Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт - ИДО

Специальность - промышленная теплоэнергетика

Кафедра - ПГС и ПГУ

Контрольная работа

по дисциплине Водоподготовка

Подготовка воды для энерготехнологических процессов предприятий

Томск - 2012

Опишите технологию натрий-катионирования и характер изменения концентрации ионов кальция и магния в слое катионита при умягчении и регенерации

Водород-катионирование - это один из способов изменять ионный состав воды. Для этого обрабатываемая вода пропускается через фильтры, загруженные ионообменными материалами - ионитами. Просачиваясь между зернами ионита, вода обменивает часть ионов, растворенных в ней электролитов на эквивалентное количество ионов ионита, в результате чего изменяется ионный состав, как фильтруемой воды, так и самого ионита.

При Н-катионировании обменным катионом является катион водорода. Протекающие при этом процессы могут быть представлены следующими реакциями:

где R - условное обозначение высокомолекулярной (твердой) основы радикала катионита.

Из уравнения видно, что соли кальция, магния, натрия и других катионов, растворенных в воде, переходят в свободные кислоты, заменяясь катионом водорода. В этом и состоит основное назначение Н-катионирования.

В результате приведенных реакций общая жесткость воды снижается, а карбонатная жесткость полностью удаляется, вследствие чего происходит снижение солесодержания и устранение щелочности воды. При этом водород-катионированная вода становится кислой и непригодной для технологических целей. Поэтому на водоподготовительных установках процесс Н-катионирования применяется в сочетании с Na-катионированием и анионированием.

Поскольку обменная емкость ионита ограничена, при эксплуатации ионитных фильтров необходимо учитывать не только качество поступающей на них воды, но и качество фильтрата. Оно определяется технологическими нормами качества обработанной воды, и время отключения фильтров на регенерацию зависит от требуемой степени очистки воды, глубины умягчения и обессоливания. При умягчении воды (для подпитки тепловых сетей) Н-катионитные фильтры отключаются на регенерацию при появления проскока катионов Са²⁺ и Mg²⁺, т.е. при повышении жесткости фильтрата, а при химическом обессоливании (для подпитки контура питательной воды котлов) - при появлении проскока катионов Nа⁺, т.е. при снижении кислотности фильтрата.

Таким образом, технологическая схема регенерации с учетом необходимой скорости фильтрования и количества работающих фильтров без ухудшения качества фильтрата должна обеспечивать периодическое осуществление четырех операций:

1. Собственно ионирование воды.

2. Взрыхление ионита.

3. Регенерация ионита.

4. Отмывка ионита.

Схемы регенерации различны: противоточная, ступенчато-противоточная и др.

Какие факторы ограничивают возможность получения глубоко- обессоленной воды в процессе электродиализа

Электродиализ - процесс удаления из раствора ионизированных веществ, путем переноса их через мембраны в поле постоянного электрического тока.

В такой системе под действием электрического тока возникает направленное движение ионов растворенных солей, а также ионов Н⁺ и ОН^-, причем катионы движутся к катоду, а анионы - к аноду, пересекая на своем пути специальные ионные мембраны. В результате такого процесса происходит разделение воды на чистую, обессоленную, воду и, так называемый, рассол, обогащенный солями.

Таким образом, основная задача прямоточной электродиализной установки -очищение обрабатываемой воды от растворенных в ней солей (обессоливание) путем ионного обмена, но без использования при этом химических реагентов, что очень важно в связи с возрастающим значением защиты водоемов от сбросов различных промышленных примесей.

Важная сфера применения электродиализаторов на ТЭС - очистка засоленной воды от регенерации ионитных фильтров химводоочисток перед сбросом этой воды в поверхностные водоисточники.

Расчет водоподготовительной установки

Рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки 550 м3 /ч добавочной воды для питания котлов высокого давления (10 МПа и выше) со ступенчатым испарением и промывкой пара, и приготовления 730 м3/ч подпиточной воды для теплосетей с открытой системой теплоснабжения.

Таблица 1. Показатели качества исходной воды.

Расчет

Проведем проверку правильности анализа.

После обработки вода должна соответствовать требуемому качеству, а именно:

Ж_о = 0,01, мг-экв/л.

Щ = 0,5, мг-экв/л.

, мг-экв/л.

Сухой остаток обработанной воды С_ост с учетом изменения некоторых составляющих рассчитывается по формуле:

Начинаем расчет установки от конца технологического процесса обработки воды в целях более точного учета расхода обрабатываемой воды на собственные нужды установки и правильного определения нагрузки головного водоподготовительного оборудования.

Расчет натрий-катионитовых фильтров второй ступени

Вода, поступающая на эти фильтры в количестве 180 т/ч, должна иметь жесткость Ж_о = 0,035, мг-экв/л.

Допустимая скорость фильтрования составляет для Na-катионитовых фильтров второй ступени 30 - 60 м/ч.

Исходя из этого, определяется необходимая суммарная площадь фильтрования:

, м².

В данном случае из существующих стандартных фильтров достаточно установить два фильтра диаметром D = 2000 мм, площадью f = 3,14 м² и высотой слоя катионита Н = 1,5 м.

