На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 30.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 35. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы. 

Роль воды в  жизни и быту человека, в промышленности и сельском хозяйстве трудно переоценить. Об этом достаточно подробно сказано  в статье [1]. Здесь мы остановимся  на понятии «жесткость воды» - оно широко используется и в быту, и в промышленности. 

   1. Источники водоснабжения
   Вода  — самый распространенный в  природе жидкий минерал. Благодаря  своей уникальной растворяющей  способности она отражает минеральный  состав места рождения, источника  рождения и путь, который пришлось пройти до потребителя.
   
   Вода  в открытых морях и океанах,  куда стекаются все ручьи и  реки, из-за необозримых занимаемых  ею площадей, постоянного перемешивания  волнами и течениями в разных  точках Земного шара не сильно  отличается по составу. За счет минеральных веществ, растворенных во всем ее объеме, и интенсивного испарения морской воде присуща высокая жесткость, впрочем, как и высокое общее солесодержание. Однако этого нельзя сказать о воде ручьев, рек и озер. Состав воды в этих водных источниках чрезвычайно отличается по составу, а жесткость определяется наличием пород, содержащих известняк, с которыми воде пришлось встретиться на своем пути.
   
   Например, воды Риу-Негру (Черной реки) —  крупнейшего притока Амазонки — отличаются исключительной мягкостью и малым содержанием минеральных солей. Это объясняется тем, что в русле реки почти полностью отсутствует известняк, а в воде — растворимые соли. Жесткость воды Риу-Негру составляет порядка 1-20 dH, что соответствует 0,3-0,7 мг-кэкв/л (см. табл. 1). Река течет по болотистым лесам, в нее падают листва и деревья, которые перегнивают в воде. За счет этого в воде содержится большое количество гуминовых кислот и углекислоты, что придает ей высокую кислотность и темно-бурый цвет, который и дал реке название Черная. В ней отсутствуют почти все известные ядовитые вещества (аммоний, нитриты и нитраты). Кроме того, малое содержание минеральных солей снижает электропроводность воды и соответственно приводит к низкому осмотическому давлению. А это затрудняет жизнь растениям и водным организмам.
   
   Можно  привести и другие примеры:  жесткость воды в озере Таньганьика  (Экваториальная Африка) достигает  70-110 мг/л (2,5-3,9 мг-кэкв/л), что свидетельствует  о наличии известняка в залегающих на близлежащих территориях породах.
   
   Вернемся  в наши широты. Вспомните, какое  обилие минеральных вод рождают  недра России. Состав воды в  минеральных источниках настолько  различается, что каждому из  них присваивают собственное  имя или номер.
   
   Напрашивается  вывод: солесодержание, жесткость  — совершенно естественное свойство  воды или, как в последние  годы модно говорить, натуральное  и экологически чистое состояние.  Вопрос совсем не в жесткости  воды, а в том, для каких целей  она используется. В зависимости от этого состав воды целесообразно приводить в соответствие с научно установленными нормами для соответствующего технологического процесса или потребителя. Например, завод по приготовлению питьевой воды в городе Афины штата Огайо сначала чистит исходную воду с жесткостью 300 мг/л методом ионного обмена практически до нуля, а затем смешивает поток очищенной воды с потоком исходной так, чтобы получить питьевую воду с жесткостью 140-150 мг/л (в пересчете на кальций 7-7,5 мг-кэкв/л). Это соответствует принятым в США нормам по содержанию солей жесткости в питьевой воде. По российским нормам на питьевую воду предельно-допустимая концентрация (ПДК) солей жесткости не должна превышать 7 мг-кэкв/л. Таким образом, по принятой во всем мире классификации (см. табл. 1) питьевую воду следует отнести к «жесткой».
   
   Здравый  смысл подсказывает, что в качестве  источника водоснабжения лучше  всего использовать не реку, не  озеро, не колодец, где состав  воды меняется в зависимости  от времени года и непредсказуемого прорыва загрязнений, а обычную воду из магистрального водопровода.
   
