитовых фильтров

                          W_Na=4∙1,77∙2,5=17,7 м³>17,6 м³.

Расчет устройств для хранения, приготовления и перекачки раствора серной кислоты. Расход 100%-ной серной кислоты на ре­генерацию одного Н-катионитового фильтра составит

                                                           (159)

где Д_Н — удельный расход серной кислоты на регенерацию 1 м³ H-катионита, равный 90 г/г∙экв. В данном случае

                                

Регенерация Н-катионитовых фильтров производится 1—1,5%-ным раствором серной кислоты. Поэтому объем бака для регенерационного раствора этой кислоты¹

                                                                         (160)

Тогда

                                    

Принимаем два таких бака, оборудованных устройствами для барботирования раствора сжатым воздухом.

¹ Объем бака определяется из условия регенерации одного фильтра, если количество Н—Na-катионитовых фильтров не более четырех, и двух фильтров, если количество их более четырех.

254

Общий расход 100%-ной серной кислоты на регенерацию трех фильтров при двух фильтроциклах в сутки (175-3-2):1000≈1,05 т.

Емкость цистерн для хранения концентрированной серной кис­лоты

                                                     (161)

где m  — число дней, на которое предусматривается запас кислоты (принимается 30 дней);

  b   — концентрация кислоты, равная 100%;

  γ    — удельный вес 100%-ной кислоты, равный 1,83 г/м³.

Тогда

 

При 75—100%-ной концентрации H₂SO₄ аппаратура и трубо­проводы должны быть выполнены из обычной стали; при концен­трации H₂SO₄ менее 75% необходимо применение кислотостойких материалов.

Так как серная кислота доставляется железнодорожным тран­спортом, то полученное значение W_ц округляется до величины, которая является кратной емкости железнодорожной цистерны. Это необходимо для обеспечения полного опорожнения железно­дорожной тары. Грузоподъемность железнодорожной цистерны 50 т, что соответствует объему концентрированной серной кислоты W_K=50:1,83=27,4 м³. Принимаем два бака-цистерны емкостью по 15 м³ (диаметр 2 м и длина 5,8 м каждого).

Слив и перемещение серной кислоты из железнодорожной цис­терны в стационарную происходит под вакуумом, который создает вакуум-насос или эжектор. Кислота поступает в мерник, а затем эжектором подается в Н-катионитовые фильтры.

Отношение объема воды, поступающей в эжектор, к объему засасываемой кислоты регулирует расходомер; расход кислоты ус­танавливают по понижению ее уровня в мернике при помощи во­домерного стекла.

Полезная емкость бака-мерника для концентрированной кисло­ты

                                               (162)

Для данного примера

                

Принимаем изготовляемый промышленностью бак-мерник диаметром 450 мм, высотой 845 мм и объемом 90 л.

255

Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в Н-катио­нитовом фильтре определяем с учетом возможности последова­тельного взрыхления катионита в двух фильтрах. Тогда

                                                             (163)

где ω_взp— интенсивность взрыхления катионита, равная 4 л/сек∙м²;

  t_взp  — продолжительность взрыхления, равная 15 мин.

Для данного примера

                               

Высоту расположения бака над кромкой воронки в фильтре принимаем равной 7 м.

Расчет устройств для мокрого хранения соли, приготовления раствора соли и его перекачки. Расход соли на одну регенерацию Na-катионитового фильтра

                                                                   (164)

Для данного примера

                               

Для соли, как правило, применяют склады мокрого хранения. Склады сухого хранения допускаются только при суточном расхо­де соли менее 0,5 т, при этом слой соли не должен превышать 2 м.

Емкость резервуаров для мокрого хранения соли должна при­ниматься из расчета 1,5 м³ на 1 т соли. При m-дневном запасе это составит

                                             (165)

Тогда для данного примера при m=25 дней,  и концентрации насыщенного раствора соли b=26%

                         

Принимаем три резервуара емкостью по 90 м³ каждый и полез­ной высотой 2,25 м. В каждый резервуар можно загрузить 60 т соли, что равно грузоподъемности одного железнодорожного ва­гона.

