Очистка промышленного водоснабжения от примесей, минеральных и органических соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка промышленного водоснабжения от примесей, минеральных и органических соединений

Введение

очистка водоснабжение коагулянт

Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов, поэтому обеспечение водой промышленных предприятий в заданных количествах и заданного качества, при соблюдении требований технологии и надёжности является важнейшей задачей системы водоснабжения.

Требования к качеству сводятся к следующему: вода не должна оказывать отрицательного влияния на качества выпускаемого продукта; не должна вызывать образование солевых отложений, биологических обрастаний и коррозии арматуры, трубопроводов и сооружений; должна обеспечивать необходимое санитарно-гигиеническое состояние рабочих мест. Каждая отрасль промышленности предъявляет свои требования к качеству используемой воды. Для систем производственного водоснабжения в основном используется свежая вода из источника водоснабжения, при необходимости подвергаемая очистке на водопроводных очистных сооружениях.

В данном курсовом проекте необходимо запроектировать станцию умягчения воды.

Требования водопотребителя	Измерение
Содержание СО2	5 мг/л
рН	7,4
Солесодержание	15 мг/л

Возможны следующие основные схемы умягчения и обессоливания воды:

1) П-И-О-МФ-(--Н-Na)-Na2-Д

2) П-ИС-О-МФ-К--Na1-Na2-Д

3) П-Al-О-МФ-(||Н-Na)-Na2-Д

4) П-Al-О-МФ-Н1 -Д-OH1-H2-OH2

Где:

П- подагреватель

И- известковое умягчение

ИС- известково-содовое умягчение

Al- коагулирование серно-кислым алюминием

О- осветлитель

МФ- механический фильтр

К- подкисление HSO₄

(--H-Na)- последовательное Н-Na ионирование

(||Н-Na) - последовательное Н-Na ионирование

Na1, Na2 - Na-катионирование 1-ой и 2-ой ступени

Н1, Н2 - Н-катионирование 1-ой и 2-ой ступени

ОН1, ОН2 - ОН-анионирование 1-ой и 2-ой ступени

Д- дегазатор

1.Расчет изменения химического состава воды в процессе ее обработки

Показатели исходной воды:

= 70 мг/л

= 25 мг/л

= 200 мг/л

= 102 мг/л

= 60 мг/л

Перерасчет показателей качества воды и построение диаграммы гипотетического состава исходной воды.

Са²⁺ = Са²⁺/20=70/20=3,5 мг-экв/л

Щ=Жк=НСО^- _{3 О}=НСО^-₃/61=200/61= 3,28 мг-экв/л

Mg²⁺=25/12,2=2,05 мг-экв/л

SO₄^2-=102/48=2,13 мг-экв/л

Cl^-=60/35,5=1,69 мг-экв/л

Ж_об=Са²⁺ + Mg²⁺=3,5+2,05=5,55 мг-экв/л

Na⁺ + K⁺= 3,28+2,13+1,69-3,5-2,05= 1,55 мг-экв/л

Определяем солесодержание:

мг/л

мг/л

Определяем содержание в воде:

, где

 - const ионизации угольной кислоты, зависит от температуры воды;

- коэф. активности одновалентного иона, зависит от солесодержания.

мг-экв/л

Обработка воды коагулянтом-сульфатом алюминия

г/м³

г - экв/м³



Расчет Н-катионитовых фильтров

Остаточная жесткость после Н - кат. фильтров определяется:

,

где

- коэф. эффективности регенерации, зависимая от удел. расхода H₂SO₄,(50 - 70 г/г - экв).

мг - экв/л

При ионном обмене на Н - кат. фильтрах помимо ионов Ж в реакцию обмена вступают Na и K, в результате чего их концентрация уменьшаются.

Содержание ионов Na и K после фильтров определяется:

, где

= 7,1

мг - экв/л

Содержание CO₂ в воде после фильтров:

мг - экв/л

Конц. ионов H⁺ после взаимодействия с HCO₃^- определяется:

мг - экв/л

Конц. хлоридов и сульфатов после обработки на Н - кат. фильтрах не изменяется.

Расчет обработки воды на дегазаторе

После H - катионитовых фильтров вода направляется на дегазатор.