   Вода  в городской сети, по крайней  мере, должна фильтроваться, очищаться,  приводиться в соответствие санитарным  нормам, ну и конечно находиться  под постоянным контролем специальных служб городского водоканала.
   
   
   2. Жесткость воды
   Так исторически  сложилось, что техника не всегда  строго следовала терминологии, принятой в базовых, фундаментальных  науках — математике, физике и  химии. Инициативные инженеры, прокладывая новые пути в технике, одновременно сочиняли термины, образовавшие специфичный язык отдельных отраслей (по сути жаргон). Со временем от частого употребления жаргон переродился в профессиональный язык. Так было во всем мире. И странный термин в «прикладной» химии воды — «жесткость» появился именно таким образом. Жесткость воды никак не связана ни с ее механическими свойствами, ни с сопротивлением материалов.
   
   2.1. Виды жесткости воды
   Под жесткостью  воды понимают [2] совокупность свойств  воды, обусловленную наличием в ней катионов Ca2+ и Mg2+. Сумму концентраций этих ионов называют общей жесткостью.
   
   Любители  разведения рыб вынуждены заливать  в аквариумы воду той жесткости,  которая соответствует естественной  среде обитания их питомцев. Однако в быту, промышленности, коммунальном хозяйстве жесткая вода приводит к образованию отложений на поверхности котлов, бойлеров, трубопроводов, технологических аппаратов. В жесткой воде не мылится мыло, что увеличивает его расход. Таким образом, борьба с жесткостью — умягчение воды и деминерализация — имеет целью снижение эксплуатационных затрат: на чистку от накипи технологического оборудования, на энергозатраты для производства пара и горячей воды. Кроме того, жесткость воды влияет на качество стирки и продолжительность работы бытовых приборов, в которых используется вода.
   
   Различают  общую жесткость (ОЖ), карбонатную  (временную) жесткость (КЖ) и некарбонатную  (постоянную) жесткость (ПЖ). Если  понятие общей жесткости характеризует  суммарную концентрацию ионов Ca2+ и Mg2+, КЖ — концентрацию карбонатов и гидрокар-бонатов (бикарбонатов), то ПЖ — концентрацию ионов кальция и магния, не эквивалентных карбонатной жесткости. Таким образом,
   
   ОЖ=КЖ + ПЖ. (1)
   
   Карбонатная  жесткость создается солями угольной кислоты: карбонатами и гидрокарбонатами. Временной она называется потому, что соли угольной кислоты разлагаются с образованием летучего углекислого газа. Скорость разложения растет с ростом температуры. Карбонат кальция разлагается при 825°С, образуя углекислоту и окись кальция — обожженную известь. Гидрокарбонат кальция, растворимость которого довольно высока, при кипячении водного раствора выделяет углекислый газ и переходит в карбонат кальция. Кипячение воды может привести к снижению карбонатной жесткости, если гидрокарбонат кальция, выделяя СО2, перейдет в карбонат, а последний кристаллизуется и выпадет в осадок или сядет в виде накипи на стенки емкости, в которой вели кипячение.
   
   Некарбонатная  жесткость определяется наличием в воде солей кальция, магния и всех остальных кислот, кроме угольной: сульфатами, хлоридами, силикатами, нитратами, фосфатами и т.д. Как следует из определения, постоянная жесткость кипячением не убирается. Впрочем, это не совсем точно, т.к. сульфаты и фосфаты кальция в определенных условиях также могут кристаллизоваться, образуя отложения на стенках промышленных аппаратов в виде ангидрита, гипса, полуводного сульфата кальция, гидросиликата и гидроаппатита. Но это проблема большой энергетики и химической промышленности. При использовании воды в коммунальном хозяйстве, быту, малой энергетике из-за относительно высокой растворимости, например, сульфата кальция и, как правило, невысокой концентрации их в исходной воде с такой проблемой приходится сталкиваться относительно редко. Впрочем, о сульфате кальция, как о причине отложений на ионообменной смоле и на внутренней поверхности установки по умягчению воды, нам еще придется вспомнить в разделе 5.4.4. «Слабокислый катионит».
   