Суточный расход соли при восьми регенерациях S_c=q_c∙8=325∙8=2600 кг.

Необходимая емкость бака для разбавленного раствора соли

                                                                       (166)

256

где С=8%   — концентрация разбавленного раствора соли;

  γ=1,0585 — удельный вес 8%-ного раствора соли.

Для данного примера

 

Принимаем два бака емкостью по 15 м³ с тем, чтобы можно было бесперебойно производить регенерацию двух Na-катионито­вых фильтров. Размеры каждого бака: диаметр 3 м и высота (по­лезная) 2,15 м, площадь 7,07 м².

Для перекачки 8%-ного раствора соли устанавливаем два на­соса (рабочий и резервный) производительностью

                                                                         (167)

где υ_c  — скорость движения раствора соли через катионитовую загрузку, равная 3—5 м/ч;

  f    — площадь Na-катионитового фильтра, равная 1,77 м²;

  С   — концентрация рабочего раствора соли, равная 8% при γ=1,0585;

  b_c    — концентрация насыщенного раствора соли, равная 26% при γ= 1,201.

Тогда

                                   

Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в Na-катио­нитовом фильтре принимаем такую же, как и для подобного бака при Н-катионитовых фильтрах, т. е. 12,7 м³.

Определение расхода воды на собственные нужды Н—Na-ка­тионитовой установки. Этот расход воды слагается из следующих величин:

а) расхода воды на промывку (взрыхление) катионитовой за­грузки по формуле (150)

                                  

б) расхода воды на отмывку катионитовой загрузки от продук­тов регенерации по формуле (151)

 

в) расхода воды на растворение соли в резервуарах мокрого хранения

                                                                     (168)

257

Для данного примера при концентрации раствора b_с=26% (в расчете на одну регенерацию)

                                    

г) расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли (разбавлением 26%-ного раствора соли из резервуаров мок­рого хранения до 8%-ной концентрации)

                                      

д) расхода воды на приготовление регенерационного раствора, серной кислоты с концентрацией р_к =1 — 1,5% по формуле (160)

                                     

Суточный расход воды на две регенераций четырех Na-катио­нитовых и трех Н-катионитовых фильтров составит

Q_доб=2[4(4,78+22,12+1,33+1,06)+3(4,78+22,12+11,7)]=465,92 м³.

Следовательно, количество добавочной воды

                      

Для сокращения расхода воды можно первую половину отмы­вочного расхода воды сбрасывать в сток, а вторую половину ис­пользовать для взрыхления загрузки и приготовления регенераци­онных расходов.

В данном примере можно сократить расход добавочной воды до величины

                 

Глава X

Расчет установок для обессоливания и опреснения воды*

§ 46. Основные способы удаления солей из воды

Под обессоливанием воды принято понимать снижение содер­жания солей до 1 мг/л, а под опреснением — снижение солесодер­жания до 1000 мг/л, т. е. до нормы, предъявляемой к питьевой воде.

Полное обессоливание необходимо при подготовке воды для пи­тания прямоточных котлов, работающих под высоким давлением (от 100 ати и более).

Для удаления солей из воды можно применять следующие спо­собы:

1) не изменяющие агрегатного состояния воды — ионитовый, электродиализный, гиперфильтрации (обратный осмос);

2) изменяющие агрегатное состояние воды — дистилляцию (с использованием обычного топлива, солнечного тепла, ядерного го­рючего) и замораживание с охлаждением воды природным или ис­кусственным способом (при помощи холодильных агрегатов, с от­нятием тепла испарением воды в вакууме и др.).

§ 47. Выбор способа опреснения и обессоливания воды

При выборе способа опреснения и обессоливания воды следует учитывать: солесодержание исходной воды, заданную производи­тельность опреснительной установки, а также стоимость источни­ков тепла, электроэнергии и потребных химических реагентов и ма­териалов. На практике встречается необходимость опреснения во­ды с общим солесодержанием от 2000 до 35 000 мг/л.