Определяем количество СО₂, которое нужно удалить:

мг/л

мг/л => мг - экв/л

мг/л

Ионный состав воды в дегазаторе не изменяется. Построим диаграмму после дегазатора

Расчет изменения состава воды после обработки на OH - анионитовых фильтрах.

На OH - анион. фильтрах во взаимодействие вступают анионы сульфатов и хлоридов, заменяясь при этом гидрат ионами. Остаточная концентрация сульфатов и хлоридов определяется по следующему правилу: Если остаточная жесткость + (), после H - фильтров, больше хлоридов, то определяется по формуле:

Если жесткость остаточная +(), после H - фильтров, меньше конц. хлоридов, то:

В моем случае, остаточная жесткость + (), после H - фильтров, меньше конц. хлоридов =>

Конц. гидрат ионов после OH - фильтров равна конц. ионов водорода. Гидрат ионы вступают во взаимодействие с Н⁺ и получается следующая диаграмма:

Определяем солесодержание после Н - ОН - фильтров:

мг/л

Так как солесодержание после Н - ОН - фильтров меньше солесодержания по заданию, то 2 - ой ступени обессоливания не требуется.

2.Расчет сооружений промышленного водоснабжения

Ввиду того, что трудно назначить расход поступающий в голову сооружения так, чтобы каждый этап водоподготовки точно заданный полезный расход, расчет сооружений проводится с конца технологической схемы.

Расчет ОH- фильтров

Тип выбранного ионно-обменного материала и его крупность выбираем по таблице П.13.4. справочника

Выбираю анионит АН-31 размером зерен 0,4-2мм.

Определяем рабочую обменную емкость ионно-обменного материала.

Е_р=б*в*Е_полн - ц*q_уд*?_и.о.

где, б- коэффициент эффективности регенерации ионно-обменного фильтра (для ОН фильтров I ступени=0,85);

в-коэффициент, учитывающий противоионный эффект. Принимается только для Na фильтров и зависит от Na²/Ж, где Na,Ж - концентрации, поступающие на ионно-обменный фильтр.

Е_полн.- полная ионно-обменная емкость анионита (1500г-экв/м³)

ц-коэффициент, учитывающий неполноту ионного обмена в отмывочной воде (для ОН фильтров ц=0,8).

q_уд- удельный расход отмывочной воды, принимаем по таблице 1.15 справочника (10м³/м³)

?_и.о.-суммарная концентрация задерживаемых ионов в отмывочной воде (для ОН фильтров ?_и.о.=SO₄^2-+Cl^-=2,36+1,69=4,05 мг/л)

Е_р=0,85*1500 - 0,8*10*4,05=1242,6 г-экв/м³

Скорость фильтрования в нормальном режиме.

где: Н-высота слоя загрузки (по справочнику принимаем 2м)

Т - продолжительность фильтроцикла (36 часов)

К'-эмпирический коэффициент( для ОН фильтров 0,03)

d-размер зерен загрузки.

м/ч

Необходимая площадь фильтров:

F_общ=Q/V_н ,

где : Q-полезная производительность станции;

F_общ. =18/23,7= 0,76 м²

Подбираем тип и количество стандартных фильтров выпускаемых промышленностью.

Принимаем фильтры ФИПа-1-1, 2 рабочих, 1 резервный. Площадь одного фильтра= 0,785м²

Общая площадь принятых стандартных фильтров.

F' _общ=n_раб.*F_1-го=2*0,785=1,57м²

Действительная скорость фильтрования.

V=Q/F'_общ=18/1,57=11,46м³/ч

Скорость фильтрования в форсированном режиме.

V_ф=Q/(F^1-го*(n_раб-1))=18/(0,785*(2-1)=11,46 м³/ч

Объем загрузки необходимый для засыпки фильтров.

W_з=F_1-го*h_слоя=0,785*2=1,57м³

Число регенераций в сутки.

m===1

Расход воды на взрыхление.

q_взр.= щ_вз*F_1-го=3*0,785=2,36 л/с

щ_вз- интенсивность взрыхления (по справочнику 3л/(с*м²))

Продолжительность взрыхления принимаем 12 минут.