   2.2. Способы выражения жесткости
   Как следует  из вышеизложенного, классификация  воды по видам жесткости достаточно  условна и носит скорее качественный, чем количественный характер.
   
   В разных  странах приняты различные способы  выражения концентраций и, как  следствие, различны границы качественной классификации воды по жесткости.
   
   В странах  СНГ концентрацию солей жесткости  в воде выражают в милли-грамм-кэквивалентах  в литре, мг+экв/л. Хотя концентрацию  других солей — в мг/л. В  Германии жесткость воды выражают  в градусах жесткости: dH, реже в dGH. 1 dH = 10 мг/л СаО. В США жесткость воды пересчитывают в СаСО3 и выражают в «частях на миллион», ppm. 1 мг+экв/л Са2+ = 2,8 dH СаО = = 50 ppm СаСО3.
   
   В табл. 1 мы приводим качественную классификацию  воды по степени жесткости и соответствующие ей границы концентраций солей жесткости, принятые в разных странах.
   
   3. Кратко об ионном  равновесии 
   В 1887 г.  шведский физикохимик, нобелевский  лауреат Сванте Аррениус ввел  в арсенал науки о растворах  представление об электролитической диссоциации. Растворенное в воде вещество в результате взаимодействия с молекулами воды способно распадаться на ионы — электрически заряженные частицы. Этот процесс называют диссоциацией. В результате образуется раствор электролита. Способность диссоциировать у разных веществ совершенно разная. Сильные электролиты диссоциируют полностью, т.е. их молекулы с высокой скоростью полностью распадаются на ионы. К таким веществам относятся соли сильных кислот, например, серной Н2SO4 и соляной HCl, и сильных оснований, например, гидроксида натрия NaOH и гидроксида KOH. Есть вещества, которые очень слабо диссоциируют, т.е. с низкой скоростью. Типичными представителями таких веществ являются соли слабых кислот, например, угольной H2CO3 и сероводородной H2S, и слабых оснований, например, гидроксида кальция Са(ОН)2 и гидроксида магния Mg(ОН)2.
   
   Важным  положением науки о диссоциации  является наличие одновременно  протекающего обратного процесса  — ассоциации ионов в молекулы. Химическая кинетика установила, что скорость любого процесса определяется концентрацией участвующих в нем компонентов. Чем выше концентрация хотя бы одного участника процесса, тем выше и скорость самого процесса.
   
   Из этого  следует, что процесс ассоциации  несколько запаздывает по сравнению с процессом диссоциации — ведь в растворе сначала должен появиться «строительный материал» ассоциации. Когда вещество (для многокомпонентных растворов — вещества) растворится полностью и диссоциирует с присущей ему полнотой, и заработает процесс ассоциации, то в растворе установится динамическое равновесие: какое-то число молекул распадется на ионы, какое-то число ионов соединится в молекулы. Количественной характеристикой баланса диссоциация/ассоциация при установившемся равновесии в растворе электролита принята константа процесса, под которой понимают соотношение скоростей реакций диссоциации и ассоциации. Если скорость диссоциации низкая, а скорость ассоциации высокая, константа диссоциации будет выражаться числом меньше единицы.
   
   3.1. Диссоциация воды и рН
   Дистиллированная  вода диссоциирует на ионы  по следующей схеме 
   
   H2O±2H+ + ОН-. (2)
   
   Знак  ± указывает на то, что как  диссоциация молекул воды на  ионы, так и ассоциация образовавшихся  ионов в молекулу воды протекает одновременно. Поскольку концентрация протонов (положительно заряженных ионов) и гидроксильных ионов (отрицательных ионов) одинакова, вода в целом электронейтральна. Скорость ассоциации ионов, образующихся в правой части уравнения (2), настолько высока по сравнению со скоростью диссоциации молекул, что в дистиллированной воде присутствует всего лишь10-7 = 0,0000001 моль/л ионов водорода (протонов) и ровно столько же гидроксильных (щелочных) ионов. Вода с таким содержанием протонов и гидроксильных ионов имеет нейтральную реакцию. Если концентрация протонов начинает расти (Н+> 10-7), то вода становится кислой. Если концентрация протонов падает, но растет концентрация гидроксильных ионов (ОН- > 10-7), то вода становится щелочной.
   