При наличии в воде солей с концентрацией до 2000—3000 мг/л наиболее экономичны ионитовые опреснители (катионитовые и ани­онитовые фильтры). При солесодержании 3000—10 000 мг/л рента­бельны электродиализные установки. Если необходимо опреснять морскую (и океанскую) воду с солесодержанием от 10000 до

* Глава X написана канд. техн. наук И. В. Кожиновым.

259

35000 мг/л, следует применять дистилляцию, замораживание или гиперфильтрацию.

Для экономической оценки сферы применения гелиоопресните­лей, а также газгидратного и некоторых других способов, находя­щихся в стадии исследований, в настоящее время достаточных дан­ных не имеется.

§ 48. Расчет ионитовой установки

Ионитовый способ можно рекомендовать для обессоливания вод с общим содержанием солей не более 3000 мг/л при наличии взве­си не более 8 мг/л и цветности не выше 30°.

В случаях, когда не требуется глубокого обессоливания воды, а нужно довести ее солесодержание до нормы, предъявляемой к пить­евой воде, т. е. только опреснить воду, применяют ионитовые уста­новки с одной ступенью катионитовых и анионитовых фильтров.

При одноступенчатой схеме вода пропускается через Н-катиони­товый фильтр, загруженный сильнокислотным катионитом КУ-1, сорбирующим катионы Са²⁺, Mg²⁺ и Na⁺ и замещающим их ионами водорода. Солесодержание воды снижается на величину, эквива­лентную щелочности исходной воды, которая соответствует содер­жанию в ней бикарбонатных ионов.

Затем вода проходит через фильтр с загрузкой из слабоосновного анионита АН-2ФН, в котором сульфатные SO₃^2– и хлоридные Cl^–ионы обмениваются на ионы OH^– анионита.

Между катионитовыми и анионитовыми фильтрами или в конце установки размещают дегазатор для удаления свободной СО₂.

Катионит регенерируют 5%-ным раствором соляной или серной кислоты, а анионит — 4%-ным раствором кальцинированной соды.

Применение для регенерации Н-катионитовых фильтров серной кислоты создает опасность загипсовывания катионита. Поэтому ре­комендуется ступенчатая регенерация с постепенным увеличением концентрации раствора H₂SO₄ с 1 до 5%. Для сульфоугля 30% ре­генерационного раствора подается с концентрацией 1%, затем 30% раствора с концентрацией 2% и, наконец, 40% раствора с концент­рацией 4%; для катионитов КУ-1 и КУ-2 30% регенерационного раствора с концентрацией 1%, затем 30% раствора с концентра­цией 3% и, наконец, 40% раствора с концентрацией 5%.

Одноступенчатая схема позволяет первоначальное солесодер­жание воды снизить с 2000 до 10 мг/л, однако анион кремниевой кислоты SiO₃^2– практически остается неустраненным¹.

При двухступенчатой схеме соленую воду пропускают сначала через Н-катионитовые фильтры I ступени с загрузкой сильнокис­лотным катионитом КУ-2, задерживающим катионы Са²⁺ и Mg²⁺, а затем через анионитовые фильтры I ступени с загрузкой слабоос­

¹ Содержание ионов SiO₃ в природных водах обычно незначительно.

260

новным анионитом АН-2ФН, задерживающим ионы сильных кислот (сульфаты, хлориды, нитраты). Далее вода проходит через Н-кати­онитовые фильтры II ступени, задерживающие катионы натрия, и, наконец, через анионитовые фильтры II ступени с загрузкой из сильноосновного анионита АВ-17-6. Здесь извлекаются анионы кремниевой кислоты и остатки свободной СО₂, не устраненные в декарбонизаторе, который размещают после Н-катионитовых филь­тров II ступени.