Объем воды на взрыхление 1-го фильтра.

W_вз=q_вз*t_вз*60/1000= 2,36 *12*60/1000=1,7 м³/с

Задаемся крепостью регенерационного раствора и определяем его плотность.

с_р-ра=1,040 г/см³=1040 кг/м³

Определяем количество 100% регенерационного раствора.

g=,

где г-удельный расход реагента на регенерацию (при б_э=0,85 - г=60 г/экв).

g=кг

Объем регенерационного раствора идущего на регенерацию одного фильтра.

W_р-р=

где С берем по справочнику 4%

W_р-р=м³

Задаемся скоростью пропускания регенерационного раствора. V_р-р=4 м/ч

Продолжительность пропускания регенерационного раствора.

t_р-ра= = =54 мин

Задаемся скоростью пропускания отмывочной воды. V_отмыв=10 м/ч

Объем воды на одну отмывку одного фильтра.

W_отмыв=q_уд*F_1-го*H=10*0,785*2=15,7 м³/с

Продолжительность отмывки.

t_отмыв= = = 120 мин

Общая продолжительность регенерации 1-го фильтра.

t=t_взр+t_р-ра+t_отмыв=12+54+120=186 мин

Емкость бака для хранения взрыхляющей воды.

W_бака=2W_взр =2*1,7=3,4 м³/с

Расход воды который должен поступать на ионно-обменные фильтры из предыдущей ступени очистки.

Q_пред=Q+=18 +=19,31м³

Расчет дегазатора

Выписываем концентрации углекислого газа на входе и выходе из дегазатора.

С_вх=140мг/л;

С_вых=5 мг/л

Задаемся крепостью орошения поверхности дегазаторной колонки.

П=55 м³/ч*м²

Определяем равновесную концентрацию CO₂ на выходе из дегазатора.

С_р.вых.=б*Р_о/Р_атм= 1,32*100/101,325=1,3 г/м³

б- коэффициент адсорбции;

Р_атм- парциальное давление воздуха, 101,325Па;

Р₀- парциальное давление углекислого газа в атмосферном воздухе, 100Па.

Определяется парциальное давление выделившегося газа.

,

где q- расход воды, подаваемой в дегазатор;

Q_в- расход воздуха, подаваемого в дегазатор (15-20)q;

R- универсальная газовая постоянная (8,31);

T- температура воды в Кельвинах.

Определяется равновесная концентрация СО₂ на входе в противоточный дегазатор.



Движущая сила десорбции.

Определяем площадь поверхности насадки (площадь поверхности конических колец)

К- коэффициент десорбции (0,51)

Определяем площадь поперечного сечения насадки.

м²

Объем насадки из колец Рашега размером 25х25х3.

W=F/F_уд., где F_уд=204 м²/м³; W=0,28м³

Определим диаметр дегазатора.

Высота насадки.

Н=W/f=0,28/0,33=0,85м

потери напора воздуха в дегазаторе.

H=250+300 H=504 Па

По найденной потере напора и по расходу воздуха подбираем Роторную воздуходувку ВР-3. Воздуходувки серии ВР-3 с ременной передачей производительность до 8,75 м3/мин (до 525 м3/час) давление до 1,05 Бар

Расчет H- фильтров

Тип выбранного ионно-обменного материала и его крупность выбираем по приложению 7 методических указаний.

Выбираю катионит КУ 2-8 размером зерен 0,315-1,25мм.

Определяем рабочую обменную емкость ионно-обменного материала.

Е_р=б*в*Е_полн - ц*q_уд*?_и.о.

где, б- коэффициент эффективности регенерации ионно-обменного фильтра (для Н фильтров I ступени=0,68);

в-коэффициент, учитывающий противоионный эффект. Принимается только для Na фильтров и зависит от Na²/Ж, где Na,Ж - концентрации, поступающие на ионно-обменный фильтр.