   Поскольку  число с большим количеством нулей или высоким отрицательным значением показателя степени применять неудобно, договорились представлять малые концентрации в логарифмическом виде. В результате логарифмирования lg(10-7) = -7. Отрицательный логарифм концентрации водородных ионов условились обозначать значком рН. Итак, при рН = 7 вода считается нейтральной. Если рН < 7 — вода кислая, если рН > 7, то вода щелочная.
   
   
   3.2. Направление химических реакций
   В многокомпонентном  растворе, т.е. сформированном различными молекулами и ионами, каждый ион «не помнит», из какой молекулы он образовался. Поэтому обоснованно и удобно записывать протекающие в растворе реакции в ионном виде. Логика подсказывает, что любой процесс, любая реакция в растворе будут направлены в сторону:
   
   ? образования  слабодиссоциирующих молекул; 
   ? малорастворимых  веществ; 
   ? газообразных  продуктов реакции. 
   
   Совершенно  естественно, что удаление из  ионной системы слабодиссоциирующих  молекул, кристаллизующихся веществ  и газов будет снижать их концентрацию и тем самым уменьшать скорость «обратной» реакции. Естественно, что при этом сдвинется ионное равновесие.
   
   Все эти  представления и положения чрезвычайно  важны для понимания тех процессов,  которые происходят в жесткой воде, контактирующей с воздухом, для понимания свойств жесткой воды и тонкостей, связанных с ее очисткой.
   
   
   3.3. Растворимость
   Растворимостью  называют способность вещества  образовывать с растворителем  однородные смеси с размером  частиц не крупнее молекулы. Мерой растворимости считают количество вещества, способное раствориться в фиксированном количестве растворителя при определенных условиях и бесконечно большом времени контакта. Причиной растворимости считают взаимодействие молекул растворенного вещества и растворителя, а также ослабление межмолекулярного взаимодействия в веществе за счет проникновения между его молекулами растворителя. Процесс растворения в целом определяется двумя характеристиками: скоростью растворения и растворимостью.
   
   В принципе  абсолютно нерастворимых веществ  не бывает. Но диапазон растворимостей  чрезвычайно широк: от «бесконечно  растворимых» (например, вода/глицерин) до «нерастворимых», когда речь  идет о 0,012 г в литре воды  при 40°С (например, карбонат кальция). 12 мг в литре — это много или мало? Вполне достаточно, чтобы образовать накипь на теплообменной поверхности уже при нагреве воды до 80°С.
   
   Соли  жесткости относятся как раз  к тем «нерастворимым» или  «малорастворимым» веществам, которые  при нагревании снижают свой уровень растворимости, выбрасывая «излишек» сверх растворимости в виде накипи на тепло-обменную поверхность. Подробнее о растворимости, процессе ее образования и пересыщении сказано в статье [3].
   
   Для наглядности  приведем пример. Если ион кальция содержится в литре очень жесткой воды в количестве 340 мг и если в этом литре воды растворится углекислый газ, образовав 510 мг карбонат-иона, то в растворе окажется при 100°С (растворимость 2 мг/л) 340 + + 510 - 2 = = 848 мг «лишнего» карбоната кальция. Этого вполне достаточно, чтобы после его кристаллизации из 1 м3 такой воды на 1 м2 теплообменной поверхности образовать слой плотной накипи толщиной 0,3 мм. Естественно, что освобождение от «лишнего» карбоната кальция 100 м3 такой воды покроет 1 м2 теплообменной поверхности слоем накипи в 30 мм.
   