Если в исходной воде преобладают анионы НСО₃^2–, а сумма анионов Cl^– и SO₄^2– составляет не более 1 мг∙экв/л, декарбонизатор размещают после Н-катионитовых фильтров I ступени, на которых и удаляется вся свободная СО₂. Кремниевая кислота и остатки СО₂ вместе с анионами Cl^– и SO₄^2– задерживаются двухступенчатым анионным обменом К По такой схеме содержание SiO₃^2– можно сни­зить до 0,1—0,2 мг/л, а общее солесодержание — до 1 мг/л.

Трехступенчатая схема ионитовой установки позволяет осуще­ствить еще более глубокое обессоливание воды с остаточным со­держанием солей 0,1 мг/л и понизить содержание кремниевой кис­лоты до 0,05 мг/л.

Пример. Рассчитать трехступенчатую ионитовую установку для глубокого обессоливания воды (рис. 79) при заданной ее произво­дительности Q_cyт=3350 м³/сутки, или Q_чac=140 м³/ч.

      

Рис. 79. Схема трехступенчатой ионитовой установки

1, 3, 5 — Н-катионитовые фильтры I, II и III ступени; 2, 4, 6 — анионитовые фильт­ры I, II и III ступени; 7 —декарбонизатор; 8 — вентилятор; 9 — промежуточный резервуар; 10—15 — баки с водой для взрыхления ионитовой загрузки в фильтрах I, II и III ступени; 16 — бак для сбора повторно используемого раствора NaOH ; 17 — насос. Трубопроводы:——обессоливаемой воды; —х— раствора кислоты на реге­нерацию Н-катионитовых фильтров; —∙∙— раствора NaOH на регенерацию аниони­товых фильтров; — I — сброса в канализацию; —∙— раствора NaOH для повторного использования;

— II — воды на взрыхление Н-катионитовых фильтров, —хх—воды на взрыхление анионитовых фильтров; —о— раствора NH₃.

¹ В этом случае анионитовые фильтры I и II ступеней загружают сильноос­новным анионитом АВ-17.

261

Данные анализа исходной воды следующие.

Наименование	Содержание вещества в мг/л	Количество вещества в мг/л на 1 мг∙экв/л	Содержание вещества в мг∙экв/л
Катионы:
Са2+	199,8	20,04	9,96
Mg2+	89,1	12,16	7,32
Na+	189,2	23	8,22
K+	8,1	39,1	0,2
Всего	486,2	—	25,7
Анионы:
Cl–	84,3	35,46	2,37
SO42–	702,7	48,03	14,63
HCO3–	488,1	61,02	8
SiO32–	24	38,04	0,63
Всего	1299,1	—	25,7

Общая минерализация воды составляет

                                          M=∑K+∑A.                                 (169)

Тогда, М=486,2+1299,1 = 1785,3 мг/л≈1,8 г/л.

Катионитовые фильтры. Н-катионитовые фильтры всех трех сту­пеней загружают сильнокислотным катионитом КУ-2 (см. табл.54).

Объем Н-катионита в фильтрах I ступени

                                                               (170)

где a₁  — коэффициент для учета расхода воды на собственные нужды установки; можно принимать a₁=l,1—1,35 (боль­шие значения принимают при повышенном солесодержа­нии и глубоком обессоливании воды);

  Q_сут — полезный расход обессоленной воды в м³/сутки;

  ∑[К] — сумма катионов в исходной воде в г∙экв/м³ (см. анализ воды);

  n   — число фильтроциклов в сутки;

                                               (141)

  а_э^Н — коэффициент эффективности регенерации (см. табл. 61);

  γ   — коэффициент для учета снижения обменной способности Н-катионита по катиону натрия по сравнению с обменной способностью по катионам жесткости;

  E_полн —полная обменная способность катионита, равная для КУ-1 600—650 г∙экв/м³и для КУ-2 1500—1700 г∙экв/м³при γ=0,8—0,9;

262

q — удельный расход осветленной воды на отмывку 1 м3 Н-ка-тионита.

