Умягчение воды методом ионного обмена (12659)

Посмотреть архив целиком





Петербургский Государственный Университет

Путей и Сообщения.





Кафедра “Водоснабжение и водоотведение”




КУРСОВОЙ ПРОЕКТ:


Умягчение воды методом ионного обмена”





Студент: Перельзон И. Б.

Преподователь: Постнова Е. В.








2000






Введение.


На железнодорожном транспорте имеются предприятия, для работы которых требуется вода с малой жесткостью.

Известно, что жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Использование жесткой воды приводит к образованию накипи на внутренней поверхности котлов и теплообменных аппаратов, что снижает эффективность их работы.

В настоящее время один из наиболее распространенных способов умягчения воды является метод ионного обмена. Снижение жесткости воды ионным обменом основано на способности определенных или некоторых искусственных материалов (катионитов) которые имеют в своем составе обменные ионы Na+, Н+. Способные обмениваться на ионы Са2+, Мg2+. Реакция обмена:

2 Na [Кат.] + Ca (HCO3)2  Ca [Кат.] + 2 NaHCO3


2 H [Кат.] + MgCl2  Mg [Кат.]2 + 2 HCl


К катионитам относятся глауконитовый песок, гумусовые угли, сульфоуголь, искусственные смолы (КУ-1, КУ-2).

В процессе фильтрации воды через катиноитную загрузку ее обменная способность уменьшается, поэтому необходимо периодически регенерировать (восстанавливать фильтрирующий материал). Реакции регенерации:


Ca [Кат.]2 + 2 NaCl  2 Na [Кат.] + CaCl2

Na – катионидные фильтры регенерируются раствором NaCl


Mg [Кат.]2 + H2SO4 = 2 H [Кат.] + MgSO4

Н – катионидные фильтры регенерируются раствором серной кислоты – Н2SO4.

Для реализации представленных химических процессов устраивают специальное сооружение – станцию умягчения воды.

Целью курсового проекта является расчет основного технологического оборудования – Н-Na- катионитных фильтров и вспомогательного оборудования - кислотное хозяйство, солевое, дегазатор для удаления газов – СО2.



1. Предварительная обработка исходных данных.

Проверка данных химического анализа воды производится путем сопоставления суммы катионов: Ca+2, Mg+2, Na+, К+ с суммой анионов: Cl-, SO4-2, НСО3-:

(1). К = [Ca+2] + [Mg+2] + [Na+] + [K+] = 4.0 + 2.4 + 0.9 = 7.3 мг-экв/л


(2). А = [HCO3-] + [Cl-] + [SO4-2] = 5.1 + 0.7 + 1.5 = 7.3 мг-экв/л


Вывод: Сумма катионов равна сумме анионов, следовательно, данные химического анализа воды верны.

1.1. Определяется общая жесткость исходной воды.

Жо = [Ca+2] + [Mg+2] = 4.0 + 2.4 = 6.4 мг-экв/л (3).

1.2. Определяется карбонатная жесткость исходной воды.

Жк = [HCO3-] = 5.1 мг-экв/л (4).

1.3. Определяется щелочность исходной воды.

Що = Жк = 5.1 мг-экв/л (5).

1.4. Определяется не карбонатная жесткость.

Жнк = Жо – Жк = 6.4 – 5.1 = 1.3 мг-экв/л (6).

2. Выбор и обоснование принципиальной схемы умягчения воды.


Умягчение воды методом ионного обмена может осуществлять: параллельным катионированием, последовательным катионированием, совместным H-Na-катионированием.

Выбор схемы умягчения воды осуществляется на основании сопоставления данных химического анализа исходной воды.

Параллельное H-Na-катионирование применяется при условии:


Жк / Жо  0,5 5.1 / 6.4 = 0.79  0.5 +

Жнк  3.5 мг-экв/л Жнк = 1.3  3.5 мг-экв/л +

SO4-2 + Cl-  3 … 4 мг-экв/л 1.5 + 0.7 = 2.2  3 мг-экв/л +

Na+ + K+  1 …2 мг-экв/л 0.9  2 мг-экв/л +



Последовательное H-Na-катионирование применяется при условии:


Жк / Жо  0.5 5.1 / 6.4 = 0.79 > 0.5 -


Жнк  3.5 мг-экв/л Жнк = 1.3  3,5 мг-экв/л -


SO4-2 + Cl-  3 … 4 мг-экв/л 1.5 + 0.7 = 2.2  3 мг-экв/л -


Na+ + K+ не лимитируются -


На основании полученных результатов принимается параллельная схема H-Na-катионирования.