   Выпадение  в осадок карбоната кальция  приводит к снижению как общей,  так и карбонатной жесткости. 
   
   Ионы  Са2+ и Mg2+ как правило образуют  малорастворимые соединения —  гидроокиси, соли угольной кислоты, двойные соли. Например, кальций и магний с жирными кислотами образуют малорастворимые соли. Напомню, что мылом называют соли жирных кислот. Вот почему в жесткой воде мыло не мылится: ОЖ, реагируя с анионом жирной кислоты, дает малорастворимую соль, но тем самым «выводит из обращения» пенообразующий компонент мыла. Другая специфика малорастворимых соединений кальция и магния — обратная растворимость. У большинства соединений растворимость увеличивается с ростом температуры. У обсуждаемых соединений кальция и магния рост температуры приводит к уменьшению растворимости. Если вы хотите получить раствор с высоким содержанием хлорида натрия, следует подогревать воду, в которой ведется растворение. Для получения раствора с максимально возможной концентрацией карбоната кальция жесткую воду следовало бы охлаждать.
   
   Итак, малая  растворимость солей жесткости,  их способность кристаллизоваться  по мере нагрева воды объясняет,  почему в теплоэнергетике, коммунальном  хозяйстве их объединили в  отдельную группу, и чем вызвано к ним такое повышенное внимание 
 
 
 
 
 

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 Ы Ca [Кат.] + 2 NaHCO3 
 

2 H [Кат.] + MgCl2 Ю  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 Ю  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 і 0,5 5.1 / 6.4 = 0.79 і 0.5 + 

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

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

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

  

Последовательное H-Na-катионирование применяется при  условии: 
 

Жк / Жо Ј 0.5 5.1 / 6.4 = 0.79 > 0.5 - 
 

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

SO4-2 + Cl- і 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: 

  

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.( Що-Щу ) / ( 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.(Жо+СNa)/(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.= a н* Еполн.  – 0.5*qуд.*Ск гр-экв/м3 (10) 
 

Где a 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. 

a 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.(Жо* 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.= a Na*b Na*Еполн.  – 0.5*qуд.*Жо гр-экв/м3 (12) 
 

Где a Na – коэффициент  эффективности регенерации Na-катион. 

фильтров принимается  при удельно расходе поваренной соли 

NaCl 100 гр./гр.-экв. a Na=0.62 

b Na- коэфф. Учитывающий  снижение обменной емкости,  

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

СNa / Жо= 0.1 b 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 = (p * 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 = (p * 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. 

4). Вакуумнасосы. 

5). Эжектор. 
 

  

  

  

На станцию H2SO4 поставляется в ж/д цистернах  в виде 100% 

раствора. Затем H2SO4 перекачивается в стационарные цистерны 

(цистерны хранилища)  с месячным запасом реагента. 

Расчет начинают с определения расхода 100% H2SO4 на одну 

Регенерацию Н-кат. фильтра по [1,прил.7,п.31]: 
 

PH = (fH*Hk*EрабН*a н)/1000 , кг (19) 
 

PH = 73.7 кг 
 

Определяется  суточный весовой расход H2SO4 для  регенерации 

всех рабочих  Н-кат. фильтров. 
 

PHсут. = PH *nн*nрн = 73.7*2*2 = 294.8 кг/сут (20) 
 

  

  

Определяется  суточный весовой расход H2SO4 для  регенерации 

всех рабочих  Н-кат. фильтров. 
 

WHсут. = (PH сут.*100%)/(85%*r 85%) м3/сут (21) 
 

WHсут. = 0.195 м3/сут 
 

  

  

Определяется  месячный расход H2SO4 для регенерации 

Н-кат. фильтров. 
 

WHмес. = 30* WHсут.  м3 (22) 

WHмес. = 6 м3 
 

Промышленностью выпускаются цистерны для хранения кислоты 

емкостью 15 м3 в проекте принимается не менее двух цистерн 

емкостью 15 м3 (вторая цистерна на случай аварии). 
 

