площадь фильтрования натрий катионитного фильтра

Инструкция по эксплуатации натрий-катионитных фильтров

Страницы работы

Содержание работы

ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ФИЛЬТРОВ

Эксплуатация натрий-катионитных фильтров ХВО сводится к чередованию следующих операций:

1. Технологическая обработка воды.

2. Регенерация катионита.

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ

При пропускании воды через натрий-катионитные фильтры происходит умягчение воды, кроме того уменьшается содержание в ней взвешенных веществ, железа и, частично, масла, а рН и солесодержание увеличиваются.

Процессы натрий-катионирования, связанные с умягчением воды представлены уравнениями:

Таким образом, в процессе натрий-катионирования, накипные соли превращаются в безнакипные.

Умягчение воды производят, пропуская воду сверху вниз через слой отрегенерированного катионита.

Фильтрат после фильтров 1 ступени натрий-катионирования имеет глубокое снижение величины жесткости, но срабатывание фильтров, т.о. истощение катионита, происходит резко за короткий период времени, что может привести к проскоку солей жесткости в питательные и подпиточные узлы. Чтобы исключить это, умягченную воду из фильтра 1 ступени направляют в фильтр 2 ступени которые являются барьером на пути проскока катионов Са 2+ и Mg 2+ в питательную воду обеспечивают надежность при умягчении воды в период эксплуатации.

Кроме того фильтры 2 ступени дают возможность более полного срабатывания фильтра 1 ступени, что приводит к экономии реагента (поваренной соли) и воды «собственных нужд».

Со временем фильтры срабатываются катионит истощается, т.е. у него уменьшается «запас» обменных катионитов Na + и он теряет способность умягчать воду до необходимых пределов.

Фильтр отключается и выводится на регенерацию.

Регенерация состоит из трех этапов:

2) пропуск раствора поваренной соли;

2.1. Взрыхление проводится после вывода фильтра из технологической линии для устранения уплотнения слежавшейся массы катионита, с тем чтобы обеспечить свободное поступление регенерационного раствора к зернам катионита и удаление из его объема взвеси, задержанной при фильтровании воды

Уточнение исходных данных и нормативных показателей
по условиям эксплуатации оборудования натрий-катионитной водоподготовки

Температура воды на входе в фильтр должна быть до 40 °С.

Давление воды на входе в фильтр должно быть до 6 кгс/см 2 .

Потери давления в фильтрах могут быть до 1 кгс/см 2 .

Скорость фильтрования

Скорость фильтрования (соответственно и производительность фильтра) должна быть:

в фильтрах 1 ступени:

— минимальная до 5 м/ч _____ м 3 /ч;

— эксплуатационная до 40 м/ч _____ м 3 /ч;

— максимальная до 50 м/ч _____ м 3 /ч;

в фильтрах 2 ступени:

— минимальная до 5 м/ч _____ м 3 /ч;

— эксплуатационная до 40 м/ч _____ м 3 /ч;

— максимальная до 50 м/ч _____ м 3 /ч;

Зная проектную производительность химводоподготовки определяется эксплуатационная скорость фильтра:

где:

W_Э – эксплуатационная скорость фильтрования, м/ч;

S_Na – площадь фильтрования натрий-катионитного фильтра, м 2 ;

Q_Ф – количество работающих фильтров;

Q – проектная производительность химводоподготовки.

Количество регенераций

Количество регенераций рассчитывается по формуле для фильтра первой ступени:

n’ – число регенераций фильтра 1-ой ступени в сутки, рег/сут;

Ж_ИВ – общая жесткость исходной воды, мг-экв/кг;

Ж_ОСТ – общая остаточная жесткость после фильтра первой ступени, м 3 /ч;

Q’ – расход воды, поступающей на фильтр 1-ой ступени на умягчение, мг-экв/кг;

V’ – объем загруженного катионита в фильтр 1-ой ступени, м 3 ;

E_P– рабочая обменная емкость загрузки фильтра 1-ой ступени, г-экв/м 3 ;

Фильтр 2-ой ступени:

n’’ – число регенераций фильтра 2-ой ступени в сутки, рег/сут;

Q’’ – расход воды, поступающей на фильтр 2-ой ступени, м 3 /ч;

Ж_ОСТ – общая остаточная жесткость после фильтра 2-ой ступени, мг-экв/кг;

V_P’’– объем загрузки фильтра 2-ой ступени, м 3 ;

E_P – рабочая обменная емкость загрузки фильтра 2-ой ступени, г-экв/м 3 .