Техническая схема параллельного H-Na-катионирования:


H (Кат)


Дегазатор





Na (Кат)







3. Расчет основного технологического оборудования станции умягчения воды



К основному технологическому оборудованию станции умягчения

Воды Н-Na-катионитные фильтры.

Расчет ведется на основании нормативной литературы.















3.1. Определяется соотношение расходов воды подаваемой на Н-Na-катионитные фильтры.


При параллельной схеме Н-Na-катионирования расчет ведется согласно [1,прил.7,п.25]:


Определяется расход воды подаваемой на Н-катионитные фильтры.


qHпол.= qпол.( Щоу ) / ( А+Що ) м3/час (7)


где qпол.- полезная производительность Н-Na-катионитных фильтров,


qпол.= Qсут. / 24=1100/24=45.8 м3/час,


Що- щелочность исходной воды,

Що=5.1 гр-экв/м3,

Щу- щелочность умягченной воды,

А- сумма концентраций анионов,

А= 7.3 гр-экв/м3,


qHпол.= 45.8*( 5.1-0.35 ) / ( 7.3+5.1 ) = 17.5 м3/час


Определяется расход воды на Na-катионитные фильтры:

qNaпол.= qпол.- qHпол. м3/час (8)

qNaпол.= 45.8 - 17.5 = 28.3 м3/час



3.2. Выбирается катионит для загрузки фильтров по [6]:


Принимается сульфауголь мелкий 1 сорта с техническими характеристиками:

Внешний вид катионита – черные зерна неправильной формы.

Диаметр зерен катионита – 0.25…0.7 мм.

Полная обменная способность - Еполн. = 570 экв/м3






3.3. Определяется объем катионита в Н-Na-катионитных фильтрах.


Объем катионита в Н- катионитных фильтрах, вычисляется

по [1,прил.7,п.26]:


WH = 24*qHпол.оNa)/(nHp*EHраб.) м3 (9)


где СNa- концентрация в исходной воде,

СNa=0.9 гр-экв/м3 ,

nHp- число регенераций каждого Н-катионитного фильтра в сутки,

принимается по [1,прил.7,п.14]: от 1…2.

nHp=2,

EHраб.- рабочая обменная емкость Н-катионита, вычисляется по

Формуле [1,прил.7,п.27]:


EHраб.= н* Еполн. – 0.5*qуд.к гр-экв/м3 (10)


Где н- коэффициент эффективности регенерации Н-катионитных

фильтров, принимается по [1,прил.7,п.27,табл.4]:

При удельном расходе Н2SO4 на регенерацию 100 гр./гр.-экв.

н=0.85,

qуд.- удельный расход воды на отмывку 1 м3 катионита (для сульфо-

угля принимается 4 м3),

qуд.=4 м3,

Ск – общее содержание в воде катионидов,

Ск =7.3 гр-экв/м3 ,

EHраб.= 0.85*570 – 0.5*4*7.3 = 469.9 гр-экв/м3,


WH = 24*17.5(6.4+0.9)/(2*469.9) = 3.6 м3,


Объем катионита в Na-катионитных фильтрах вычисляется по

формуле [1,прил.7,п.26]:


WNa = 24*qNaпол.о* nNap)*ENaраб. м3 (11)



Где nNap- число регенераций каждого Na-кат. фильтра в сутки


принимается согласно [1,прил.7,п.14] от 1…3.

nNap=2,

ENaраб.- рабочая обменная емкость Na-катионит. фильтра

вычисляется по [1,прил.7,п.15]:

ENaраб.= Na*Na*Еполн. – 0.5*qуд.о гр-экв/м3 (12)


Где Na коэффициент эффективности регенерации Na-катион.