  

4.1.2. Определяется  объем бакомерника из условия  регенерации одного фильтра при  количестве рабочих 

Н-кат. фильтров до 4 , [1.прил.7,п.32]: 
 

W85% = (Pн*nр*100%)/(85%*r 85%) = 0.05 м3 (23) 
 

Принимается бак  мерник объемом 0.09 м3 , наружный диаметр  

450 мм, строит. высота 45 мм, вес 98 кг. 
 

Подача серной к-ты из цистерн хранилищ в баке мернике  происходит 

за счет вакуума  создаваемого насосом, затем с помощью эжектора 

H2SO4 перемешивается  с водой и поступает в бак 

регенерационного  раствора. 
 

  

4.1.3. Определяется  объем бака для 1% регенерационного  раствора H2SO4 на регенерацию одного 

Н-кат. фильтра. 
 

W1% = (Pн*nр*100%)/(1%*r 1%) = 7.3 м3 (24) 
 

Принимается бак 1% регенерационного раствора H2SO4 размерами: 
 

B = 2 м 

H = 1.5 м 7.5 м3 

L = 2.5 м 
 

  

Для перекачки  регенерационного раствора H2SO4 принимается 

2 насоса серии  ”Х” (химически стойкие) напором  Нн = 20 м 

и подачей Qн = 3 м3/ч , (Qн = 3 м3/ч). 
 

Qн = Vн*fн = 4*0.785 = 3 м3/ч (25) 
 

К установке  принимается 1 рабочий и один резервный  насос. 
 

  

  

4.2. Устройства  для хранения, приготовления и  перекачки  

раствора поваренной соли NaCl. 
 

  

Для регенерации Na-кат. фильтров устраивается солевое хозяйство. 

Регенерация Na-кат. фильтров производится 8% раствором NaCl. 
 

  

4.2.1. Определяется  расход поваренной соли NaCl на 1  

регенерацииNa-кат. фильтра [1,прил.7,п21]: 
 

PNa = (fNa*Hk*ENa раб.*ас) / 1000 кг (26) 
 

PNa = (1.76*2*280.5*100) / 1000 = 98.7 кг 
 

Определяется  суточный весовой расход NaCl для регенерации 

всех рабочих Na- кат. фильтров: 
 

РNaсут = PNa*nNa*npNa кг/сут (27) 
 

РNaсут = 98.7*2*2 = 394.8 кг/сут < 500 кг/сут 
 

При суточном расходе NaCl до 500 кг/сут устраивают сухое 

хранение соли на складе с последующим приготовлением  

8% регенерационного  раствора. 
 

Принимается Сухое  хранение. 
 

  

Определяется  месячный весовой расход поваренной соли для регенерации Na-кат.ф-ов. 
 

PNaмес = 30*PNaсут  , т (28) 
 

PNaмес = 30*394.8 = 12 т 
 

  

4.2.2. Определяется  площадь склада для сухого  месячного  

хранения соли из условия, что высота NaCl не должна  

превышать 2.5 метра. 
 

  

FNacyх.хран. = PNaмес  / r Na*25 , м2 (29) 
 

FNacyх.хран. = 6 м2 

Принимается склад сухого хранения размерами: 
 

H = 2.5 

B = 2 6 м 

L = 3 
 

Определяется  объем напорного солерастворителя из расчета расхода соли на 1 регенерацию  фильтра. 
 

Принимается напорный солерастворитель со след. 

техническими  характеристиками по [6]: 
 

полезная емкость (100 кг) 

объем (0.4 м3) 

диаметр (45 мм) 
 

Определяется  объем бака для 8% регенерационного раствора NaCl на 

одну регенерацию Na-кат.ф. 
 

W8% = (WH.C. * 26%) / 8% = 1.3 м3 (30) 
 

  

  

  

Принимается бак 8% регенерац. Раствора NaCl размерами: 
 

L = 1.3 

B = 1 1.3 м3 

H = 1  
 

  

  

4.2.3. Для перекачки  раствора NaCl устанавливаются 

2 насоса: 
 

- один рабочий, 

- один резервный. 
 