Рабочая обменная способность катионита в фильтре 1-ой ступени и для нового катионитного материала определяются по справочнику О.В. Лившиц «Справочник по водоподготовке котельных установок», М. Энергия, 1976 (табл. 5-4, 5-5, 5-6, 5-7) или «Информационным материалом», для старых загрузочных материалов рабочая обменная способность определяется лабораторным путем.

Рабочая обменная способность катионита в фильтре 2-ой ступени определяется по «Справочнику химика-энергетика», т. 1, М. Энергия, 1972.

Количество регенераций в фильтрах 1-ой ступени при удовлетворительной работе – до 3 рег/сут; в фильтрах 2-ой ступени до 0,03 рег/сут.

Теоретический расход поваренной соли на регенерацию

Расход соли на одну регенерацию в фильтре 1-ой ступени, кг:

где: q’ – удельный расход соли в фильтрах 1-ой ступени (приложение 8) и табл. 5-4 «Справочник по подготовке котельных установок».

В фильтрах 2-ой ступени, кг

q’’ – удельный расход соли в фильтрах 2-ой ступени определяется по «Справочнику химика-энергетика».

Концентрат раствора поваренной соли – 6-8 % (для фильтров 2-ой ступени до 10 %).

Расчет бака мерника

Рассчитывается по формуле:

V_М – рабочий объем бака-мерника соли, м 3 ;

g – плотность солевого раствора, г/см 3 ;

r – концентрация солевого раствора, %.

Предложенный бак-мерник объемом V_М=______ м 3 удовлетворяет (не удовлетворяет) условиям эксплуатации.

Резервуар склада мокрого хранения соли

Объем двух резервуаров бункера соли рассчитывается по формуле:

V_P – объем двух резервуаров бункера, м 3 ;

m – необходимый запас соли на 10 суток при автозавозе, т;

d – остаток соли на 5 суток при автозавозе, т.

Предложенный объем резервуаров V_P=______ м 3 удовлетворяет (не удовлетворяет) условиям эксплуатации.

Бак взрыхляющей воды

Объем бака взрыхляющей воды определяется по формуле:

V_ВЗРВ – объем бака взрыхления, м 3 ;

f – интенсивность взрыхления (3-4 л/с м 2 );

t – продолжительность взрыхления, мин (не менее 15).

ФОРМУЛЫ К РАСЧЕТУ КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ

Задачей расчета катионитовых фильтров является определение необходимого количествава фильтров (определение размера из числа выпускаемых промышленностью)

Исходными данными для расчета фильтров являются:

1. Количество катионов жесткости S, поступающих на фильтры в течение суток:

, г-экв/сут (1)

где Ж₀ – общая жесткость умягчаемой воды в мг-экв/л или в г-экв/м 3 ;

Q – полезная производительность катионитовых фильтров в м 3 /сут.

Катионитовые фильтры обычно рассчитывают на полезную производительность, поскольку на собственные нужды катионитовой установки расходуется осветленная, но не умягченная вода.

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

Количество катионов жесткости S₁, которое может задерживать фильтр в течение суток при работе до проскока жесткости в фильтрат, составляет:

, г-экв/сут (2)

где – число фильтроциклов в сутки.

Т – продолжительность работы катионитовой установки в течение суток, ч;

t – полезная продолжительность фильтроцикла, принимается обычно в пределах от 10 до 22 ч;

t₁ – продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтра в часах (обычно t₁ » 1,5 ч.);

V – суммарный объем катионита в фильтрах, в м 3 ;

Е_раб – рабочая обменная способность катионита в г-экв/м 3 , которую для Na-катионитовых фильтров, можно определять по формуле В.А. Клячко:

(3)

– коэффициент эффективности регенерации, который учитывает неполную регенерацию катионита и равен отношению концентрации катионита натрия в катионите после его регенерации к величине полной обменной способности катионита. Величину следует принимать по графику в зависимости от величины удельного расхода соли на регенерацию
Na-катионита (рис 1 методических указаний);

– коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по катионам Са 2+ и Mg 2+ , т.к. катиониты задерживают частично и катионы Na. Значение b_Na определяют по графику 2 методических указаний в зависимости от отношения квадрата концентрации к величине общей жесткости

(4)

где Е_полн – полная обменная способность катионита, в г-экв/м 3 (по приложению 3 таблице 1 методического пособия);

0,5 – коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита из-за отмывки его водой жесткостью Ж₀;

Ж₀ – общая жесткость умягчаемой воды в мг-экв/л или в г-экв/м 3 ;

q – удельный расход осветленной воды на отмывку катионита; обычно q принимается в пределах 4–5 м 3 /м 3 катионита.