Е_полн.- полная ионно-обменная емкость анионита (1700г-экв/м³)

ц-коэффициент, учитывающий неполноту ионного обмена в отмывочной воде (для Н фильтров ц=0,5).

q_уд- удельный расход отмывочной воды, принимаем по таблице 1.15 справочника (6,5м³/м³)

?_и.о.-суммарная концентрация задерживаемых ионов в отмывочной воде (для Н фильтров ?_и.о.=Ca²⁺+Mg²⁺+(Na⁺+K⁺)=3,5+2,05+1,55=7,1 мг/л)

Е_р=0,68*1700 - 0,5*6,5*7,1=1133 г-экв/м³

Скорость фильтрования в нормальном режиме



где: Н-высота слоя загрузки (по справочнику принимаем 2,5м)

Т - продолжительность фильтроцикла (24 часов)

К'- эмпирический коэффициент( для Н фильтров 0,025)

d- размер зерен загрузки.

= 15 м/ч

Необходимая площадь фильтров:

F_общ=Q/V_н , где :

Q-полезная производительность станции;

F_общ. =18/15= 1,2 м²

Подбираем тип и количество стандартных фильтров выпускаемых промышленностью

Принимаем фильтры ФИПа-1-1, 2 рабочих, 1 резервный. Площадь одного фильтра= 0,785м²

Общая площадь принятых стандартных фильтров

F' _общ=n_раб.*F_1-го=2*0,785=1,57 м²

Действительная скорость фильтрования

V=Q/F'_общ=18/1,57=11,5м³/ч

Скорость фильтрования в форсированном режиме.

V_ф=Q/(F^1-го*(n_раб-1))=18/(0,785*(2-1)=22,9 м³/ч

Объем загрузки необходимый для засыпки фильтров.

W_з=F_1-го*h_слоя=0,785*2,5=1,96м³

Число регенераций в сутки.

m===2

Расход воды на взрыхление.

q_взр.= щ_вз*F_1-го=5*0,785=3,925

щ_вз- интенсивность взрыхления (по справочнику 5л/(с*м²))

Продолжительность взрыхления принимаем 12 минут.

Объем воды на взрыхление 1-го фильтра.

W_вз=q_вз*t_вз*60/1000= 3,925 *12*60/1000=2,83 м³

Задаемся крепостью регенерационного раствора и определяем его плотность.

с_р-ра=1,004 г/см³=1004 кг/м³

Определяем количество 100% регенерационного раствора.

g=,

где г-удельный расход реагента на регенерацию (при б_э=0,68 - г=50 г/экв).

g= кг

Объем регенерационного раствора идущего на регенерацию одного фильтра.

W_р-р=

где С берем по справочнику 1,5%

W_р-р= м³

Задаемся скоростью пропускания регенерационного раствора. V_р-р=10 м/ч

Продолжительность пропускания регенерационного раствора.

t_р-ра= = =57мин

Задаемся скоростью пропускания отмывочной воды. V_отмыв=10 м/ч

Объем воды на одну отмывку одного фильтра .

W_отмыв=q_уд*F_1-го*H=10*0,785*2,5=19,6 м³/с

Продолжительность отмывки.

t_отмыв= = = 150 мин

Общая продолжительность регенерации 1-го фильтра.

t=t_взр+t_р-ра+t_отмыв=12+57+150=219мин

бака для хранения взрыхляющей воды.

W_бака=2W_взр =2*2,83=5,66 м³/с

Расход воды который должен поступать на ионно-обменные фильтры из предыдущей ступени очистки.

Q_пред=Q+=18 +=19,63 м³

Расчет механического фильтра

Выбираем тип фильтрующего материала и размер зерен:

Материал: с загрузкой антрацитом

Диаметр (d): 1 мм

Задаемся скоростью фильтрования в нормальном режиме: V_н = 5 м/ч

Определяем необходимую площадь фильтров:

м²

После этого необходимо подобрать тип и кол - во стандартных фильтров, выпускаемых промышленностью:

Модель: ФОВ 1,4-0,6

n раб. фильтров = 3 + 1 резервный.

Площадь одного фильтра () = 1,5 м²

Определяем общую площадь фильтров:

м²

Определяем скорость фильтрования в нормальном режиме:

м/ч

Определяем скорость фильтрования в форсированном режиме:

м/ч

Задаемся интенсивностью промывки: л/с*м²

Продолжительность промывки МФ принимаем 5 - 7 мин.