Характеристики  насоса: 

Напор: HNa = 20 м 

Подача: QNa = VNa*fNa м3 /час (32) 
 

Где VNa – скорость движения р-ра NaCl 

через катионитную  загрузку, 

fNa – S одного  кат. ф-ра.  
 

  

QNa = 4*1.76 = 7 м3 /час 
 

  

4.2.4. Перед регенерацией H-Na – кат. ф-ов необходимо проводить  взрыхление загрузки для более  эффективной регенерации. 
 

  

Wб.взр. = (2*Wвзр.*f*60*tвр.) / 1000 м3 (33) 
 

Где Wвзр. – интенсивность  подачи воды для взрыхления катионита 

Где Wвзр. = 4 л/с  на 1м2 

f = 1.76 (наибольшая S катион. Ф-ов) 

tвр. – продолжит.  взрыхления катионита  

(20-30мин.) 
 

  

Wб.взр. = (2*4*1.76*60*25) / 1000 = 21.2 м3 
 

L = 7 

B = 2 22.4 > 22 м3 

H = 1.6 
 

  

  

4.3. Устройство  для удаления из воды углекислоты. 
 

  

Для удаления CO2 из Н-Na-кат. Воды предусматривается  дегазатор
С насадкой из колец  Рашега – кислотоупорных керамических 

[1.прил.№7.,п.34] 
 

4.3.1. Определяется  содержание CO2 или двуокиси углерода в воде подаваемой на дегазатор. 
 

(CO2 )св. = (CO2 )о  + 44*Що , г/м3 (34) 
 

где (CO2 )о- содержание CO2 в исходной воде. 
 

(CO2 )о = (CO2 )**b  

(CO2 )*- содержание  углерода в воде в зависимости  от pH 

рН = 6.8…7.5 

(CO2 )* = 80 г/м3 

b = 0.5 

(CO2 )о = 40 г/м3 
 

(CO2 )св. = 40+44*5.1 = 264.4 г/м3 
 

По полученному  значению содержание CO2 в воде 

Определяется  высота слоя насадки hн , м необходимая  для понижения 

Содержания CO2 в  катионированной воде [1.прил.№7.,п.34,табл.5] 
 

Для (CO2 )св. = 264.4 г/м3 hн =5.7 
 

  

  

  

  

Пленочный дегазатор  представляет собой колонну загруженную 

насадкой из керамических кислотоупорных колец  Рашига, 

по которым  вода стекает тонкой пленкой, на встречу  потоку 

воды поток  воздуха нагнетаемой вентилятором. 
 

  

4.3.2. Определяется S поперечного сечения дегазатора. 

из условия  плотности орошения согласно 

[1.прил.№7.,п.34,табл.5]. 
 

Плотность орошения при керамической насадке r = 60 м3/г  на 1м2 
 

Fg = qпол. / r , м2, (35) 
 

qпол. – полезная  производительность H-Na-кат.ф. 
 

Fg = 45.8/60 = 0.76 м2 
 

Определяется  объем слоя насадки: 
 

Vн = Fg * hн , м3 (36) 
 

Vн = 0.76*5.7 = 4.3 м3 
 

Опред. Диаметр  дегазатора: 
 

D = Ц (4* Fg )/p = 0.96 м (37) 
 

Характеристика  насадки колец Рашига: 

Размеры эл-та насадки: 25*25*4 мм 

Кол-во эл-ов в 1 м3 : 55 тыс.  

Удельная пов-ть насадки: 204 м2/м3 

Вес насадки: 532 кг 
 

  

  

  

  

  

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу воздуха  из расчета 

15 м3 воздуха  на 1 м3 воды по [1.прил.№7.,п.34], тогда  производительность вентилятора определяется: 
 

Qвент. = qпол. * 15 , м3/час (38) 
 

Qвент. = 45.8*15 = 687 м3/час 
 

Напор вентилятора  определяется с учетом сопротивления  в 

керамической  насадке: 
 

Sн = 30 мм водяного  столба на 1 м. 
 