Для того чтобы с фильтров непрерывно поступала умягченная вода, величина S (1) (количество катионитов жесткости) должна быть не больше величины S₁ (2). Приравнивая эти величины, получим:

откуда , м 3 (5)

Как видно из прил. 1 табл. 2 методических пособий высота загрузки катионита в фильтрах составляет от 2 до 4,0 м. в зависимости от диаметра фильтра.

Фильтры диаметром до 1,5 м обычно применяют в установках небольшой производительности (50–70 м 3 /ч), если жесткость умягчаемой воды не превосходит средних значений (

5 мг-экв/л). Для фильтров диаметром 2 м и более, высота слоя катионита составляет 2,8 и 4,0 м. Фильтры с высотой загрузки 4,0 м принимаются при умягчении сильно минерализованных вод высотой жесткости.

Выбрав высоту загрузки Н, находят необходимую суммарную площадь фильтрования

(6)

Полученную площадь фильтров проверяют на скорость фильтрования, которая не должна выходить за пределы 5-25 м/ч. Если скорость превосходит указанные пределы, изменяют выбранную высоту загрузки.

Ориентируясь на площадь серийных фильтров (прил. 1 табл. 2 методических указаний), выбирают число фильтров рабочих, которое должно быть не менее 2, чтобы не прерывать работу установки при регенерации одного из фильтров. Кроме рабочих фильтров предусматривают установку резервных, которые подключают во время ремонта одного из рабочих фильтров.

Один резервный фильтр принимают, при рабочих фильтрах до 6 и 2 резервных при рабочих более 6.

Na-катионитовые фильтры II ступени рассчитывают по формуле

откуда , м 3 (7)

где Q – полезная суточная производительность установки;

Ж₀ – общая жесткость умягчаемой воды в мг-экв/л или в г-экв/м 3 .

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

При определении n (кол-ва фильтров в случае двухступенчатого
Nа-катионирования) величину t принимают в пределах 150–200 ч (полезная продолжительность фильтроцикла).

Поскольку фильтры второй ступени отмываются умягченной водой после фильтров первой ступени, то второй член в формуле (3) 0,5qЖ₀ можно опустить, следовательно, Е_раб должна определяться по уравнению

(8)

При нахождении a_э (приложению 3 графику 1 методических указаний) следует помнить, что фильтры второй ступени регенерируют повышенным содержанием удельных расходов соли 300–400 г/г-экв поглощенных катионитов.

При нахождении b_Na (прил. 3 графику 2 методических указаний), концентрацию Na + в воде, поступающей на фильтры второй ступени, следует принимать равной сумме катионов Са 2+ , Mg 2+ , Na + и К + в исходной воде, поскольку при пропуске воды через фильтры первой ступени катионы Са 2+ , Mg 2+ и К + заменяются катионами Na + .

Скорость фильтрования на фильтрах II-ой ступени допускается повышенная до 50–60 м/час.

При расчете Н-катионитовых фильтров методика расчета сохраняется, но со следующими особенностями.

Величина Q в формуле (5) должна соответствовать величине в формулах:

(9)

(10)

– принимают в зависимости от схем катионитового умягчения

– с той лишь разницей, что коэффициент a_э определяется в зависимости от удельного расхода H₂SO₄ (прил. 3 график 3 методических указаний).

Расчет Н-катионитовых фильтров II-ой ступени производится на тот же расход воды, что и расчет фильтров первой ступени.

Формула для расчета Н-катионитовых фильтров II-ой ступени имеет следующий вид:

где – количество воды, отводимой на Н-катионитовые фильтры

С_Na – содержание Na в умягчаемой воде в г-экв/м 3 .

