Поект обладнання для очищення води для теплофонаційної мережі

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 РОЗРАХУНОК  ІОНІТНОГО ФІЛЬТРУ 

     5.1 Опис та експлуатація іонітного  фільтру 

     Експлуатація  іонітного фільтру зводиться  до послідовного проведення наступних  операцій: розпушування, регенерація, вимивання та пом’якшення. Задачею експлуатації іонітних фільтрів є вірне проведення вказаних операцій, забезпечуючи максимальну робочу обмінну ємність фільтрів при заданій якості хімічно обробленої води.

     Операція  розпушуючого промивання має ціллю  видалити ущільнення слежаної маси іоніту і цим самим забезпечити більш вільний доступ регенераційного розчину до зерен іоніта. Крім того, при цьому здійснюється видалення з фільтру накопичуючихся в шарі іоніту дрібних часточок, вносимих недостатньо освітленою водою та розчином реагентів, а також утворюючихся в наслідку поступового руйнування іоніту в процесі експлуатації фільтру. Спушування іоніту виконується відмивочною водою, зібраною при попередній регенерації фільтрів. Вода для спушування подається самотоком з боку, розташованого вище фільтра, чи за допомогою спеціального насоса  з боку, розташовваного знизу. Інтенсивність спушування, яка забезпечує призведення у зависливий стан всієї маси іонітного матеріалу, залежить від виду іоніту та діаметра його зерен. Тому для кожного іоніту в процесі експлуатації інтенсивність спушування – для органичних іонітів у межах 2,8 – 3 . По закінчені операції спушення в іонітний фільтр подається регенераційний розчин, який проходить зверху вниз крізь шар іоніту. Продукти регенерації прямують у дренаж.

     Режим регенерації виснаженого катіоніту  може вважатись оптимальним тоді, коли за мінімальних витрат регенеруючого  розчину забезпечується глибоке  пом’якшення води при достатньо високій робочій ємності катіоніту. Відновлення обмінної здатності виснаженого Н – катіоніту робиться регенерацією його H₂SO₄ (1 – 1,5%).

     Після закінчення регенерації виконують  відмивання іонітів. У процесі відмивання з іонітів видаляються як продукти регенерації, так і регенеруючі  агенти. Як правило, процесс відмивання іоніту починають безпосередньо після пропускання регенеруючого агенту, коли частина останнього ще залишається у фільтрі. Процес промивання контролюють за концентрацією генеруючого агенту у промивній воді.

     Режим операції слід вибирати таким чином, щоб забезпечити потрібну якість очищеної води. Крім того, мають бути забезпечені надійність і економічність установки очищення. З метою оптимізації режиму роботи іонітних фільтрів потрібно виконати розрахунки її роботи. Принципова схема роботи іонітного фільтру наведена на рисунку 5.1.

       

     Рисунок 5.1 – Принципова схема роботи іонітного  фільтра

     1 – початкова та промивна вода;

     2 – регенераційний розчин;

     3 – очищена вода;

     4 – возведення відпрацьованого  регенераційного розчину та промивка  води;

     5 – вода для спушування;

     6 – відведення води для спушування.

     5.2 Розрахунок об’ємів завантаження іонообмінних смол 

Об’єм завантаження іонообмінної смоли визначається за формулою:

,                                (5.1)

де Е  – ємність іонітного фільтру, 459 < E < 1000, приймаємо Е=1000;

V_з – об’єм завантаження іонообмінної смоли, м³;

 –  витрата води, яка  йде на обробку, м³/год;

 – час роботи фільтру  між регенераціями, год, приймаємо  8 годин;

с –  жорсткість води, с = 5 мг екв/л.

Продувку  котлів розраховуємо за формулою:

     

,                                (5.2)

     де  С_пв – солевміст підживлюваної води;

     С_кв – солевміст котлової води, приймаємо С_кв= 3000 мг/кг;

     Р – продувка котла в долях від його продуктивності.

Кількість підживлюваної води знаходимо за формулою:

     

,            (5.3)

     де  С_хов – солевміст хімічного очищення води;

     С_к – солевміст конденсату, С_к= 1 – 2 мг/кг;

       – ступінь повернення конденсату, (1 – )=0,7, тоді =0,3.

Солевміст хімічного очищення води визначається за формулою:

,                                     (5.4)

     де  С – солевміст води, С =500 мг/кг

     Ca(HCO₃)₂ + RH

H₂CO₃ + RСa

     Для визначення спочатку визначимо Л і для цього складемо квадратне рівняння: 

       
 

      

Приймемо  = 3,2. Тоді . Тоді С_хов = 500 – 259 = = 241;

;

т/год;

 

Отже, приймаємо 2 фільтри з об’ємом завантаження V_з = 3,8 м³. 

5.3 Розрахунок  основних параметрів фільтру 

     Одним з основних параметрів фільтру, які  характеризують процес фільтрування на іонітних фільтрах, є швидкість пропускання оброблюваної води через вільний переріз фільтра, тобто швидкість фільтрування.