Тогда при Е_полн=1300 г∙экв/м³ и q=4—5 м³/м³ по формулам (171) и (170):

               E_раб=0,91∙0,85∙1300—0,5∙5∙25,7≈940 г∙экв/м³;

                                 

При высоте загрузки h=2,5 м суммарная площадь катионито­вых фильтров будет ∑F_HI=51:2,5=20,4 м².

Принимаем по табл. 58 три рабочих фильтра и один резервный D=3 м и общей площадью ∑F_HI=3∙7,05∙21,2 м²>20,4 м².

Скорость фильтрования воды при нормальном режиме υ=140:21,2≈6,6м/ч.

Для катионитовых фильтров II ступени

                                   E_рa6=a_эE_полн—0,5qC_Na,                          (172)

где С_Na — содержание натрия в воде, поступающей на Н-катио­нитовые фильтры II ступени, вследствие проскока натрия в фильтрат I ступени.

Величина C_Na принимается (с запасом) равной концентрации Na в исходной воде.

При удельном расходе H₂SO₄, равном 100 г/г∙экв, величина a_э=0,85; удельный расход осветленной воды q=8—10 м³/м³ кати­онита; тогда

                 E_раб=0,85∙1600—0,5∙10∙8,22=1320 г∙экв/м³.

Полезная продолжительность фильтроцикла обычно t₁=22,5 ч. Так как на Н-катионитовые фильтры II ступени поступают лишь катионы натрия, рекомендуется увеличивать t₁ до 100 ч. Однако в данном случае количество натрия значительно и составляет более 30% общего содержания катионов в исходной воде, а поэтому при­нимаем t₁=33 ч. Продолжительность отмывки по сравнению с обычной (t₂=l,5 ч) увеличиваем до t₂=3 ч. Тогда число фильтро-циклов за сутки n=24:(33+3)=0,67.

Объем катионитовой загрузки» по формуле (170)

                                

При высоте загрузки h=1,5 м площадь фильтров II ступени бу­дет ∑F_HII=32:1,5=21,3 м².

Принимаем три рабочих фильтра и один резервный D=3 м и площадью F_HII=7,05 м² каждый.

Н-катионитовые фильтры III ступени принимаем без расчета равнозначными фильтрам II ступени.

Скорость фильтрования воды через Н-катионитовые фильтры I ступени должна быть не более 25 м/ч, а при форсированном ре­жиме (выключение одного, фильтра на регенерацию) — не более

263

30 м/ч. Для фильтров II и III ступеней эту скорость можно повы­сить до 40—60 м/ч.

Анионитовые фильтры. Для фильтров I ступени расчетная об­менная способность слабоосновного анионита АН-2Ф во влажном состоянии составляет E_раб=550 г∙экв/м³(табл. 62).

Расчетная скорость фильтрования анионитовых фильтров I сту­пени определяется по формуле

                                     (173)

где h_a  — высота загрузки анионитовых фильтров I ступени, рав­ная 2,5 м;

  А  — содержание анионов сильных кислот в исходной воде (см. анализ воды), равное для данного примера: А=Cl^–+SО₄^2–= =2,37+14,63=17г∙экв/м³;

  T   — продолжительность работы каждого фильтра между реге­нерациями в ч, равная:

                                      

  n   — число регенераций за сутки, принимаемое равным 2—3;

  t₁   — продолжительность взрыхления анионита, равная 0,25 ч;

  t₂   — продолжительность пропуска через анионит регенераци­онного раствора щелочи, равная 1,5 ч;

  t₃   — продолжительность отмывки анионита после регенера­ции, равная 3 ч.

Тогда

                           

                

Площадь анионитовых фильтров I ступени

                                                                 (174)

Тогда

                                

Принимаем четыре рабочих фильтра и один резервный диамет­ром 3 м (см. табл. 58).

Общая площадь рабочих фильтров ∑F_AI=4∙7,1=28,4 м².

Для анионитовых фильтров II ступени расчетная величина об­менной способности

                                  E_расч=E_раб—0,5qC_SiO3^2–.                         (175)

264

Таблица 62

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 4570; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!