Определим скорость фильтрования:

, м/ч,

где - нормальная скорость фильтрования, Q - производительность установки, f - площадь фильтрования, а - количество фильтров.

, м/ч,

где - максимальная скорость фильтрования, Q - производительность установки, f - площадь фильтрования, а - количество фильтров.

Определим количество солей жесткости, удаляемых на фильтре второй ступени:

, г-экв/сут.

Принимаем в качестве катионита сульфоуголь с рабочей обменной емкостью катионита (Е_р) равной 300 мг-экв/м³.

Число регенераций каждого фильтра в сутки (n):

регенераций в сутки или 1 раз в 19 суток.

Расход 100%-ной поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется уравнением:

, кг,

где q_с - удельный расход соли на регенерацию, равный 300 г/г-экв.

Суточный расход технической соли на одну регенерацию фильтра определяется уравнением:

, кг/сут,

где 93 - содержание NaCl в технической соли, %.

Расход воды на одну регенерацию Na-катионитового фильтра складывается из:

,м³,

где i, t - интенсивность и длительность взрыхляющей промывки соответственно;

, м³;

, м³,

Расход воды на одну регенерацию:

Принимаем Q_с.н. = 60 м³.

Среднечасовой расход воды на собственные нужды натрий-катионитных фильтров второй ступени определяется в соответствии с выражением:

Расчет натрий- катионитных фильтров первой ступени

примесь вода коагуляция фильтрат

, м³/ч.

, мг-экв/л.

Скорость фильтрования опускается в пределах от 15 до 30 м/ч. Необходимая площадь фильтрования должна быть равна:

, м².

Из существующих стандартных фильтров выбираем фильтры с диаметром D=3000 мм, площадью фильтрования каждого f = 7,1 м² с высотой сульфоугля Н = 1,8 м. Принимаем их к установке с таким расчетом, чтобы в наихудшем случае один из них, был в полезной работе, один - на регенерации и один, не загруженный сульфоуглем, служил для гидроперегрузки угля и замены катионитного фильтра, выключаемого на ремонт или ревизию. Таким образом, нормально будут работать два фильтра со средней скоростью фильтрования м/ч и только на периоды регенерации будет оставаться в работе один фильтр со средней скоростью фильтрования , м/ч.

Рабочая обменная емкость сульфоугля определяется выражением

, мг-экв/м³.

Число регенераций каждого фильтра равно

Расход 100%-ной поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется уравнением:

, кг

, кг/сут.

Расход воды на взрыхляющую промывку фильтра равен

, м³.

Расход воды на приготовление регенерационного раствора рассчитывается согласно выражению:

, м³,

Расход воды на отмывку катионит определяется по формуле

, м³.

Тогда расход воды на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра составит

, м³.

Среднечасовой расход воды на собственные нужды натрий-катионитных фильтров равен

, м³/ч.

Расчет механических (антрацитных фильтров)

Полезная среднечасовая нагрузка механических фильтров с учетом расхода осветленной воды на регенерации основных и вторичных натрий-катионитных фильтров будет равна

, м³/ч.

Скорость фильтрования через механические фильтры, если они стоят после осветлительных, составляет 10-12, м/ч. Необходимая площадь фильтрования должна быть равна:

, м².

Из имеющихся стандартных фильтров принимаем к установке фильтры с диаметром D=3000 мм, площадью фильтрования каждого f = 6,95 м² в количестве 5 штук, из которых четыре, загруженные антрацитом, будут находиться в работе, а пятый будет служить для гидроперегрузки антрацита и подключения в работу, когда один из первых четырех фильтров выключится на ремонт или ревизию.

Нормальная скорость фильтрования составит , м/ч, а в периоды промывки одного из них , м/ч.

Выбираем интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, равную i = 12 л/с*м², продолжительность взрыхляющей промывки фильтров составит t = 20 мин.

При такой длительности каждая промывка фильтра потребует следующего количества осветленной воды:

, м³.

Суточный расход промывочной воды при двух ежесуточных промывках каждого из четырех работающих фильтров будет равен:

, м³.

Расчет устройства для частичной нейтрализации щелочности серной кислоты

Смеситель известкованно-обескремненной воды с раствором серной кислоты должен быть включен в трубопровод, идущий от механических фильтров к основным натрий-катионитовым фильтрам. Следовательно, нейтрализации будет подвергаться 220 м³ осветленной воды.

Емкость смесителя достаточна в размере, обеспечивающем пребывание в нем нейтрализуемой воды в течение 0,25 мин., и составляет:

, м³.

В работе установки предусматривается дополнительное снижение щелочности осветленной воды на 0,3 мг-экв/л. Значит, суточный расход 100%-ной серной кислоты будет равен:

, кг

Суточный расход технической 75%-ной серной кислоты с уельным расходом 1,67 составит:

, кг или

, л.

Расчет осветлителей для коагуляции и известкования воды

1. Белан Ф.И. Водоподготовка. - М.: Ленинград, 1980.

2. Вихрев В.Ф., Шкроб М.С. Водоподготовка. - М.: Энергия, 1973.

3. Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. - М.: Энергия, 1976

4. Любимова Л.Л. «Инженерные расчёты в водоподготовке: учебное пособие» - Томск: изд. ТПУ, 2001.

Размещено на Allbest.ru