     Діаметр фільтру знаходимо за формулою:

     

,                         (5.5)

     де  W – швидкість проходження рідини у фільтрі, W = 30м³/м²∙год. Тоді

                                

,                         (5.6) 

     

.

     Приймаємо фільтр діаметром 2000мм. Маємо два  робочих фільтра діаметром 2000мм кожний та один фільтр – резервний.

     Визначаємо  висоту завантаження фільтру:

     

.          (5.7) 
 

     5.4 Розрахунок дренажної системи  фільтру 

     Для дренажної системи іонітного  фільтру обираємо ковпачки типу      КР 1. Якщо збільшити швидкість на ковпачок, це призводить до зростання перепаду тиску води. Витрата води також залежить від кількості ковпачків і навпаки.

     Перепад тиску води визначаємо за формулою:

     

,                      (5.8)

       де a, b – коефіцієнти, які характеризують гідравлічні характеристики розподільчих систем;

     q – витрата води на один ковпачок .

     Витрату енергії на привід насосу знаходимо  за формулою:

     

,        (5.9)

     де  = 0,7.

     Витрати на електроенергію знаходимо за формулою:

     

,     (5.10)

     де  Ц_ел – вартість 1 кВт∙год електроенергії для промислових виробників, Ц_ел=0,23 грн.

     Коєфіцієнти гідравлічних характеристик розподільчих систем визначаємо за допомогою логарифмічних  графіків.

     

,           (5.11)

     

     

 

     Тоді  витрати електроенергії складатимуть:

     

.

     Вартість  одного ковпачка знаходимо за формулою:

     

,              (5.12)

     де  Ц_к – вартість одного ковпачка, Ц_к = 12грн.,

      - термін експлуатації ковпачка, приймаємо 7 років.

     

     Для визначення оптимального числа ковпачків  беремо похідну від сумарної величини витрат та знаходимо витрату води на один ковпачок:

     

     Кількість ковпачків для дренажної системи  одного фільтра буде наступна:

     

,                     (5.13) 

     

ковпачків

     Діаметр колектора визначаємо за формулою:

     

,         (5.14)

     де  V – швидкість проходження води по колектору, V=1м/с.

     

м.

     Прийняті  ковпачки служать для збору оброблюваної води з фільтру, а також для  відводу та підводу регенеруючого  розчину води для спушування та відводу відмивної води.

     Розподіл  ковпачків у нижньому дренажному устрої, в який вони вкручуються, забезпечують рівномірний розподіл і фільтрування води по всій площині перерізу фільтру.

     Ковпачки  мають форму циліндру, по боковим  поверхням яких є щиліни для підходу води. Ширина повинна бути менше розмірів зерен катіоніту, щоб не трапилось виносу катіоніту з обробленої води.

     Для закріплення ковпачки маєть хвостик  з різаниною, який встановлюється у  отвір та закріплюється гайкою.

     Розміщення  ковпачків дренажної системи приведено на рисунку 5.2. 
 
 
 
 
 

      

Рисунок 5.2 –  Схема дренажної системи іонітного  фільтра 
 
 
 
 
 
 

6 РОЗРАХУНОК  ДЕГАЗАТОРА

     Дегазатори  представляють собою циліндричні  резервуари, в нижню частину яких потрапляє повітря. Назустріч йому по насадці стікає вода, що дегазується. Насадка розташовується на проміжному днищі, виготовленому з дирчатого листа, або у вигляді сварної рами з кутової сталі. Діаметр отворів або величина прорізів в днищі приймається рівною 20 мм, відстань від дна дегазатора до проміжного днища – 600 мм. В місці виходу води з дегазатора розташовується гідравлічний затвор, висота якого на 20% більше максимального напору, який відтворюється вентилятором. Вода, яка потрапляє на дегазацію, розподілюється по перерізу апарата за допомогою розміщеної над насадкою на висоті 150 мм  розподільчою плитою, в якій закріплено 48 патрубків для відвода води, розташовані над поверхнею плити на 100 мм і 8 патрубків висотою 400мм для виходу повітря. Патрубки для виходу повітря забезпечуються відхильними ковпачками. Відстань від розподільчої плити до кришки дегазатора приймається рівною 500 мм. Штуцер для підводу води знаходиться в центрі кришки. Діаметр труби для відводу повітря визначається із швидкості руху в ній повітря, яка дорівнює 5-6 м/год. В якості насадки в дегазаторах приймають кільця Рашига мм (ГОСТ 148 – 67), гравій і кокс.

     Щільність зрошеня насадки водою приймається  рівною                                 60 при глибокому видалені із води вільної вуглекислоти і 90 при частковому видалені вільної вуглекислоти. Витрати повітря на 1 м³ води складають 15 м³ при глибокому, 4 м³ при частковому видалені вуглекислоти.

     При використанні в дегазаторах хордової насадки щільність зрошення приймають рівною 40 і витрата повітря – 20 м³/м³ води. Опорою для щитів насадки служать кільця висотою 600 мм. Щілина між зовнішньою поверхнею кільця і внутрішньою поверхнею корпуса дегазатора приймають рівним 10 мм. Щіти насадки розділяють по висоті дерев’яними кільцями товщиною 50 мм.