Прочие сопротивления  принимаются по [1.прил.№7.,п.34] 
 

Sпр = 30…40 мм вод.  Столба. 
 

Напор: Hвент. = Sнас. * hн + Sпрочие (39) 
 

Hвент. = 30*5.7 + 35 = 206 мм 
 

  

  

  

5.0. Определение  расходов воды. 
 

Определение расходов воды слагается из потребления воды на  

следующие процессы: 

взрыхление кат. ф-ра перед регенерацией (Q1) 

приготовление регенерац. р-ов к-ты и соли (Q2) 

отмывка катионита  после регенерации (Q3)  
 

На все технологич. проц. Используют исходную неумягченную воду. 
 

Qтех. = Q1 + Q2 + Q3, м3/сут  (40) 
 

  

  

  

  

  

  

5.1. Определяется  расход воды на взрыхление  катионита ф. 

перед регенерацией. 
 

Q1 = (Wвзр. * f * nн  * nрн * nNa *npNa * tвзр. * 60) /1000 (41) 
 

Q1 = (4 * 1.76 * 2 * 2 * 2 * 2 * 25 * 60) / 1000 = 169 м3/сут 
 

  

  

5.2. Определяется  расход воды на приготовление  

регенерационных растворов кислоты и соли. 
 

Q2 = q1% * nн * nнр + (q26% + q8%)*nNa * nрNa, м3/сут (42) 
 

q1% = 7.3 м3/сут 

q26% = 0 

q8% = (Wнс * 26%) / 8% * 1000 = 1.3 м3/сут 
 

Q2 = 7.3 * 2 * 2 + (0 + 1.3) * 2 * 2 = 34.4 м3/сут 
 

  

5.3. Определяется  расход воды на отмывку катионита  после регенерации. 
 

Q3 = Wотм. * f * Hк  * nн * nнр * nNa * nNaр м3/сут (43) 
 

Wотм. – уд. расход отмывочной воды приним. по [1.прил.№7.,п.21]: 

Wотм. = 5…6 м3 на 1м3 катионита.  
 

Q3 = 5 * 1.76 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 = 281.6 м3/сут 
 

  

Qтех. = Q1+Q2+Q3 = 485 м3/сут 
 

  

  

  

  

6. Расчет диаметров  трубопроводов 

станции умягчения  воды. 
 

  

Определения диаметров  трубопроводов дла транспортировки  воды, 

растворов кислоты  и соли рекомендуется производить  из величин 

соответствующих расходов и скорости движения жидкости, 

принимается в  пределах 1…1,5 м/сек. 
 

Расчет ведется  с использованием литеатуры [4] и  сводится  

в таблицу: 

Назначение 

Трубопроводов 
Расход, 

л/с 
Скорость, 

м/с 
Диаметр, 

мм 
Материал 

Трубопровод подачи  

исходной воды на  

станцию умягчения. 
18.8 
1.04 
150 
Чугун 

2. Трубопровод  подачи и  

отвода воды для 

взрыхления. 
1.9 
1.44 
50 
Полиэтилен 

3. Трубопровод  подачи и  

отвода 1% регенерац. р-ра 

серной кислоты. 
0.34 
1.07 
25 
Полиэтилен 

4. Трубопровод  подачи и  

отвода 8% регенера-  

ционного р-ра соли. 
0.06 
1.19 
12 
Полиэтилен 

5. Трубопровод  подачи 100% 

кислоты. 
0.002 
0.47 

Сталь 

6. Трубопровод  отвода  

умягченной воды. 
12.7 

125 
Чугун 
 
 

Для перекачки  р-ов кислот и щелочей применяются  трубы из нержавеющей стали или  полиэтилена . 

Для перекачки  концентрированных растворов кислот и щелочей
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.