Определяем расход воды на промывку фильтра

л/с

Определяем объем воды на одну промывку:

м³

Определяем объем бака для хранения промывной воды:

м³

Задаемся конц. в/в после осветлителя: С_ос = 10 мг/л

Задаемся грязеёмкостью загрузки фильтра: Г = 1,5 кг/м²

Определяем кол - во промывок в сутки:

раз/сут

Определяем расход воды, который должен поступать на механические фильтры из предыдущей ступени очистки:

,

где

- число рабочих фильтров;

- число регенераций в сутки.

м³/ч

Расчет осветлителя со слоем взвешенного осадка.

Определяем количество воды, теряемой при сбросе осадков из осветлителей:

, где

- коэф. разбавления осадка (1,2 - 1,5);

- мутность воды, поступающая в осветлитель (80 мг/л);

- остаточное содержание взвешенных веществ после осветлителя (8 - 12мг/л).

- средняя концентрация взвешенных веществ в осадкоуплотнителе в зависимости от М и времени уплотнения (24000 мг/л).

В действительности, при обработке воды в осветлителе с исх. мутностью менее 100 мг/л, невозможно отрегулировать технологический режим работы осветлителя. Принимать осветлитель не целесообразно.

Определяем площадь зоны осветления:

,

где

- коэф. распределения (0,8);

- скорость движения воды в осветлители (0,8 - 1,2 мм/с).

м³/ч

м²

Определяем диаметр зоны осветления:

м

Определяем диаметр шламоуплотнителя:

,

где

- скорость движения воды шламоуплотнителе (0,8 - 0,9 мм/с).

м

Определяем диаметр подводящей трубы:

,

где

- скорость воды в трубопроводе (500 - 1000 мм/с).

м

Определяем площадь кольцевой рабочей зоны:

,

где

- скорость в раб. зоне (4 - 6 мм/с).

м²

Определяем диаметр цилиндрической части осветлителя:

м

Определяем общую площадь шламонакопительных окон:

 м²

V₆=10мм/с

Число и размеры шламоприемных окон:

n - количество от 17 штук

h - высота окон 0,12

b - ширина окон

b = = 1,1 м

Определяем диаметр шламоотводящей трубы с окнами:

м

- 15 мм/с

Определяем диаметр шламоотводящей трубы без окон:

м

- 25 мм/с

Определяем диаметр кольцевой водосборной трубы в шламоуплотнителе

 м

- 150 мм/с

Определяем общую площадь отверстий в водосборной трубе

м²

= 300 мм/с

Диаметр и количество отверстий в водосборной трубе шламоуплотнителя

d₁₀ = 35 мм

шт

Определяем диаметр трубы отводящей воду из шламоуплотнителя:

м

= 300 мм/с

Определяем суммарную площадь отверстий в верхнем дырчатом днище:

 м²

Определяем диаметр отверстия в дырчатом днище:

м

Определяем число отверстий:

шт

Определяем шаг отверстий:

м

Определяем площадь сечения водосборного желоба:

м²

Определяем полезную высоту желоба:

м

Определяем ширину желоба:

 м

Определяем число отверстий в стенках желоба:

шт

Определяем диаметр отверстий сопел:

м

Расчет подогревателя

Задаемся температурой входящей и выходящей воды: t_вх = 5⁰С ;

t_вых = 30 - 40⁰С.

Задаемся температурой греющей воды и возвратной воды: t_гр = 100 - 110⁰С ;

t_возвр = не менее 70⁰С.

Определяем расчетный расход тепла для работы водонагревателя:

, где

- плотность воды (1000 кг/м³);

- удельная теплоемкость (1 ккал/кг*ч).

Определяем расчетный расход греющей воды:

 м³/ч

Определяем большую и меньшую разности температур:

Определяем среднелогарифмитический температурный напор:

Если ,то определяем по формуле:

Определяем расчетную площадь поверхности водонагревателя:

,

где

- коэф. теплопередачи (1500).

м²

3.Расчет сооружений реагентного хозяйства

Расчет непрерывно дозируемых реагентов.

Определяем суточный расход 100% - ного реагента:

, где

 - доза вводимого реагента (30).