фильтров принимается при удельно расходе поваренной соли

NaCl 100 гр./гр.-экв. Na=0.62

Na- коэфф. Учитывающий снижение обменной емкости,

принимается [1,прил.7,п.15,табл.2] из соотношения:


СNa / Жо= 0.1 Na= 0.83


ENaраб.= 0.62*0.83*570 – 0.5*4*6.4 = 293.3-12.8 гр-экв/м3,


WNa = 24*28.3(6.4/2)*280.5=7.7 м3.






3.4. Определяется площадь H-Na-кат. фильтров.


Площадь Н-кат. фильтров опред. по [1,прил.7,п.16]:


Fн = Wн/Hк, м2 (13)


где Hк- высота слоя катионита в фильтрах,

Площадь Na-кат. фильтров определяется по [1,прил.7,п.16]:


FNa = WNa/Hк, м2 (14)







Технические характеристики H-Na-кат. фильтров приведены в таблице:



Диаметр

Фильтра,

Мм.

Высота кати-

онита,

Нк, м.

Основные Размеры

Вес,

т.

Строительная

Высота

Диаметр прово-дящего патрубка

Н-катионитные фильтры.

700

1800

3200

40

1.7

700

2000

3200

40

2.1

1000

2000

3600

50

5.3

1500

2000

3950

80

10

2000

2500

4870

125

15

Na-катионитные фильтры.

1000

2000

3597

50

5

1500

2000

3924

80

10

2000

2500

4870

125

15



Fн = Wн/Hк = 3.6/2 = 1.7 м2


Площадь одного Н-катион. фильтра:


fн = (d2)/4 = 0.785 м2 ,


Количество рабочих Н-катион. фильтров:


Fн/ fн = 1.7/0.785 = 2 шт.


Принимается 2 рабочих Н-катионид. фильтра.


FNa = WNa/Hк = 7.7/2 = 3.85 м2







Площадь одного Na-катион. фильтра:


fн = (d2)/4 = 1.76 м2


Количество рабочих Na-катион. фильтров:


FNa/ f Na= 3.85/1.76 = 2 шт.


Принимается 2 рабочих Na-катионид. фильтра.




3.5. Определяется скорость фильтрования воды через

катионитные фильтры при нормальном режиме

работы (работают все рабочие фильтры).


Для Н-катионит. фильтров:


Vнор. = qHпол./( fн*nн) м/ч (15)


Где fн- площадь одного Н- кат. фильтра,

nн- количество рабочих Н-кат. фильтров.


Vнор. = 17.5/(0.785*2) = 11 м/ч


Для Na-катионит. фильтров:


Vнор. = qNaпол./( fNa*nNa) м/ч (16)


Vнор. = 28.3/(1.76*2) = 8 м/ч


Скорость фильтрования воды через катионит при нормальном режиме,

не должна превышать при общей жесткости воды до 10 гр-экв/м3 (6.4),

скорость не должна превышать 15 м/ч < 15 м/ч.








3.6. Определяется скорость фильтрования воды через катионит при формированном режиме

(один рабочий фильтр отключен на

регенерацию).



VHфорс.= qHпол./fH*(nH-1), м/ч (17)


VHфорс.= 17.5/0.785*(2-1) = 22.3 м/ч



VNaфорс.= qNaпол./fNa*(nNa-1), м/ч (18)


VNaфорс.= 28.3/1.76*(2-1) = 16 м/ч


При форсированном режиме допускаетс увеличение скорости фильтрования на 10 м/час по сравнению с вышеуказанной.



4. Расчет вспомогательного оборудования станции умягчения воды.


Восстановление обменной способности, т.е. регенерации

кат. фильтров осуществляется путем вытеснения из ка-

тионита ионов Ca2+ , Mg2+ ионнами H+ , Na+ .


Для реализации указанного процесса требуется устройство

вспомогательного оборудования.



К вспомогательному оборудованию относятся:


1). Кислотное хоз-во.

2). Солевое зоз-во.

3). Насосы и аппараты для подачи воды и регенерирующих растворов

на фильтры.




4.1. Серное хоз-во для хранения, приготовления и перекачки раствора H2SO4.


Кислотное хоз-во включает:


1). Цистерны для хранения кислоты.

2). Бак мерник конц. серной кислоты.

3). Бак для регенерационного раствора.


Случайные файлы

Файл
46804.rtf
30267.rtf
68961.rtf
128178.doc
71130.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.