Количество фильтроциклов равно

где t – продолжительность полезной работы фильтра между регенерациями, которую для данного случая можно принимать » 100 час;

здесь a_э нужно также брать по графику (3); q » 4 м 3 /м 3

В последней формуле учитывается, что фильтры второй ступени отмываются фильтратом Н-катионитовых фильтров Ι ступени.

Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 7340 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Расчет натрий-катионитовых фильтров.

Умягчение воды путем натрий-катионирования можно осуществлять либо по одноступенчатой схеме (применяется один фильтр), либо по двухступенчатой — последовательное фильтрование через фильтр первой, а затем второй ступени. Количество натрий-катионитных фильтров первой ступени, если установка работает круглосуточно, принимается не менее двух, и, кроме того-один резервный. На второй ступени катионирования обычно устанавливается два фильтра специальной конструкции с высотой слоя катионита 1.5 м. В небольших водоподготовительных установках, в целях сокращения количества устанавливаемого оборудования и его унификации, допускается для второй ступени катионирования применение фильтра конструкции первой ступени. При этом устанавливается не менее четырех фильтров, из них два — первой ступени, один — второй ступени и один — резервный, обычно используемым для работы на второй ступени в период регенерации основного фильтра и в качестве резервного — при ремонте одного из фильтров.

Схема одноступенчатого катионирования имеет следующие недостатки: получение фильтра с жесткостью до 0.1 мг-экв/л возможно при умягчении исходной воды с жесткостью не более 7 мг-экв/л;

практически невозможно получение глубокого умягчения воды с остаточной жесткостью 0.01 — 0.02 мг-экв/л;

относительно высокий расход соли на регенерацию фильтров;

неполное использование емкости поглощения катионита;

необходимость тщательного контроля за «проскоком» солей жесткости, количество которых после » проскока» нарастает в фильтре сравнительно быстро.

При двухступенчатом катионировании перечисленные недостатки устраняются.

Число ступеней катионирования определяется требованиями к
качеству умягченной воды. Например, приготовление воды для
паровых котлов, когда требуется глубокое умягчение, осуществляется путем двухступенчатого натрий-катионирования; для теплосетей, когда требуется снижение только карбонатной жесткости до 0.7 мг-экв/л, достаточно одноступенчатого натрий-катионирования с отключением фильтра на регенерацию при общей жесткости фильтрата 0.1-0.2мг-экв/л.

Скорость фильтрования менее 5 м/ч не рекомендуется из-за возможного снижения обменной емкости катионита, а скорость фильтрования на фильтрах второй ступени (при высоте слоя катионита 1,5 м) допускается до 50 м/ч.

Рабочая обменная способность катионита при натрий-катионировании определяется из уравнения:

(2.10)

где: α_э— коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации катионита в зависимости от удельного расхода соли на регенерацию, принимается по данным ВОДГЕО;

β_Na— коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по Са + и Мд 2+ за счет частичного задержания катионов Na + ; принимается по данным ВОДГЕО, где значения β_Na приведены в зависимости от отношения С 2 _Na /Ж_о;

С 2 _Na — концентрация натрия в умягчаемой воде, мг-экв/л;

Е_п — полная обменная способность катионита, г-экв/м 3 по заводским данным;

q — удельный расход воды на отмывку катионита, м 3 /м 3 ;

0,5 — доля умягчения отмывочной воды.

Концентрация ионов натрия в мг-экв/л определяется по содержанию ионов в исходной воде (мг/л):

(2.11)

Для коэффициент β_Na=0,6413

Е_п=500 для сульфоугля с крупностью зёрен 1,1мм.

Для I ступени: удельный расход 120 мг-экв/л; α_э=0,67; q=4 м 3 /м 3

Для II ступени: удельный расход 300 мг-экв/л; α_э=0,91; q=6 м 3 /м 3

(2.12)

где: n_k – количество действующих в котельной котлоагрегатов n_k=3;

D_max – максимальная производительность котла D_max=25т/ч.;

1,2 – коэффициент запаса.

Регенерация истощенного катионита (сульфоугля или полистирольного синтетического катионита марки КУ-2) практически осуществляется один раз в сутки в дневную смену. При этом межрегенерационный период принимается равным Z = 24 часам.

Необходимый объем катионита вычисляется по формуле:

(2.13)