кг

Определяем площадь хранения(сухое) реагентов:

, где

- время хранения (15 - 30 сут);

- содержание акт. вещества в товарном продукте (30 - 45 %);

- объемный вес сухого реагента;

- высота слоя реагента на складе (0,5 - 1,5 м).

м²

Определяем объем бака для растворения коагулянта:

, где

- конц. насыщенного р - ра (40 - 50 %);

м³

Для перекачки р - ра коагулянта в расходный бак подбираем насос:

Модель: ХЦМ - 1 - 10

Определяем объем расходного бака:

м³

По полученному объему подбираются геометрические размеры расходного бака. Высота столба жидкости не менее 1,5 м => B = 0,4 м ; L = 0,35 м. Растворение реагентов и перемешивание раствора в баке осуществляется при помощи воздуходувок.

Определяем кол - во воздуха, необходимого для растворения:

,

где

- площадь бака;

- интенсивность подачи воздуха (для расходного бака = 3 - 5 л*сек/м² ; для растворного = 8 л*сек/м²).

м³/ч

м³/ч

м³/ч

Так в промышленности не выпускаются воздуходувки с таким малым расходом воздуха, применяем компрессор.

Определяем расход дозируемого реагента:

м³/ч

Подбираем насос дозатор:

GRUNDFOS:

Наименование: DDA

4.Расчет реагентов для подачи на регенерацию ионообменных фильтров

Н - катионитовые фильтры

Определяем расход 100% реагента на 1 - ну регенерацию 1 - го фильтра:

,

где

W_з - объем загрузки одного фильтра , W_з =Н_з·f_ст = 2 · 0,785 = 1,57 м³ .

Е_р - рабочая обменная емкость, Ер = 1133 г· экв/ м³

- удельный расход реагента на регенерацию ионообменного фильтра.

кг

Определяем суточный расход 100% в целом по станции:

т

m- количество регенераций каждого фильтра, m =1

n- число рабочих фильтров. ( n= 2 шт)

Определяем суточный расход технического реагента:

, где

С - содержание акт. продукта в техническом реагенте (72 - 94 %).

т

Определяем объем баков для хранения серной кислоты:

,

где

30 - дневной запас реагента;

- расход 100 % реагента.

м³

Для хранения серной кислоты используют стандартные еврокубы W = 1 м³

Определяем объем одного бака мерника:

, где

- крепость регенерационного раствора.

м³

ОН-анионитовые фильтры

Определяем расход 100% реагента на 1 - ну регенерацию 1 - го фильтра:

,

где

- удельный расход реагента на регенерацию ионообменного фильтра.

W_з - объем загрузки одного фильтра ,

Е_р - рабочая обменная емкость, Ер = 1242,6 г· экв/ м³

кг

Определяем суточный расход 100% в целом по станции:

т

Определяем суточный расход технического реагента:

,

где

С - содержание акт. продукта в техническом реагенте (99,5 %).

т

Определяем объем баков для хранения щелочи:

,

где

30 - дневной запас реагента;

- расход 100 % реагента.

м³

Определяем площадь склада для хранения сыпучих продуктов:

м²

Определяем объем одного бака мерника:

 , где

- крепость регенерационного раствора.

м³

Заключение

В курсовом проекте необходимо было по исходным данным состава воды рассчитать сооружения для Очистка промышленного водоснабжения, которые способны очистить воду от примесей, органических соединений, минеральных соединений. С учетом состава воды была разработана необходимая схема очистки, выбраны необходимые сооружения, и рассчитаны. На формате А1 начерчена балансовая схема движения воды, технологическая схема обработки воды, и компоновка водоочистной станции. Все заданные условия были выполнены и изложены выше по тексту.

Список использованной литературы

1. Водоподготовка: Процессы и аппараты: Учеб. пособие для вузов/Под ред. О.И. Мартыновой-М.: Энергоатомиздат, 1990, - 272с.

2. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справ./Ю.М. Кострикин, Н.А. Мещерский, О.В. Коровина -М.: Энергоатомиздат, 1990.-254 с.

3. Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. М.: Энергия, 1976, - 288 с.

4. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения /Госстрой СССР - М.: Стройиздат, 1985. - 136 с.

5. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., 1971.

Размещено на Allbest.ru

...